PE和IEPE加速度传感器的比较

PE和IEPE加速度传感器的比较

编辑：易择传感资讯网

PE是指电荷输出型压电式加速度传感器，IEPE是指内置处理电路的压电式加速度传感器，本文将要讨论二者各自的特点。

压电效应

压电式加速度传感器的工作原理是以某些物质的压电效应为基础的。当这些物质在某一方向上因受到拉力或压力的作用而产生变形时，其表面上会产生电荷；当去掉外力时，它们又会回到不带电的状态，这种现象就是压电效应。常用的压电材料有石英、钛酸钡、锆钛酸铅等等。实际上，当压电材料受到剪切力、横向拉力或压力时，也会产生压电效应。

PE加速度传感器

PE压电式加速度传感器的工作原理是：将质量块的加速度转换为其对压电材料所施加的力，通过测得该力的大小从而换算出加速度的值。

压电式加速度传感器的结构原理如下图所示。两片压电片组成了其压电元件，表面有镀银层，中间夹有一金属片，并焊有输出引线，另一输引线直接与基座相连。压电片上放有一个比重较大的质量块，并用一硬弹簧或螺栓对其施加预载荷。整个组件封装在一个金属壳体内部，基座一般较为厚重且刚度大。

测量时，传感器与被测物刚性固定在一起，当被测物振动时，传感器与基座也会产生相同的振动。由于质量块的质量相对较小，而弹簧的刚度相对很大，所以可认为质量块的惯性很小。因此质量块感受到与传感器基座相同的振动，并受到与加速度方向相反的惯性力的作用。于是，质量块就有一正比于加速度的交变力作用在压电片上，使其两个表面产生交变电荷。当振动频率远低于传感器的固有频率时，传感器的输出电荷与作用力成正比，亦即与被测物的加速度成正比。

由于PE传感器的输出量为电荷，因此其后端必须与电荷放大器或电压放大器连接，才能将电荷信号转换为电压信号，此电压信号经过后级放大、滤波等调理电路即可送入示波器等设备。由于PE传感器的输出阻抗较高，易受输出的电荷信号易受噪声干扰，因此必须使用特殊的低噪声电缆。

IEPE加速度传感器

由于PE加速度传感器有必须配接外部电荷放大器使用，并且信号在长距离传输过程中容易受干扰等一些缺点，因此出现了IEPE加速度传感器。

IEPE压电式加速度传感器的结构原理如上图所示，它其实就是将PE加速度传感器所需的处理电路集成到传感器内部，这样就可以直接输出一个高电平、低阻抗的电压信号，也有一些IEPE传感器可以输出电流信号甚至是数字信号。它可以用普通的同轴电缆来输出信号，并且不需要后续的放大电路，直接连至示波器等设备。

但是，IEPE传感器在将处理电路集成到内部的同时，也带来了一些问题，下表显示了这两种加速度传感器的主要特性区别。

PE和IEPE加速度传感器的比较

比较项PE加速度传感器IEPE加速度传感器

后级电路外部必须配接电荷放大器

可直接与内置恒流源的数据采集器连接

输出能力

长电缆（＞20米时）会引起高

电容负载增加，从而引起电荷放大

器噪声增大

低阻抗输出，抗干扰能力强，

可以进行长电缆输出，而不致引起

噪声增加

电缆必须使用特殊的低噪声电缆可以使用普通的同轴电缆或扁平线

安装使用

由于是高阻抗输出，在安装和

使用时，要特别小心和注意保护

安装方便，使用简单

量程

可以通过调节电荷放大器/阻

抗转换器，来调节满量程输出，

量程在传感器内已固定，不可

调

放电时间常数(影响频率下限)

可以通过调节电荷放大器/阻

抗转换器，来调节放电时间常数

放电时间常数在传感器内已固

定，不可调

温度范围

结构简单，温度范围宽，高温

可达250℃（特殊设计的可达

700℃）

温度范围较窄，一般使用温度

≤125℃（特殊设计的≤175℃）

可靠性

电荷放大器远离被测物，测试

环境对其影响小；内部无IC电路，

可靠性高，故障率低；对ESD不敏

感

内部的IC电路与传感器承受同

样的测试条件，受到与被测物相同

的热循环、振动力等，更容易出现

故障；对ESD敏感