IEPE加速度传感器的原理及应用

　　IEPE加速度传感器的原理及应用

　　目前较常用的交流响应加速度传感器是以压电元件为敏感元件的IEPE加速度传感器。当有加速度输入时，传感器中检测质量的“移动”使得压电元件产生与输入加速度成比例的电荷信号。从电学的角度来看，压电元件就像一个有源元件，电容器的内阻为10×9欧姆。RC时间常数由内阻和电容决定，也决定了传感器的高频通过特性。因为这个IEPE加速度传感器不能用于测量静态事件。压电元件可以来自自然，也可以来自人为。它们具有不同的信号转换效率和线性度。

　　市场上有两种类型的IEPE加速度传感器——电荷输出型和电压输出型。

　　1.充电输出加速度传感器

　　主要的压电加速度传感器采用锆钛酸盐陶瓷，工作温度范围宽，动态范围宽，频率范围宽(可用频率>10kHz)。电荷输出加速度传感器将压电陶瓷封装在一个气密的金属外壳中。因为它有抵抗恶劣环境的能力，所以它有很好的耐久性。由于其高阻抗，传感器需要与电荷放大器和低噪声屏蔽电缆一起使用，较好是同轴电缆。低噪声电缆是指它具有低摩擦电噪声，这是一种由电缆本身运动引起的噪声。许多传感器制造商同时提供这种低噪声电缆。电荷放大器与电荷输出加速度传感器连接，可以消除电缆电容和传感器电容并联带来的影响。采用先进的电荷放大器，电荷输出加速度传感器可以轻松实现宽动态响应(>120分贝)。由于压电陶瓷的工作温度范围很宽，一些传感器可以在-200℃到+400℃甚至更宽的温度环境中使用。它们特别适用于极端温度下的振动测试，如涡轮发动机的监控。

　　2.电压输出加速度传感器

　　另一个压电加速度传感器输出电压信号而不是电荷信号。传感器内部包含一个电荷放大器。电压模式传感器是3线(信号、接地和电源)和2线(信号/电源和接地)。双线压电传感器也称为集成电路压电传感器(IEPE)。IEPE非常受欢迎，因为它可以方便地通过同轴线(2线、芯线和屏蔽线)连接。在这种模式下，交流信号叠加在DC电源上。输出端串联耦合电容可以去除传感器的DC偏置电压，从而只获得传感器信号输出。许多现代仪器提供IEPE/电感耦合等离子体输入接口，可以直接与IEPE传感器连接。

　　与电荷输出加速度传感器不同，电压输出加速度传感器除了压电陶瓷元件外，还包括一个微电路，电路的工作温度范围限制了传感器的整体工作温度范围，通常不超过125°C，也有一些设计提高到175°C，但其他性能会下降。

　　可用动态范围-由于压电陶瓷元件的宽动态范围，电荷输出加速度传感器在范围定义上非常灵活，因为用户可以通过远程电荷放大器自由调整其全范围。电压输出加速度传感器具有给定的满量程，由内部电荷放大器决定。一旦工厂生产出来，就不能再换了。