TE在壓電式陶瓷技術(shù)設(shè)計(jì)、MEMS、制造封裝加速度傳感器方面擁有長期的經(jīng)驗(yàn)。封裝的加速度計(jì)具有寬測量范圍和便利的用戶界面，并提供直流（靜態(tài)）和交流（動(dòng)態(tài)）響應(yīng)。TE是用于飛機(jī)設(shè)計(jì)和測試、汽車設(shè)計(jì)和測試、汽車安全測試、機(jī)械與結(jié)構(gòu)監(jiān)控以及賽車應(yīng)用的加速度傳感器與振動(dòng)傳感技術(shù)的全球領(lǐng)先供應(yīng)商。

 

    在加速度傳感器的各項(xiàng)指標(biāo)中，頻率響應(yīng)是個(gè)非常重要的參數(shù)，它是傳感器提供線性反應(yīng)的頻率范圍。本文著重從頻率響應(yīng)出發(fā)帶領(lǐng)大家更深入了解加速度傳感器。

 

    低頻響應(yīng)特性

 

    IEPE壓電加速度傳感器（內(nèi)裝IC電路芯片）的低頻特性主要由內(nèi)置芯片的下限頻率和傳感器的基座應(yīng)變、熱釋電效應(yīng)等環(huán)境特性決定；而電路芯片的下限頻率取決于RC電路，也就是取決于放電時(shí)間常數(shù)DTC，

 

    DTC=RC，

 

    -3dB低頻f=0.16/DTC，

 

    -10%低頻f=0.34/DTC，

 

    -5%低頻f=0.5/DTC，

 

    由以上可以看出，放電時(shí)間常數(shù)越大，信號衰減越慢，低頻響應(yīng)越好。

 

    放電時(shí)間常數(shù)不僅決定低頻響應(yīng)，而且決定放電時(shí)間，這在工業(yè)現(xiàn)場進(jìn)行多點(diǎn)測量時(shí)就比較重要。放電時(shí)間常數(shù)應(yīng)兼顧低頻響應(yīng)和放電時(shí)間?；鶓?yīng)變、環(huán)境溫度變化等環(huán)境干擾引起的輸出通常在5Hz以下，當(dāng)測試信號頻率在5Hz以上時(shí)，應(yīng)將IEPE傳感器內(nèi)置電路芯片下限截止頻率設(shè)置在5Hz以上，以消除壓電傳感器的熱電等環(huán)境干擾引起的噪聲輸出。

 

    當(dāng)測試信號頻率在5Hz以下時(shí)，可以選擇諸如隔離剪切結(jié)構(gòu)等隔離基座應(yīng)變、熱釋電效應(yīng)等環(huán)境干擾性能好的加速度傳感器。

 

    高頻響應(yīng)特性

 

    高頻響應(yīng)特性取決于。

 

    其中，k是敏感元件的剛度；m是質(zhì)量塊的質(zhì)量。

 

    在敏感元件的剛度時(shí)，質(zhì)量塊越重，諧振頻率越低。同時(shí)，大的質(zhì)量塊產(chǎn)生高的機(jī)械增益，傳感器的靈敏度高，噪聲低。相反，小的質(zhì)量塊產(chǎn)生低的機(jī)械增益，傳感器的靈敏度低、輸出小，頻率范圍寬，可以測量較高的頻率信號。

 

    通?？梢赃@么估算：

 

    上限頻率是+10%頻響，大約為諧振頻率的1/3；

 

    上限頻率為+5%頻響，大約為諧振頻率的1/5。

 

    加速度傳感器在校準(zhǔn)時(shí)候，頻率響應(yīng)是相對于靈敏度在100Hz或160Hz的參考點(diǎn)的靈敏度變化量。下圖是TEMEAS8811-01的頻率響應(yīng)圖：

 

    壓電加速度傳感器的低頻響應(yīng)特性

 

    壓電加速度傳感器無法獲得很好的低頻響應(yīng)。高通濾波器是壓電加速度傳感器固有特性，前述講了電路芯片的下限頻率取決于RC電路，也就是取決于放電時(shí)間常數(shù)DTC。DTC也定義了傳感器供電突然變化（如開啟和信號過載）時(shí)的傳感器響應(yīng)。當(dāng)開啟傳感器或從過載中恢復(fù)所需要的時(shí)間是與DTC的值直接相關(guān)的。因此低頻過載與導(dǎo)通時(shí)間（休克恢復(fù)時(shí)間）是成反比。

 

    傳感器的頻率越低，從過載中開啟或恢復(fù)的時(shí)間越長。對于通用壓電傳感器，犧牲低頻性能有利于獲得更好的開啟和休克恢復(fù)響應(yīng)。

 

    通用加速度傳感器與低頻加速度傳感器

 

    低頻加速度傳感器采用較大的質(zhì)量塊來提高傳感器敏感元件的輸出。這將降低來自于放大器的電子噪聲。低頻傳感器的輸出電壓越高，越有利于在測量低幅值信號時(shí)克服數(shù)據(jù)采集器的噪聲。折中的方法是降低諧振頻率。

 

    結(jié)論

 

    加速度傳感器所需要的頻率響應(yīng)取決于需要測量的振動(dòng)頻率。一個(gè)加速度傳感器需要足夠高的固有振動(dòng)頻率用于捕捉測量所需要的所有頻率。