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行業(yè)動態(tài)

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【振動課堂·第4期】加速度傳感器的技術指標解讀

發(fā)布時間：

2025-12-03

在振動測量領域，壓電式加速度傳感器因其頻率范圍寬、動態(tài)范圍大、體積小、堅固耐用等特點，成為工業(yè)診斷、模態(tài)測試和環(huán)境監(jiān)測的首選。然而，面對數(shù)據(jù)手冊上繁雜的技術參數(shù)，如何做出正確選擇？今天，我們將深入解讀一些核心指標，為大家的選型助力。

測量范圍

它是什么？
測量范圍指的是傳感器能夠準確測量的最大加速度值。單位通常是 g（重力加速度）或 m/s2。

例如，一個傳感器的測量范圍是 ±50g，表示它可以測量從 -50g 到 +50g 的加速度。

它代表了什么？
它代表了傳感器的 “工作量程上限”。就像一把秤，它有最大稱重量程一樣。

為什么它重要？

過載保護：如果被測加速度超過這個范圍，傳感器的輸出信號會達到飽和（失真），稱為“削波”。偶爾的輕微超載可能只是導致數(shù)據(jù)失真，但嚴重或持續(xù)的超載可能會永久損壞傳感器。

選擇依據(jù)：您需要預估被測物體可能出現(xiàn)的最大加速度（尤其是沖擊），并選擇一個測量范圍比該最大值還要大一些的傳感器，通常建議留出30%-50%的安全余量。

與靈敏度的關系（關鍵權衡）：
測量范圍和靈敏度通常是相互制約的。 一個測量范圍很廣（例如 ±500g）的傳感器，其靈敏度通常會比較低（例如 10 mV/g）。而一個高靈敏度（例如 1000 mV/g）的傳感器，其測量范圍必然會比較?。ɡ?±5g）。

靈敏度

它是什么？
靈敏度指的是傳感器將加速度轉(zhuǎn)換成電信號的“效率”。它定義為輸出信號量與輸入加速度量的比值。

對于電壓輸出型（如IEPE）：單位是 mV/g 或 mV/(m/s2)。例如，100 mV/g 表示傳感器受到1g的加速度時，會輸出100毫伏的電壓信號。

對于電荷輸出型：單位是 pC/g 或 pC/(m/s2)。

它代表了什么？
它代表了傳感器的 “放大倍數(shù)”或“感知能力”。靈敏度越高，對微小的振動越“敏感”。

為什么它重要？

測量微小振動：要測量非常微弱的振動，需要高靈敏度的傳感器，這樣才能產(chǎn)生足夠大的電信號，以便與背景噪聲區(qū)分開。

系統(tǒng)設置：在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，您必須正確設置這個靈敏度值，系統(tǒng)才能將測得的電壓值準確地換算回加速度值。

如何選擇？

測量微小振動（如結(jié)構模態(tài)、遠距離傳遞的振動）→ 選擇高靈敏度傳感器。

測量大振動或高沖擊（如碰撞、爆破）→ 選擇低靈敏度傳感器（同時意味著更大的測量范圍）。

頻率響應/頻率范圍

它是什么？
頻率響應描述了傳感器的靈敏度隨振動頻率變化的情況。頻率范圍則是指傳感器能夠精確工作的頻率區(qū)間，通常指其頻響曲線保持“平坦”的部分。

它代表了什么？
它代表了傳感器的 “工作帶寬” 或它能“聽”到的振動頻率范圍。

為什么它重要？

低于下限：信號會急劇衰減，測不到。

高于上限：信號會被共振峰嚴重放大，讀數(shù)遠遠大于真實值。

保證測量真實性：必須確保您關心的振動頻率成分都在傳感器的頻率范圍內(nèi)。如果被測頻率超出范圍，測量結(jié)果會嚴重失真。

高頻上限由共振頻率決定：每個傳感器都有一個固有的共振頻率。為了獲得精確的測量，實際可用頻率范圍通常最高只能到其共振頻率的1/3到1/5。

如何選擇？

分析高速旋轉(zhuǎn)設備（如齒輪、渦輪機）→ 需要寬的高頻范圍（如10 kHz以上）。

測量低速、大型結(jié)構（如建筑、橋梁）→ 需要低的低頻下限（如0.1 Hz或更低）。

安裝諧振頻率

安裝諧振頻率是決定傳感器可用頻率范圍的根本因素。它設定了傳感器高頻測量能力的理論極限。

決定了頻率響應范圍的上限

在諧振頻率點，傳感器的靈敏度會急劇升高，輸出信號會被劇烈放大，導致測量結(jié)果嚴重失真，完全不能反映真實的振動情況。

為了獲得精確的、線性的測量數(shù)據(jù)，傳感器必須工作在一個頻響曲線平坦的區(qū)域內(nèi)。

確立可用頻率范圍的“黃金法則”

行業(yè)內(nèi)的通用法則是：傳感器的實際可用頻率上限不應高于其安裝諧振頻率的 1/3。

對于要求更高的精密測量，這個比例會提高到 1/5。

安裝諧振頻率 vs. 頻率響應

這是一個非常重要的區(qū)分。在傳感器的數(shù)據(jù)手冊上，你會看到兩個相關的頻率指標：

參數(shù)	安裝諧振頻率	可用頻率范圍（頻率響應）
是什么	一個單一的、特定的頻率點，是傳感器-安裝系統(tǒng)固有的物理屬性。	一個頻率區(qū)間，在此區(qū)間內(nèi)傳感器可以精確工作。
物理意義	傳感器發(fā)生共振的峰值點。	頻響曲線平坦的部分。
決定關系	決定了可用頻率范圍的上限。	被安裝諧振頻率所決定。
在圖表上的表現(xiàn)	頻響曲線上的一個尖銳的峰值。	峰值之前那段平坦的直線區(qū)域。

分辨率

它是什么？
分辨率是指傳感器能夠檢測到的最小加速度變化量。它本質(zhì)上是由傳感器自身的本底噪聲決定的。

它代表了什么？
它代表了傳感器的 “聽覺敏銳度”。就像在非常安靜的環(huán)境下，你能聽到一根針掉在地上的聲音；但在嘈雜的市場上，你就聽不到。

為什么它重要？

它決定了您能否看到或分析出非常微弱的振動信號。如果分辨率不夠，這些微小信號會被淹沒在噪聲中，無法識別。

對于故障早期診斷、模態(tài)分析等需要捕捉微弱特征的應用，高分辨率至關重要。

與其他參數(shù)的關系：
通常，高靈敏度的傳感器也具有更好的分辨率。分辨率是決定傳感器動態(tài)范圍下限的關鍵。

動態(tài)范圍

它是什么？
動態(tài)范圍是指傳感器能夠同時測量的最大信號（測量范圍上限）與最小信號（分辨率）之間的比值，通常用分貝（dB）表示。

計算公式：動態(tài)范圍 (dB) = 20 × log??(最大可測量加速度 / 最小可分辨加速度)

它代表了什么？
它代表了傳感器的 “聽覺范圍”。一個動態(tài)范圍寬的傳感器，既能“聽得見細語（微弱振動）”，也能“承受住吶喊（巨大沖擊）”，而無需更換傳感器。

為什么它重要？

它綜合體現(xiàn)了傳感器的測量范圍和分辨率性能。

在復雜的工況下（例如，既存在平穩(wěn)的微小振動，又存在偶然的劇烈沖擊），寬動態(tài)范圍可以確保所有信號都被準確捕獲，而不會丟失細節(jié)或?qū)е逻^載。

尺寸與重量

尺寸

1. 它是什么？
主要指傳感器的外形尺寸，包括直徑、高度、長度等。

2. 為什么它重要？
尺寸直接影響了傳感器的可安裝性和適用空間，同時也與其重量和性能間接相關。

安裝空間限制：

您能否在狹窄的空間內(nèi)（如軸承座縫隙、緊湊的齒輪箱內(nèi)部）安裝這個傳感器？

傳感器是否會與運動部件發(fā)生干涉或碰撞？

性能關聯(lián)：

通常，體積越小、重量越輕的傳感器，其安裝諧振頻率越高，高頻測量能力越強。

但體積小往往意味著壓電晶片也小，可能導致靈敏度較低或測量范圍較小。

重量

1. 它是什么？
顧名思義，就是傳感器本身的質(zhì)量，單位通常是克 (g) 。

2. 為什么它至關重要？質(zhì)量效應
當您將一個傳感器安裝到被測物體上時，您相當于給該物體增加了一個額外的質(zhì)量。這個額外的質(zhì)量會改變物體原有的振動特性（即它的動態(tài)特性），這種現(xiàn)象被稱為 “質(zhì)量效應” 或 “負載效應”。

影響：

降低固有頻率：傳感器的質(zhì)量增加會使整個結(jié)構的固有頻率降低。您測量的不再是物體真實的頻率，而是被“拖累”后的頻率。

改變振動響應：振幅和相位也可能發(fā)生改變。

環(huán)境指標

溫度范圍

是什么：傳感器能夠正常工作的環(huán)境溫度區(qū)間。

為何關鍵：高溫會損壞內(nèi)置電路和壓電材料，低溫可能影響輸出。極端溫度是選擇電荷輸出型傳感器的主要理由。

環(huán)境適應性

包括什么：

密封性：激光焊接密封可用于潮濕、多塵環(huán)境。

外殼材料：不銹鋼或鈦合金用于耐腐蝕環(huán)境。

接地隔離：防止地回路電流干擾，提升在復雜電氣環(huán)境下的測量精度。