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测试测量

决定传感器高频响应的相关因素探讨(二)

星之球激光来源:中电网2013-02-26我要评论(0)

传感器的灵敏度,低频噪声特性和动态响应范围 用于低频测量的传感器一般要求有比较高的灵敏度以满足低频小信号的测量。但灵敏度的增加往往是有限的。虽然加速度传感器灵...

传感器的灵敏度,低频噪声特性和动态响应范围

  用于低频测量的传感器一般要求有比较高的灵敏度以满足低频小信号的测量。但灵敏度的增加往往是有限的。虽然加速度传感器灵敏度是能达到10V/g或更高,但是灵敏度高往往带来其他的负面效应,比如传感器的稳定性,抗过载能力,以及对周边环境干扰的敏感性。因此追求过高灵敏度并不一定能解决微小信号的测量,相反高分辨率和低噪声的传感器在工程应用中往往更容易解决实际问题。所以选用具有低电噪声的传感器在低频测量中尤为重要。

  为了表明传感器所能测量的最小信号大部分商业化的加速度计也都提供分辨率或电噪声指标。国内绝大部分传感器的宽带电噪声指标一般都标为20μV,而BW-sensor的宽带电噪声指标已降低到10μV。然而对低频小信号测量来说,仅提供宽频带的电噪声并不能完全反映传感器在低频范围内加速度测量的分辨率;这是因为由内置电路引起的低频噪声大小与频率的倒数成正比,即所谓1/f噪声,当测量频率很低时传感器的电噪声输出按指数幅度增长。所以传感器的低频电噪声的数值与宽带电噪声指标是完全不同的而且频率越低这种差别越明显。因此用于甚低频测量的传感器其分辨率常用传感器输出电噪声的功率谱密度表示。此指标的实用意义是传感器在特定频率下的噪声大小,其单位是一般用μV/√Hz或μg/√Hz来表示。BW-sensor内置电路电噪声功率谱密度的典型值为3μV/√Hz@10Hz。

  传感器的瞬态温度响应对低频测量的影响

  由于压电陶瓷的特性,压电式加速度计对温度的突然变化都会产生不同程度的电荷输出。传感器的瞬态温度响应指标就是衡量传感器对温度变化的敏感程度。这对低频测量尤为重要。由于低频测量的信号很小,而传感器因环境温度变化极可能产生与低频振动信号相当的误差;这两种信号在甚低频范围内很难区分,因此如何减小环境温度变化对传感器输出的影响在低频测量中显得非常重要。传感器的瞬态温度响应指标单位是g/oC,表示瞬态温度每变化一度所相当的加速度输出,其值是通过电压(电荷)输出和传感器灵敏度之间的换算得到的。

  传感器的瞬态温度响应是由压电材料直接导致的,因此压电陶瓷对由温度突变所致的电荷输出大小决定了这一指标的好坏。BW-sensor选用目前国外综合性能指标最好的压电陶瓷并结合记忆金属制成的用于低频测量的加速度传感器经国防兵器、航天和大型结构多年的使用验证了传感器具有优越的低频输出稳定性和抗干扰性能。实际甚低频测量中,为了减低环境温度变化对传感器低频信号输出的影响,传感器的外壳尽可能采用隔热保护套。

  传感器的安装基座和基座应变对测量的影响

  由于低频测量传感器对高频响应的要求不高因此传感器使用任何种安装方式一般都能满足要求。但需要注意两个问题,其一是传感器应尽量考虑使用绝缘底座以避免任何由对地回路引起的噪声影响测量信号。其二是应考虑传感器安装处的被测结构应变对传感器输出的影响,即传感器应变灵敏度大小。剪切结构形式的压电加速度传感器具有良好的基座应变特性,一般都能满足通常的低频结构测试。如果结构应变过大对传感器的测量信号有影响,可通过减小传感器与被测结构之间的接触面积来降低结构应变对传感器测量带来的影响。

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