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ICP型传感器术语解析及其原理
书接上文，本期我们将继续介绍声学传感器。往期系列文章链接如下：
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这些声学术语，你真的都懂了吗？
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传声器术语，你了解多少？
AC、DC和ICP型传感器
耦合（Coupling）是指借有物理接触的形式与两种（或多种）介质间实现能量的传递，如电能通过导线在不同的终端设备进行传递。
AC（Alternating Current，交流）耦合是一种将两个电路或信号通路连接在一起的方法，传感器通过交流电进行工作，通过一个电容器或电感器来阻隔直流电压，使得信号中的直流成分被滤除，只保留信号中的交流成分。
DC（Direct Current，直流）耦合适用于低功耗、精密测量及嵌入式系统，供电稳定且能效较高，但距离传输受限。常见的有 5V、12V、24V，其中工业传感器多采用 24V DC，适用于低功耗嵌入式设备、汽车电子、物联网（IoT）、智能家居等领域。
ICP(Integrated Circuit Piezo-Electric, ICP®是PCB Group. Inc的注册商标)和 IEPE(Integrated Electronics Piezo-Electric)型传感器是指内置集成电路的压电式传感器，由压电加速度传感器和内置微型IC放大器共同组成，将高阻抗的电荷转换成低阻抗电压输出。该项技被广泛的运用在测试行业。
压电效应，指的是某些材料在受到机械应力（如压缩、拉伸、弯曲等）时，会在晶体表面产生电荷或电势。
传感器借助压电效应来生成信号并输出。（“压电”这一词汇源于希腊语，其含义为“挤压”。）当压电元件遭受到外部力作用时，相对应的表面会出现电荷位移现象，从而导致晶体产生净电荷分布，在晶体表面形成压差，压差在通过传感器灵敏度系数转换输出模拟物理量（如力、加速度等）。下图呈现了天然压电石英晶体晶格中硅和氧原子位移所导致的电荷位移情况。不管是天然的，还是经过高质量再加工的晶体石英，均属于最为敏感和稳定的压电材料之一。
（图片引用PCB官网https://www.pcb.com/）
加速度、压力和力传感器
典型的力传感器、压力传感器和加速度传感器结构图如下。
（图片引用PCB官网https://www.pcb.com/）
其中，灰色部分表示测试结构，蓝色部分为传感器外壳，压电晶体以红色标识，黑色电极是压电晶体产生电荷的聚集处。绿色部分代表加速度计中的惯性质量“M”。值得注意的是，这些传感器在内部结构上非常相似。在测量运动的加速度计中，不变的惯性质量“M”通过晶体的作用跟随其基座及所连接结构的运动，根据牛顿第二运动定律F=MA，可以计算出施加于晶体上的加速度。力传感器和压力传感器的工作原理几乎相同，均依赖外部力使晶体发生形变。二者的区别在于，压力传感器利用膜片来收集作用在一定面积上的力，即压力，而力传感器是直接作用在物体表面的力。
除了石英晶体外，人造多晶压电陶瓷也是常用的膜片材料。这些材料在施加大电场时被迫成为压电材料，能够产生极高的电荷输出。这一特性非常适合用于低噪声测量系统。
压电型传感器的主要优势：
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高灵敏度，能够非常精确地测量微小的力、加速度或压力；
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快速响应，能够捕捉快速变化的物理量；
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无源工作，在某些应用中，压电传感器不需要外部电源，只需要物理输入即可生成电信号；
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耐用性强，压电材料通常很坚固，能够在极端环境条件下工作，如高温、强磁场等环境。
由于压电型传感器的诸多优势，它被广泛运用在振动噪声控制领域，包括振动监测与故障诊断、噪声监测与环境噪声评估和主动降噪等各个方面。
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