测量称重传感器原理及应用:icp振动传感器电荷高频率工作原理
从历史上看，压电电荷输出传感器已经被用于几乎所有的动态测量应用中。这些传感器仅包含压电传感元件(无内置电子元件)，并具有高阻抗输出信号。电荷输出传感器的主要优点是它们可以在高温环境下工作。一些传感器可以承受超过+1000？？F(+538？？c)温度。然而，压电传感晶体产生的输出对各种环境因素极其敏感。
测量称重传感器原理及应用,必须使用低噪声布线来降低射频干扰和电磁干扰。使用带子或胶带可以减少摩擦电(运动诱发)噪音。为了正确分析来自电荷输出传感器的信号，通常需要将高阻抗输出转换为低阻抗电压信号。这可以直接通过读出设备的输入或通过串联电压和电荷放大器来实现。每个案例都将单独考虑。
电压模式(和电压放大)系统中的一些压电传感器具有极高的内部源电容值，可以直接插入高阻抗(1兆欧)读出设备，如示波器和分析仪。其他内部源电容较低的元件可能需要在线信号调理，如电压放大器。这些电压模式系统的示意图包括传感器、电缆和电压放大器或感测设备的输入电容，如图2所示。假设绝缘电阻(信号和接地之间的电阻)较大(10.12欧姆)，因此未在示意图中显示。电荷输出传感器的开路(例如，电缆断开)电压灵敏度V1(伏特/磅/平方英寸，磅或克)可以由等式1数学地表示。测量称重传感器原理及应用V 1 = q/C 1(等式1)，其中:q =基本电荷灵敏度(单位:pC/psi)，lb或g C 1 =内部传感器(晶体)电容(单位:pF)(p =微微= 1 x 10-12；F =法拉)在读数仪器(或输入级)电压放大器中测量的整个系统的电压灵敏度是等式2中所示的减小值。V 2 = q /(C 1+C 2+C 3)(等式2)，其中:C2 =电缆电容C 3，单位为pF =电压放大器或读出仪器的输入电容，单位为pF。根据静电定律(等式1和2)，具有低电容的感测元件将具有高电压灵敏度。这解释了为什么低电容石英传感器主要用于电压系统。系统电压灵敏度对总系统电容的这种依赖性严重限制了传感器输出电缆的长度。它解释了为什么高阻抗压电传感器的电压模式灵敏度是用给定的电缆电容来测量和指定的。如果电缆长度和/或类型发生变化，必须重新校准系统。
这些公式还显示了保持传感器输入电缆/连接器干燥和清洁的重要性。污染导致的总电容或绝缘电阻损耗的任何变化都会从根本上改变系统特性。此外，高阻抗输出信号迫使使用低噪声同轴电缆，除非采取大量措施密封电缆和连接器，否则此类系统不能用于潮湿或肮脏的环境。就性能而言，电压模式系统可以在高频下线性工作。一些传感器的频率限制超过1 MHz，因此它们可以用来检测上升时间只有几微秒的冲击波。但是，必须小心，因为大电容电缆负载可能会充当滤波器，并降低较高的工作频率范围。不幸的是，许多电压放大系统的本底噪声(分辨率)可能比等效电荷放大系统高一个数量级。因此，高分辨率等离子体和/或电荷放大传感器通常用于低振幅动态测量。
国际比较方案？？测量称重传感器原理及应用理想地按比例处理感兴趣的信号。然而，随着测量频率的增加，系统* * *最终变得非线性。这是由于以下因素:
1.机械考虑
2.放大器/功率限制
3.电缆特性
在尝试高频测量时，必须考虑这些因素。
机械考虑传感器内的机械结构通常对传感系统施加高频限制。换句话说，随着接近传感器的自然频率接近，灵敏度开始快速上升。
W =√(k/m)(等式6)
其中:
W =自然频率
K =传感元件的刚度
M =地震质量
这个等式有助于解释为什么较大或较大的质量传感器通常具有较低的共振频率。
下图11显示了一个典型的国际比较方案？？加速度计的频率响应曲线。
可以看出，灵敏度随着频率的增加而增加。对于大多数应用，传感器通常可以在小于5%的灵敏度偏差内使用。频率上限出现在谐振频率的大约20%。压力和力传感器以类似的方式响应。
安装在获得精确的高频测量中也起着重要作用。请务必参考正确的安装程序。
当放大器/电源仅限于在非常高的频率(100千赫)下测试时，传感系统的类型变得非常重要。一般来说，电压放大系统响应的频率约为1兆赫，而大多数电荷放大系统只响应100千赫。这通常是由于放大器类型和电容滤波效应的限制。在这种情况下，请检查设备规格或致电印刷电路板寻求帮助。
电缆注意事项和恒定电流水平当电流不足以驱动电缆电容时，长电缆上的操作可能会影响频率响应并引入噪声和失真。
测量称重传感器原理及应用与充电模式系统不同，系统噪声是电缆长度的函数。？该传感器提供高电压和低阻抗输出，非常适合在恶劣环境下驱动长电缆。尽管国际比较方案？？传感器的噪声几乎不会增加，但电缆的容性负载可能会扭曲或过滤高频信号，这取决于传感器的电源电流和输出阻抗。
一般来说，对于高达10千赫的低频测试，这种信号失真不是问题。然而，在对长度超过100英尺(30米)的电缆进行高频振动、冲击、爆炸或瞬态测试时，有可能出现信号失真。
可以在给定电缆长度上传输的* * *大频率是电缆电容和信号调节器的峰值信号电压与可用电流之比的函数，如下所示:
其中最大频率=***大频率(赫兹)
C =电缆电容(皮法)
V = * * *传感器的大峰值输出(伏特)
I c =来自信号调节器的恒定电流(毫安)
10 9 =比例因子等于单位
请注意，在此等式中，从提供给传感器的总电流(lc)中减去1mA。这样做是为了补偿内部电子设备的电源。一些特殊的传感器电子设备可能会消耗或多或少的电力来联系制造商以确定正确的电源电流。
当驱动长电缆时，等式7显示，随着电缆长度、峰值电压输出或感兴趣的大频率的增加，驱动信号需要更大的恒定电流。
提供了一个简单的获得电感耦合等离子体的图解方法？？测量系统的预期* * *大频率能力。
例如，当运行100英尺(30.5米)电缆时，电容为30 pF/英尺，总电容为3000 pF。这个值可以沿着对角线电缆电容线找到。假设传感器在* * * 5伏的大输出范围内工作，并且恒流信号调节器被设置为2毫安，则垂直轴上的比率可以被计算为等于5。总电缆电容与该比率的交集导致约10.2千赫的* * *大频率。
测量称重传感器原理及应用并不表示某一点的频率振幅响应是平的、上升的还是下降的。出于预防的原因，通常的做法是增加传感器的恒定电流(如果可能的话)(在其* * *极限内)，使得由诺模图确定的频率比感兴趣的* * *大大约1.5到2倍。
请注意，更高的电流水平会以更快的速度耗尽电池供电的信号调节器。此外，电缆未使用的任何电流直接向内部电子设备供电并产生热量。这可能导致传感器超过其* * *高温规格。因此，在短电缆运行或高温测试期间，不要提供过大的电流。
长电缆的实验测试为了确定长电缆运行中涉及的高频电气特性，可以使用两种方法。
包括将标准信号发生器的输出连接到ICP？？单位增益、低输出阻抗(5欧姆)仪表放大器，传感器串联。当信号发生器和放大器从系统中移除时，需要极低的输出阻抗来最小化电阻变化。如图13所示，另一种测试方法包括传感器模拟器，该传感器模拟器包括方便地封装在一起的信号发生器和传感器电子设备。
为了检查任何这些系统的频率/振幅响应，提供了一个信号发生器来提供预期测量信号的* * *大振幅。观察发生器的振幅与示波器上显示的振幅之比。如果该比率为1: 1，则系统足以进行测试。(如有必要，请务必考虑信号调节器或示波器中的任何增益。如果输出信号上升(例如，1: 1.3)，则增加一个串联电阻来衰减信号。使用可变的100欧姆电阻器将有助于更容易地设置正确的电阻器。请注意，这是唯一需要添加电阻的条件。如果信号下降(例如，1: 0.75)，则必须增加恒定电流水平或降低电缆电容。
电缆测试期间可能需要电缆的物理安装，以反映数据采集期间遇到的实际情况。这将补偿潜在的感应电缆效应，这部分取决于电缆路径的几何形状。