图7 压电式加速度传感器
加速度传感器是一种能够测量加速度的传感器。通常由质量块、阻尼器、弹性元件、敏感元件和适调电路等部分组成。传感器在加速过程中,通过对质量块所受惯性力的测量,利用牛顿第二定律获得加速度值。根据传感器敏感元件的不同,常见的加速度传感器包括电容式、电感式、应变式、压阻式、压电式等,常用的是压电式。
图8 压电式加速度传感器结构
某些晶体,当沿着一定的方向受到外力的作用的时候,其内部的晶格会产生极化现象,同时在晶体的两个表面上产生符号相反的电荷。当外力去掉以后,就又恢复到原来的不带电状态。当作用力方向改变时,所产生的电荷的极性也随之改变。晶体受力所产生的电荷量与外力大小成正比,而力的大小与物体的运动加速度大小成正比:F=ma,这种现象称为正压电效应。反之,如对晶体施加一交变电场,晶体本身将产生机械变形,这称为逆压电效应,亦称电致伸缩效应。
压电加速度计的频响范围极宽,最高可达几十KHz,测量范围特大,最大可达十几万个g,多用于高频振动检测中,如齿轮、滚动轴承等的接触式测量。一般需与电荷放大器配合使用,且电荷放大器前的连接电缆较易受到干扰。现在,有些加速度传感器(如PCB)把放大电路集成到传感器内,这样,来自外界的干扰影响极小,可靠性也得到了大幅度的提高。
传感器的选择要重点考虑频率响应、信噪比、灵敏度和需要测量的信号强度。传感器的频率范围必须与机器各机械部件产生的频率匹配,否则就要另选一种传感器并把信号转换为合适的参数。譬如,如要测量2000Hz以上的速度参数,就要选一个积分到速度的加速度传感器来获得信号。要得到速度的时城波形,就要从速度传感器获得信号,或对加速度传感器的信号进行模拟积分。