傳感器選用指南
　傳感器的種類選擇
　壓電式傳感器的敏感芯體材料和結(jié)構(gòu)形式
　壓電式加速度傳感器的信號(hào)輸出形式
　傳感器靈敏度，量程和頻率范圍的選擇
　傳感器的整體封裝設(shè)計(jì)與電纜
　外界環(huán)境對(duì)測(cè)量傳感器的影響
工程振動(dòng)量值的物理參數(shù)常用位移、速度和加速度來(lái)表示。由于在通常的頻率范圍內(nèi)振動(dòng)位移幅值量很小，且位移、速度和加速度之間都可互相轉(zhuǎn)換，所以在實(shí)際使用中振動(dòng)量的大小一般用加速度的值來(lái)度量。常用單位為：米/秒2 （m/s2），或重力加速度（g）。
　　描述振動(dòng)信號(hào)的另一重要參數(shù)是信號(hào)的頻率。絕大多數(shù)的工程振動(dòng)信號(hào)均可分解成一系列特定頻率和幅值的正弦信號(hào)，因此，對(duì)某一振動(dòng)信號(hào)的測(cè)量，實(shí)際上是對(duì)組成該振動(dòng)信號(hào)的正弦頻率分量的測(cè)量。對(duì)傳感器主要性能指標(biāo)的考核也是根據(jù)傳感器在其規(guī)定的頻率范圍內(nèi)測(cè)量幅值精度的高低來(lái)評(píng)定。
　　zui常用的振動(dòng)測(cè)量傳感器按各自的工作原理可分為壓電式、壓阻式、電容式、電感式以及光電式。壓電式加速度傳感器因?yàn)榫哂袦y(cè)量頻率范圍寬、量程大、體積小、重量輕、對(duì)被測(cè)件的影響小以及安裝使用方便，所以成為zui常用的振動(dòng)測(cè)量傳感器。
? 傳感器的種類選擇。
o 壓電式- 原理和特點(diǎn)
　　壓電式傳感器是利用彈簧質(zhì)量系統(tǒng)原理。敏感芯體質(zhì)量受振動(dòng)加速度作用后產(chǎn)生一個(gè)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(hào)。壓電式加速度傳感器具有動(dòng)態(tài)范圍大、頻率范圍寬、堅(jiān)固耐用、受外界干擾小以及壓電材料受力自產(chǎn)生電荷信號(hào)不需要任何外界電源等特點(diǎn)，是被使用的振動(dòng)測(cè)量傳感器。雖然壓電式加速度傳感器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，商業(yè)化使用歷史也很長(zhǎng)，但因其性能指標(biāo)與材料特性、設(shè)計(jì)和加工工藝密切相關(guān)，因此在市場(chǎng)上銷(xiāo)售的同類傳感器性能的實(shí)際參數(shù)以及其穩(wěn)定性和一致性差別非常大。與壓阻和電容式相比，其zui大的缺點(diǎn)是壓電式加速度傳感器不能測(cè)量零頻率的信號(hào)。
o 壓阻式
　　應(yīng)變壓阻式加速度傳感器的敏感芯體為半導(dǎo)體材料制成電阻測(cè)量電橋，其結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)模型仍然是彈簧質(zhì)量系統(tǒng)。現(xiàn)代微加工制造技術(shù)的發(fā)展使壓阻形式敏感芯體的設(shè)計(jì)具有很大的靈活性以適合各種不同的測(cè)量要求。在靈敏度和量程方面，從低靈敏度高量程的沖擊測(cè)量，到直流高靈敏度的低頻測(cè)量都有壓阻形式的加速度傳感器。同時(shí)壓阻式加速度傳感器測(cè)量頻率范圍也可從直流信號(hào)到具有剛度高，測(cè)量頻率范圍到幾十千赫茲的高頻測(cè)量。超小型化的設(shè)計(jì)也是壓阻式傳感器的一個(gè)亮點(diǎn)。需要指出的是盡管壓阻敏感芯體的設(shè)計(jì)和應(yīng)用具有很大靈活性，但對(duì)某個(gè)特定設(shè)計(jì)的壓阻式芯體而言其使用范圍一般要小于壓電型傳感器。壓阻式加速度傳感器的另一缺點(diǎn)是受溫度的影響較大，實(shí)用的傳感器一般都需要進(jìn)行溫度補(bǔ)償。在價(jià)格方面，大批量使用的壓阻式傳感器成本價(jià)具有很大的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，但對(duì)特殊使用的敏感芯體制造成本將遠(yuǎn)高于壓電型加速度傳感器。
o 電容式
　　電容型加速度傳感器的結(jié)構(gòu)形式一般也采用彈簧質(zhì)量系統(tǒng)。當(dāng)質(zhì)量受加速度作用運(yùn)動(dòng)而改變質(zhì)量塊與固定電極之間的間隙進(jìn)而使電容值變化。電容式加速度計(jì)與其它類型的加速度傳感器相比具有靈敏度高、零頻響應(yīng)、環(huán)境適應(yīng)性好等特點(diǎn)，尤其是受溫度的影響比較?。坏蛔阒幈憩F(xiàn)在信號(hào)的輸入與輸出為非線性，量程有限，受電纜的電容影響，以及電容傳感器本身是高阻抗信號(hào)源，因此電容傳感器的輸出信號(hào)往往需通過(guò)后繼電路給于改善。在實(shí)際應(yīng)用中電容式加速度傳感器較多地用于低頻測(cè)量，其通用性不如壓電式加速度傳感器，且成本也比壓電式加速度傳感器高得多。
? 壓電式傳感器的敏感芯體材料和結(jié)構(gòu)形式
o 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(jì)的zui常用的壓電晶體為石英，其特點(diǎn)為工作溫度范圍寬，性能穩(wěn)定，因此在實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常被用作標(biāo)準(zhǔn)傳感器的壓電材料。由于石英的壓電系數(shù)比其他壓電材料低得多，因此對(duì)通用型壓電加速度計(jì)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(jì)中zui經(jīng)常使用的壓電材料。其特點(diǎn)為具有較高的壓電系數(shù)和居里點(diǎn)，各項(xiàng)機(jī)電參數(shù)隨溫度時(shí)間等外界條件的變化相對(duì)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(gè)相同材料的壓電陶瓷的具體性能指標(biāo)相差甚大。這種現(xiàn)象可以通過(guò)典型的國(guó)產(chǎn)傳感器和進(jìn)口傳感器的比較得以反映，國(guó)內(nèi)振動(dòng)測(cè)試業(yè)幾十年的經(jīng)驗(yàn)對(duì)此深有體會(huì)。
o 傳感器敏感芯體的結(jié)構(gòu)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(zhì)量塊組成，當(dāng)質(zhì)量塊受到加速度作用后便轉(zhuǎn)換成一個(gè)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(chǎn)生一個(gè)與加速度成正比的電荷信號(hào)。壓電材料的特性決定了作用力可以是受正應(yīng)力也可以是剪應(yīng)力，壓電材料產(chǎn)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(jù)壓電材料不同的受力方法，常用傳感器敏感芯體的結(jié)構(gòu)一般有以下三種形式：
? 壓縮形式– 壓電材料受到壓縮或拉伸力而產(chǎn)生電荷的結(jié)構(gòu)形式。壓縮式敏感芯體是加速度傳感器中zui為傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式。其特點(diǎn)是制造簡(jiǎn)單方便，能產(chǎn)生較高的自振諧振頻率和較寬的頻率測(cè)量范圍。而zui大的缺點(diǎn)是不能有效地排除各種干擾對(duì)測(cè)量信號(hào)的影響。
? 剪切形式– 通過(guò)對(duì)壓電材料施加剪切力而產(chǎn)生電荷的結(jié)構(gòu)形式。從理論上分析在剪切力作用下壓電材料產(chǎn)生的電荷信號(hào)受外界干擾的影響甚小，因此剪切結(jié)構(gòu)形式成為使用的加速度傳感器敏感芯體。然而在實(shí)際制造過(guò)程中，確保剪切敏感芯體的加速度計(jì)持有較高和穩(wěn)定的頻率測(cè)量范圍卻是傳感器制造中工藝中zui為困難的一個(gè)環(huán)節(jié)。北智BW-Sensor 采用進(jìn)口記憶金屬材料的緊固件從而保證傳感器具有穩(wěn)定可靠的諧振頻率和頻率測(cè)量范圍。
? 彎曲變形梁形式- 壓電材料受到彎曲變形而產(chǎn)生電荷的結(jié)構(gòu)形式。彎曲變形梁結(jié)構(gòu)可產(chǎn)生比較大的電荷輸出信號(hào)，也較容易實(shí)現(xiàn)控制阻尼；但因?yàn)槠錅y(cè)量頻率范圍低，更由于此結(jié)構(gòu)不能排除因溫度變化而極容易產(chǎn)生的信號(hào)漂移，所以此結(jié)構(gòu)在壓電型加速度計(jì)的設(shè)計(jì)中很少被采用。
? 壓電式加速度傳感器的信號(hào)輸出形式
o 電荷輸出型
　　傳統(tǒng)的壓電加速度計(jì)通過(guò)內(nèi)部敏感芯體輸出一個(gè)與加速度成正比的電荷信號(hào)。實(shí)際使用中傳感器輸出的高阻抗電荷信號(hào)必須通過(guò)二次儀表將其轉(zhuǎn)換成低阻抗電壓信號(hào)才能讀取。由于高阻抗電荷信號(hào)非常容易受到干擾，所以傳感器到二次儀表之間的信號(hào)傳輸必須使用低噪聲屏蔽電纜。由于電子器件的使用溫度范圍有限，所以高溫環(huán)境下的測(cè)量一般還是使用電荷輸出型。北智BW-Sensor采用進(jìn)口陶瓷的加速度計(jì)可在溫度-40oC~250oC 范圍內(nèi)長(zhǎng)期使用。
o 低阻抗電壓輸出型（IEPE）
　　IEPE 型壓電加速度計(jì)即通常所稱的ICP 型壓電加速度計(jì)。壓電傳感器換能器輸出的電荷通過(guò)裝在傳感器內(nèi)部的前置放大器轉(zhuǎn)換成低阻抗的電壓輸出。IEPE 型傳感器通常為二線輸出形式，即采用恒電流電壓源供電；直流供電和信號(hào)使用同一根線。通常直流電部分在恒電流電源的輸出端通過(guò)高通濾波器濾去。IEPE 型傳感器的zui大優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量信號(hào)質(zhì)量好、噪聲小、抗外界*力強(qiáng)和遠(yuǎn)距離測(cè)量，特別是新型的數(shù)采系統(tǒng)很多已配備恒流電壓源，因此，IEPE 傳感器能與數(shù)采系統(tǒng)直接相連而不需要任何其它二次儀表。在振動(dòng)測(cè)試中IEPE 傳感器已逐漸取代傳統(tǒng)的電荷輸出型壓電加速度計(jì)。
? 傳感器的靈敏度，量程和頻率范圍的選擇
　　壓電型式的加速度計(jì)是振動(dòng)測(cè)試的zui主要傳感器。雖然壓電型加速度計(jì)的測(cè)量范圍寬，但因市場(chǎng)上此類加速度計(jì)品種繁多，所以給正確的選用帶來(lái)一定的難度。作為選用振動(dòng)傳感器的一般原則：正確的選用應(yīng)該基于對(duì)測(cè)量信號(hào)以下三方面的分析和估算。
o 被測(cè)振動(dòng)量的大小
o 被測(cè)振動(dòng)信號(hào)的頻率范圍
o 振動(dòng)測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境
以下將針對(duì)上述三個(gè)方面并參照傳感器的相關(guān)技術(shù)指標(biāo)對(duì)具體的選用作進(jìn)一步地討論
根據(jù)被測(cè)振動(dòng)量的大小加速度測(cè)量范圍與靈敏度的選擇
? 傳感器的靈敏度與量程范圍
　　傳感器的靈敏度是傳感器的zui基本指標(biāo)之一。靈敏度的大小直接影響到傳感器對(duì)振動(dòng)信號(hào)的測(cè)量。不難理解，傳感器的靈敏度應(yīng)根據(jù)被測(cè)振動(dòng)量（加速度值）大小而定，但由于壓電加速度傳感器是測(cè)量振動(dòng)的加速度值，而在相同的位移幅值條件下加速度值與信號(hào)的頻率平方成正比，所以不同頻段的加速度信號(hào)大小相差甚大。大型結(jié)構(gòu)的低頻振動(dòng)其振動(dòng)量的加速度值可能會(huì)相當(dāng)小，例如當(dāng)振動(dòng)位移為 1mm, 頻率為1 Hz 的信號(hào)其加速度值僅為0.04m/s2（0.004g）；然而對(duì)高頻振動(dòng)當(dāng)位移為0.1mm，頻率為10 kHz的信號(hào)其加速度值可達(dá)4 x 10 5m/s2 （40000g）。因此盡管壓電式加速度傳感器具有較大的測(cè)量量程范圍，但對(duì)用于測(cè)量高低兩端頻率的振動(dòng)信號(hào)，選擇加速度傳感器靈敏度時(shí)應(yīng)對(duì)信號(hào)有充分的估計(jì)。zui常用的振動(dòng)測(cè)量壓電式加速度計(jì)靈敏度，電壓輸出型（IEPE 型）為50~100 mV/g，電荷輸出型為10 ~ 50 pC/g。
　　加速度值傳感器的測(cè)量量程范圍是指?jìng)鞲衅髟谝欢ǖ姆蔷€性誤差范圍內(nèi)所能測(cè)量的zui大測(cè)量值。通用型壓電加速度傳感器的非線性誤差大多為1%。作為一般原則，靈敏度越高其測(cè)量范圍越小，反之靈敏度越小則測(cè)量范圍越大。
　　IEPE電壓輸出型壓電加速度傳感器的測(cè)量范圍是由在線性誤差范圍內(nèi)所允許的zui大輸出信號(hào)電壓所決定，zui大輸出電壓量值一般都為±5V。通過(guò)換算就可得到傳感器的zui大量程，即等于zui大輸出電壓與靈敏度的比值。需要指出的是IEPE壓電傳感器的量程除受非線性誤差大小影響外，還受到供電電壓和傳感器偏置電壓的制約。當(dāng)供電電壓與偏置電壓的差值小于傳感器技術(shù)指標(biāo)給出的量程電壓時(shí)，傳感器的zui大輸出信號(hào)就會(huì)發(fā)生畸變。因此IEPE 型加速度傳感器的偏置電壓穩(wěn)定與否不僅影響到低頻測(cè)量也可能會(huì)使信號(hào)失真；這種現(xiàn)象在高低溫測(cè)量時(shí)需要特別注意，當(dāng)傳感器的內(nèi)置電路在非室溫條件下不穩(wěn)定時(shí)，傳感器的偏置電壓很可能不斷緩慢地漂移而造成測(cè)量信號(hào)忽大忽小。
　　而電荷輸出型測(cè)量范圍則受傳感器機(jī)械剛度的制約，在同樣的條件下傳感敏感芯體受機(jī)械彈性區(qū)間非線性制約的zui大信號(hào)輸出要比IEPE型傳感器的量程大得多，其值大多需通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定。一般情況下當(dāng)傳感器靈敏度高，其敏感芯體的質(zhì)量塊也就較大，傳感器的量程就相對(duì)較小。同時(shí)因質(zhì)量塊較大其諧振頻率就偏低這樣就較容易激發(fā)傳感器敏感芯體的諧振信號(hào)，結(jié)果使諧振波疊加在被測(cè)信號(hào)上造成信號(hào)失真輸出。因此在zui大測(cè)量范圍選擇時(shí)，也要考慮被測(cè)信號(hào)頻率組成以及傳感器本身的自振諧振頻率，避免傳感器的諧振分量產(chǎn)生。同時(shí)在量程上應(yīng)有足夠的安全空間以保證信號(hào)不產(chǎn)生失真。
　　加速度傳感器靈敏度的標(biāo)定方法通常采用比較法檢定，被校傳感器在特定頻率（通常為159 Hz 或80 Hz）振動(dòng)的輸出與標(biāo)準(zhǔn)傳感器讀得加速度值的比即為傳感器靈敏度。而對(duì)沖擊傳感器的靈敏度則通過(guò)測(cè)量被校傳感器對(duì)一系列不同沖擊加速度值的輸出響應(yīng)，獲得傳感器在其測(cè)量范圍內(nèi)輸入沖擊加速度值和電輸出之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，再通過(guò)數(shù)值計(jì)算獲得與各點(diǎn)之間差值z(mì)ui小的直線，而這直線的斜率即是傳感器的沖擊靈敏度。
　　沖擊傳感器的非線性誤差可以有兩種方法表示：全量程偏差或按分段量程的線性誤差。前者是指?jìng)鞲衅鞯娜砍梯敵鰹榛鶞?zhǔn)的誤差百分?jǐn)?shù)，即無(wú)論測(cè)量值得大小其誤差均為按全量程百分?jǐn)?shù)計(jì)算而得的誤差值。按分段量程的線性誤差其計(jì)算方法與全量程偏差相同，但基準(zhǔn)不用全量程而是以分段量程來(lái)計(jì)算誤差值。例如量程為20000g 的傳感器，如全量程偏差為1% ，其線性誤差在全量程內(nèi)為200g；但當(dāng)傳感器按分段量程5000g ，10000g ，20000g 來(lái)衡量其線性誤差，其誤差仍為1% 時(shí)，則傳感器在不同的3個(gè)量程段內(nèi)線性誤差則分別為50g ，100g ，200g。
? 傳感器的測(cè)量頻率范圍
　　傳感器的頻率測(cè)量范圍是指?jìng)鞲衅髟谝?guī)定的頻率響應(yīng)幅值誤差內(nèi)（±5%, ±10%, ±3dB）傳感器所能測(cè)量的頻率范圍。頻率范圍的高，低限分別稱為高，低頻截至頻率。截至頻率與誤差直接相關(guān)，所允許的誤差范圍大則其頻率范圍也就寬。作為一般原則，傳感器的高頻響應(yīng)取決于傳感器的機(jī)械特性，而低頻響應(yīng)則由傳感器和后繼電路的綜合電參數(shù)所決定。高頻截止頻率高的傳感器必然是體積小，重量輕，反之用于低頻測(cè)量的高靈敏度傳感器相對(duì)來(lái)說(shuō)則一定體積大和重量重。
o 傳感器的高頻測(cè)量范圍
　　傳感器的高頻測(cè)量指標(biāo)通常由高頻截止頻率來(lái)確定，而一定截止頻率與對(duì)應(yīng)的幅值誤差相；所以傳感器選用時(shí)不能只看截至頻率，必須了解對(duì)應(yīng)的幅值誤差值。傳感器的頻率幅值誤差小不僅是測(cè)量精度提高，更重要的是體現(xiàn)了傳感器制造過(guò)程中控制安裝精度偏差地能力。另外由于測(cè)量對(duì)象的振動(dòng)信號(hào)頻率帶較寬，或傳感器的固有諧振頻率不夠高，因而被激發(fā)的諧振信號(hào)波可能會(huì)疊加在測(cè)量頻帶內(nèi)的信號(hào)上，造成較大的測(cè)量誤差。所以在選擇傳感器的高頻測(cè)量范圍時(shí)除高頻截至頻率外，還應(yīng)考慮諧振頻率對(duì)測(cè)量信號(hào)的影響；當(dāng)然這種測(cè)量頻段外的信號(hào)也可通過(guò)在測(cè)量系統(tǒng)中濾波器給予消除。
　　一般情況下傳感器的高頻截止頻與輸出信號(hào)的形式（即電荷型或低阻電壓型）無(wú)關(guān)；而與傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，制造以及安裝形式和安裝質(zhì)量都密切相關(guān)。以下表格是對(duì)不同型式加速度傳感器的高頻響應(yīng)作一個(gè)定性的歸類，供用戶在選用時(shí)對(duì)比和參考。
高頻響應(yīng) 外形, 重量和靈敏度 敏感芯體形式 總體設(shè)計(jì) 安裝形式
 體積小, 重量輕, 低靈敏度 壓縮型 單層殼通用型 螺釘安裝
好 通用型 剪切型 單層殼帶絕緣座 吸鐵, 粘接
差 個(gè)大, 體重, 高靈敏度 彎曲梁形式 雙層屏蔽殼 手持
對(duì)加速度傳感器的高頻測(cè)量應(yīng)用請(qǐng)參考應(yīng)用-〉高頻測(cè)量
o 傳感器的低頻測(cè)量范圍
　　與傳感器高頻指標(biāo)相對(duì)應(yīng)，傳感器的低頻測(cè)量指標(biāo)通常由低頻截止頻率來(lái)確定，同樣一定低頻截止頻率與對(duì)應(yīng)的幅值誤差相關(guān)。和高頻特性不同，傳感器的低頻特性與傳感器的任何機(jī)械參數(shù)無(wú)關(guān)，而僅取決于傳感器的電特性參數(shù)。當(dāng)然傳感器作為測(cè)量系統(tǒng)的某一部分，測(cè)量信號(hào)的低頻特性還將受到與傳感器配用的后繼儀器電參數(shù)的制約。根據(jù)輸出信號(hào)的不同形式，以下將對(duì)電荷輸出和低阻電壓輸出加速度傳感器分別給與討論。
　　盡管電荷型輸出加速度傳感器列出低頻截止頻率，但一般都給予指出測(cè)量信號(hào)的低頻特性由后繼電荷放大器確定。在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)電荷型傳感器的芯體絕緣阻抗遠(yuǎn)大于電荷放大器輸入端的輸入阻抗時(shí)，由傳感器和電荷放大器組成的測(cè)量系統(tǒng)其低頻截至頻率應(yīng)該由電荷放大器的低頻特性所決定。但是如果傳感器的芯體絕緣阻抗下降，此時(shí)傳感器則可能影響整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的低頻特性。因此保證芯體的絕緣阻抗對(duì)電荷輸出型加速度傳感器的低頻測(cè)量非常重要。
　　對(duì)于IEPE 傳感器配用的恒流電壓源，其通常的低頻截至頻率為0.1 Hz （-5%）。因此一般情況下測(cè)量系統(tǒng)的低頻特性是由傳感器的低頻截至頻率所決定。通用型傳感器的低頻截止頻率大多為0.5 Hz~1 Hz, 專門(mén)用于低頻測(cè)量的傳感器低頻截至頻率可擴(kuò)展到0.1 Hz。由于傳感器的低頻校驗(yàn)比較困難，所以制造廠商一般只提供10 Hz以上的測(cè)試數(shù)據(jù)。但傳感器的低頻特性與一階高通濾波器非常吻合，所以用戶可以通過(guò)實(shí)測(cè)時(shí)間常數(shù)來(lái)檢查傳感器的實(shí)際低頻響應(yīng)。
對(duì)加速度傳感器的低頻測(cè)量應(yīng)用請(qǐng)參考應(yīng)用-〉低頻測(cè)量
用IEPE 型壓電型加速度傳感器測(cè)量甚低頻加速度信號(hào)還需要注意的問(wèn)題有：
? 當(dāng)傳感器和恒流電壓源交流耦合的低頻截至頻率相當(dāng)時(shí)，測(cè)量系統(tǒng)的低頻特性是由傳感器和恒流電壓源的各自低頻響應(yīng)組合而成，此時(shí)測(cè)量系統(tǒng)的低頻截止頻率要高于傳感器或恒流電壓源各自的低頻截止頻率。理想的測(cè)量系統(tǒng)傳感器應(yīng)配用帶直流平衡的恒流電壓源，這樣系統(tǒng)的低頻響應(yīng)將*取決于傳感器的低頻截至頻率。
? 當(dāng)傳感器用于甚低頻測(cè)量時(shí)，能否準(zhǔn)確測(cè)量低頻信號(hào)并不*決定與系統(tǒng)的低頻響應(yīng)特性，系統(tǒng)的低頻電噪聲大小也將直接影響低頻信號(hào)的測(cè)量。另外傳感器的瞬態(tài)溫度響應(yīng)大小也將直接影響傳感器的低頻測(cè)量。
? 傳感器的整體封裝設(shè)計(jì)與電纜
o 傳感器的封裝形式
　　壓電式傳感器的工作原理是利用敏感芯體的壓電效應(yīng)，而壓電材料產(chǎn)生的是高阻抗的電荷信號(hào)。傳感器敏感芯體的絕緣阻抗與傳感器的低頻測(cè)量截止頻率存在著相互對(duì)應(yīng)的關(guān)系。為了保證傳感器的低頻響應(yīng)，傳感器殼體封裝設(shè)計(jì)應(yīng)使敏感芯體與外界隔絕，以防止壓電陶瓷受到任何污染而導(dǎo)致其絕緣阻抗下降。敏感芯體絕緣阻抗下降對(duì)傳感器性能造成的直接影響表現(xiàn)為低頻響應(yīng)變差，嚴(yán)重時(shí)還將造成傳感器靈敏度改變。為保證傳感器的密封特性，大多傳感器的封裝采用激光焊接。同時(shí)在當(dāng)今密封材料品種多樣，性能日益完善的情況下，針對(duì)不同的使用環(huán)境，采用合適的密封材料替代激光焊接也能達(dá)到傳感器密封的要求。但必須指出不同的密封材料效果差異很大。北智公司采用國(guó)外憑牌的密封材料并經(jīng)過(guò)通過(guò)了多年的環(huán)境厲行試驗(yàn)驗(yàn)證。
　　在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)，為防止電磁場(chǎng)對(duì)傳感器信號(hào)的影響，對(duì)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的在線監(jiān)測(cè)傳感器往往要求傳感器采用雙重屏蔽殼封裝形式。雙層屏蔽結(jié)構(gòu)的傳感器輸出接頭一般采用雙芯工業(yè)接頭或聯(lián)體電纜輸出形式。由于雙層屏蔽殼的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和雙芯輸出電纜，傳感器的高頻特性一般將受到較大的制約，因此如果用戶必須選用雙層屏蔽型傳感器進(jìn)行高頻振動(dòng)信號(hào)測(cè)量，應(yīng)謹(jǐn)慎考慮。
o 傳感器輸出接頭形式
　　M5 （M6） 接頭是加速度傳感器zui為常用的輸出接頭形式。M5接頭特點(diǎn)是尺寸較小，一般配用直徑較細(xì)的電纜 （2mm 或 3mm ），比較適合振動(dòng)實(shí)驗(yàn)的測(cè)試。另外M5 （M6） 的結(jié)構(gòu)型式對(duì)信號(hào)屏蔽較好，所以對(duì)電荷輸出型加速度傳感器因其輸出為較容易受干擾的高阻抗信號(hào)一般均采用M5 （M6） 接頭。測(cè)量振動(dòng)的加速度傳感器接頭一般避免使用Q9 （BNC）, 原因是Q9 （BNC）,接頭組件沒(méi)有螺紋聯(lián)接，構(gòu)件之間的機(jī)械耦合剛度較低；因此如果加速度傳感器輸出采用Q9（BNC）,，其將會(huì)影響傳感器的高頻響應(yīng)。
　　用于工業(yè)環(huán)境下的振動(dòng)測(cè)量加速度傳感器按可分為巡回檢測(cè)和在線監(jiān)測(cè)，前者一般采用單層殼屏蔽型式，因此傳感器的接頭較多使用M6 或TNC接頭。而在線監(jiān)測(cè)因經(jīng)常采用雙層屏蔽的結(jié)構(gòu)型式，與其對(duì)應(yīng)的電纜為雙芯屏蔽電纜，所以雙芯工業(yè)接頭如M12, M16 以及C5015均被廣泛使用。另外連體電纜具有較高的可靠性，因此在工業(yè)環(huán)境下使用的傳感器無(wú)論是單層和雙層屏蔽的結(jié)構(gòu)都廣泛采用連體電纜為輸出接頭的形式。
需要指出的是無(wú)論是那一種輸出接頭對(duì)水下測(cè)量都有其局限性，即使傳感器本身密封性能達(dá)到要求，但電纜聯(lián)接一般都需要做特殊處理后才能用于水下測(cè)量。
o 電纜的選擇
　　對(duì)輸出為高阻抗信號(hào)的電荷型壓電型傳感器而言，為保證測(cè)量信號(hào)不受因電纜移動(dòng)而造成噪聲的影響，傳感器的輸出信號(hào)電纜一般都采用低噪聲電纜。而輸出為低阻抗電壓信號(hào)的IEPE 傳感器，低噪聲電纜并不一定是必需的。高頻，低頻信號(hào)對(duì)電纜不同要求的典型的例子是多軸向測(cè)量傳感器的電纜，多通道高阻抗信號(hào)的電纜必須是各自獨(dú)立的低噪聲屏蔽電纜，而多通道低阻抗的電壓信號(hào)便可采用多芯絞線加屏蔽的電纜。
　　在通用型傳感器的電纜配備中因考慮到電纜的重量和成本，Φ2 mm 直徑的低噪聲電纜為加速度傳感器的標(biāo)準(zhǔn)配置。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)用的傳感器一般以IEPE 型為主，電纜本身的強(qiáng)度也成為重要考慮因素，因此Φ3 mm 直徑的低噪聲電纜和Φ4.5 mm 直徑的普通同軸屏蔽電纜成為zui長(zhǎng)使用的電纜。而對(duì)雙層屏蔽殼設(shè)計(jì)的IEPE 型傳感器的電纜配置均為雙絞芯線外加屏蔽的電纜。
　　在加速度傳感器輸出信號(hào)電纜的選擇中，除電纜結(jié)構(gòu)外，其他zui經(jīng)?？紤]的指標(biāo)是電纜的應(yīng)用溫度以及在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中電纜外層材料耐腐蝕的能力。zui為普遍使用的電纜絕緣材料為PVC, 使用溫度范圍為-40oC 到+105oC 。對(duì)應(yīng)用環(huán)境較惡劣的場(chǎng)合，zui經(jīng)常選用的電纜絕緣材料為聚四氟乙烯；其使用溫度范圍為-45oC 到+250oC，且耐腐蝕能力也優(yōu)于其它大多數(shù)電纜絕緣材料。但用四氟材料做的電纜柔性較差，價(jià)格也遠(yuǎn)高于PVC 材料。
? 外界環(huán)境對(duì)測(cè)量傳感器的影響
o 傳感器橫向靈敏度及橫向振動(dòng)對(duì)測(cè)量的影響
　　由于壓電材料自身特性，敏感芯體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造精度偏差使傳感器不可避免地對(duì)橫向振動(dòng)產(chǎn)生輸出信號(hào)，其大小由橫向輸出和垂直方向輸出的比值百分?jǐn)?shù)來(lái)表示。
　　根據(jù)不同敏感芯體結(jié)構(gòu)和材料特性的組合，壓縮型結(jié)構(gòu)在理論上便存在橫向輸出，需要通過(guò)裝配調(diào)節(jié)的方式給予抵消，而在實(shí)際制造過(guò)程中很難實(shí)現(xiàn)真正的抵消，因此壓縮型加速度傳感器的橫向靈敏度的離散度很大。與壓縮型相比剪切型設(shè)計(jì)在理論上不存在橫向輸出，傳感器的實(shí)際橫向輸出一般是由材料加工和裝配精度所引起的誤差。所以從這兩種敏感芯體的實(shí)際對(duì)比結(jié)果來(lái)看，剪切型壓電加速度傳感器的橫向靈敏度普遍優(yōu)于壓縮型式。而敏感芯體為彎曲梁結(jié)構(gòu)形式的橫向靈敏度一般說(shuō)介于剪切型和壓縮型之間。根據(jù)敏感芯體的結(jié)構(gòu)特性，在其受橫向振動(dòng)時(shí)與垂直方向振動(dòng)一樣，也有相應(yīng)的結(jié)構(gòu)頻率響應(yīng)。所以橫向振動(dòng)也同樣可能在某一頻率點(diǎn)產(chǎn)生諧振，以至產(chǎn)生較大的橫向振動(dòng)偏差。
o 溫度對(duì)傳感器輸出的影響
　　溫度改變而引起傳感器輸出變化是由壓電材料（敏感芯體）特性所造成的。根據(jù)壓電材料的分類，石英晶體受溫度影響zui小，而人工合成晶體的使用溫度甚至高于石英；但在商業(yè)化的壓電加速度傳感器中zui多使用的壓電材料還是壓電陶瓷。壓電陶瓷敏感芯體的輸出高溫時(shí)隨溫度上升而增大，低溫時(shí)隨溫度降低而減小；但傳感器輸出與溫度間并不呈線性變化，一般說(shuō)低溫時(shí)的輸出變化比高溫時(shí)的要大。另因?yàn)楦鱾鞲衅鞯臏囟软憫?yīng)很難保持一致，所以實(shí)際使用中傳感器的輸出一般很少用溫度系數(shù)進(jìn)行修正。典型溫度響應(yīng)曲線或溫度系數(shù)一般只作為對(duì)傳感器溫度特性的衡量。壓電陶瓷對(duì)溫度響應(yīng)除材料本身特性之外，生產(chǎn)工藝也將直接影響壓電材料對(duì)溫度的響應(yīng)，而同種材料對(duì)溫度響應(yīng)的離散度更是如此。同樣是鋯鈦酸鉛材料，不同的廠商由于采用不同的生產(chǎn)工藝，使得相同材料的壓電陶瓷而其各自的使用溫度范圍，溫度響應(yīng)和溫度響應(yīng)的離散度相差甚大。綜合對(duì)壓電材料的基礎(chǔ)研究和生產(chǎn)加工工藝，目前國(guó)內(nèi)壓電陶瓷的溫度特性與*進(jìn)水準(zhǔn)相比還有一定差距；為確保用戶對(duì)傳感器的特殊要求，北智采用進(jìn)口壓電陶瓷，使傳感器的高溫使用溫度可在 +250oC 下長(zhǎng)期使用，而且溫度響應(yīng)及其離散度都好于國(guó)產(chǎn)壓電陶瓷。
　　不同的敏感芯體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)溫度的變化的響應(yīng)會(huì)產(chǎn)生不同的結(jié)果。由于不同材料有不同的線膨脹系數(shù)，因此溫度變化必然使壓電材料和金屬配件之間產(chǎn)生因線膨脹系數(shù)不同而造成的應(yīng)力變化；這種由溫度產(chǎn)生的應(yīng)力使壓縮式和彎曲梁型的敏感芯體產(chǎn)生輸出信號(hào)，有時(shí)這種溫度變化引起的輸出會(huì)大于振動(dòng)測(cè)量信號(hào)（特別在低頻測(cè)量中）。需要特別指出溫度變化有穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)兩種，傳感器輸出靈敏度隨溫度變化通常是指穩(wěn)態(tài)高低溫度狀態(tài)對(duì)信號(hào)輸出的影響。瞬態(tài)溫度變化對(duì)傳感器輸出的影響主要表現(xiàn)在低頻測(cè)量中，請(qǐng)參看應(yīng)用〉低頻測(cè)量
o 傳感器的基座應(yīng)變靈敏度
　　傳感器受被測(cè)物體在傳感器安裝處應(yīng)變的影響，可能導(dǎo)致傳感器輸出的變化。傳感器的基座應(yīng)變靈敏度一般由傳感器基座剛度，傳感器與被測(cè)件的接觸面積以及敏感芯體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式所決定。剪切結(jié)構(gòu)形式的敏感芯體與傳感器基座間的接觸面積很小，因而剪切芯體受基座應(yīng)變的作用也相對(duì)較小，且這種應(yīng)變并不直接導(dǎo)致壓電陶瓷的輸出。所以剪切敏感芯體傳感器的基座應(yīng)變靈敏度指標(biāo)通常比壓縮式的要好，在無(wú)需改變傳感器的基座剛度以及與被測(cè)件的接觸面積情況下（改變這兩點(diǎn)都將影響傳感器的頻率響應(yīng)指標(biāo)），剪切型傳感器一般都能滿足大部分結(jié)構(gòu)測(cè)量的要求。
o 聲場(chǎng)和磁場(chǎng)對(duì)傳感器的影響
　　聲波和磁場(chǎng)對(duì)傳感器的作用也都可能引起信號(hào)輸出，這種輸出的大小與傳感器靈敏度的比值被稱作為壓電傳感器的聲靈敏度和磁靈敏度。
　　聲靈敏度是表示傳感器在強(qiáng)聲場(chǎng)（140dB）的作用下，加速度傳感器的輸出值。加速度信號(hào)輸出主要是聲波通過(guò)對(duì)傳感器外殼體的作用，再由外殼體傳輸給內(nèi)部的敏感芯體而導(dǎo)致的信號(hào)輸出。zui直接減小傳感器聲靈敏度的方法是增加傳感器外殼的厚度，絕大多數(shù)傳感器的這一指標(biāo)都能滿足通常的測(cè)量條件。
　　磁靈敏度是表示傳感器在強(qiáng)交變磁場(chǎng)作用下，加速度傳感器的輸出值。傳感器內(nèi)部敏感芯體受磁力的作用而導(dǎo)致信號(hào)輸出是傳感器產(chǎn)生磁靈敏度的基本原因。因此在傳感器設(shè)計(jì)中，金屬零部件盡量采用無(wú)磁或弱磁的材料是降低傳感器磁靈敏度zui直接的措施。另外雙層屏蔽殼結(jié)構(gòu)形式也能較好地減小傳感器的磁靈敏度，同時(shí)雙層屏蔽殼形式還能有效地防止磁場(chǎng)對(duì)輸出電信號(hào)的干擾。