直線位移傳感器廠家教你如何選擇傳感器的靈敏度和量程？

靈敏度與量程范圍

靈敏度

傳感器的靈敏度是傳感器的基本指標(biāo)之一。靈敏度的大小直接影響到傳感器對(duì)振動(dòng)信號(hào)的測(cè)量。不難理解，傳感器的靈敏度應(yīng)根據(jù)被測(cè)振動(dòng)量(加速度值)大小而定，但由于壓電加是測(cè)量振動(dòng)的加速度值，而在相同的位移幅值條件下加速度值與信號(hào)的頻率平方成正比，所以不同頻段的加速度信號(hào)大小相差甚大。

大型結(jié)構(gòu)的低頻振動(dòng)其振動(dòng)量的加速度值可能會(huì)相當(dāng)小，例如當(dāng)振動(dòng)位移為1mm, 頻率為1Hz的信號(hào)其加速度值僅為0.04m/s2(0.004g)；然而對(duì)高頻振動(dòng)當(dāng)位移為0.1mm，頻率為10kHz的信號(hào)其加速度值可達(dá)4x105m/s2(40000g)。

因此盡管壓電式加速度傳感器具有較大的測(cè)量量程范圍，但對(duì)用于測(cè)量高低兩端頻率的振動(dòng)信號(hào)，選擇加速度傳感器靈敏度時(shí)應(yīng)對(duì)信號(hào)有充分的估計(jì)。常用的振動(dòng)測(cè)量壓電式加速度計(jì)靈敏度，電壓輸出型(IEPE型)為50~100mV/g，電荷輸出型為10~50pC/g。

量程范圍

加速度值傳感器的測(cè)量量程范圍是指?jìng)鞲衅髟谝欢ǖ姆蔷€性誤差范圍內(nèi)所能測(cè)量的大測(cè)量值。通用型壓電加速度傳感器的非線性誤差大多為百分之1。作為一般原則，靈敏度越高其測(cè)量范圍越小，反之靈敏度越小則測(cè)量范圍越大。

電壓/電荷輸出型

IEPE電壓輸出型壓電加速度傳感器的測(cè)量范圍是由在線性誤差范圍內(nèi)所允許的大輸出信號(hào)電壓所決定，大輸出電壓量值一般都為±5V。通過(guò)換算就可得到傳感器的大量程，即等于大輸出電壓與靈敏度的比值。需要指出的是IEPE壓電傳感器的量程除受非線性誤差大小影響外，還受到供電電壓和傳感器偏置電壓的制約。當(dāng)供電電壓與偏置電壓的差值小于指標(biāo)給出的量程電壓時(shí)，傳感器的大輸出信號(hào)就會(huì)發(fā)生畸變。因此IEPE 型加速度傳感器的偏置電壓穩(wěn)定與否不僅影響到低頻測(cè)量也可能會(huì)使信號(hào)失真；這種現(xiàn)象在高低溫測(cè)量時(shí)需要特別注意，當(dāng)傳感器的內(nèi)置電路在非室溫條件下不穩(wěn)定時(shí)，傳感器的偏置電壓很可能不斷緩慢地漂移而造成測(cè)量信號(hào)忽大忽小。

而電荷輸出型測(cè)量范圍則受傳感器機(jī)械剛度的制約，在同樣的條件下傳感敏感芯體受機(jī)械彈性區(qū)間非線性制約的大信號(hào)輸出要比IEPE型傳感器的量程大得多，其值大多需通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定。一般情況下當(dāng)傳感器靈敏度高，其敏感芯體的質(zhì)量塊也就較大，傳感器的量程就相對(duì)較小。同時(shí)因質(zhì)量塊較大其諧振頻率就偏低這樣就較容易激發(fā)傳感器敏感芯體的諧振信號(hào)，結(jié)果使諧振波疊加在被測(cè)信號(hào)上造成信號(hào)失真輸出。因此在大測(cè)量范圍選擇時(shí)，也要考慮被測(cè)信號(hào)頻率組成以及傳感器本身的自振諧振頻率，避免傳感器的諧振分量產(chǎn)生。同時(shí)在量程上應(yīng)有足夠的保障空間以保證信號(hào)不產(chǎn)生失真。

靈敏度標(biāo)定

加速度傳感器靈敏度的標(biāo)定方法通常采用比較法檢定，被校傳感器在特定頻率(通常為159Hz或80Hz)振動(dòng)的輸出與標(biāo)準(zhǔn)傳感器讀得加速度值的比即為傳感器靈敏度。而對(duì)沖擊傳感器的靈敏度則通過(guò)測(cè)量被校傳感器對(duì)一系列不同沖擊加速度值的輸出響應(yīng)，獲得傳感器在其測(cè)量范圍內(nèi)輸入沖擊加速度值和電輸出之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，再通過(guò)數(shù)值計(jì)算獲得與各點(diǎn)之間差值小的直線，而這直線的斜率即是傳感器的沖擊靈敏度。

非線性誤差表示

沖擊傳感器的非線性誤差可以有兩種方法表示：全量程偏差或按分段量程的線性誤差。前者是指?jìng)鞲衅鞯娜砍梯敵鰹榛鶞?zhǔn)的誤差百分?jǐn)?shù)，即無(wú)論測(cè)量值得大小其誤差均為按全量程百分?jǐn)?shù)計(jì)算而得的誤差值。按分段量程的線性誤差其計(jì)算方法與全量程偏差相同，但基準(zhǔn)不用全量程而是以分段量程來(lái)計(jì)算誤差值。例如量程為20000g的傳感器，如全量程偏差為百分之1，其線性誤差在全量程內(nèi)為200g；但當(dāng)傳感器按分段量程5000g、10000g、20000g來(lái)衡量其線性誤差，其誤差仍為百分之1時(shí)，則傳感器在不同的3個(gè)量程段內(nèi)線性誤差則分別為50g、100g、200g。

測(cè)量頻率范圍

傳感器的頻率測(cè)量范圍是指?jìng)鞲衅髟谝?guī)定的頻率響應(yīng)幅值誤差內(nèi)(±百分之5, ±百分之10, ±3dB)傳感器所能測(cè)量的頻率范圍。頻率范圍的高，低限分別稱(chēng)為高，低頻截至頻率。截至頻率與誤差直接相關(guān)，所允許的誤差范圍大則其頻率范圍也就寬。

作為一般原則，傳感器的高頻響應(yīng)取決于傳感器的機(jī)械特性，而低頻響應(yīng)則由傳感器和后繼電路的綜合電參數(shù)所決定。高頻截止頻率高的傳感器必然是體積小，重量輕，反之用于低頻測(cè)量的高靈敏度傳感器相對(duì)來(lái)說(shuō)則一定體積大和重量重。

高頻測(cè)量范圍

傳感器的高頻測(cè)量指標(biāo)通常由高頻截止頻率來(lái)確定，而一定截止頻率與對(duì)應(yīng)的幅值誤差相聯(lián)系。所以，傳感器選用時(shí)不能只看截至頻率，了解對(duì)應(yīng)的幅值誤差值。傳感器的頻率幅值誤差小不僅是測(cè)量精度提高，更重要的是體現(xiàn)了傳感器制造過(guò)程中控制安裝精度偏差地能力。

另外由于測(cè)量對(duì)象的振動(dòng)信號(hào)頻率帶較寬，或傳感器的固有諧振頻率不夠高，因而被激發(fā)的諧振信號(hào)波可能會(huì)疊加在測(cè)量頻帶內(nèi)的信號(hào)上，造成較大的測(cè)量誤差。所以在選擇傳感器的高頻測(cè)量范圍時(shí)除高頻截至頻率外，還應(yīng)考慮諧振頻率對(duì)測(cè)量信號(hào)的影響。當(dāng)然，這種測(cè)量頻段外的信號(hào)也可通過(guò)在測(cè)量系統(tǒng)中濾波器給予消除。

一般情況下傳感器的高頻截止頻率與輸出信號(hào)的形式(即電荷型或低阻電壓型)無(wú)關(guān)；而與傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，制造以及安裝形式和安裝質(zhì)量都密切相關(guān)。