了解压电加速度计
A 压电加速度计 是一个 振动 利用压电效应的传感器——压电效应是指某些晶体在受到机械应力时会产生电荷的特性——将机械 加速度 转换为与振动幅值成比例的电信号。传感器加速时，内部地震质量块压缩或剪切压电元件，产生的电荷或电压经调理后作为测量信号输出。由于频率范围宽（约0.5 Hz至50+ kHz）、灵敏度高、坚固耐用，且自发电敏感元件无需外部供电，压电加速度传感器是工业中使用最广泛的振动传感器，也是现代 振动分析 以及状态监测。
1. 压电效应
物理原理
- 某些晶体（石英、电气石）和陶瓷（PZT、钛酸钡）具有压电性。
- 机械应力在晶体’s表面产生电荷。
- 电荷与施加的力成正比。
- 该效应是可逆的——施加电压会使元件产生形变。
- 它是自发电的，因此产生电荷本身无需外部电源。
在加速度计内部
从运动到信号的转换链短而直接：
- 振动使传感器底座和外壳产生加速度。
- 内部地震质量块受到力的作用，F = m × a。
- 该力对压电晶体施加应力。
- 晶体产生与力（从而与加速度）成比例的电荷。
- 电荷被收集在电极上，并转换为可测量的信号。
由于输出跟踪加速度，同一信号可通过电子积分转换为 速度 用于中频故障分析，或直接用于高频场合。
2. 按内部结构分类
惯性质量对晶体的加载方式决定了传感器的特性。
- 压缩型： 最常见的设计，晶体被压缩在质量块与基座之间。结构坚固，温度范围宽，适用于恶劣环境——但对基座应变和热瞬变较为敏感。
- Shear type: 晶体受质量块运动的剪切力作用。这种结构提供了出色的基座应变隔离能力、更好的低频响应以及对温度瞬变的低灵敏度，这正是 剪切加速度计 在苛刻测量场合中首选方案的原因。
- 弯曲（挠曲）型： 晶体在弯曲状态下工作，可实现极高灵敏度，但其稳健性较差，在工业应用中较为少见。
3. 按电子方式分类
第二种分类依据是信号调理电路位于传感器内部还是外部。
- 电荷模式： 输出为以皮库仑为单位的原始电荷，需要外部 电荷放大器。高阻抗输出对电缆移动较为敏感， 摩擦起电噪声，但由于内部无电子元件，这类传感器可承受极端高温（最高约 650 °C），在特殊高温应用中不可或缺。
- IEPE / ICP（电压模式）： 内置电路将电荷转换为低阻抗电压。 IEPE 接口 — 也描述为一种 电压模式加速度计 ——是行业标准，提供简单的双线连接和出色的抗噪能力。它覆盖超过 95% 的工业应用场合。
4. 性能规格
敏感性
敏感性 是单位加速度的输出值——IEPE 传感器通常为 10–100 mV/g，电荷模式通常为 1–100 pC/g。灵敏度越高，分辨率越细，但最大量程越低，因此该参数需根据预期振动量级进行选择； 振动传感器灵敏度计算器 帮助在输出电压与对应加速度之间进行换算。
频率范围
- 低频 由电子电路决定的约 0.5–5 Hz 下限。
- 高频率： 由安装方式决定的 5–50 kHz 上限 谐振.
- 使用范围 若要达到几个百分点的幅值精度，根据 ISO 5348，频率上限约为安装共振频率的五分之一（20%）；三分之一共振频率只能作为粗略筛查限值，此时幅值读数已经偏高约 10–12%。 频率，依据 ISO 5348；共振频率的三分之一只能作为粗略筛查限值，此时幅值读数已偏高约 10–12%。
- 安装方式的影响： 安装方式对可实现的高频响应有很大限制。
幅值范围与动态范围
- 通用型：±50 g 至 ±500 g。
- 高灵敏度型：±5 g 至 ±50 g。
- 冲击传感器：±500 g 至 ±10,000 g。
信号绝不能超出传感器的量程，否则将产生削波并可能损坏敏感元件；宽 动态范围 使单个传感器在同一次测量中既能分辨微弱的轴承噪声，又能测量强烈的转速振动。
5. 选择标准
根据工况选择合适的传感器，是构建良好测量方案的核心所在。
- 通用机械状态监测： 100 mV/g IEPE 加速度传感器，量程 ±50 g，频响 1 Hz–10 kHz，工业级温度等级（−40 至 +120 °C），密封防护。
- 轴承故障检测： 较高的频率响应（达 20 kHz 以上）以捕捉 轴承故障频率，中等灵敏度（10–50 mV/g），宽动态范围，并采用螺柱安装以获得最佳高频耦合——这是捕捉早期 轴承缺陷.
- 高温应用： 高温 IEPE 型（最高约 175 °C）或电荷模式型（最高约 650 °C），配备专用安装件和电缆，以部分性能为代价换取耐高温能力。
6. 安装与固定
安装接口是测量系统的组成部分：它决定了安装谐振频率，进而决定高频上限。从最佳到最差依次为：
- 螺柱安装： 耦合效果最佳，频响平坦至10 kHz以上。
- 粘合剂： 效果良好，频响平坦至约7–8 kHz。
- 磁的： 可接受，频响平坦至约2–3 kHz。
- 探针 / 手持式： 效果差——仅限低频及定性读数。
为获得可靠的高频数据，安装面必须清洁平整，螺柱需按规定力矩拧紧，任何粘合剂层须薄而均匀，磁座须完全吸合，电缆须固定以防拉扯。 安装共振计算器 估算每种安装方式可用频段的上限；对于永久安装的传感器，正确 传感器安装 已被编入 ISO 5348.
在现场，这类传感器是所有便携式分析仪的前端信号采集环节。诸如 Balanset-1A 可采集相同的同步幅值和相位；使用的是套件随附的两只模拟 MEMS 加速度计，而不是 IEPE 压电传感器，以满足单面和双面 平衡 所需的同步幅值与相位，以及在运行转速下对机器自身轴承进行常规诊断。连同涡流位移传感器及 速度传感器，压电式加速度计是三种主要振动 transducers ——且是其中最通用的一种，这正是它至今仍是全球工业振动监测、故障诊断与动平衡领域支柱技术的原因。
