压电式加速度传感器幅频特性
振动试验中加速度传感器的选择
振动试验中加速度传感器的选择导语：振动试验中，我们对控制点、监测点等的振动量值大多是通过加速度传感器采样得到的，该数值的正确性、可信性，直接影响到对试验的结果的判定。
影响振动试验中振动量值的正确获得，除了与传感器的安装位置、试件的安装等外，还跟传感器的技术指标有关，它是得到振动量值的最直接也是最重要的单元之一。
本文结合理论及实际经验，介绍振动试验中压电式加速度传感器的选择。
振动试验中，我们对控制点、监测点等的振动量值大多是通过加速度传感器采样得到的，该数值的正确性、可信性，直接影响到对试验的结果的判定。
影响振动试验中振动量值的正确获得，除了与传感器的安装位置、试件的安装等外，还跟传感器的技术指标有关，它是得到振动量值的最直接也是最重要的单元之一。
本文结合理论及实际经验，介绍振动试验中压电式加速度传感器的选择。
1.灵敏度压电式加速度传感器的灵敏度有两种表示方法，一个是电荷灵敏度Sq，另一个是电压灵敏度Sv，其电学特性等效电路如图1。
图1压电式加速度传感器的是电学特性等效电路压电片上承受的压力为F1=ma，在压电片的工作表面上产生的qa 与被测振动的加速度a成正比：即展开剩余85%Qa=Sqa其中，比例系数Sq就是压电式加速度传感器的电荷灵敏度，量纲是[pC/ms²]。
传感器的开路电压：Ua=Qa/Ca式中，Ca为传感器的内部电容量，对于一个特定的传感器来说，Ca为一个确定值。
所以也就是说，加速度传感器的开路电压Ua也与被测加速度a成正比，比例系数Sv就是压电式加速度传感器的电压灵敏度，量纲是[mV/ms²]。
Ua=(Sq/Ca)*a在压电式加速度传感器的使用说明书上所标出的电压灵敏度，一般是指在限定条件下的频率范围内的电压灵敏度Sv。
在通常条件下，当其它条件相同时，几何尺寸较大的加速度传感器有较大的灵敏度。
使用说明书上还会给出最小加速度测量值，也称最小分辨率，考虑到后级放大电路噪声问题，应尽量远离最小可能值，以确保最佳信噪比。
《检测传感技术》期末复习题参考答案
中国石油大学（北京）远程教育学院《检测传感技术》期末复习题参考答案一、填空题（本题每一填空计2分，共计占总分的40%）1. 一个完整的测试系统由激励装置、传感器、信号调理、信号处理、显示记录等五个基本环节组成。
2. 在测试系统中，激励装置的功能是激发隐含的被测信息；传感器的功能是将被测信息转换成其他信息；信号调理环节的功能是将传感器获得的信息转换成更适合于进一步传输和处理的形式；信号处理环节的功能是对来自信号调理环节的信息进行各种处理和分析；显示记录环节的功能是显示或存储测试的结果。
3. 不失真测试即测试系统的输出要真实地反映其输入的变化。
为实现不失真测试，系统频率响应需要满足的条件是：幅频特性为常数；相频特性呈线性。
对系统瞬态响应的要求是：瞬态误差小；调整时间短。
4. 测试工作的任务主要是要从复杂的信号中提取有用信号。
5. 测试信号的时域特征参数主要有均值、方差和均方值。
6. 信号的均值反映随机信号变化的中心趋势；信号的方差反映随机信号在均值附近的分布状况；信号的均方值反映随机信号的强度。
7. 任何周期信号均可分解为一系列频率比为有理数的简谐信号, 其频谱特性包括离散性、谐波性、收敛性。
8. 频率单一的正弦或余弦信号称为谐波信号。
一般周期信号由一系列频率比为有理数的谐波信号叠加而成。
9. 周期信号的频谱特性：离散性即各次谐波分量在频率轴上取离散值；谐波性即各次谐波分量的频率为基频的整倍数；收敛性即各次谐波分量随频率的增加而衰减。
10. 瞬态信号是在有限时间段存在，属于能量有限信号。
11. 瞬态信号的频谱为连续谱,其幅值频谱的量纲为单位频宽上的幅值，即幅值频谱密度函数。
12. 瞬态信号的时域描述与频域描述通过傅立叶变换来建立关联。
13. 不能用确定的数学公式表达的信号是随机信号。
14. 从时域上看，系统的输出是输入与该系统脉冲响应的卷积。
15. 测试系统的静特性主要包括线性度、灵敏度和回程误差。
低应变
低应变法（一）填空题1、低应变法测试分析的物理量是加速度其分析方法一般常用时域分析、频域分析。
2、低应变法测试中产生的应变量级一般为1×10-5而高应变法中的一般为0.1-1.0×10-3,低应变的应变量较声波透射法中的应变量大。
3、低应变法检测时采用的传感器有加速度、速度，以加速度较好。
4、一般低应变法测试的目的是测试桩的桩身完整性，判断缺陷的位置和程度。
5、低应变法在现场测试灌注桩时锤击点位于___桩中心__传感器用耦合剂安置于桩的2/3R。
当为管桩时锤击点位于传感器夹角成900。
6、低应变的传感器主要技术性能指标有灵敏度、频率响应、幅值线性。
7、我省砼预制桩的成桩方式一般有锤击、静压、振动,常见质量问题有两桩接头处连接不好。
8、力频率成分与冲击脉冲的宽度有关，浅部缺陷用窄脉冲，深部缺陷用宽脉冲，因为窄脉冲高频丰富，宽脉冲携带能量大。
9、低应变用加速度传感器的幅频线性段的高限不应小于5kHz,速度传感器不应小于1kHz。
10、低应变钟形力脉冲的宽度为1ms时，其对应的高频截止分量约在2000Hz左右。
采样频率应至少为4000Hz13、一根弹性杆的一维纵波波速为3000m/s，当频率为3000Hz的正弦波在该杆中传播时，它的波长为 1m 。
14、当采用频域分析时，若信号中的最高频率分量为1000Hz，则采样频率至少应设置为2000Hz 。
15、反射波法测桩用压电加速度计（阻尼可忽略不计）的可用频率上限为16、当桩顶作用于一个正弦激振力时（假设桩材为均匀线弹性），一维应力波理论能适用于桩的前提是A 桩的长度远大于桩径； B. 激振力波长远大于桩径。
17、对输入的半正弦脉冲，经响应测量传感器接收并输出的波形产生了明显的负向过冲，则说明该传感器传感器低频响应不足。
18、已知入射波峰值时刻为t1，桩底反射波到时为t2，则桩长为（t2-t1）c19、一根置于地面、两端自由的桩，方波入射时桩顶所测的桩底反射波幅VR与入射波幅VI的关系为VR=2VI20、缺陷位置的频域计算公式为x=c/2Δf.23、利用加速度计测得的原始信号是加速度曲线，必须积分成速度曲线方可分析。
压电式加速度传感器
HEFEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY《传感器原理及应用》课程考核论文题目压电式加速度传感器班级机设七班学号姓名孙国强成绩机械与汽车工程学院机械电子工程系二零一四年五月压电式加速度传感器摘要：现代工业和自动化生产过程中，非电物理量的测量和控制技术会涉及大量的动态测试问题。
所谓动态测试是指量的瞬时值以及它随时间而变化的值的确定，即被测量为变量的连续测量过程。
振动与冲击测量的核心是传感器，常用压电加速度传感器来获取冲击和振动信号。
压电式传感器是基于某些介质材料的压电效应，当材料受力作用而变形时，其表面会有电荷产生，从而实现非电量测量。
其中，压电式加速度传感器是以压电材料为转换元件，将加速度输入转化成与之成正比的电荷或电压输出的装置，具有结构简单、重量轻、体积小、耐高温、固有频率高、输出线性好、测量的动态范围大、安装简单的特点。
一、传感器物理效应及工作原理压电效应：某些材料在受力时所产生的电极化现象。
正压电效应：某些电介质在受到某一方向的机械力而变形时，在一定表面上产生电荷，若外力变向，电荷极性随之而变；当撤除外力后，又重新回到不带电状态。
逆压电效应：当在电介质的极化方向施加电场，电场力使其在一定方向上产生机械变形或机械应力；当撤除外加电场时，变形或应力随之消失，又称电致伸缩效应。
压电材料:石英晶体是目前广泛应用成本较低的人造石英晶体，有很大的机械强度和稳定的机械性能，温度稳定性好，但灵敏度低，介电常数小，因此逐渐被其他压电材料所代替，至今石英仍是最重要的也是用量最大的振荡器、谐振器和窄带滤波器等元件的压电材料。
除此之外，压电陶瓷有较高的压电系数和介电常数，灵敏度高，但机械强度不如石英晶体好。
压电式加速度传感器又称为压电加速度计，它是典型的有源传感器，利用某些物质如石英晶体、人造压电陶瓷的压电效应，在加速度计受振时，质量块加在压电元件上的力也随之变化。
压电敏感元件是力敏元件，在外力作用下，压电敏感元件的表面上产生电荷，从而实现非电量电测量的目的。
传感器课程设计--压电式加速度传感器的设计
课程设计说明书题目：压电式加速度传感器的设计学院（系）：电气工程学院课程设计（论文）任务书院（系）：电气工程学院基层教学单位：自动化仪表系说明：此表一式四份，学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份。
目录示例目录第1章摘要 (1)第2章引言 (2)第3章电路仿真及准备作 (3)第4章压电式加速度传感器的参数设计及计算 (12)4.1 结构设计 (12)4.2 电容设计与计算 (12)4.3 其他参数的计算 (12)第5章误差分析 (13)第6章结论 (14)心得体会 (14)参考文献 (15)第一章摘要传感器是一门集合多种科学技术的科学，它利用各种原理如光电效应、压电效应,等等的原理，来根据被测物体的变化来反映待测量的变化的科学。
传感器是在现今科学领域中实现信息化的基础技术之一。
现代测量、控制与自动化技术的飞速发展，特别是电子信息科学的发展，极大地促进了现代传感器技术的发展。
传感器的使用也越来普遍，在当今社会里起到了很大的作用，与此同时传感器的技术要求也在不断提高，对传感器的设计，性能，功能提出了更高的要求，显而易见传感器在以后的社会发展中将会起到越来越重要的作用。
压电式传感器是基于压电效应的传感器。
压电效应是一种能实现机械能与电能相互转换的效应，当有力作用于压电元件上时，压电元件会产生电荷，传感器中利用电荷放大电路，将电荷的变化表现到电压的变化，从而来确定待测物体的运动状态。
经过一定转换电路来实现我们所需要的测量的输出。
压电式传感器的优点是频带宽、灵敏度高、信噪比高、结构简单、工作可靠和重量轻等。
缺点是某些压电材料需要防潮措施，而且输出的直流响应差，需要采用高输入阻抗电路或电荷放大器来克服这一缺陷。
第二章引言压电式传感器是基于压电效应的传感器，就要求必须将电荷的变化通过电路来表现出来，这就要求将电荷的变化转换成电路中电流的变化或者电压的变化，此时必须用到电荷放大电路来实现。
电荷放大电路是压电传感器的核心电路，它将电荷的变化转换电压的变化，从而实现了测量的意义，可以根据电压的变化来判断被测物体的变化或者运动状态。
压电型加速度传感器的频率特性
压电加速度传感器的频率特性1、固有共振频率压电型加速度传感器基本上由质量块m、弹性常数k的压电体、空气阻抗等的阻尼器D 以及基座构成的。
图1压电型加速度传感器的弹性质量系现在我们假设没有阻尼器D和外力的情况，如图1（a）此时的共振频率为：m b：基座的质量上式中f n 是弹性质量系（质量块m）的共振频率，用以下公式表示。
图1（b）中，当基座固定在质量无限大的物体上时，mb远大于m，f0约等于fn。
我们将fn 称为不衰减固有共振频率。
接下来我们假设有衰减的情况，实际上自由振动不可能一直进行，一定会受到某些衰减并随时间变弱。
衰减状态由衰减比h的大小决定，分为3种状态。
另外衰减比h 是衰减系数 D比上临界衰减系数Dc，即D/Dc 得出。
图2 衰减自由振动h＜1 时，后续振幅比如下式所示。
由此我们可以得知，包络线会随时间以指数函数减少。
此时将fd 作为共振频率的话，可用以下公式表示。
fd 就称作衰减固有共振频率。
h≥1 时，则fd=0。
变为失去振动性的无周期运动。
从振动测量精度上来看，自由衰减振动需要尽可能快得使其衰减，但衰减比h并不是越大越好。
这一点可从图上记公式中得知。
衰减比h 的大小也受到谐振锐度即Qm 值的影响。
h 越小Qm 就越大，形成尖锐的共振。
其关系由下记公式来表示。
在设计压电型加速度传感器时，会尽可能使h 值小，Qm 值大，形成尖锐共振后，扩大平坦的频率范围。
2、 电荷增幅中的低频截止频率上述已经提到，电荷放大器中传感器产生的电荷全部储存在反馈电容 Cf 中。
因此低频特性与输入电路中的时间常数（电缆电容 Cc 、传感器电容 Cd 等）没有关系， 而是由反馈电路的时间常数 Cf ・Rf 决定。
即低频截止频率 fc 为：由于一般情况下Rf 会选定10MΩ 以上的高阻抗值，比 Cf 的电感器大很多，因此实际上 fc 的值主要由 Cf 的值来决定。
Cf 值越大 fc 就越小，适合低频的振动测量。
传感器 简答题
1.简述压电式加速度传感器和压电式力传感器在基本结构上的不同点。
答：压电式加速度传感器有一惯性质量块，并通过弹簧压在压电元件上，感受了被测振动的质量块产生的惯性力，使得压电元件受力变形。
压电式力传感器，被测力通过传力元件实现测量，不需要惯性质量块。
2.涡流式位移传感器的涡流大小与哪些参数有关？答：（1）线圈激励电源的频率与幅值。
（2）线圈的几何参数，如匝数、半径等。
（3）金属导体的电阻率、磁导率、厚度等。
（4）线圈与金属导体的距离。
3.图示为电感式压力传感器原理图，图中p为被测压力试说明其工作原理。
答：（1）压力p作用时，膜片变形产生位移，且位移与压力成正比。
（2）膜片与铁芯的距离变化，导致线圈的电感发生变化，电感变化量与输入压力成正比。
4.简述金属热电阻的测温机理。
答：金属导体通过自由电子导电，而导电的实质是电子的定向运动过程。
当温度升高时，金属导体中的自由电子获得了更多的能量，因此使自由电子进行定向运动所需要的电能将增大，导电率减弱，电阻率增大。
反之当温度降低时，导电率增强，电阻率减小。
5.人工视觉系统图像输出装置大致分为哪两类？（1）一类是软拷贝。
（2）另一类是硬拷贝。
6.试回答与干扰有关的下列问题(1)什么是噪声？(2)形成干扰的条件是什么？答：（1）噪声定义为：在一有用频带内任何不希望的干扰或任何不希望的信号。
（2）形成干扰的三个条件为：干扰源、干扰的耦合通道、干扰的接收通道。
7．用框图表示传感器的组成原理，并简要说明各部分的作用。
答：框图如下所示：敏感元件感受被测物理量，且以确定关系输出另一个物理量；转换元件是将敏感元件输出的非电量转换为电路参数及电流或电压信号；基本转换电路将电信号转换为便于传输、处理的电量。
8．在光栅式位移传感器中，光路系统选择的依据是什么?有哪几种光路系统?答：光路系统应根据传感器中所采用的光栅的形式来选择。
光路系统有透射式光路和反射式光路。
9．说明人工视觉系统中图像处理部分的作用。
压电式加速度传感器的工作原理
压电式加速度传感器的工作原理压电式加速度传感器是一种生物电及机械力学相结合的转换原理，它具有良好的分辨率，感应范围大，可测量低频到高频信号，耐用性高，噪声小，价格便宜等优点，是一种可以用来测量机械加速度的常用检测装置，广泛应用于工业类的检测以及科学研究等领域。
压电式加速度传感器的基本原理是由随着加速度的变化而变化的压电致电势提供动作力，从而产生与加速度成比例的压电致电势。
当加速度发生变化时，压电弹性介质和振子会发生位移，使压电弹簧内外的压电致电压有所变化，真正的压电致电势随加速度的大小变化而变化。
压电式加速度传感器的工作原理无非是电压变化与加速度变化的耦合，它是根据加速度变化而引起的振子两端点的位移在压电介质内发生应变时而产生的压电致电势的变化，来检测加速度变化的。
其实，压电式加速度传感器的工作原理与霍尔传感器的工作原理类似，也是将机械能转换成电能进行检测或控制。
压电式加速度传感器的工作原理主要包括：结构机构、振子位移压电致电势放大与模拟、脉冲滤波、模数转换等。
结构机构是压电式加速度传感器的基础，决定了检测精度和模块尺寸，一般由压电电感装置、振臂、支撑架构成，通过压电介质的有效屏蔽来实现负载的物理上的分割、连接及装置的耐压特性。
振子位移对压电电路的致电势有巨大的影响，因此在电路设计时，必须使得电路对周围环境变化有较高的敏感度，因此采用放大与模拟，以获得良好的灵敏度。
压电式加速度传感器的模拟输出通常是脉冲变化的，需要做滤波处理来使输出信号更加稳定，方便跟踪。
最后，将模拟信号做模数转换，使压电式加速度传感器的输出信号在计算机中能够进行处理。
有时，为了提高分辨率，也会使用DAC（数字可控二极管）放大电路来实现高精度的信号输出。
总之，压电式加速度传感器就是将加速度变化耦合到电压变化，从而实现对加速度变化的检测和测量。
特殊的结构机构、振子位移压电致电势放大、脉冲滤波以及模数转换等技术都是使它实现此目的的关键技能。
加速度传感器的几个关键特性
加速度传感器的几个关键特性为了正确地选用加速度传感器，获得有用的加速度数据,全面的了解加速度传感器的特效是非常必要的。
下面就来解释一下加速度传感器的几个关键特性。
灵敏度加速度传感器的灵敏度是指其输出信号量(电压/电荷)与输入信号量（加速度)的比值。
灵敏度越高，则信噪比就越大，静电干扰和电磁干扰噪声也就越小.但是，在其它条件相同的前提下，想要得到较高的灵敏度,需要较大的质量快，这随之带来了两个缺点：加速度传感器质量变大和共振频率变低。
质量加速度传感器在使用时通常是通过螺钉连接或胶黏的方法固定在被测物表面的,如果果加速度传感器的动态质量接近被测物的动态质量，则这部分质量将会影响到被测物的运动状态,从而得到有一定程度失真的测量结果。
因此，当被测物较为轻薄时（电路板、壳体等)，尤其应当注意选用质量小的加速度传感器。
谐振频率加速度传感器本身是一个弹簧-质量-阻尼系统,因此必然有一个谐振频率，如果被测物的振动频率正好接近这个谐振频率，加速度传感器的灵敏度会急剧增加，这时输出的值是没有意义的.一般来说，加速度传感器都工作在其谐振频率的1/5或1/3的频段内。
频率响应加速度传感器的频率响应通常是指其幅频响应。
理想的加速度传感器的频率响应当然是从0Hz至+∞Hz都保持相同的灵敏度,但实际上并不存在这要的传感器。
加速度传感器按照其工作原理不同，有些在高频段表现出色，可以达到几十kHz,有些则是低频响应较好，并可以提供直流响应。
横向灵敏度在理想情况下，若被测物存在垂直于加速度传感器测量轴的方向的振动,输出的测量信号应该是为零的.但实际上,由于材料特性及制造误差等原因,可能会有高达5%的输出信号。
这是一种串扰输出，因此横向灵敏度也被称为“串扰灵敏度”.温度灵敏度加速度传感器是一种电子产品，它的输出特性不可避免的会受到温度的影响,一般说来，温度越高,测量误差就越大,但可进行温度补偿。
不同类型的加速度传感器的适用温度范围差别很大，如PE传感器可以耐受到700℃，而IEPE传感器由于内置了处理电路,一般只能耐受到175℃。
加速度传感器的频响特性分析
实训项目调试报告
课程名称：2016seminar课程
项目名称：加速度传感器的频响特性分析
指导教师：***
专业班级：硕机械151
*名：***
学号：**********
成绩：
2016年7月
加速度传感器的频响特性分析
2.1 问题描述
已知一个等效于弹簧阻尼质量块系统的加速度传感器k=1000,m=10,当D=20:20:200时，编程求系统阻尼比，并绘制系统的伯德图和奈氏图，分析阻尼比变化对幅相频特性的影响。
注：传函为k/(ms2+Ds+k)
2.2 程序代码
针对本题求解的MATLAB程序如下：
2.3 运行结果
所编写的程序运行结果如下图1和图2所示：
图1 波德图
图2 奈奎斯特图
2.4 频响特性分析分析
求阻尼比并分析阻尼比变化对幅相频特性的影响。
阻尼比为0.1时是外侧浅蓝色图形；阻尼比为0.2时是外侧紫色图形；
阻尼比为0.3时是外侧黄色图形；阻尼比为0.4时是黑色图形；
阻尼比为0.5时是深蓝色图形；阻尼比为0.6时是绿色图形；
阻尼比为0.7时是红色图形；阻尼比为0.8时是内侧浅蓝色图形；
阻尼比为0.9时是内侧紫色图形；阻尼比为1时是内侧黄色图形。
由图可以看出，阻尼越大，图形越平缓。
在10rad/s时振荡最激烈。
传感器原理与应用习题及答案
《第一章传感器的一般特性》1试绘制转速和输出电压的关系曲线，并确定：1）该测速发电机的灵敏度。
2）该测速发电机的线性度。
2．已知一热电偶的时间常数τ=10s，若用它来测量一台炉子的温度，炉内温度在540οC和500οC 之间按近似正弦曲线波动，周期为80s，静态灵敏度k=1，试求该热电偶输出的最大值和最小值，以及输入与输出信号之间的相位差和滞后时间。
3．用一只时间常数为0.355s 的一阶传感器去测量周期分别为1s、2s和3s的正弦信号，问幅值误差为多少？4．若用一阶传感器作100Hz正弦信号的测试，如幅值误差要求限制在5%以内，则时间常数应取多少？若在该时间常数下，同一传感器作50Hz正弦信号的测试，这时的幅值误差和相角有多大？5．已知某二阶系统传感器的固有频率f0=10kHz，阻尼比ξ=0.1，若要求传感器的输出幅值误差小于3%，试确定该传感器的工作频率范围。
6．某压力传感器属于二阶系统，其固有频率为1000Hz,阻尼比为临界值的50%,当500Hz的简谐压力输入后，试求其幅值误差和相位滞后。
《第二章应变式传感器》1．假设某电阻应变计在输入应变为5000με时电阻变化为1%，试确定该应变计的灵敏系数。
又若在使用该应变计的过程中，采用的灵敏系数为 1.9，试确定由此而产生的测量误差的正负和大小。
2．如下图所示的系统中：①当F＝0和热源移开时，R l＝R2＝R3＝R4，及U0＝0；②各应变片的灵敏系数皆为+2.0，且其电阻温度系数为正值；③梁的弹性模量随温度增加而减小；④应变片的热膨胀系数比梁的大；⑤假定应变片的温度和紧接在它下面的梁的温度一样。
在时间t＝0时，在梁的自由端加上一向上的力，然后维持不变，在振荡消失之后，在一稍后的时间t1打开辐射源，然后就一直开着，试简要绘出U0和t的关系曲线的一般形状，并通过仔细推理说明你给出这种曲线形状的理由。
3．一材料为钢的实心圆柱形试件，直径d＝10 mm，材料的弹性模量E＝2 ×1011N／m2，泊松比μ＝0.285，试件上贴有一片金属电阻应变片，其主轴线与试件加工方向垂直，如图1所示，若已知应变片的轴向灵敏度k x ＝2，横向灵敏度C=4%，当试件受到压缩力F＝3×104N作用时。
JX32 压电式加速度传感器使用说明说明书
一、概述JX32系列压电式加速度传感器是由内置压电式加速度敏感元件及放大、滤波等主要电路组成，它可测量从0.3Hz到最高8kHz 的500g 以内的加速度。
且输出形式多样，既可以有输出多种电压范围的电压输出型、又有ICP方式输出型以适合不同场合的应用。
JX32系列压电式加速度传感器具有频率范围宽、动态范围大、坚固耐用、可靠性强、稳定性好、安装方便以及抗干扰能力强等优点。
二、应用范围1、设备振动测量：JX32系列集成加速度传感器广泛应用于各行业设备运行状态监测。
设备运行时的振动量是估量设备运行是否正常的重要指标。
2、冲击测量：大量应用于汽车安全气囊和安全带系统中。
撞车时，传感器受到冲击，能在1 ms内输出一个幅度比例于冲击加速度的脉冲信号，当冲击加速度达到一定值时，该信号将使安全气囊爆发或使安全带锁紧，以保护乘车人的生命。
JX32系列集成加速度传感器与本公司生产的JX50系列机壳振动监测器配套使用，可输出振动加速度、速度、位移信号的峰值、峰峰值或均方根值多种形式。
三、技术指标量程：最大可达500g非线性：0.2%FS频响：0.3～8kHz (-3dB)最大响应频率： ﹥20kHz温漂：≤0.18%／℃(-25～+85℃)供电及输出方式：具体请参照产品型号规格部分的说明可承受最大冲击：10000g输出电阻：＜100Ω工作温度：-25℃～85℃分辨率：0.003g pk四、外形尺寸及安装方式带有M5螺栓孔（可定制）紧固于被测设备上。
五、接线方式A、B 及E 输出类型接线端子定义如下：F、G 输出类型的接线端子定义如下：1：+15V2：V out1：+15V2：VoutICP 输出接线端子定义及接线方法如下：六、型号规格注：ICP 类型输出的直流偏置约为8～10V（具体接法请参照下页的接线方式说明），且只有10mV/g、100mV/g 及1000mV/g 三种灵敏度类型可选，各自对应的测量范围为500g、50g 及5g.10~33uFJX32□－□－□－□代号 压电加速度传感器输出类型A0.5～10.5V 输出,+12V～+24V 供电B 1～5V 输出, +12V～+24V 供电E 0～5V 输出, +12V～+24V 供电F -5～+5V 输出,±12V～±15V 供电G -10～+10V 输出,±15V 供电V-12V(±2V)偏置，-24V 供电ICP ICP 方式输出，2～20mA 恒流源供电灵敏度100100mV/g 200200mV/g安装螺纹规格M5M8 M8×1…电缆长度(以0.1米为单位,加K 表示带铠装)00 接头输出50 5m 90K 9m 带铠装… …选 型 示 例JX32B-100-M8-00表示：JX32集成加速度传感器,1～5V输出, 100mV/g灵敏度，端子输出。
《传感器与检测技术》习题解答
第一章1.某压力传感器的校准数据如下表所示：校准数据列表试分别用端点连线法和最小二乘法求校准直线、非线性误差，并计算迟滞和重复性误差。
解：（1）端点连线法171.50x+-2.7017.15000.348%0.700%0.272%1.048%端基法校准直线y=迟滞误差γH =总精度γ=满量程输出y FS =重复性γR =线性度γL =（2）最小二乘法171.50x+-2.770017.15000.348%0.408%0.272%0.757%最小二乘法校准直线y=满量程输出y FS =线性度γL =迟滞误差γH =总精度γ=重复性γR =压力2．有一个温度传感器，其微分方程为x y ty15.03d d 30=+ 其中y 为输出电压（mV ），x 为输入温度(OC)，试求该传感器的时间常数τ和静态灵敏度k 。
解：C mv/05.0315.0O 00===a b k s 1033001===a a τ 3.某加速度传感器的动态特性可用如下的微分方程来描述：x y t y ty 1010322100.111025.2d d 100.3d d ⨯=⨯+⨯+ 式中 y ——输出电荷量（pC ）x ——输入加速度值（m/s 2） 试确定该传感器的ω0、ξ和k 的大小。
解：静态灵敏度：8889.41025.21011101000=⨯⨯==a b k阻尼比：01.011025.223000210201=⨯⨯==a a a ξ自振角频率：51020105.111025.2⨯=⨯==a a ω4.设有两只力传感器，均可作为二阶系统来处理，自振频率分别为800Hz 和1200Hz ，阻尼比ξ均为0.4，今欲测量频率为400Hz 正弦变化的外力，应选用哪一只？并计算将产生多大的振幅相对误差和相位误差。
解：讨论传感器动态特性时，常用无量纲幅值比)(ωk 。
（1）当用Hz 8000=f 、4.0=ξ的传感器测量Hz 400=f 的信号时，18.18004004.028*******211)(22220220=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯⨯+⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=ωωξωωωk220007.285333.0arctan 80040018004004.02arctan 12arctan )(-=-=⎪⎭⎫⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=ωωωωξωϕ 该传感器的振幅相对误差为%18%10011)(=⨯-ωk 相位误差为28.07O。
压电式加速度传感器及其应用
微型化与集成化发展趋势
微型化设计
随着微电子技术和微纳加工技术的不断进步，压电式加速 度传感器的体积不断缩小，实现了更高的集成度。
集成化技术
将传感器与信号调理电路、微处理器等集成于一体，形成 具有自检测、自校准、自诊断等功能的智能传感器模块。
MEMS技术
基于MEMS（微机电系统）技术的压电式加速度传感器具 有体积小、重量轻、功耗低等优点，广泛应用于消费电子 和汽车电子等领域。
04 压电式加速度传感器性能 指标评价方法
灵敏度与分辨率评价
灵敏度
压电式加速度传感器的灵敏度反映了其输出信号与被测加速度之间的比例关系。 高灵敏度意味着传感器能够检测到更微小的加速度变化，提高测量精度。
分辨率
分辨率是指传感器能够区分的最小加速度变化量。高分辨率的传感器能够提供更 详细的加速度信息，有助于更准确地分析和诊断振动问题。
多功能化与复合测量
可靠性与耐久性提升
开发具有多功能特性的压电式加速度传感 器，实现复合物理量的同时测量，如温度 、压力等，提高传感器的综合性能。
针对恶劣环境和特殊应用需求，加强压电 式加速度传感器的可靠性和耐久性研究， 确保长期稳定运行。
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06 总结与展望
压电式加速度传感器研究总结
01
压电效应与传感器设计
压电材料在受到外力作用时会产生电荷，利用这一特性可设计出高灵敏
度的加速度传感器。通过优化压电材料选择和结构设计，可提高传感器
的性能。
02
信号处理与数据分析
压电式加速度传感器输出的信号需要经过放大、滤波等处理，以提取有
用的加速度信息。借助现代信号处理技术，可实现高精度、高稳定性的
工程振动测试技术_天津大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年
工程振动测试技术_天津大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.阻抗头的主要用途是测。
参考答案:原点传递函数2.关于主振型矩阵和正则振型矩阵的关系是（）。
参考答案:将主振型矩阵的各列除以其对应主质量矩阵元素的平方根，得到的振型就是正则振型3.一般来说，对于同一个振动系统来说，工程振动的特点是( )。
参考答案:振动频率低，振幅较大。
振动频率高，振幅较小4.机械振动是指物体在其稳定的平衡位置附近所做的（）运动。
参考答案:往复5.在做模态实验时，只需要测得传递函数的就可以获得全部模态信息。
参考答案:一行或一列6.在实验过程中，已知振动信号中的频率信号分别为15Hz、30Hz、60Hz、130Hz、180Hz利用小波变换将其进行分解，若选取采样频率为400Hz，两个频率信号无法分开。
参考答案:130Hz和180Hz7.微分电路中RC的应用范围为。
(其中T为输入电压的时间周期)参考答案:小于0.1T8.关于压电式加速度传感器的频率特性，以下说法正确的是。
参考答案:其灵敏度在固有频率附近会发生急剧变化9.振动系统按运动微分方程形式分为线性和（）两种形式。
参考答案:非线性10.关于多自由度系统振动问题的求解方法，下列说法错误的是（）。
参考答案:根据单自由度系统的求解理论和方法，求得用主坐标和正则坐标表示的响应就结束了11.在建立单自由度弹簧—质量系统的运动微分方程时，当选择物块的静平衡位置为坐标原点，假设x轴方向垂直向下，则物块的位移、速度和加速度方向如何确定（）。
参考答案:都垂直向下12.在有阻尼系统的衰减振动中，【图片】黏性阻尼系数，【图片】为系统的固有圆频率，【图片】为系统的质量，【图片】，其中【图片】称为衰减系数，下面关于【图片】和【图片】的说法错误的是（）。
参考答案:时，称系统处于小阻尼的情形，此时物块在平衡位置附近做往复运动，具有振动的性质，振幅仍然是常数13.一般的多自由度振动系统(正定系统)中，n个固有频率互不相等，其中第一阶固有圆频率的含义是（）。
压电式加速度传感器
压电式加速度传感器（1）压电式加速度计的结构和安装压电式加速度传感器又称压电加速度计。
它也属于惯性式传感器。
它是利用某些物质如石英晶体的压电效应，在加速度计受振时，质量块加在压电元件上的力也随之变化。
当被测振动频率远低于加速度计的固有频率时，则力的变化与被测加速度成正比。
由于压电式传感器的输出电信号是微弱的电荷，而且传感器本身有很大内阻，故输出能量甚微，这给后接电路带来一定困难。
为此，通常把传感器信号先输到高输入阻抗的前置放大器。
经过阻抗变换以后，方可用于一般的放大、检测电路将信号输给指示 仪表或记录器。
目前，制造厂家已有把压电式加速度传感器与前置放大器集成在一起的产品，不仅方便了使用，而且也大大降低了成本。
常用的压电式加速度计的结构形式如图所示。
S 是弹簧，M 是质块，B 是基座，P 是压电元件R 是夹持环。
图1a 是中央安 装压缩型，压电元件—质量块—弹簧系统装在圆形中心支柱上，支柱与基座连接。
这种结构有高的共振频率。
然而基座B 与测试对 象连接时，如果基座B 有变形则将直接影响拾振器输出。
此外，测试对象和环境温度变化将影响压电元件，并使预紧力发生变化， 易引起温度漂移。
图1c 为三角剪切形，压电元件由夹持环将其夹牢在三角形中心柱上。
加速度计感受轴向振动时，压电元件承 受切应力。
这种结构对底座变形和温度变化有极好的隔离作用，有较高的共振频率和良好的线性。
图1b 为环形剪切型，结构简单，能做成极小型、高共振频率的加速度计，环形质量块粘到装在中心支柱上的环形压电元件上。
由于粘结剂会随温度增高而变 软，因此最高工作温度受到限制。
加速度计的使用上限频率取决于幅频曲线中的共振频率图（图2）。
一般小阻尼(z<=0.1)的加速度计，上限频率若取为共振频率的 1/3，便可保证幅(a)中心安装压缩型 (b)环形剪切型 (c) 三角剪切型图1 压电式加速度计图2 压电式加速度计的幅频特性曲线值误差低于1dB（即12%）；若取为共振频率的1/5，则可保证幅值误差小于0.5dB（即6%），相移小于30。
压电式加速度传感器解读
华东交通大学理工学院论文题目：压电式加速度传感器课程：传感器原理及其应用姓名；吕进专业：通信工程班级： 12 通信2班学号：20120210420243压电式加速度传感器前言目前，国内研制的高冲击压电加速度传感器的性能受材料、结构、工艺和安装等因素的影响，量程和上限频率难以得到提高，从而导致在高冲击下测量的线性度较差。
现在国内研制的压电传感器样机可测量的最大冲击加速度为 1 OO,OOOg，安装谐振频率约为9.5kHz，线性度为10%，还不能完全满足工程使用的要求。
因此，为了满足高速碰撞测试和常规触发引信用压电加速度传感器的要求，本文研究提高压电加速度传感器的量程和频响的设计技术，这项技术可应用在钻地武器试验和深层钻地弹引信中。
在核武器飞行试验中，均要进行触地测试，了解核弹头碰地的状况，测量其触地加速度，为其触发引信的设计和验证提供依据。
在常规钻地弹、侵彻弹等武器研究中，均需要大量程高频响的加速度传感器进行测量。
目前国内的传感器难以满足要求，现采用国外的传感器(如7270A)，但价格昂贵且对华禁运。
综上所述，本文研究提高压电传感器的量程和频响的设计技术，为改进压电加速度传感器的性能奠定基础，为高速触地用测试传感器和深侵彻引信传感器的研究提供技术参考。
目录前言 (1)摘要 (3)关键词 (3)国内外现状 (3)压电式加速度传感器原理 (4)灵敏度 (8)误差形成因素分析 (9)提高传感器频响的措施 (9)实际应用 (11)总结 (12)参考文献 (12)摘要二十一世纪的高效发展中，信息时代已然来临，掌握信息的重要性日益重要，在人们在日常生活，生产过程中，主要依靠检测技术对信息经获取、筛选和传输，来实现制动控制，自动调节，目前我国已将检测技术列入优先发展的科学技术之一随着社会的进步，科学技术的发展，特别是近20年来，电子技术日新月异，计算机的普及和应用把人类带到了信息时代，各种电器设备充满了人们生产和生活的各个领域，相当大一部分的电器设备都应用到了传感器件，传感器技术是现代信息技术中主要技术之一，在国民经济建设中占据有极其重要的地位。
加速度传感器课程设计
核准通过，归档资料。
未经允许，请勿外传！传感器课程设计系别：机电工程系专业：模具设计与制造姓名学号：Z********一、设计要求1、功能与用途加速度传感器在现代生产生活中被应用于许许多多的方面，如手提电脑的硬盘抗摔保护，另外一个用处就是目前用的数码相机和摄像机里，也有加速度传感器，用来检测拍摄时候的手部的振动，自动调节相机的聚焦。
而这些产品中由于要求对温度的干扰有很大的免疫力，其中采用的都是压电式加速度传感器。
压电加速度传感器还应用于汽车安全气囊、防抱死系统、牵引控制系统等安全性能方面，灵敏度是压电加速度传感器应用时候要考虑到的重要因素之一。
概括起来，加速度传感器可应用在控制，手柄振动和摇晃，仪器仪表，汽车制动启动检测，地震检测，报警系统，玩具，环境监视，工程测振、地质勘探、铁路、桥梁、大坝的振动测试与分析；鼠标，高层建筑结构动态特性和安全保卫振动侦察上。
2、指标要求分别用压电式传感器、电阻应变式传感器、电容传感器实现加速度的测量将非电量转化为电量输出。
二、设计方案及其特点依据压电效应、电阻应变效应以电容相关的物理参数及性质随外力而变化的特性，可制作成压电式加速度传感器、电阻应变式加速度传感器及电容式加速度传感器。
三种加速度传感器的设计及特点分别叙述如下：1、方案一 压电式加速度传感器压电加速度测量系统结构框图如图1所示：压电加速度传感器采用具有压电效应的压电材料作基本元件 ,是以压电材料受力后在其表面产生电荷的压电效应为转换原理的传感器。
这些压电材料 ,当沿着一定方向对其施力而使它变形时,内部就产生极化现象 ,同时在它的两个相对的表面上便产生符号相反的电荷;当外力去掉后 ,又重新恢复不带电的状态;当作用力的方向改变时 ,电荷的极性也随着改变。
电信号经前置放大器放大 ,即可由一般测量仪器测试出压电加速度 传感器电荷放大器信号处理电路A/D转换电路图1 压电加速度测量系统结构框图电荷(电压)大小,从而得出物体的加速度图2 压电式加速度计的幅频特性曲线加速度计的使用上限频率取决于幅频曲线中的共振频率图2。
5-4 压电式传感器的应用
当膜片 5 受到压力 P 作用后，则在压电晶片上产生电荷。在一个压电片
上所产生的电荷 q 为
q=d11F=d11SP
式中 F——作用于压电片上的力；
(5-42)
d11——压电系数； P ——压强，P=F/S；
S ——膜片的有效面积。
测压传感器的输入量为压力 P，如果传感器只由一个压电晶片组成，则 根据灵敏度的定义有：
第五章习题
5.7 .分析压电式加速度计的频率响应特性。若测量电路的总电容 C= 1 000 pF，总电阻 R= 500 MΩ,传感器机械系统固有频率 f0=30 kHz，相对阻尼 系数ξ=0.5，求幅值误差小于 2 %时，其使用的频率范围 。
5.8.用石英晶体加速度计测量机器的振动,已知加速度计的灵敏度为 5 pC/g （g为重力加速度，g＝9.8 m/s2），电荷放大器灵敏度为 50 mV/pC，当机 器达到最大加速度时，相应输出幅值电压为2V。试计算机器的振动加速 度。
1
0
1
0
2 2
2
0
2
（5-35） （5-36）
§5-4 压电式传感器的应用
相频特性
arctan
2
0
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压电式加速度传感器的灵敏度
压电加速度计的前置放大器压电元件受力后产生的电荷量极其微弱， 这电荷使压电元件边界和接在边界上的导体充电到电压U=q/Ca（这 里Ca是加速度计的内电容）。
要测定这样微弱的电荷（或电压）的关键是防止导线、测量电路和 加速度计本身的电荷泄漏。换句话讲，压电加速度计所用的前置放 大器应具有极高的输入阻抗，把泄漏减少到测量准确度所要求的限 度以内。
压电式传感器的前置放大器有：电压放大器和电荷放大器。所用电 压放大器就是高输入阻抗的比例放大 器，其电路比较简单，但输出 受连接电缆对地电容的影响，适用于一般振动测量。电荷放大器以 电容作负反馈，使用中基本不受 电缆电容的影响。在电荷放大器中， 通常用高质量的元、器件，输入阻抗高，但价格也比较贵。
概括起来，加速度传感器可应用在控制，手柄振动和摇晃，仪器仪 表，汽车制动启动检测，地震检测，报警系统，玩具，结构物、环 境监视，工程测振、地质勘探、铁路、桥梁、大坝的振动测试与分 析；鼠标，高层建筑结构动态特性和安全保卫振动侦察上。
压电式加速度传感器构成元件
常用的压电式加速度计的结构 形式如图所示，是由预压弹簧， 质量块，基座，压电元件和外 壳组成。图中为环形剪切型， 结构简单，能做成极小型、高 共振频率的加速度计，环形质 量块粘到装在中心支柱上的环 形压电元件上。由于粘结剂会 随温度增高而变软，因此最高 工作温度受到限制。
压电加速度传感器实质上相当于一个电荷源和一只电容器，通过等 效电路简化后，则可算出传感器的电压灵敏度为：
Sv＝SQ/Ca SV――传感器电压灵敏度 mv/ms^2 SQ――传感器的电荷灵敏度 pC/ms^2 Ca――传感器的电容量 pF
压电式加速度传感器的实际应用
目前最新IBM Thinkpad手提电脑里就内置了加速度传感器，能够动 态的监测出笔记本在使用中的振动，并根据这些振动数据，系统会 智能的选择关闭硬盘还是让其继续运行，这样可以最大程度的保护 由于振动，比如颠簸的工作环境，或者不小心摔了电脑做造成的硬 盘损害，最大程度的保护里面的数据。另外一个用处就是目前用的 数码相机和摄像机里，也有加速度传感器，用来检测拍摄时候的手 部的振动，并根据幅频特性
压电式加速度传感器幅频特性
压电式加速度传感器幅频特性曲线 加速度计的使用上限频率取决于幅频曲线中的共振频率图。一般小阻 尼(z<=0.1)的加速度计，上限频率若取为共振频率的 1/3，便可保证幅 值误差低于1dB（即12%）；若取为共振频率的1/5，则可保证幅值误 差小于0.5dB（即6%），相移小于30。 但共振频率与加速度计的固定状况有关，加速度计出厂时给出的幅频 曲线是在刚性连接的固定情况下得到的。实际使用的固定方法往往难 于达到刚性连接，因而共振频率和使用上限频率都会有所下降
压电式加速度传感器原理
压电加速度传感器，采用剪切和中心压缩结构形式。其原理利用压 电晶体的电荷输出与所受的力成正比，而所受的力在敏感质量一定 的情况下与加速度值成正比。当被测振动频率远低于加速度计的固 有频率时，压电晶体受力后产生的电荷量与所感受到的加速度值成 正比。 经过简化后的方程为： Q＝dij﹒F=dij﹒M﹒a Q――压电晶体输出的电荷 dij――压电晶体的二阶压电张量。 M――传感器的敏感质量。 a――所受的振动加速度值。