在本文中，我們將查看可用于為IEPE傳感器供電的典型電源單元圖。我們還將了解IEPE類型和電荷輸出傳感器的優點和局限性。

為IEPE傳感器供電—電流調節二極管

圖1顯示了可與IEPE傳感器一起使用的電源裝置的基本示意圖。

圖1.帶有IEPE傳感器的電源單元的示例框圖。

首先，需要一個經過良好調節的直流電源以及一個電流調節電路來為傳感器供電。直流電源通常提供18至30V之間的電壓。如圖所示，可以通過電流調節二極管（CRD）實現電流調節。CRD是提供恒定電流的二極管，不受電壓波動和負載電阻變化的影響。CRD可以在小于1V到100V的寬電壓范圍內保持電流恒定。CRD的原理圖符號如下圖2所示。

圖2.CRD示意圖。

雖然大多數IEPE傳感器可由2至4mA電流源供電，但在某些情況下需要高達20mA的電流。CRD的最大額定電流通常為4mA。對于較大的電流，要么并聯使用幾個CRD，要么使用大容量恒流電路。

請注意，不應使用不具有限流功能的電源為IEPE傳感器供電，否則傳感器將立即損壞。

IEPE電源單元通常有一個電壓表，用于監控傳感器偏置電壓并通知用戶系統狀態（短路、開路或正常運行狀態）。請記住，對于IEPE傳感器，輸出信號和電源電壓均通過雙線連接傳輸。

如圖1所示，許多IEPE電源單元使用耦合電容器將信號與直流偏置電壓分離。還有一些功率單元使用直流耦合來避免降低系統的放電時間常數。

典型的IEPE傳感器系統

如圖3所示，為IEPE傳感器供電有兩種選擇。一些讀數儀器具有專門為IEPE傳感器設計的內置恒流電源。如果讀出設備不包括IEPE電源，則應使用單獨的電源單元，如圖所示。

圖3.為IEPE傳感器供電的選項。圖片由PCBPiezotronics提供

圖4顯示了一個支持IEPE傳感器的示例讀出設備。

圖4.IEPE傳感器的示例讀出設備和圖表。

圖4顯示了NI9234，它是一款四通道信號采集模塊，具有軟件可選的IEPE信號調理功能。如輸入電路圖所示，該器件具有2mA恒流電源和交流耦合選項。

典型的電荷輸出（非IEPE）系統

圖5顯示了基于電荷輸出傳感器的典型測量系統，即沒有集成前置放大器的壓電傳感器。

圖5.電荷輸出傳感器測量系統示例。

在這種情況下，需要一個外部電荷放大器將傳感器的電荷輸出轉換為電壓信號。此外，應使用屏蔽良好的低噪聲同軸電纜將傳感器連接到電荷放大器。但是，可以在電荷放大器和讀出儀器之間使用標準同軸電纜。

IEPE傳感器與電荷輸出傳感器

今天的大多數應用程序都使用IEPE類型。然而，電荷輸出傳感器有其自身的優勢。下面，我們將評估每種方法的優缺點。

傳感器工作溫度范圍

IEPE傳感器的內置電子設備對系統的工作溫度范圍設置了上限。對于標準電子設備，最高溫度通常約為125?C。使用特殊的電子元件可以將上限推到165?C左右。

另一方面，電荷輸出傳感器沒有內部電子元件，其高溫極限由壓電材料的居里溫度設定。居里溫度指定材料失去其壓電特性的溫度。電荷輸出傳感器可以在高達700?C的溫度下工作。

此外，IEPE型加速度計在通用測試市場上很受歡迎，而電荷輸出壓電加速度計在涉及溫度高于約150?C的應用中占主導地位。

除了居里溫度限制之外，電荷輸出傳感器中使用的材料的絕緣電阻也會限制系統的最高工作溫度。在上一篇文章中，我們討論了傳感器絕緣電阻在高溫下會顯著降低。我們還解釋了一個小的絕緣電阻會導致電荷放大器的漂移。

除了漂移問題外，在將通用電荷放大器連接到絕緣電阻非常小的傳感器時，可能還會觀察到其他意外和未知的特性。圖6顯示了連接到低電阻傳感器的通用電荷放大器的頻率響應。

圖6.帶有低電阻傳感器的電荷放大器的頻率響應圖。在非常低的絕緣電阻值下，系統的幅度響應在所需頻率范圍的低端表現出超過10dB的峰值。在高溫下工作時，我們需要選擇能夠處理極低絕緣電阻并保持平坦頻率響應的電荷放大器。

電纜要求

電荷輸出傳感器需要經過特殊處理的電纜，以最大限度地減少摩擦電噪聲。摩擦電噪聲是指兩種不同材料摩擦在一起產生的不需要的電荷。電纜的彎曲或振動會導致摩擦電噪聲。非IEPE傳感器的高阻抗輸出可能會被此類噪聲破壞，因此，電荷輸出傳感器和電荷放大器之間需要特殊的低噪聲電纜。這些電纜通常比標準電纜更昂貴，并且增加了非IEPE系統的成本。

此外，電荷輸出傳感器的高阻抗輸出限制了線路驅動能力，將傳感器和電荷放大器之間的電纜長度限制在約10米以下。另一方面，標準同軸電纜可用于在相對較長的距離上傳輸IEPE傳感器的低阻抗輸出，而不會顯著增加噪聲水平。

調整傳感器參數的靈活性

對于IEPE傳感器，傳感器參數，例如靈敏度和時間常數，在制造時是固定的。我們可以使用外部電路來放大或衰減傳感器輸出，但我們不能改變傳感器的靈敏度或時間常數。另一方面，電荷輸出傳感器產生的信號經過外部電荷放大器處理，可以為我們在調整系統時間常數等參數時提供更大的靈活性。特殊類型的電荷放大器可以為我們提供非常長的時間常數，擴展系統的低頻響應。

附加的功能

IEPE傳感器可以使用相對具有成本效益的信號調節器進行操作。一些讀數儀器具有內置的IEPE電源單元，可以直接連接到IEPE傳感器。如果讀數儀沒有內置電源單元，我們可以使用外部電源單元，如圖3所示。另一方面，對于電荷輸出傳感器，我們需要一個外部電荷放大器。盡管實驗室型電荷放大器具有許多有用的功能，但它們比簡單的IEPE功率單元要貴得多。

使用IEPE傳感器，高阻抗信號被放置在一個密封的堅固結構內。這使得IEPE傳感器對污垢和濕度等惡劣條件不那么敏感。