振动测量：加速度计基础知识

来源:加速度传感器网 2020/8/21

加速度计被广泛用于监视航空航天，汽车和制造应用中的振动。机械工程师经常使用它们来诊断旋转设备的问题或评估承受周期性应力的结构的稳定性（例如监视火车/卡车过桥引起的振动等）。它们还经常用于监视以下情况：基于维护的基础上，工程师可以检查设备产生的振动以评估其健康状况，并监控敏感设备在运输过程中承受的压力。

获取振动数据的最常见方法包括连接加速度计并将其配置为可以以很高的采样率提供高分辨率（24位）振动数据的数据采集系统。现代数据采集系统可以实时绘制，记录，过滤和分析振动数据，并允许使用各种类型的加速度计。如果配置正确，它们甚至可以允许通过Wi-Fi无线传输振动数据。

当直接安装在振动结构上（或内部）时，加速度计将机械能成比例地转换为电能。加速度通常用重力常数g表示，它等于9.81 m / s2。加速度计的三种主要类型用于振动测试。

压电加速度计

压电加速度计是最流行的，并且广泛用于工业应用。它们的锆钛酸铅（PZT）传感元件在加速时会产生电荷或输出。压电加速度计具有极低的噪声，在所有振动和大多数冲击应用中，其性能均优于电容式MEMS或压阻式加速度计。有多种变体可用：三轴或单轴，从用于地震应用的高灵敏度类型到用于冲击测试的低灵敏度；有些类型旨在处理最极端的环境，甚至是核环境。它们最重要的缺点是它们是交流耦合的，因此它们无法测量重力矢量或持续的加速度。

充电模式压电加速度计

充电模式压电加速度计具有极强的耐用性，因为它们能够承受恶劣条件，包括极端温度（-200°C至+ 400°C）；有些甚至可以在核环境下运行。但是，它们的高阻抗要求使用特殊的电缆屏蔽噪声。还需要电荷放大器，这增加了系统成本和复杂性。

电压模式内部电子压电加速度计

电压模式内部电子压电（IEPE）加速度计已成为最常用的加速度计类型。它们与电荷模式压电加速度计非常相似，但具有内置电荷放大器。这消除了对特殊布线的需求，并简化了将它们集成到系统中的过程。需要一个恒定的直流电源，许多数据采集系统现在都包括此电源。这些加速度计中内置的微电子电路意味着它们无法满足充电模式加速度计在恶劣环境中的承受能力，但它们的典型温度范围为-40°至+ 125°C，足以满足大多数应用的需要。与任何类型的传感器一样，要确保振动测量的准确性取决于为特定应用选择合适的加速度计。在许多情况下，加速度计是测量链中最关键的环节。例如，对于需要集成速度或位移加速度数据的冲击测试，请选择电容式MEMS或压阻式加速度计。压电加速度计是振动测量的理想选择，但低频应用需要特殊的高灵敏度加速度计。表1提供了有关哪种加速度计类型最适合各种应用的指南。

可变电容MEMS

可变电容MEMS（微机电系统）加速度计是最小，最便宜的加速度计选择，通常在智能手机中使用。它们可以直接安装在印刷电路板上，这使其成为电气工程师的首选。尽管它们的低成本和小尺寸使其受欢迎，但它们提供的数据质量明显较低，尤其是在较高的频率和幅度端。它们通常不适合工业应用；但是它们是直流耦合的，对于基于人的应用程序来说是一个不错的选择。它们的低成本和低功耗也使其成为健康监控的理想选择。

压阻式加速度计

压阻式加速度计是用于冲击测试的最主要类型，但首选用于振动测量。由于它们基于应变仪，因此需要使用放大器和温度补偿，因此它们具有非常宽的带宽（从0到几千赫兹）和低噪声特性。它们可以被气体或流体阻尼，从而保护了加速度计并防止其达到内部谐振频率。由于它们是直流耦合的，因此可以对它们的输出进行积分，以计算冲击事件期间的速度和位移。

摘要

下表总结了如何为您的应用选择合适的加速度计。