【应用】简析小型机械监测中的压电式加速度传感器及可变电容振动传感器

时间： 2019-01-27 来源：TE

技术问答

如果机器发生故障，会严重影响到生产作业，使得交付时间延迟，会造成经济损失。在过去，加速度传感器主要用于重型高端机械，例如风力发电机组、工业泵、压缩机和暖通空调系统。随着数字化工业革命的浪潮和自动化程度的提高，市场对中/小型系统的批量检测需求持续增加：机床主轴、传送系统、分拣台等，都需要更好的预测性维护。

在工业状态监测和预测性维护应用中，你知道哪些关键因素对确保长期、可靠、稳定和准确的性能至关重要吗？这些因素不能忽视：

· 高频率响应

· 测量分辨率和动态范围

· 基于最小偏移量的长期稳定性

· 工作温度范围

· 封装选型和安装便捷性

· 传感器输出选项

泰科电子（TE connectivity，以下简称“TE”）在本文回顾以下适用于状态监测的压电式（PE）加速度传感器和可变电容振动传感器（MEMS VC）两种不同技术类型。

压电式（PE）加速度传感器

压电式 (PE) 加速度传感器包含自身的压电晶体，在受到外部激励 (如振动机械) 应力时，压电晶体会提供信号。大多数压电式传感器都基于锆钛酸铅陶瓷 (PZT)，这些陶瓷经过极化处理，可排列偶极子并使晶体产生压电效应。由于 PZT 晶体可提供宽温度范围、宽动态范围和宽频带宽 (可用于 >20KHz)，因此 PZT 晶体是状态监测应用的理想选择。

一般来说，有两种主要结构类型的压电加速度传感器设计：压缩类型和剪切类型。

· 压缩类型设计通过在晶体顶部加载一个质量块并施加预载力以使压电晶体受压来实现。由于性能限制，此类设计已经过时，不符合现在的需求。

图1 压缩类型示意图

· 剪切类型设计通常包含一个环形剪切晶体，以及固定在一个支撑柱上的环形质量块，相比压缩模式设计具有更好的性能，更不易受到热应力的影响，从而提高了稳定性。目前提供的大多数状态监测加速度传感器设计都是剪切模式。

图2 剪切类型示意图

可变电容振动传感器（MEMS VC）

可变电容 (VC) 传感器根据在两个平行电容板之间移动的激荡量块的电容变化来推导加速度测量值。电容变化与施加的加速度成正比。VC 加速度传感器要求 IC 与感应元件紧密耦合，以将微弱的电容变化转换成电压输出。这种转换过程通常会导致较差的信噪比和有限的动态范围。

可变电容传感器通常由硅晶片制造并制造成微型 MEMS (微机电系统) 芯片。

压电式加速度传感器（PE）VS 可变电容振动传感器（MEMS VC）

关于这两种模式在工业状态监测和预测性维护应用中，TE进行了详细的测评，想要知道最后结果吗？带你快速一览！

图3 压电式加速度传感器和可变电容振动传感器技术参数对比

相信你已经大致了解压电振动传感技术与可变电容振动传感技术的不同技术特性。孰优孰劣，要取决于最终应用。在日常工业状态监测和预测性维护应用中，压电式振动加速度传感器是比较常见的选择，成熟的技术能确保长期稳定的运作。嵌入式PE振动加速度传感器适用于低速、高速机械，还可以为早期故障监测提供更好的信号分辨率。

作为全球最大的传感与连接品牌，TE的创新传感器解决方案能将合作伙伴的概念转化为智能互联产品！

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选型指南 - TE CONNECTIVITY - 2019年6月 PDF 中文下载

TE Connectivity（泰科）传感器选型指南

目录- Company Profile DIGITAL COMPONENT SENSOR DEVELOPMENT TOOLS FLOW SENSORS FORCE SENSORS HUMIDITY SENSORS LIQUID LEVEL SENSORS PHOTO OPTIC SENSORS PIEZO FILM SENSORS POSITION SENSORS PRESSURE SENSORS RATE AND INERTIAL SENSORS SCANNERS AND SYSTEMS SPEED SENSORS TEMPERATURE SENSORS TORQUE SENSORS ULTRASONIC SENSORS VIBRATION SENSORS WATER LEVEL SENSORS

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TE Connectivity（泰科TE）传感器（加速度传感器）解决方案

描述- TE二十年来一直致力于加速度传感器的研发和制造。电荷模式压电加速度传感器专为测量高温环境下的冲击和振动而设计。当传感器和高品质的电荷放大器一起使用时，还为用户提供宽广的动态范围测量。静态响应加速度传感器用于精确测量物体的运动状态(速率，位移)。结合先进的MEMS技术和最新的模拟/数字集成电路，我们的静态加速度传感器能为客户提供优异的性能和额外的使用价值。产品都符合EAR99，RoHS和CE标准。

型号- 7108A,8011,3255A,1201/1201F,3022/3028,4810A,EGCS-D0,7120A/7122A,7131A/7132A,3038,805/805M1,68CM1,4630/4630A,4610/4610A,7531A,8032-01,834/834M1,58,4602/4604,4020/4030,53/53A,40A/40B,4801A,160,161,8711-01,121,3052A/3058A,EGCS,3801A,810M1,8011/8021-01,7500A,EGAXT3,8021-AR/AP,LDTC,52F,8021-VR/VP,140/142,EGCS-D1S,130,832/832M1,606M1,808/808M1,7100A/7101A,7501A,7104A/7105A,4807A,8042,MEAS,EGAXT,EGCS-S425,52/52M30,4000A/4001A,7102A,3700,64B/64C,7502A,7504A/7505A,7514A

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