了解壓電式加速規
A 壓電式加速規 是一種 振動 利用壓電效應的感測器——某些晶體在受到機械應力時會產生電荷的特性——將機械 加速度 轉換為與振動振幅成比例的電氣信號。當感測器加速時，內部的地震質量塊會壓縮或剪切壓電元件，產生的電荷或電壓經過調節後作為測量信號輸出。憑藉寬廣的頻率範圍（約 0.5 Hz 至 50+ kHz）、高靈敏度、堅固耐用，以及無需外部供電的自發電感測元件，壓電式加速規是工業中使用最廣泛的振動感測器，也是現代 振動分析 與狀態監測的基礎。
1. 壓電效應
物理原理
- 某些晶體（石英、綠柱石）與陶瓷（PZT、鈦酸鋇）具有壓電性。
- 機械應力會在晶體表面產生電荷。
- 電荷與施加的力成比例。
- 該效應是可逆的——施加電壓會使元件變形。
- 它是自發電的，因此產生電荷本身不需要電源。
加速規內部
從運動到信號的鏈路短而直接：
- 振動使感測器底座和軸承座加速。
- 內部的地震質量塊受到力的作用，F = m × a。
- 該力使壓電晶體產生應力。
- 晶體產生與力成比例的電荷，因此也與加速度成比例。
- 電荷在電極上收集並轉換為可測量的信號。
由於輸出跟隨加速度，同一信號可以通過電子積分轉換為 速度 用於中頻故障分析，或直接用於高頻工作。
2. 按內部設計分類
晶體受地震質量塊加載的方式決定了感測器的特性。
- 壓縮型： 最常見的設計，晶體被壓縮在質量塊和底座之間。堅固耐用，溫度範圍寬，適合惡劣環境——但對底座應力和熱瞬變可能更敏感。
- 剪切型： 晶體受質量塊運動的剪切作用。這種結構提供了優異的底座應力隔離、更好的低頻響應，以及對溫度瞬變的低靈敏度，這就是為什麼 剪切式加速規 是嚴苛測量任務的高端選擇。
- 彎曲型： 晶體在彎曲模式下工作，實現極高的靈敏度，但堅固性較差，在工業應用中較少見。
3. 按電子電路分類
第二種分類涉及信號調節電路是位於感測器內部還是外部。
- 電荷模式： 輸出為皮庫侖（pC）為單位的原始電荷，需要外部 電荷放大器。高阻抗輸出對電纜移動和 摩擦電噪聲敏感，但由於沒有內部電子元件，這些感測器能承受極端溫度（高達約 650 °C），使其成為專用高溫應用中不可或缺的選擇。
- IEPE / ICP（電壓模式）： 內置電路將電荷轉換為低阻抗電壓。 IEPE 介面——也被描述為 電壓模式加速規 ——是行業標準，提供簡單的兩線連接和優異的抗噪聲能力。它適用於超過 95 % 的工業應用。
4. 性能規格
靈敏度
靈敏度 是單位加速度的輸出——IEPE 感測器通常為 10–100 mV/g，電荷模式為 1–100 pC/g。更高的靈敏度提供更細的解析度，但最大範圍較低，因此該數值需根據預期的振動水平選擇； 振動感測器靈敏度計算器 有助於在輸出電壓和相應加速度之間進行轉換。
頻率範圍
- 低頻： 約 0.5–5 Hz 的下限，由電子電路決定。
- 高頻： 5–50 kHz 的上限，由安裝的 共振.
- 可用範圍： 為獲得百分之幾的振幅精度，最高約為安裝共振頻率的一分之一（20%） 頻率，依 ISO 5348 標準；共振頻率的一三分之一僅為粗略篩選上限，此時振幅讀數已偏高約 10–12%。
- 安裝效應： 安裝方式會強烈限制可達到的頻率響應。
振幅範圍與動態範圍
- 一般用途：±50 g 至 ±500 g。
- 高靈敏度：±5 g 至 ±50 g。
- 衝擊感測器：±500 g 至 ±10,000 g。
信號絕不可超過感測器的範圍，否則會削波並可能損壞元件；寬廣的 動態範圍 讓單一感測器能在同一測量中解析微弱的軸承音調與強烈的轉速振動。
5. 選擇標準
將感測器與工作需求匹配是良好測量設置的核心。
- 一般機械監控： 100 mV/g IEPE 加速規，±50 g 範圍，1 Hz–10 kHz 響應，工業溫度等級（−40 至 +120 °C），以及密封結構。
- 軸承缺陷檢測： 更高的頻率響應（達 20+ kHz）以捕捉 軸承故障頻率，中等靈敏度（10–50 mV/g），寬動態範圍，以及螺柱安裝以獲得最佳的高頻耦合——這是捕捉初期 軸承缺陷.
- 高溫應用： 高溫 IEPE（約 175 °C）或電荷模式（約 650 °C），搭配特殊安裝與纜線，為溫度能力接受部分性能妥協。
6. 安裝與設置
安裝介面是測量系統的一部分：它決定了安裝共振頻率，進而決定高頻上限。從最佳到最差：
- 螺柱安裝： 最佳耦合，平坦至 10+ kHz。
- 黏著劑： 良好，平坦至約 7–8 kHz。
- 磁性： 可接受，平坦至約 2–3 kHz。
- 探棒 / 手持式： 較差——僅限低頻與定性讀數。
為取得可靠的高頻資料，表面必須清潔平整，螺柱扭矩正確，任何黏著層需薄且均勻，磁座完全貼合，並固定纜線以防拉扯。 安裝共振計算器 可估算各方法可用頻帶的終點；對於永久安裝的感測器，正確的 感測器安裝 原則已編碼於 ISO 5348.
在現場，這些感測器是每台便攜式分析儀的前端。像 Balanset-1A 捕捉相同的同步振幅與相位——使用套件附帶的兩顆類比 MEMS 加速規而非 IEPE 壓電感測器——以供單平面與雙平面 動平衡校正 以及機器自身軸承在運轉速度下的常規診斷所需的同步振幅與相位。搭配近接探棒與 速度感測器，壓電加速規是三大主要振動 感測器 之一——且無疑是最多功能的，因此它仍是全球工業振動監控、診斷與動平衡校正的支柱。
