加速度振動傳感器是一種測量結構振動或運動加速度的裝置。振動或運動(加速度)變化引起的力使質量“擠壓”壓電材料,產生與施加在壓電材料上的力成比例的電荷。因為電荷與力成正比,質量是一個常數,所以電荷也與加速度成正比。
壓電加速度振動傳感器依靠石英或陶瓷晶體的壓電效應來產生與外加加速度成比例的電輸出。壓電效應在晶體上產生一個相反的帶電粒子積累。這種電荷與施加的力或應力成正比。施加在石英晶體晶格結構上的力會改變正負離子的排列,從而導致這些帶電離子在相對表面上積聚。這些帶電荷的離子聚集在***終受晶體管微電子技術制約的電極上。
在加速度計中,晶體上的應力是地震質量對晶體施加力的結果。在規定的頻率范圍內,這種結構近似地服從牛頓運動定律,f=ma。因此,累積電荷總量與作用力成正比,作用力與加速度成正比。電極收集電荷并通過電線將其傳輸到信號調節器,該調節器可以是遠程的,也可以內置在加速度振動傳感器中。
剪切式加速度振動傳感器
剪切模式設計了中心柱和地震質量之間的傳感晶體的結合或“夾層”。壓縮環或螺柱施加產生剛性線性結構所需的預載力。在加速度作用下,質量使剪切應力施加到感測晶體上。通過將傳感晶體與底座和外殼隔離,剪切加速度計在抑制熱瞬態和底座彎曲效應方面表現出色。此外,剪切幾何結構本身具有較小的尺寸,從而將對測試結構的質量荷載效應降至***低。
彎曲模態加速度振動傳感器
彎曲模式設計使用梁形傳感晶體,當加速時,它被支持在晶體上產生應變。晶體可以被結合到載體梁上,當加速時,載體梁會增加應變量。該設計外形小巧,重量輕,熱穩定性好,價格經濟。對橫向運動不敏感也是這種設計的固有特征。通常,受彎梁設計非常適合于低頻、低G級應用,如結構測試中可能遇到的應用。
壓縮式加速度振動傳感器
壓縮式加速度振動傳感器結構簡單,剛性高,具有歷史可用性。基本上有三種類型的壓縮設計:直立、倒置和隔離。
垂直壓縮設計將壓電晶體夾在地震塊和剛性安裝底座之間。彈性螺柱或螺釘將傳感元件固定到安裝底座上。當傳感器加速時,地震質量會增加或減少作用在晶體上的力,并產生成比例的電輸出。地震質量越大,應力越大,因此輸出值也越大。
反向壓縮設計將傳感晶體與安裝基座隔離,減少基座彎曲效應,并將熱不穩定測試結構的影響降至***低。許多參考標準校準加速度計采用這種設計。
孤立壓縮設計減少了由于基本應變和熱瞬變引起的錯誤輸出。這些好處是通過機械地將傳感晶體與安裝基座隔離,并利用空心地震塊作為隔熱屏障來實現的。這些機械增強允許在低頻下穩定性能,在低頻下,熱瞬態效應可以與其他壓縮設計一起產生信號“漂移”。
壓電材料
有兩種壓電材料用于印刷電路板加速度計:石英和多晶陶瓷。石英是天然晶體,陶瓷是人造的。每種材料都具有一定的優勢,材料的選擇取決于加速度計所需的特定性能特征。石英因其執行精確測量任務的能力而廣為人知,并在時間和頻率測量的日常應用中發揮了重要作用。