GLFore加速度振动传感原理

加速度传感器用于检测物体的加速度变化，其核心组成部分包括质量块、弹性元件、阻尼器、敏感元件以及信号调理电路。在工作过程中，质量块因惯性产生力作用于敏感元件，通过测量该作用力并结合牛顿第二定律即可推导出加速度值。根据所采用的敏感元件类型不同，加速度传感器可分为电容式、电感式、应变式、压阻式和压电式等多种形式，广泛应用于各类动态参数的测量场景。

1、 压电加速度传感装置

2、 当某些晶体材料受到特定方向的机械应力时，其内部晶格结构发生形变，导致正负电荷中心分离，从而产生极化现象，并在其相对的两个表面上聚集等量但极性相反的电荷；当外力移除后，晶体恢复至原始电中性状态；若施加的力方向改变，则产生的电荷极性也随之反转；且所产生的电荷量与外力大小成正比。这种由机械变形引发电学响应的现象被称为压电效应。

3、 压电式加速度传感器正是利用压电材料在受力时两端表面出现异号电荷的特性，基于压电效应将机械振动加速度转换为可测的电信号。

4、 压电式加速度传感器的典型结构如图所示。

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5、 其工作原理如下：传感器基座被牢固安装在待测物体表面，随物体一起振动。内部由预紧弹簧、惯性质量块和压电晶体组成一个弹簧-质量系统，该系统与基座之间存在相对运动。当基座振动时，由于质量块具有惯性，其运动滞后于基座，从而对压电元件施加交变压力。压电材料在周期性应力作用下，依据压电效应产生相应变化的电荷输出，电荷量与所受惯性力成正比。而惯性力直接来源于质量块相对于基座的加速度变化，因此输出电荷反映了被测振动加速度的强弱。为了保证测量精度，设计时需使系统的固有频率远高于被测振动频率。在此条件下，质量块的位移远小于基座振动幅度，二者之间的相对运动主要反映基座加速度的变化趋势。此时，质量块施加在压电晶体上的力近似与被测加速度成线性关系，最终经转换后的电压信号也与加速度保持良好的线性对应，实现精确测量。

6、 通过对加速度传感器输出信号进行一次积分可获得速度信息，再进行第二次积分则可得到位移数据。

7、 压电式加速度传感器具备体积小巧、重量轻、频率响应范围宽等优势，特别适用于高频振动及冲击信号的采集。例如，在齿轮箱或滚动轴承的故障诊断与状态监测中表现出色。该类传感器还具有较强的耐高温和抗腐蚀能力，结构坚固耐用，适合复杂工业环境下的长期使用。然而，由于压电材料本身输出的电荷信号极为微弱，通常需要配合电荷放大器使用，导致整个系统输入阻抗较高，在信号未放大的传输阶段容易受到外界电磁干扰。为此，现代许多型号已将前置放大电路集成于传感器内部，有效提升了抗干扰性能和信号传输的稳定性。其频率响应的下限主要受限于配套放大器的低频特性，而上限则取决于传感器自身的固有频率以及安装方式引入的谐振影响。传感器与被测体的连接方式对其高频性能至关重要：采用钢制螺栓刚性固定时，可实现最优高频响应，最高可达10000 Hz；磁吸安装适用于中频范围，一般不超过2000 Hz；而手持接触方式稳定性最差，高频响应通常仅能维持在几百赫兹以内，难以满足高精度高频测量需求。

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