更新時(shí)間：2024-11-27
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廠商性質(zhì)：經(jīng)銷商
生產(chǎn)地址：美國(guó)
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STELLAR TECHNOLOGY壓力傳感器供應(yīng)ST1550-15000G-139我們的優(yōu)勢(shì)：PCB Piezotronics加速度傳感器PCB®公司專業(yè)致力于壓電測(cè)量技術(shù)的研發(fā)，是研究、開發(fā)和制造沖擊、振動(dòng)、力、壓力、應(yīng)變、扭矩、聲學(xué)傳感器及測(cè)量?jī)x器的高科技公司。產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于航空、航天、船舶、石化、水力、電力、輕工、交通和車輛等領(lǐng)域，產(chǎn)品在世界上享有盛譽(yù)。除了通用產(chǎn)品外， PCB®也按用戶的要求制造定制產(chǎn)品以滿足不同應(yīng)用和客戶群的需要。顧客滿意是我們服務(wù)的一貫宗旨
STELLAR TECHNOLOGY壓力傳感器供應(yīng)ST1550-15000G-139產(chǎn)品信息服務(wù):PCB壓力傳感器介紹 壓電式壓力傳感器常用來測(cè)量動(dòng)態(tài)壓力，一般不適用于靜態(tài)壓力的測(cè)量。動(dòng)態(tài)壓力測(cè)量(典型應(yīng)用如湍流，，彈道和發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒等)需要用到有特殊功能的傳感器，包括快速響應(yīng)，外殼堅(jiān)固，高剛度，可擴(kuò)展量程和可以測(cè)量準(zhǔn)靜態(tài)壓力的能力。
內(nèi)置ICP®（Integrated Circuit Piezoelectric）電路的加速度計(jì)是復(fù)雜的機(jī)電系統(tǒng)。其中的機(jī)械和電子部件設(shè)計(jì)用于在幅值和時(shí)域（頻域）上提供寬范圍的線性響應(yīng)（即測(cè)量的加速度信號(hào)產(chǎn)生的電壓信號(hào)）。但是，每一支傳感器都有它的測(cè)量限值（包括幅值和頻率兩方面）。超過這些許可的限值，就可能會(huì)造成信號(hào)的衰減、放大或削波。有時(shí)，由于本底噪聲的存在，信號(hào)甚至不能測(cè)量。
因此，了解所使用的ICP®加速度計(jì)的測(cè)量限值，并將測(cè)量值保持在其限值之內(nèi)，對(duì)保證測(cè)試測(cè)量的準(zhǔn)確性是非常重要的。
本文將從以下幾個(gè)方面和大家探討加速度計(jì)的測(cè)量極限。
ICP®加速度計(jì)的工作原理；
線性響應(yīng)的（幅值和頻率）上限和下限及決定因素；
借助信號(hào)處理理論和示例，分析測(cè)量值超過限值對(duì)響應(yīng)頻譜的影響；
如何通過參數(shù)表，了解加速度計(jì)的測(cè)量限值。
2.2 頻率限值
2.2.1 頻率下限—放電時(shí)間常數(shù)（DTC）
關(guān)于低頻背景噪聲，一個(gè)經(jīng)常會(huì)被問起的問題是：“為什么不采取減小RC電路中的電阻值的簡(jiǎn)單辦法，以減少噪聲？" 答案在于，RC電路除了影響測(cè)量限值之外，還起到一個(gè)高通濾波器的作用，如圖8所示：
圖8 RC電路、DTC和低頻限值的關(guān)系
減小電阻會(huì)使這個(gè)高通濾波器的截止頻率上移，從而減少可用頻率范圍。為理解這個(gè)問題，我們首先看ICP®傳感器中RC電路的電壓傳遞函數(shù)：
放電時(shí)間常數(shù)（DTC）是電阻和電容的乘積，因此：
DTC的倒數(shù)也就是這個(gè)高通濾波器的截止頻率，也就是通常所說的3dB頻率點(diǎn)：
因此：
這個(gè)一階高通濾波器的幅頻和相頻特性如圖9所示。注意，幅頻圖中采用了對(duì)數(shù)坐標(biāo)，以清楚顯示截止頻率以下的趨勢(shì)。隨著頻率的下降，不但電壓的幅值發(fā)生衰減，相位也逐漸增大，直至增到90度的限值。
圖9 一階高通濾波器的幅頻和相頻特性
2.2.2 頻率上限 — 加速度計(jì)諧振
我們已經(jīng)知道，加速度計(jì)的頻率下限取決于加速度計(jì)內(nèi)部電路的電氣特性，而其頻率上限則取決于它的機(jī)械特性。加速度計(jì)中的慣性質(zhì)量、壓電晶體可等效為一個(gè)單自由度運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。傳感器安裝之后，慣性質(zhì)量、壓電晶體以及安裝連接等同樣可等效為一個(gè)做受迫運(yùn)動(dòng)的單自由度系統(tǒng)。對(duì)于ICP®加速度計(jì)，自由狀態(tài)下的諧振頻率是沒有實(shí)際意義的，實(shí)際上安裝諧振頻率決定了加速度計(jì)的測(cè)量頻率帶寬的上限。安裝諧振頻率和傳感器自身機(jī)械結(jié)構(gòu)的固有頻率有關(guān)，也和安裝方式有關(guān)。安裝諧振頻率的計(jì)算公式如下為：
加速度計(jì)可視為一個(gè)諧振器，諧振的放大作用如圖8所示。放大作用最大的點(diǎn)在fr頻率點(diǎn)，但在低于fr的頻率上也有放大作用。3dB 頻率點(diǎn)受單自由度系統(tǒng)的等效阻尼的影響，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)法則，該頻率是諧振頻率的一半。通常可用的頻率范圍的上限取為信號(hào)放大5% 或10%的頻率點(diǎn)。
諧振器起到一個(gè)二階低通濾波器的作用，其傳遞函數(shù)是
式中，Q表示諧振器的“增益因子"，實(shí)質(zhì)是結(jié)構(gòu)損耗因子的倒數(shù)。加速度計(jì)很少給出Q的數(shù)值，這個(gè)值通常在50~100的范圍內(nèi)。圖10顯示了這種濾波器的幅頻和相頻響應(yīng)。在低頻部分，對(duì)輸入信號(hào)有一個(gè)單位增益（即無影響），在諧振頻率及附近，有放大作用。在諧振頻率之上，信號(hào)也會(huì)產(chǎn)生180度的相位翻轉(zhuǎn)。
圖10 二階低通濾波器的幅頻和相頻響應(yīng)
接下來，用一個(gè)由寬帶噪聲和純音（500Hz）構(gòu)成的假想信號(hào)通過低通諧振濾波器。有無濾波兩種情況的對(duì)比見圖11。可見，在時(shí)域和頻域圖中，諧振的放大作用都很明顯，和加速度計(jì)的響應(yīng)相似。
圖11 低通諧振濾波器對(duì)信號(hào)的影響
3. 使用參數(shù)表，了解傳感器的測(cè)量限值
雖然決定加速度計(jì)的可用線性范圍的因素很復(fù)雜，但在加速度計(jì)的參數(shù)表里列出了我們以上所講的各項(xiàng)線性范圍，如圖12、13所示。根據(jù)這個(gè)參數(shù)表，可以很容易地將測(cè)量控制在線性范圍內(nèi)。
現(xiàn)在，我們比較PCB®生產(chǎn)的353C03 （通用型） 和393B31（地震型，高靈敏度）兩種加速度計(jì)的參數(shù)。首先，注意兩種加速度計(jì)的靈敏度分別為10 mV/g 和10 V/g，相差100倍，差異巨大。這是由于ICP®電路中放大器的參數(shù)不同，以及加速度計(jì)中的移動(dòng)質(zhì)量不同（地震型加速度計(jì)使用的質(zhì)量更大，從而擠壓晶體產(chǎn)生的電荷更多）。
圖12顯示了決定測(cè)量幅值上限和下限的參數(shù)。量程為電源允許的+/- 5 V除以傳感器的靈敏度（V/g）。393B31能測(cè)量的加速度的峰值僅為0.5 g，而353C03 通用型加速度計(jì)的量程則為500g。但是，393B31的幅值下限為1grms，要遠(yuǎn)小于353C03的500 g rms，從而能夠測(cè)量更小的振動(dòng)。參數(shù)表通常也提供特定頻率下的譜下限（本底噪聲）。可以看到，地震型加速度計(jì)的本底噪聲遠(yuǎn)低于通用型加速度計(jì)，這也是在意料之中。
圖12 參數(shù)表中決定幅值上下限值的參數(shù)
影響頻率限值的參數(shù)見圖13。放電時(shí)間常數(shù)（DTC）決定了RC電路的頻率下限。電阻越大，頻率下限越低（需要記住的是，大電阻也會(huì)增大低頻本底噪聲）。地震型加速度計(jì)的DTC要大的多，從而能夠更好地測(cè)量低頻成分。諧振頻率決定了可用頻率范圍的上限，通常取為諧振頻率的20%。地震型加速度計(jì)的諧振頻率要低得多。
圖13 參數(shù)表中決定頻率上下限值的參數(shù)
4 結(jié)論
綜上，ICP®加速度計(jì)是復(fù)雜的機(jī)電系統(tǒng)，包括：
（1）彈簧-質(zhì)量振子，產(chǎn)生變化的電荷；
（2）簡(jiǎn)單的RC電路，將電荷轉(zhuǎn)化為電壓，并增加放電時(shí)間；
（3）放大器，設(shè)置傳感器的靈敏度（多少V/g）；
（4）電壓范圍為18-30 VDC的恒流源電源。
這些機(jī)械和電子參數(shù)有效確定了傳感器在幅值和時(shí)域（頻域）上線性響應(yīng)的上下限。RC電路建立了加速度計(jì)在幅值和頻率上線性響應(yīng)的下限。增大電阻將增高低頻背景噪聲和寬帶分辨率（能夠測(cè)量的最小信號(hào)）。反之，減小電阻將提高可測(cè)量頻率的下限。因此，加速度計(jì)中使用的電阻是綜合考慮背景噪聲和ICP®的RC電路的高通濾波的截止頻率而確定的。放大器和電源供電電壓的范圍決定了幅值的上限，通常為+/- 5 V。最后，振蕩質(zhì)量和晶體決定了諧振頻率，以及信號(hào)將被顯著放大的頻率上限。
超過這些限值，將可能產(chǎn)生以下影響：
（1）造成削波和信號(hào)衰減（幅值超過+/- 5 V時(shí)）；
（2）信號(hào)不能被測(cè)量（信號(hào)幅值低于本底噪聲）；
（3）高通濾波器對(duì)低頻信號(hào)造成衰減；
（4）高頻時(shí)由于內(nèi)部諧振對(duì)信號(hào)放大。
根據(jù)廠家提供的加速度計(jì)參數(shù)表，可以很容易地將測(cè)量控制在加速度計(jì)許可的（幅值和頻率）線性范圍內(nèi)。
STELLAR TECHNOLOGY壓力傳感ST1500-15000G-228
STELLAR TECHNOLOGY壓力傳感ST1550-15000G-139
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