浅析传感器的瞬态温度响应对低频测量的影响
来源:未知 日期:2017/12/26 浏览量:次
工程振动量值的物理参数常用位移、速度和加速度来表示。由于在通常的频率范围内振动位移幅值量很小,且位移、速度和加速度之间都可互相转换,所以在实际使用中振动量的大小一般用加速度的值来度量。常用单位为:米/秒2(m/s2),或重力加速度(g)。
描述振动信号的另一重要参数是信号的频率。绝大多数的工程振动信号均可分解成一系列特定频率和幅值的正弦信号,因此,对某一振动信号的测量,实际上是对组成该振动信号的正弦频率分量的测量。对传感器主要性能指标的考核也是根据传感器在其规定的频率范围内测量幅值精度的高低来评定。
由于低频振动的加速度信号都很微小,而高阻抗的小电荷信号非常容易受干扰;当测量对象的体积越大,其测量频率越低,则信号的信噪比的问题更为突出。因此在目前带内置电路加速度传感器日趋普遍的情况下应尽量选用电噪声比较小,低频特性优良的低阻抗电压输出型压电加速度传感器。
传感器的低频截止频率
与传感器的高频截止频率类同,低频截止频率是指在所规定的传感器频率响应幅值误差(±5%,±10%或±3dB)内传感器所能测量的最低频率信号。误差值越大其低频截止频率也相对越低。所以不同传感器的低频截止频率指标必须在相同的误差条件下进行比较。
低阻抗电压输出型传感器的低频特性是由传感器敏感芯体和内置电路的综合电参数所决定的。其频率响应特性可以用模拟电路的一阶高通滤波器特性来描述,所以传感器的低频响应和截止频率完全可以用一阶系统的时间常数来确定。从实用角度来看,由于传感器的甚低频频率响应的标定比较困难,而通过传感器对时间域内阶跃信号的响应可测得传感器的时间常数;因此利用传感器的低频响应与一阶高通滤波器的特性几乎一致的特点,通过计算可方便地获得传感器的低频响应和与其对应的低频截至频率。
由于压电陶瓷的特性,压电式加速度计对温度的突然变化都会产生不同程度的电荷输出。传感器的瞬态温度响应指标就是衡量传感器对温度变化的敏感程度。这对低频测量尤为重要。由于低频测量的信号很小,而传感器因环境温度变化极可能产生与低频振动信号相当的误差;这两种信号在甚低频范围内很难区分,因此如何减小环境温度变化对传感器输出的影响在低频测量中显得非常重要。传感器的瞬态温度响应指标单位是g/oC,表示瞬态温度每变化一度所相当的加速度输出,其值是通过电压(电荷)输出和传感器灵敏度之间的换算得到的。
传感器的瞬态温度响应是由压电材料直接导致的,因此压电陶瓷对由温度突变所致的电荷输出大小决定了这一指标的好坏。选用目前国外综合性能指标最好的压电陶瓷并结合记忆金属制成的用于低频测量的加速度传感器经国防兵器、航天和大型结构多年的使用验证了传感器具有优越的低频输出稳定性和抗干扰性能。实际甚低频测量中,为了减低环境温度变化对传感器低频信号输出的影响,传感器的外壳尽可能采用隔热保护套。
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