ICP®傳感器系統理想地按比例處理感興趣的信號。然而,隨著被測量的頻率增加,系統***終變為非線性。這是由于以下因素:
1、機械考慮因素
2、放大器/電源限制
3、電纜特性
在嘗試進行高頻測量時,必須考慮這些因素。
機械考慮因素
傳感器內的機械結構通常對傳感系統施加高頻限制。也就是說,隨著接近傳感器的固有頻率,靈敏度開始迅速上升。
w =√(k / m)(等式6)
其中:
w =固有頻率
k =傳感元件的剛度
m =地震質量
該等式有助于解釋為什么較大或較大質量的傳感器通常具有較低的共振頻率。
下面的圖11表示典型ICP®加速度計的頻率響應曲線。

圖11:ICP®加速度計的頻率諧振
可以看出,靈敏度隨著頻率的增加而增加。對于大多數應用,通常可以在靈敏度偏差小于±5%的范圍內使用該傳感器。該頻率上限發生在諧振頻率的大約20%處。壓力和力傳感器以類似的方式響應。
安裝在獲得精確的高頻測量中也起著重要作用。請務必參考正確安裝的安裝程序。
放大器/電源限制
在極高頻率(> 100 kHz)下進行測試時,傳感系統的類型變得非常重要。通常,電壓放大系統響應大約1MHz的頻率,而大多數電荷放大系統僅響應100kHz。這通常是由于放大器類型的限制以及電容濾波效應。對于這種情況,請查閱設備規格,或致電PCB尋求幫助。
電纜考慮因素和恒定電流水平
當電流不足以驅動電纜電容時,長電纜上的操作可能會影響頻率響應并引入噪聲和失真。
與充電模式系統不同,系統噪聲是電纜長度的函數,ICP®傳感器提供高壓,低阻抗輸出,非常適合在惡劣環境中驅動長電纜。雖然ICP®傳感器的噪聲幾乎沒有增加,但電纜的容性負載可能會使高頻信號失真或濾波,具體取決于傳感器的電源電流和輸出阻抗。
通常,這種信號失真不是低頻測試高達10 kHz的問題。但是,對于長度超過100英尺(30米)的電纜進行更高頻率的振動,沖擊,爆炸或瞬態測試,存在信號失真的可能性。
在給定電纜長度上可以傳輸的***大頻率是電纜電容和峰值信號電壓與信號調節器可用電流之比的函數,具體如下:

其中,F max =***大頻率(赫茲)
C =電纜電容(皮法)
V =傳感器的***大峰值輸出(伏特)
I c =來自信號調節器的恒定電流(mA)
10 9 =等于單位的比例系數
注意,在此等式,從提供給傳感器(lc)的總電流中減去1mA。這樣做是為了補償內部電子設備的供電。某些特種傳感器電子元件可能消耗更多或更少的電 聯系制造商以確定正確的電源電流。
當驅動長電纜時,公式7表明,隨著電纜長度,峰值電壓輸出或***大感興趣頻率的增加,驅動信號需要更大的恒定電流。
下面的諾模圖(圖12)提供了一種簡單的圖形方法,用于獲得ICP®測量系統的預期***大頻率能力。

圖12:電纜驅動的Nomograph
例如,當運行電容為30 pF / ft的100英尺(30.5米)電纜時,總電容為3000 pF。該值可以沿對角電纜電容線找到。假設傳感器工作在5伏的***大輸出范圍并且恒流信號調節器設置為2毫安,則垂直軸上的比率可以計算為等于5.總電纜電容與該比率的交點導致***大頻率約為10.2 kHz。
諾模圖不表示某點的頻率幅度響應是平坦的,上升的還是下降的。出于預防原因,通常的做法是增加傳感器的恒定電流(如果可能)(在其***大限度內),以便從諾模圖確定的頻率比感興趣的***大頻率大約1.5至2倍。
請注意,較高的電流水平將以更快的速率耗盡電池供電的信號調節器。此外,電纜未使用的任何電流直接為內部電子設備供電并產生熱量。這可能導致傳感器超過其***高溫度規格。因此,請勿在短電纜運行或高溫測試時提供過大電流。
實驗測試長電纜
為了確定長電纜運行所涉及的高頻電特性,可以使用兩種方法。
圖13所示的***種方法涉及將標準信號發生器的輸出連接到與ICP®傳感器串聯的單位增益,低輸出阻抗(<5 ohm)儀表放大器。當信號發生器和放大器從系統中移除時,需要極低的輸出阻抗來***小化電阻變化。另一種測試方法,如圖13所示,包含一個傳感器模擬器,它包含一個方便地封裝在一起的信號發生器和傳感器電子器件。

圖13:測試長電纜
為了檢查這些系統中的任何一個的頻率/幅度響應,設置信號發生器以提供預期測量信號的***大幅度。觀察發生器的振幅與示波器上顯示的振幅之比。如果此比率為1:1,則系統足以進行測試。(如有必要,請務必考慮信號調理器或示波器中的任何增益。)如果輸出信號上升(例如,1:1.3),則添加串聯電阻以衰減信號。使用可變的100歐姆電阻將有助于更方便地設置正確的電阻。請注意,這是***需要添加電阻的條件。如果信號下降(例如,1:0.75),則必須增加恒定電流水平或減小電纜電容。
在電纜測試期間可能需要物理安裝電纜以反映數據采集期間遇到的實際情況。這將補償潛在的感應電纜效應,其部分地取決于電纜路徑的幾何形狀。