壓電式特點

　　壓電式傳感器是利用彈簧質量系統原理。敏感芯體質量受振動加速度作用后產生一個與加速度成正比的力，壓電材料受此力作用后沿其表面形成與這一力成正比的電荷信號。壓電式加速度傳感器具有動態范圍大、頻率范圍寬、堅固耐用、受外界干擾小以及壓電材料受力自產生電荷信號不需要任何外界電源等特點，是被最為廣泛使用的振動測量傳感器。雖然壓電式加速度傳感器的結構簡單，商業化使用歷史也很長，但因其性能指標與材料特性、設計和加工工藝密切相關，因此在市場上銷售的同類傳感器性能的實際參數以及其穩定性和一致性差別非常大。與壓阻和電容式相比，其最大的缺點是壓電式加速度傳感器不能測量零頻率的信號。

　　壓電材料

　　壓電材料一般可以分為兩大類，即壓電晶體和壓電陶瓷。在壓電型加速度計的最常用的壓電晶體為石英，其特點為工作溫度范圍寬，性能穩定，因此在實際應用中經常被用作標準傳感器的壓電材料。由于石英的壓電系數比其他壓電材料低得多，因此對通用型壓電加速度計而言更為常用的壓電材料為壓電陶瓷。壓電陶瓷中鋯鈦酸鉛(PZT)是目前壓電加速度計中最經常使用的壓電材料。其特點為具有較高的壓電系數和居里點，各項機電參數隨溫度時間等外界條件的變化相對較小。必須指出的是，就同一品種的壓電陶瓷而言，雖然都有相同的基本特性，但由于制作工藝不同可以使兩個相同材料的壓電陶瓷的具體性能指標相差甚大。這種現象可以通過典型的國產傳感器和進口傳感器的比較得以反映，國內振動測試業幾十年的經驗對此深有體會。 ·傳感器敏感芯體的結構形式

　　壓電加速度傳感器的敏感芯體一般由壓電材料和附加質量塊組成，當質量塊受到加速度作用后便轉換成一個與加速度成正比并加載到壓電材料上的力，而壓電材料受力后在其表面產生一個與加速度成正比的電荷信號。壓電材料的特性決定了作用力可以是受正應力也可以是剪應力，壓電材料產生的電荷大小隨作用力的方向以及電荷引出表面的位置而變。根據壓電材料不同的受力方法，常用傳感器敏感芯體的結構一般有以下三種形式：

　　1)壓縮形式– 壓電材料受到壓縮或拉伸力而產生電荷的結構形式。壓縮式敏感芯體是加速度傳感器中最為傳統的結構形式。其特點是制造簡單方便，能產生較高的自振諧振頻率和較寬的頻率測量范圍。而最大的缺點是不能有效地排除各種干擾對測量信號的影響。

　　2)剪切形式– 通過對壓電材料施加剪切力而產生電荷的結構形式。從理論上分析在剪切力作用下壓電材料產生的電荷信號受外界干擾的影響甚小，因此剪切結構形式成為最為廣泛使用的加速度傳感器敏感芯體。然而在實際制造過程中，確保剪切敏感芯體的加速度計持有較高和穩定的頻率測量范圍卻是傳感器制造中工藝中最為困難的一個環節。北智BW-Sensor 采用進口記憶金屬材料的緊固件從而保證傳感器具有穩定可靠的諧振頻率和頻率測量范圍。

　　3)彎曲變形梁形式- 壓電材料受到彎曲變形而產生電荷的結構形式。彎曲變形梁結構可產生比較大的電荷輸出信號，也較容易實現控制阻尼;但因為其測量頻率范圍低，更由于此結構不能排除因溫度變化而極容易產生的信號漂移，所以此結構在壓電型加速度計的設計中很少被采用。

??????? 原理

　　1.電荷靈敏度

　　加速度計一般采用PZT壓電陶瓷材料，利用晶體材料在承受一定方向的應力或形變時，其極化面會產生與應力相應的電荷，壓電元件表面產生的電荷正比于作用力，因此有

　　Q=dF

　　其中，Q為電荷量，d為壓電元件的壓電常數，F為作用力。

　　加速度計的電荷靈敏度則是加速度計輸出的電荷量與其輸入的加速度值之比。電荷量的單位取pC，加速度單位為m/s2-。(1g=9.8m/s2)

　　2.電壓靈敏度

　　如果要換算加速度計的電壓靈敏度，則可用下面公式得到

　　Sq

　　Sa = (v/ms-2)

　　Ca

　　Sq為電荷靈敏度，單位pC/ms-2;Ca為電容量，單位pF。Sa電壓靈敏度單位V。

　　3.頻率響應

　　(1)諧振頻率，為加速度計安裝時的共振頻率，隨產品附有諧振頻率曲線(低頻傳感器不附圖)。

　　(2)頻率響應一般采用諧振頻率的1/3—1/5。加速度計頻響在1/3諧振頻率時，頻響與參考靈敏度偏差≤1dB，(誤差<10%)。頻響在1/5諧振頻率時，頻響與參考靈敏度≤ 0.5dB(誤差<5%-)。

　　我公司傳感器頻響均以1/3諧振頻率計算。

　　4.最大橫向靈敏度比

　　加速度計受到垂直于安裝軸線的振動時，仍有信號輸出，即垂直于軸線的加速度靈敏度與軸線加速度之比稱橫向靈敏度。

　　5. 電荷輸出的壓電式加速度計配合電荷放大器，其系統的低頻響應下限主要取決于放大器的頻響。