如何正确使用压电型加速度传感器

针对压电型加速度传感器，上面的链接文章基本对各个内容都作了系统性的介绍。虽然比较偏向于理论，若能对其有一定的了解和掌握，在实际试验过程中面对问题，对于解决问题会起到事半功倍的效果。

有条件的振动试验室，建议多准备几种类型（压缩型、剪切型、悬垂型）的加速度传感器，且最好都有小（零点几pC/(m/s2））、中(2-3 pC/(m/s2）)、大(5-7 pC/(m/s2）)灵敏度对应。压缩型对应的最大加速度比较大且比较适合高频试验或冲击试验，剪切型比较适合三综合试验，悬垂型灵敏度比较高，比较适合低频微振动测量。

下面就个人多年的试验经验，简单的谈一下压电型加速度传感器的使用方法，主要针对电荷型加速度传感器，因为本人工作的试验室三综合设备比较多，考虑到温度对其影响，个人不是很喜欢电压型加速度传感器（有一段时间深受其害，三综合试验中温度交变时经常报警。），敬请谅解！

首先，必须知道试验条件内容，尤其是针对试验的最大加速度值，选择合适灵敏度的加速度传感器。量级小（加速度值小）的试验尽量选择灵敏度大的加速度传感器；量级大（加速度值大）的试验尽量选择灵敏度小的加速度传感器。

例：正弦定频试验 加速度0.35G、频率33Hz，振动次数100万次。

选用灵敏度0.4pC/m/s2的加速度传感器，当在通道中选择电荷输入1mV/pC时，此时对应的加速度电压值为0.4×0.35×9.81=1.3734mV，和0mV非常接近。振动台虽然能够运行，但是有时候由于试验体的结构影响导致电压值下降和工频干扰等，从而导致闭环断开，振动控制仪无法正确检测到传感器振动信号（开环报警），电源功放报警。

针对以上问题，对策：

1  选择大灵敏度的压电传感器。

2  通道输入选择10mv/pC。

3  满足控制仪输入电压几十mV左右。

 由此可见，对应振动量级选择合适的灵敏度很重要。灵敏度太低，信号不能充分拾取，如上例；灵敏度太高，信号饱和不能正确的读取，有的控制仪直接报警，有的控制仪曲线显示峰值处被截平。建议，适合灵敏度≦输出信号/振动试验条件中的最大值。通常，检测系统（前置功放或电荷放大器）的输入信号为±10V，若试验条件加速度最大值为1000m/s²（100G），则10/1000 = 10mV/m/s²，若对应档位选择在1mV/pC，即灵敏度在10pC/（m/s2）以下的加速度传感器比较合适。对于随机试验还需要考虑削波系数，PSD有效值乘以削波系数才是试验中出现的最大加速度值。若感觉到信号有点奇怪，可通过示波器检查信号波形。干扰太大？信号太低？信号饱和截止？

 其次，就是要考虑环境对加速度传感器的影响。尤其在温湿度环境下，一定要考虑温度等对其产生的影响。有时候，三综合试验下，振动台的功放会经常出现【过电压】或【过电流报警】现象，很多都是由于高温低温或温度突变对灵敏度的影响造成的，还有就是温度对传感器的固定胶水硬化软化，导致传感器固定不牢等。具体内容请参考下面链接文章。此时，剪切型加速度传感器可以派上用场。

 第三，就是传感器的固定方式。传感器需要安装在平整且光滑的面上，安装面和传感器底面之间完美吻合，尽量不要有间隙且尽量垂直于振动方向。安装面不平整光滑的话，安装面和加速度传感器之间发生共振，导致加振波形凌乱，不能准确测定加速度值。可以的话最好通过螺丝固定，用胶水固定的时候，仅限短时间（1-2小时）振动试验。现实试验中，基本上满足上述条件的很少，尽可能选用质量好且持久的胶水进行对应。

 第四，加速度传感器的安装位置。通常，加速度传感器安装在动圈台面上面比较好，但是，在使用夹具的场合，由于加振夹具的振动特性，动圈台面上的振动会有所不同。此时，最好固定在一个受夹具振动特性影响最小的地方。如果，振动控制的传感器安装在试验体或夹具的不安定地方，试验体等的共振特性（或者松动造成的干扰等）传递到传感器上，导致不能进行有效的振动控制，试验便不能正确地进展下去。对于控制点、检测点、固定点等的内容别文赘述，敬请期待！

第五，加速度传感器的绝缘。传感器的外壳（含底面）是信号的地线。所以不绝缘处理的话，有时候安装上传感器，振动台功放开启，就会有【咚】的一声。还有即使振动台不加振，由于市电等地回路干扰，振动控制仪对应传感器会显示加速度值（一般1m/s2以下比较正常，超过的话对试验还是有一定的影响。）。对于绝缘方法，可以采用绝缘螺柱或贴上一层薄薄的粘结力强的绝缘胶带。

第六，就是传感器用线（低噪声电缆）的固定问题。传感器和线是通过接口相连的，接口处绝对不可以处于受力状态，一旦受力，信号线摇动的话，信号便不能稳定传送，最坏情况便是线断裂或接口破损，如下图7。另外，还要防止传感器用线的摇动，线一旦摇动有可能会产生干扰，混入杂音，受到额外冲击，导致线内导线和介质分离，形成电容，电容通过摩擦产生电荷，混入信号中。所以，需要对线进行摇动防止，如图8所示。还有就是线在振动台面（垂直扩展台或水平台）或夹具上排布时，记得尽可能地用胶带将线固定住，避免振动过程中导致线晃动。最后还是要提一下在接线时，要保证电缆接头的良好绝缘和导电性，避免使用带有锈斑、污物、汗迹等的接头。因为这些都会影响传感器的绝缘和电阻值，容易产生漏电阻和输出信号衰减现象。需要我们平时维护清洁传感器，最好是使用盖子将接头罩上，在维护清洁时，切记不要带线操作，且避免传感器落地等。图9显示的是传感器与电线接头接触不良导致的试验效果，即控制曲线不稳定，与控制目标不吻合，最后报警。

    第七，就是传感器的拆除问题。试验结束后，用胶水粘接的传感器拆除起来还是比较麻烦的，切记不可使用榔头等进行敲击拆除，必要时使用专门的拆除工具。尤其是超小型加速度传感器，很容易损坏，切不可使用蛮力拆除。拆除后，进行及时清扫，以便下次使用。传感器底面附带的胶水痕迹，拆除起来很不方便，必要时使用刮刀也未尝不可，但注意不要受伤，如条件允许可使用陶瓷刮刀，如图10。第7项与试验内容基本上没有多大关系，属于试验室管理的内容，但还是要提一下，因为加速度传感器是比较昂贵的，一个月的工资都赔偿不起，切记珍惜。

总结：

振动试验的异常原因中，个人经验，加速度传感器的问题估计占了1/3，希望引起重视。花了几篇文章进行说明，并通过本文来进行总结说明，难免还有遗漏和不足之处，还请见谅。若能在工作中帮助到一点，即感欣慰！