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類型分類：: 科普知識

數據分類：: 開發板

振動測量：加速度計基礎知識

發布日期：2022-10-14 點擊率：110

加速度計被廣泛用于監視航空航天，汽車和制造應用中的振動。機械工程師經常使用它們來診斷旋轉設備的問題或評估承受周期性應力的結構的穩定性（例如監視火車/卡車過橋引起的振動等）。它們還經常用于監視以下情況：基于維護的基礎上，工程師可以檢查設備產生的振動以評估其健康狀況，并監控敏感設備在運輸過程中承受的壓力。

獲取振動數據的最常見方法包括連接加速度計并將其配置為可以以很高的采樣率提供高分辨率（24位）振動數據的數據采集系統。現代數據采集系統可以實時繪制，記錄，過濾和分析振動數據，并允許使用各種類型的加速度計。如果配置正確，它們甚至可以允許通過Wi-Fi無線傳輸振動數據。

當直接安裝在振動結構上（或內部）時，加速度計將機械能成比例地轉換為電能。加速度通常用重力常數g表示，它等于9.81 m / s2。加速度計的三種主要類型用于振動測試。

壓電加速度計

壓電加速度計是最流行的，并且廣泛用于工業應用。它們的鋯鈦酸鉛（PZT）傳感元件在加速時會產生電荷或輸出。壓電加速度計具有極低的噪聲，在所有振動和大多數沖擊應用中，其性能均優于電容式MEMS或壓阻式加速度計。有多種變體可用：三軸或單軸，從用于地震應用的高靈敏度類型到用于沖擊測試的低靈敏度；有些類型旨在處理最極端的環境，甚至是核環境。它們最重要的缺點是它們是交流耦合的，因此它們無法測量重力矢量或持續的加速度。

充電模式壓電加速度計

充電模式壓電加速度計具有極強的耐用性，因為它們能夠承受惡劣條件，包括極端溫度（-200°C至+ 400°C）；有些甚至可以在核環境下運行。但是，它們的高阻抗要求使用特殊的電纜屏蔽噪聲。還需要電荷放大器，這增加了系統成本和復雜性。

電壓模式內部電子壓電加速度計

電壓模式內部電子壓電（IEPE）加速度計已成為最常用的加速度計類型。它們與電荷模式壓電加速度計非常相似，但具有內置電荷放大器。這消除了對特殊布線的需求，并簡化了將它們集成到系統中的過程。需要一個恒定的直流電源，許多數據采集系統現在都包括此電源。這些加速度計中內置的微電子電路意味著它們無法滿足充電模式加速度計在惡劣環境中的承受能力，但它們的典型溫度范圍為-40°至+ 125°C，足以滿足大多數應用的需要。與任何類型的傳感器一樣，要確保振動測量的準確性取決于為特定應用選擇合適的加速度計。在許多情況下，加速度計是測量鏈中最關鍵的環節。例如，對于需要集成速度或位移加速度數據的沖擊測試，請選擇電容式MEMS或壓阻式加速度計。壓電加速度計是振動測量的理想選擇，但低頻應用需要特殊的高靈敏度加速度計。表1提供了有關哪種加速度計類型最適合各種應用的指南。

可變電容MEMS

可變電容MEMS（微機電系統）加速度計是最小，最便宜的加速度計選擇，通常在智能手機中使用。它們可以直接安裝在印刷電路板上，這使其成為電氣工程師的首選。盡管它們的低成本和小尺寸使其受歡迎，但它們提供的數據質量明顯較低，尤其是在較高的頻率和幅度端。它們通常不適合工業應用；但是它們是直流耦合的，對于基于人的應用程序來說是一個不錯的選擇。它們的低成本和低功耗也使其成為健康監控的理想選擇。

壓阻式加速度計

壓阻式加速度計是用于沖擊測試的最主要類型，但首選用于振動測量。由于它們基于應變儀，因此需要使用放大器和溫度補償，因此它們具有非常寬的帶寬（從0到幾千赫茲）和低噪聲特性。它們可以被氣體或流體阻尼，從而保護了加速度計并防止其達到內部諧振頻率。由于它們是直流耦合的，因此可以對它們的輸出進行積分，以計算沖擊事件期間的速度和位移。

摘要

下表總結了如何為您的應用選擇合適的加速度計。