【技术】如何正确理解加速度传感器频率响应特性？

时间： 2017-12-18 来源：世强作者：溪水潺潺

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TE 在压电式陶瓷技术设计、MEMS、制造封装加速度传感器方面拥有长期的经验。封装的加速度计具有宽测量范围和便利的用户界面，并提供直流（静态）和交流（动态）响应。TE 是用于飞机设计和测试、汽车设计和测试、汽车安全测试、机械与结构监控以及赛车应用的加速度计与振动传感技术的全球领先供应商。

在加速度传感器的各项指标中，频率响应是个非常重要的参数，它是传感器提供线性反应的频率范围。本文着重从频率响应出发带领大家更深入了解加速度传感器。

低频响应特性

IEPE压电加速度传感器（内装IC电路芯片）的低频特性主要由内置芯片的下限频率和传感器的基座应变、热释电效应等环境特性决定；而电路芯片的下限频率取决于RC电路，也就是取决于放电时间常数DTC，

DTC=RC，

-3dB低频f=0.16/DTC，

-10%低频f=0.34/DTC，

-5%低频f=0.5/DTC，

由以上可以看出，放电时间常数越大，信号衰减越慢，低频响应越好。

放电时间常数不仅决定低频响应，而且决定放电时间，这在工业现场进行多点测量时就比较重要。放电时间常数应兼顾低频响应和放电时间。基座应变、环境温度变化等环境干扰引起的输出通常在5Hz以下，当测试信号频率在5Hz以上时，应将IEPE传感器内置电路芯片下限截止频率设置在5Hz以上，以消除压电传感器的热电等环境干扰引起的噪声输出。

当测试信号频率在5Hz以下时，可以选择诸如隔离剪切结构等隔离基座应变、热释电效应等环境干扰性能好的加速度传感器。

高频响应特性

高频响应特性取决于。

其中，k是敏感元件的刚度；m是质量块的质量。

在敏感元件的刚度时，质量块越重，谐振频率越低。同时，大的质量块产生高的机械增益，传感器的灵敏度高，噪声低。相反，小的质量块产生低的机械增益，传感器的灵敏度低、输出小，频率范围宽，可以测量较高的频率信号。

通常可以这么估算：

上限频率是+10%频响，大约为谐振频率的1/3；

上限频率为+5%频响，大约为谐振频率的1/5。

图1：加速度振动传感器频率响应

加速度传感器在校准时候，频率响应是相对于灵敏度在100Hz或160Hz的参考点的灵敏度变化量。下图是TE MEAS8811-01的频率响应图：

图2：TE MEAS8811-01频率响应图

压电加速度传感器的低频响应特性

压电加速度传感器无法获得很好的低频响应。高通滤波器是压电加速度传感器固有特性，前述讲了电路芯片的下限频率取决于RC电路，也就是取决于放电时间常数DTC。DTC也定义了传感器供电突然变化（如开启和信号过载）时的传感器响应。当开启传感器或从过载中恢复所需要的时间是与DTC的值直接相关的。因此低频过载与导通时间（休克恢复时间）是成反比。传感器的频率越低，从过载中开启或恢复的时间越长。对于通用压电传感器，牺牲低频性能有利于获得更好的开启和休克恢复响应。

通用加速度传感器与低频加速度传感器

低频加速度传感器采用较大的质量块来提高传感器敏感元件的输出。这将降低来自于放大器的电子噪声。低频传感器的输出电压越高，越有利于在测量低幅值信号时克服数据采集器的噪声。折中的方法是降低谐振频率。

结论

加速度传感器所需要的频率响应取决于需要测量的振动频率。一个加速度传感器需要足够高的固有振动频率用于捕捉测量所需要的所有频率。

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wenson945 Lv3. 高级工程师 2019-02-22

学习学习
yingqiming Lv7. 资深专家 2018-04-12

不错
每天学习一点点儿 Lv9. 科学家 2018-01-23

学习一下
简单Ae Lv6. 高级专家 2018-01-22

学习了
随依凡 Lv3. 高级工程师 2017-12-31

顶一下，不错的

NaOH Lv6. 高级专家 2017-12-18

其实没怎么看懂。得更专业的人来看这个问题

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【选型】TE Connectivity（泰科TE）传感器选型指南

目录- 数字元件传感器和开发工具流量传感器力传感器湿度传感器液位传感器血氧传感器压电薄膜传感器位置传感器压力传感器速率和惯性传感器扫描阀及系统速度传感器温度传感器扭矩传感器超声波传感器振动传感器水位传感器

型号- 7504A,3255A,T500,1220,CD9515,DSD 25,68CM1,FS-90,1210,FS-91,4602,HTU3535PVBM,4604,7505A,AISI-304,1230,MS4525DO,DSD 17,MACRO CD375,TSYS02D,D5100,4610,MS8607,ACCUSTAR EA,EPRB,XP5,805,808,89BSD,D,E,F,T400,4630,SDT1,1240,P1200,606M1,PS2011AB,DSD 40,ELM-4000,3058A,MS5803-01BA,FMT,SIL-3,M7100,LS809-31,EGCS-D5,4332M3,TLH100,FTP520,MS54XX,EGCS-D0,ESP 64HD,XL403D,AST46HA,710,832,FN7110,834,EB,PS501,LDM-1000,U86B,DP86,52M30,PS2021AB,EV,M905,EX,720,RVIT-Z,603,LS509-51,ELM-5000,TS318-3B0814,FN4070,H005,H009,TLH,610,RCS01-10,31207B,FTP540,PML 1000,LDS309-11N,EPB-PW,735,EVS722-51,FN9630,MACRO HPGS 750,GC,FN9635,FLDT1,U7100,FTP530,85F,FN4080,AISI-400,834M1,HTU2X,ARD154,EPB,EGAXT,VS804-21,HC,65210E,EPL,7108A,86A,CLP,AST46SW,HR,MS52XX,AST4510,KMT32B,KPSI 730,750,KPSI 735,FTP560,633,634,7531A,XFTC300,Y12AD,FTP552,FTP553,FTP554,AST4401,AST4400,AST4520,KPSI 720,U5700,KPSI 600,FN4055,KPSI 601,MS5803-30BA,FTP551,31206B,FN9620,DPG,LL-01,FN7325,DPL,DPN,98RK-1,64B,40A,64C,40B,HTF3000LF,52F,3022,DSF EX-ATEX,KPSI 750,KMT37,FN3050,TPT,64X,KMT39,9916,53A,AST43LP,AST4500,KPSI 500,KPSI 501,KPSI 745,3028,GÏΜÁÐ,86BSD,8811-01,PM50,KMA36,TSYS01,LT,TSYS02,ATA-2001,KMT36H,P900,LBB,PM81,FN3030,DSD,3038,DSF,CM-01,DSH,8021-AP,8021-AR,DSL,PM83,ML,DT1,4020,TSD,6200,DSS,AST46PT,AST44LP,805M1,AST4600,DSY,TSD305,7500A,DC-SE,EGAXT3,MS5525ASO,4030,LDTC,XPM10,MS4515DO,330,MACRO HSTA/R,KPSI 710,MSP300,335,AST20HA,XS-C,XS-D,7501A,LL-10,HTU3535PVBM/WIRE,MACRO SSI/R,PT101,HTG351XCH,AST2000H2,342,KPSI 700,16HD,KPSI 705,LS304-31,LMM-H04,LMM-H03,FN3148,DSD 70,7502A,7514A,P700,4810A,CD1110,KPSI 330,8021-VP,8021-VR,KPSI 335,AST4000,EÏΜÁÐ,7135A,13,XFL212R,6000,17,LVM-110,KPSI 320,AST44XX,8711-01,121,FN3002,AST5100,LCS-03,FN3000,CS1120,R36,PCA 375,U5300,RT9,RT8,M3200,7100A,23,9400,TLH600,CPA150,27,HS1101LF,28,M210,AST20SW,KPSI 351,KPSI 353,HTU383X/WIRE,IT9000,130,KPSI 355,AST5300,AST4100,SG,CD1140,XPM4,SK,7101A,SM,FX19,MSP100,EPM-5000,SP,TPT300V,PM101,MSP340,SR,33,37,PT9000,AST45XX,KPSI 342,1201F,MT3A,ACH-01,SL-630,M5600,7102A,43,TS,EL20-S458,MS5805,XFU400,SP683,47,MS5803,MP 2000,P981,KPSI 30,HTM2500LF,CS1210,AST5400,MLP,FN1010,HTU2XF,HM1520LF,TS305-10C50,TRUBLUE 585,16MS,52,KPSI 27,MS32,KPSI 28,58,DÏΜÁÐ,MS1451,XPM6,AST46XX,ESP 32HD DTC,160,PT1,161,AST4200,PT5,DSH 16,DOG2,FX29,ESP 64HD DTC,7104A,TRUBLUE 575,FN2114,US300,9146-R,PTX,85BSD,7105A,MS5837,9216,KMA36A,AST20PT,AST4300,MS1471,9146-T,808M1,U5600,FN2570,CD1050,EPM-4001,XP,82,MS5525DSO,85,86,TRUBLUE 555,FS-01,89,MS5607,FS-02,8011,MS4515,FS-05,FS-06,ED32I,MACRO GHSE/R,MS5840,PS2031AB,G系列,8032-01,FN2420,R60D,3052A,154BSD,MS4525,MS5611,XFC200R,EPIH,ELAF,HTU383X,M12,3801A,1620,KMY,65210ES,KMZ,FN2317,M150,AST46DS,11206AC,PS831,8021-01,EGCS-D1S,KPSI 300DS,1630,820M1,XPC10,TSEV,53AF,140A,SL-900,MS5637,MS4426,CD1124T,MS4425,EVS312-11N,MT2,MT3,CS1060,CD1095,832M1,VCS-06,MTA,VCS-04,3700,M5200,FN7080,P105,P101,32HD,9022,E系列,FS19,HTU21DF,7131A,FC22,FC23,4630M12,9034,142A,9038,154N,4801A,9032,LIM-420,9033,5905,7132A,LTA,LTB,4630M14,5903,PT8000,P125,TS318-5C50,T600,8102A,LTR,HM1500LF,D系列,R30A,HTU21D,8011-01,PS801,KPSI 380,NDT-1,FS20,4835A,AST43XX,ACCUSTAR,U5200,1201,FCA7300,AD-101,PS811,VS309-51N,KMXP,11207AC

2019年6月 - TE CONNECTIVITY - 选型指南代理服务技术支持现货查询批量订货

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目前人们为了更好的监控生产设备的整体运行情况，现在不少人考虑TE connectivity的加速度传感器7132A用于检测设备的振动情况，从而确定当前设备的运行是否正常。这里我们针对7132A在设计中的注意事项给大家做个简单介绍，希望对大家能有所帮助。

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【应用】基于MEMS硅微加工技术的ZXA硅微加速度传感器最大量程可达100kg，助力汽车安全碰撞测试

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2022-06-30 - 设计经验代理服务技术支持现货查询批量订货

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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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在严苛和复杂的环境中研究、开发和测试产品时，加速度传感器能够提供宝贵的数据。但在某些行业，采集数据（特别是高 g 值下的测量）可能比较困难。因为加速度传感器的应用取决于其精确度，所以在决定采用何种加速度传感器前，下面TE带你来考虑究竟有哪些困难。

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TE公司针对性地推出了球类比赛中辅助裁判的传感器解决方案。将压电同轴电缆敷设在场地的重要界线位置处（比如篮球场地上的三分线），当运动员脚踩到或球体触及到该位置时，电缆中的PVDF压电薄膜就能灵敏地感应到物理信息的变化，从而帮助裁判准确地做出是否越界的判断。 TE还推出了3038嵌入式加速度传感器，可嵌入运动员球服纤维或球体中，检测球员或球类的运动情况和速度。