壓縮式壓電加速度傳感器簡介

　　S-彈簧；W-墊片；B-基座

　　3.1 正反向靈敏度的差異

　　這主要由各部件間的接觸剛度的不同和變化引起的。實(shí)際上，壓縮式壓電傳感器的作用原理如圖4所示 。其剛性元件與彈性元件均不處于理想狀態(tài)，它們相互之間存在一種接觸剛度。由于各個部件加工的光潔度不同，緊固螺紋不同以及壓電晶體片表面金屬膜的厚度、均勻度、光潔度不同，由于裝配過程安裝部件的相對位置不同及安裝力矩的差異，所以各部件間的接觸剛度不同。這種接觸剛度直接影響壓電傳感器系統(tǒng)的有效剛度。因而使各個壓縮式傳感器的靈敏度幅值線性度不一樣。

　　接觸剛度比預(yù)緊彈簧的剛度大得多，當(dāng)外加加速度很小時，它的作用不明顯，致使傳感器的正反向靈敏度的幅值線性度基本相同；當(dāng)外加加速度很大時，接觸剛度開始起作用，又因?yàn)榻佑|剛度是非線性變化的物理量，因而使傳感器的線性變差，而且使其正反向靈敏度的幅值線性相差較大。可以推知，這種接觸剛度也會影響傳感器的長期穩(wěn)定性。

　　3.2 “飽和現(xiàn)象”

　　這主要是預(yù)緊彈簧的預(yù)緊力不足造成的。彈簧經(jīng)過調(diào)整后，若預(yù)緊彈簧對慣性質(zhì)量塊施加的預(yù)壓力為f ，當(dāng)傳感器受到軸向動態(tài)加速度作用時，則壓電晶體片受到的合成壓力為：

　　式中：m為等效慣性質(zhì)量（包括預(yù)緊彈簧、墊片及壓電晶體片自身的質(zhì)量）。當(dāng)正向安裝時，的符號為正。當(dāng)反向安裝時，的符號為負(fù)。所以，當(dāng)傳感器基座向上加速運(yùn)動時，慣性質(zhì)量塊有向下運(yùn)動的趨勢，因而產(chǎn)生一個指向基座的慣性力，使壓電晶體片上的壓縮力增大；相反，當(dāng)傳感器基座向下加速運(yùn)動時 ，慣性質(zhì)量塊有向上運(yùn)動的趨勢，產(chǎn)生背向基座的慣性力，則使壓電晶體片上的壓縮力減小。由式（5）可以看出 ，對于反向安裝的情況，當(dāng) =f時，F(xiàn)≤0，壓電晶體片的壓縮力不存在，它只承受自身負(fù)載的作用，所以出現(xiàn)了“飽和現(xiàn)象”。

　　要想增大“飽和加速度”的數(shù)值，就得加大對預(yù)緊彈簧的預(yù)緊力。預(yù)緊彈簧對慣性質(zhì)量塊的靜態(tài)預(yù)壓力必須遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳感器基座在沖擊振動過程產(chǎn)生的最大動態(tài)應(yīng)力。可是，此預(yù)緊力不能無限增高。由式（5）可知，若增加預(yù)緊力，則在正向安裝的情況，壓電晶體片所承受的壓縮力提高，相對地說，只有使動態(tài)應(yīng)力值減小才能使傳感器保持相同的強(qiáng)度，所以降低了“失效加速度”的數(shù)值，這個靜態(tài)預(yù)緊力通過試驗(yàn)方法確定 。

　　鑒于上述分析可以看出，當(dāng)被測加速度的動態(tài)范圍很大時，壓縮式壓電傳感器的幅值線性度變差；被測加速度超過1 000 m／s？2時，正向與反向加速度靈敏度存在一定的偏差。對于要求測量反向沖擊加速度值的傳感器，必須進(jìn)行反向靈敏度幅值線性度的檢定，以減小測量誤差。檢定規(guī)程對壓電加速度的幅值線性度規(guī)定比較嚴(yán)格，對于壓縮式傳感器而言，實(shí)質(zhì)上是指正向靈敏度，若想兼顧反向靈敏度就會超差，為此應(yīng)對其反向靈敏度的幅值線性做專門的補(bǔ)充規(guī)定。

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