震动传感器原理及分类

振动传感器原理及分类

振动传感器在我们生产、生活和科研方面都有着非常广泛的用途，例如：航空航天、轨道交通、汽车、重型机械、机器人、土木建筑、桥梁、手机、智能设备、电饭煲、洗衣机、抽油烟机等等。社会生活的方方面面已经离不开振动传感器,下面我们一起了解一下振动传感器的相关知识。

一 振动传感器原理

振动传感器是将振动信号（加速度、速度及位移）转换成电信号的装置，振动传感器在测试技术中是关键部件之一，它的作用主要是将机械量接收下来，并转换为与之成比例的电量。由于它也是一种机电转换装置。所以我们有时也称它为换能器、拾振器等。振动传感器并不是直接将原始要测的机械量转变为电量，而是将原始要测的机械量做为振动传感器的输入量M，然后由机械接收部分加以接收，形成另一个适合于变换的机械量N，最后由机电变换部分再将N变换为电量E，因此一个传感器的工作性能是由机械接收部分和机电变换部分的工作性能来决定的。

二 振动传感器的供电方式和管脚定义

供电方式有两种：

1.IEPE方式：因为由加速度传感器产生的电量是很小的，因此传感器产生的电信号很容易受到噪声干扰，需要用灵敏的电子器件对其进行放大和信号调理。IEPE加速度传感器带有一个放大器和一个恒流源。电流源将电流引入加速度传感器。加速度传感器内部的电路使它对外表现的像一个电阻。传感器的加速度和它对外表现出的电阻成正比。因此传感器返回的信号电压和加速度也成正比。

2.直流供电(电压恒定）：区别于IEPE供电方式，这类加速度传感器需要外置供电电源。加速度传感器所要求的供电电压大多是9~30V，使用直流供电的加速度传感器抗干扰能力强。

管脚定义：

不同类型的加速度传感器管脚定义也不尽相同，大多数加速度计由3脚、4脚或者5脚。其中：3脚包括供电正，地，信号正，4脚包括X、Y、Z方向信号，供电正（外壳是电源地和信号地，抗干扰能力差），5脚包括X、Y、Z方向信号，供电正，地（外壳是屏蔽，抗干扰能力强）。

三 传统振动传感器的分类及各自的特点

1.压电陶瓷式

压电加速度传感器采用压电陶瓷，具有很宽的工作温度范围，宽的动态量程，宽的频率范围（可用频率>10kHz）。电荷输出型加速度传感器把压电陶瓷封装在具有气密性的金属外壳中。由于具有抵抗严酷环境的能力，其具有非常好的耐久性。由于其具有很高的阻抗，该传感器需要配合电荷放大器和低噪声屏蔽电缆使用，最好是同轴电缆。低噪音电缆是指其具有低的摩擦电噪声，这是一种运动产生的来自电缆本身的噪声。电荷放大器和电荷输出型加速度传感器连接，从而可以消除电缆电容和传感器电容并联带来的影响。配合先进的电荷放大器，电荷输出型加速度传感器很容易实现宽的动态响应（>120dB）。由于压电陶瓷的工作温度范围很宽，有些传感器可以用于-200°C到+400°C，甚至更宽温度的环境。它们特别适合极限温度下的振动测试，如涡轮引擎的监测。

其特点如下：

①自发电式传感器，输出电荷与所感受的加速度成正比

②频率响应宽，动态范围大

③尺寸小，重量轻，易于安装

④精确度高，稳定性好，寿命长

⑤具有极宽的工作温度范围和极高的信噪比

2.电容式

电容式：依靠质量块改变电容大小。电容式传感器一般分为两种类型。即可变间隙式和可变公共面积式。可变间隙式可以测量直线振动的位移。可变面积式可以测量扭转振动的角位移。

电容式（随加速度变化，由检测质量块引起电容变化）加速度传感器在当今是最通用的。在某些领域无可替代，如安全气囊，手机移动设备等。高的产量使得该类传感器成本低廉。但是这种低成本的传感器受制于较低的信噪比，有限的动态范围。所有的电容型加速度传感器都具有内部时钟，该时钟(~500kHz)是检测电路必不可少的部分，由于泄漏经常会对输出信号产生干扰。这种噪声的频率远高于测量信号的频率，一般不会对测量结果造成影响，但是它始终和测试信号叠加在一起。由于内置了放大器芯片，其一般具有3线（或4线差分输出）接口。只要有直流供电便能工作。

电容式加速度传感器的工作带宽一般限制在几百Hz，部分原因是其具有大的内部结构和重的空气阻尼。电容型加速度传感器适合测量低量程的加速度，其上限一般在100g以内。除了这些限制，现代的电容型加速度传感器，具有很好的线性和稳定性。电容型加速度传感器通常适合板载测试，成本低是一个原因。对于低频运动测试，加速度一般也低，它们是一个理想的选择。

3.压阻式

压阻式加速度传感器是另一种广泛应用的直流响应加速度传感器。不同于电容型加速度传感器通过电容的变化测量加速度，压阻型加速度传感器通过应变电阻值的变化输出加速度信号，应变电阻是传感器惯性感应系统的一部分。很多工程师熟悉应变片，并知道如何测量其输出。大多数的压阻型传感器对温度变化敏感，因而需要对其输出信号在传感器内部或外部做温度补偿。

压阻式加速度传感器的工作频率可达5000Hz。许多压阻型加速度传感器要么采用空气阻尼（MEMS型），要么采用液体阻尼（粘贴应变片型）。阻尼特性是选择传感器的一个重要因素。某些应用下，输入的机械振动包含高频成份（或激发高频响应），带阻尼的传感器可以防止本身产生振铃（谐振），从而保留或增大了可用动态范围。由于压阻型加速度传感器的输出是差分的纯电阻信息，信噪比通常很好；其动态范围仅受限于后接直流放大器的品质。对于高加速度冲击测试，某些压阻型加速度传感器能够测量到超出10000g的加速度。

四 奥音贝振动传感器

奥音贝振动传感器是专门为高铁、汽车、航空、航天、能源等领域的NVH测试所开发研制的振动传感器，具有体积小重量轻的特性，适合于多通道NVH测试，整车模态实验等。可以与市场上通用的各大厂商数据采集器兼容使用。并可根据客户需要定制产品。