1.壓電式振動(dòng)傳感器的測(cè)試原理

壓電式振動(dòng)傳感器是試驗(yàn)機(jī)振動(dòng)測(cè)試常用的傳感器之一。相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)提出了振動(dòng)加速度測(cè)量傳感器改裝要求，但是往往因?yàn)閷?duì)其中的概念理解不透，造成一些不合理的安裝方式，在一定程度上影響了測(cè)試精度。

要正確理解和貫徹標(biāo)準(zhǔn)要求，必須了解有關(guān)背景知識(shí)，如傳感器的測(cè)試原理、構(gòu)造和基本特性等方面。

一些介質(zhì)在沿一定方向上施加機(jī)械壓力而產(chǎn)生變形時(shí)，其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)其表面產(chǎn)生電荷，當(dāng)外力去掉以后，材料內(nèi)部的電場(chǎng)和表面電荷也隨之消失，這種特性稱為壓電效應(yīng)。壓電式振動(dòng)傳感器是利用這一特性，把基體感受到的機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)化為電能量輸出。

2 典型壓電式振動(dòng)傳感器的基本構(gòu)造

壓電式振動(dòng)傳感器的典型結(jié)構(gòu)如圖2所示。

壓電晶體被壓緊在質(zhì)量塊和基體之間，當(dāng)加速度計(jì)感受振動(dòng)時(shí)，質(zhì)量塊施加一個(gè)振動(dòng)力于壓電晶體上，壓電晶體中產(chǎn)生可變電勢(shì)。通過適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)，可以保證在一定的頻率范圍內(nèi)輸入加速度與輸出電勢(shì)成比例。

3 壓電式振動(dòng)傳感器的特性

（1） 頻率響應(yīng)

Mm是壓在敏感元件上的質(zhì)量塊的質(zhì)量；Mb是加速度計(jì)基體及殼體的質(zhì)量；K是Mm與Mb間的系統(tǒng)的等效剛度。這一系統(tǒng)的自然頻率為：

fo=fm

式中fm為質(zhì)量Mm在彈簧K上的自然頻率。

根據(jù)振動(dòng)理論：fm= 。

假設(shè)加速度計(jì)剛性安裝在比它重的多的結(jié)構(gòu)上，此時(shí)Mm/Mb→0，fo→fm。從而得到加速度計(jì)的上限響應(yīng)頻率為fm。

壓電式振動(dòng)傳感器能夠精確地檢測(cè)寬范圍的動(dòng)態(tài)加速度，因此可以用來測(cè)量瞬態(tài)沖擊過程外， 還可用來測(cè)量正弦振動(dòng)和隨機(jī)振動(dòng)。但是，壓電式振動(dòng)傳感器不適用于穩(wěn)態(tài)測(cè)量的場(chǎng)合，例如地球引力、慣性制導(dǎo)或諸如發(fā)動(dòng)機(jī)加速度及制動(dòng)等緩慢變化的瞬態(tài)過程。

（2）靈敏度

加速度計(jì)的靈敏度定義為電輸出與機(jī)械輸入之比。從傳感器結(jié)構(gòu)可知，靈敏度是有方向性的。由于傳感器的制造誤差，其***大靈敏度方向與幾何軸不一致，***大靈敏度矢量可分解成軸向靈敏度和橫向靈敏度兩部分。

真正代表壓電式振動(dòng)傳感器靈敏度的是電荷靈敏度，它不受傳感器內(nèi)部電容變化和電纜長度變化的影響，只取決于壓電材料的壓電常數(shù)，一般電荷靈敏度每年下降小于1%。

壓電式振動(dòng)傳感器實(shí)質(zhì)上是固態(tài)器件，它們非常堅(jiān)固和耐用，在誤用的情況下一般也不會(huì)引起損壞。在傳感器內(nèi)部，沒有調(diào)整部件，增加了傳感器的可靠性和可重復(fù)性，能夠用于極其惡劣的環(huán)境下。