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外界環境對測量傳感器的影響
發布時間:2017-05-11   點擊次數:1591次

傳感器橫向靈敏度及橫向振動對測量的影響
  由于壓電材料自身特性,敏感芯體的結構設計和制造精度偏差使傳感器不可避免地對橫向振動產生輸出信號,其大小由橫向輸出和垂直方向 輸出的比值百分數來表示。

  根據不同敏感芯體結構和材料特性的組合,壓縮型結構在理論上便存在橫向輸出,需要通過裝配調節的方式給予抵消,而在實際制造過程中很難實現真正的抵消,因此壓縮型加速度傳感器的橫向靈敏度的離散度很大。與壓縮型相比剪切型設計在理論上不存在橫向輸出,傳感器的實際橫向輸出一般是由材料加工和裝配精度所引起的誤差。所以從這兩種敏感芯體的實際對比結果來看,剪切型壓電加速度傳感器的橫向靈敏度普遍優于壓縮型式。而敏感芯體為彎曲梁結構形式的橫向靈敏度一般說介于剪切型和壓縮型之間。根據敏感芯體的結構特性,在其受橫向振動時與垂直方向振動一樣,也有相應的結構頻率響應。所以橫向振動也同樣可能在某一頻率點產生諧振,以至產生較大的橫向振動偏差。

  ·溫度對傳感器輸出的影響
  溫度改變而引起傳感器輸出變化是由壓電材料(敏感芯體)特性所造成的。根據壓電材料的分類,石英晶體受溫度影響zui小,而人工合成晶體的使用溫度甚至高于石英;但在商業化的壓電加速度傳感器中zui多使用的壓電材料還是壓電陶瓷。壓電陶瓷敏感芯體的輸出高溫時隨溫度上升而增大,低溫時隨溫度降低而減小;但傳感器輸出與溫度間并不呈線性變化,一般說低溫時的輸出變化比高溫時的要大。另因為各傳感器的溫度響應很難保持一致,所以實際使用中傳感器的輸出一般很少用溫度系數進行修正。典型溫度響應曲線或溫度系數一般只作為對傳感器溫度特性的衡量。壓電陶瓷對溫度響應除材料本身特性之外,生產工藝也將直接影響壓電材料對溫度的響應,而同種材料對溫度響應的離散度更是如此。同樣是鋯鈦酸鉛材料,不同的廠商由于采用不同的生產工藝,使得相同材料的壓電陶瓷而其各自的使用溫度范圍,溫度響應和溫度響應的離散度相差甚大。綜合對壓電材料的基礎研究和生產加工工藝,目前國內壓電陶瓷的溫度特性與國外先進水準相比還有一定差距;為確保用戶對傳感器的特殊要求,北智采用進口壓電陶瓷,使傳感器的高溫使用溫度可在 +250oC 下長期使用,而且溫度響應及其離散度都好于國產壓電陶瓷。

  不同的敏感芯體結構設計對溫度的變化的響應會產生不同的結果。由于不同材料有不同的線膨脹系數,因此溫度變化必然使壓電材料和金屬配件之間產生因線膨脹系數不同而造成的應力變化;這種由溫度產生的應力使壓縮式和彎曲梁型的敏感芯體產生輸出信號,有時這種溫度變化引起的輸出會大于振動測量信號(特別在低頻測量中)。需要特別指出溫度變化有穩態和瞬態兩種,傳感器輸出靈敏度隨溫度變化通常是指穩態高低溫度狀態對信號輸出的影響。瞬態溫度變化對傳感器輸出的影響主要表現在低頻測量中,

  ·傳感器的基座應變靈敏度
  傳感器受被測物體在傳感器安裝處應變的影響,可能導致傳感器輸出的變化。傳感器的基座應變靈敏度一般由傳感器基座剛度,傳感器與被測件的接觸面積以及敏感芯體結構設計形式所決定。剪切結構形式的敏感芯體與傳感器基座間的接觸面積很小,因而剪切芯體受基座應變的作用也相對較小,且這種應變并不直接導致壓電陶瓷的輸出。所以剪切敏感芯體傳感器的基座應變靈敏度指標通常比壓縮式的要好,在無需改變傳感器的基座剛度以及與被測件的接觸面積情況下(改變這兩點都將影響傳感器的頻率響應指標),剪切型傳感器一般都能滿足大部分結構測量的要求。

  ·聲場和磁場對傳感器的影響  
  聲波和磁場對傳感器的作用也都可能引起信號輸出,這種輸出的大小與傳感器靈敏度的比值被稱作為壓電傳感器的聲靈敏度和磁靈敏度。

  聲靈敏度是表示傳感器在強聲場的作用下,加速度傳感器的輸出值。加速度信號輸出主要是聲波通過對傳感器外殼體的作用,再由外殼體傳輸給內部的敏感芯體而導致的信號輸出。zui直接減小傳感器聲靈敏度的方法是增加傳感器外殼的厚度,絕大多數傳感器的這一指標都能滿足通常的測量條件。

  磁靈敏度是表示傳感器在強交變磁場作用下,加速度傳感器的輸出值。傳感器內部敏感芯體受磁力的作用而導致信號輸出是傳感器產生磁靈敏度的基本原因。因此在傳感器設計中,金屬零部件盡量采用無磁或弱磁的材料是降低傳感器磁靈敏度zui直接的措施。另外雙層屏蔽殼結構形式也能較好地減小傳感器的磁靈敏度,同時雙層屏蔽殼形式還能有效地防止磁場對輸出電信號的干擾。

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