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類型分類：: 科普知識

數據分類：: 加速度傳感器

鐵電晶體加速度傳感器和天然晶體加速度傳感器比較

發布日期：2022-10-09 點擊率：70

    多年來壓電加速度傳感器一直被用來進行各種振動測量。加速度傳感器的設計型式也是各種各樣的，從用于模態試驗的重量只有0.14克的超微型結構到用于地震測量的重達1kg的大型結構牢固的傳感器。根據尺寸、溫度和品質因數的要求，傳感器的設計可以有多重設計型式進行選擇。然而任何成功設計的關鍵都在于正確地選用系統的零部件，而不是選用何種晶體材料。例如在振動測量系統中經常忽略激起共振的影響。當使用靈敏度高、共振頻率相當低的加速度計來測量復雜波形的振動時，由于激起了加速度傳感器的共振而常使振動放大器中的電荷轉換器飽和，從而使測量失敗。為避免出現這種問題通常采用的辦法是在電荷轉換器之前加一個簡單的低通濾波器。應用前沿陡峭的高通濾波器可以防止像熱釋電輸出和底座應變等低頻瞬變現象。如果我們所關心的頻率低于1Hz，則選用合適的壓電材料就變得更為重要，這時一般來說天然晶體更為合適。信號連接系統通常是最不受重視的，但它對于成功地進行振動測量來說卻是至關重要的。
    鐵電晶體是一種多晶介電材料，一般稱之為陶瓷。這些材料本身原來并不具有壓電性能，但是可以人為地使其成為壓電材料。為使陶瓷材料偶極子化和具有壓電效應，必須給它加高壓靜電場。經過極化的陶瓷材料的性能類似于鐵磁材料，稱之為“鐵電材料。”在加速度傳感器中最常用的鐵電陶瓷是鋯鈦酸鉛和鈦酸鉍。鐵電陶瓷晶體以其靈敏度高而著稱，與使用天然晶體的加速度傳感器相比，在得到相同輸出的情況下它的頻率響應寬，尺寸小。
    鐵電晶體加速度傳感器有較高的品質因數，與天然晶體加速度傳感器相比它可以給出較高的靈敏度或較寬的頻率響應。與鐵電晶體加速度傳感器相比天然晶體加速度傳感器對瞬態溫度變化不敏感（熱釋電輸出較低），在頻率低于1Hz時尤為如此。在加適當的高通濾波器之后，鐵電晶體加速度傳感器和天然晶體加速度傳感器的熱釋電響應皆可忽略不計。在溫度高于500℃時電氣石加速度計在電阻率和長期使用性方面具有很多優點。在500℃及低于500℃時，選用鐵電晶體材料在尺寸、重量、頻率范圍和靈敏度方面要好得多。錯誤的振動數據較多地來自接頭處連接不當，而與選用的壓電材料關系不大。對于接頭的設計要特別注意，最好使用整體電纜合件。慣性預載荷不足也是錯誤的振動數據的來源之一。對于所有監測發動機振動的加速度傳感器都應當再高振級上重新進行校準。

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