加速度传感器的频响特性分析
加速度传感器低频特性及校准方法
Ｉ Ｃ Ｐ 。 加
频 率 ，即低频 响应指标 。装置如 图４ 所示 。
电荷
圈 冒
图４ 结构重力法示意 图
数据采集记 录仪记录 ＴＤ Ｎ 速度传感器放 电波形（ 图５ ） ，
是放 电时 间常数 。放 电时间常数 是从下 降的一瞬 间开始计
算 ，此 时加速度传 感器 受到最 大加 速度 １ ｇ ，输 出为最大值
中图分类号 ：Ｔ Ｐ ２ １ ２ 文献标识码 ：Ｂ
因为具有 测量 准确 度高 、频率 响应 范 围宽 、体 积小 、
重量轻 、易于安装等优 点 ，加速度传感 器被广泛 应用 。在
一
堡
些特殊领域 ，对加速度 传感器 的低频 特性要求 更高 ，只
搭
＋ ３ ｄ Ｂ
＋ ５ ％
摘要 ：很多工程应用领域对加速度传感器 的低频特 性要 求很高 。为 了得到准确 的数 据 ，对加速度传感器 低频特性进行正确有效 的校准十分必要 。本文介绍了几种加速度传感 器低频狰 陛校准的方法 。 关键词 ：Ｉ ｃ 嘞 Ⅱ 速度传感器 ；低频响应 ；低频特性 ；低频校准 ；低频振动 台
压 电式加速度传感器 的低频响应主要取决 于其 放 电时
间常数ＤＴ Ｃ （ Ｄ ｉ ｓ ｃ ｈ ａ ｒ ｇ ｅ Ｔ ｉ ｍｅ Ｃ ｏ ｎ ｓ ｔ ａ ｎ ｔ ） ，因此 ，了解两 者之问
４ ０
中 国 设 备 工 程 Ｉ ２ ｏ １ ３ 年６ 月
维 护 与 修 理
的关系对加速度传感器的低频校准具有重要意义 。
型） 、电容式、压阻式３ 种 。其 中，电容式和压 阻式 的加速度
±１ ０ ％ 范围— — － ： 。 频率
±３ ｄ Ｂ范 围 一 ‘
加速度传感器实验报告
加速度传感器实验报告
加速度传感器实验报告
加速度传感器是一种应用广泛的测量传感器，各种型号的加速度传感器都可以用来测量振动或者加速度。
本文将介绍加速度传感器的实验，以及分析实验结果的一些重要指标。
一、实验环境
本次实验环境为实验室内，空气温度为25°C，实验使用的加速度传感器为精密型加速度传感器，量程为±15g，滤波为50Hz，高通滤波器带宽为10Hz，频率范围125kHz至2kHz。
二、实验原理
加速度传感器主要是通过测量物体运动方向（上升/下降）以及速度的变化来实现的，它可以实时测量到物体的加速度，进而检测到物体的动作、位移等信息。
实验测试结果为：温度变化0.1°C会引起加速度传感器的输出经0.18 g/°C变化。
三、实验结果
加速度传感器实验结果表明，实测值满足要求，温度变化引起的加速度传感器输出变化也满足实验要求的0.18 g/°C。
这些结果表明，加速度传感器的计算能力、精度以及可靠性都较高，在不同环境条件下能够满足较高精度的要求。
四、实验分析
通过实验结果可以看出，加速度传感器输出精度较高，准确性可靠，能够稳定满足要求。
在此基础上，未来可以基于加速度传感器的输出，进行各种类型的测量或者运动的监测，从而获得更全面的测量结果。
传感器的灵敏度,低频噪声特性和动态响应范围
传感器的灵敏度，低频噪声特性和动态响应范围工程振动量值的物理参数常用位移、速度和加速度来表示。
由于在通常的频率范围内振动位移幅值量很小，且位移、速度和加速度之间都可互相转换，所以在实际使用中振动量的大小一般用加速度的值来度量。
常用单位为：米/秒2（m/s2），或重力加速度（g）。
描述振动信号的另一重要参数是信号的频率。
绝大多数的工程振动信号均可分解成一系列特定频率和幅值的正弦信号，因此，对某一振动信号的测量，实际上是对组成该振动信号的正弦频率分量的测量。
对传感器主要性能指标的考核也是根据传感器在其规定的频率范围内测量幅值精度的高低来评定。
电荷输出型加速度计不适合用于低频测量由于低频振动的加速度信号都很微小，而高阻抗的小电荷信号非常容易受干扰；当测量对象的体积越大，其测量频率越低，则信号的信噪比的问题更为突出。
因此在目前带内置电路加速度传感器日趋普遍的情况下应尽量选用电噪声比较小，低频特性优良的低阻抗电压输出型压电加速度传感器。
传感器的低频截止频率与传感器的高频截止频率类同，低频截止频率是指在所规定的传感器频率响应幅值误差（±5%,±10%或±3dB）内传感器所能测量的最低频率信号。
误差值越大其低频截止频率也相对越低。
所以不同传感器的低频截止频率指标必须在相同的误差条件下进行比较。
低阻抗电压输出型传感器的低频特性是由传感器敏感芯体和内置电路的综合电参数所决定的。
其频率响应特性可以用模拟电路的一阶高通滤波器特性来描述，所以传感器的低频响应和截止频率完全可以用一阶系统的时间常数来确定。
从实用角度来看，由于传感器的甚低频频率响应的标定比较困难，而通过传感器对时间域内阶跃信号的响应可测得传感器的时间常数；因此利用传感器的低频响应与一阶高通滤波器的特性几乎一致的特点，通过计算可方便地获得传感器的低频响应和与其对应的低频截至频率。
传感器的灵敏度，低频噪声特性和动态响应范围。
频率响应分析在加速度计校准中的应用研究
频率响应分析在加速度计校准中的应用研究加速度计是目前普遍应用于工业自动化、工程控制、运动控制、机器人、汽车、飞机等领域的一种控制器件。
在实际应用中，加速度计不可避免地会受到温度变化、运动状态、外部干扰等因素的影响，从而导致测量结果的误差。
因此，加速度计的校准显得尤为重要。
频率响应分析是常用的一种加速度计校准方法。
频率响应是系统对不同频率的输入信号所做出的响应的评估指标，通常用幅频特性曲线来表示。
频率响应测试可以用于评估传感器的性能，并检查传感器是否具有理想的响应曲线。
在加速度计校准中，频率响应测试可以帮助确定加速度计的灵敏度和线性度，以及对频率和相位的依赖性。
加速度计通常被定义为一个二阶系统模型，由于其系统具有共振频率，因此在进行频率响应测试时必须避免其受到系统共振的影响。
在进行频率响应测试之前，应首先检查测试系统的工作频率范围和分辨率，以确保测试结果的精度和准确性。
频率响应测试通常在频率范围内进行，以评估加速度计的性能。
在测试过程中，由于加速度计的输出信号会受到外部干扰和噪声的影响，因此需要对其进行滤波处理。
通过使用数字滤波器可以降低干扰和噪声的影响，提高测试结果的准确性。
在频率响应测试过程中，还需要对加速度计进行初始调零，以确保测试过程中的准确性。
调零过程可以采用重力校准或其他方法，以确保加速度计在进行频率响应测试时处于一个恒定的初始状态。
频率响应测试的数据处理通常需要进行波形捕获、数据采集、离线数据分析和软件分析等步骤。
数据处理结果可以用于评估加速度计的性能，并根据测试结果进行加速度计的线性校准和调整。
在实际应用中，测试频率范围和测试分辨率是影响频率响应测试结果精度和准确性的关键因素。
测试频率过低或测试分辨率不足可能会导致测试结果的误差增加，进而影响校准结果。
应根据具体应用要求选择适合的测试频率范围和测试分辨率。
总之，频率响应分析是加速度计校准中常用的方法之一，其核心在于对加速度计的灵敏度和线性度进行评估。
压电型加速度传感器的频率特性
压电加速度传感器的频率特性1、固有共振频率压电型加速度传感器基本上由质量块m、弹性常数k的压电体、空气阻抗等的阻尼器D 以及基座构成的。
图1压电型加速度传感器的弹性质量系现在我们假设没有阻尼器D和外力的情况，如图1（a）此时的共振频率为：m b：基座的质量上式中f n 是弹性质量系（质量块m）的共振频率，用以下公式表示。
图1（b）中，当基座固定在质量无限大的物体上时，mb远大于m，f0约等于fn。
我们将fn 称为不衰减固有共振频率。
接下来我们假设有衰减的情况，实际上自由振动不可能一直进行，一定会受到某些衰减并随时间变弱。
衰减状态由衰减比h的大小决定，分为3种状态。
另外衰减比h 是衰减系数 D比上临界衰减系数Dc，即D/Dc 得出。
图2 衰减自由振动h＜1 时，后续振幅比如下式所示。
由此我们可以得知，包络线会随时间以指数函数减少。
此时将fd 作为共振频率的话，可用以下公式表示。
fd 就称作衰减固有共振频率。
h≥1 时，则fd=0。
变为失去振动性的无周期运动。
从振动测量精度上来看，自由衰减振动需要尽可能快得使其衰减，但衰减比h并不是越大越好。
这一点可从图上记公式中得知。
衰减比h 的大小也受到谐振锐度即Qm 值的影响。
h 越小Qm 就越大，形成尖锐的共振。
其关系由下记公式来表示。
在设计压电型加速度传感器时，会尽可能使h 值小，Qm 值大，形成尖锐共振后，扩大平坦的频率范围。
2、 电荷增幅中的低频截止频率上述已经提到，电荷放大器中传感器产生的电荷全部储存在反馈电容 Cf 中。
因此低频特性与输入电路中的时间常数（电缆电容 Cc 、传感器电容 Cd 等）没有关系， 而是由反馈电路的时间常数 Cf ・Rf 决定。
即低频截止频率 fc 为：由于一般情况下Rf 会选定10MΩ 以上的高阻抗值，比 Cf 的电感器大很多，因此实际上 fc 的值主要由 Cf 的值来决定。
Cf 值越大 fc 就越小，适合低频的振动测量。
加速度传感器低温幅频响应分析
１ 加速度传感器分类与结构
加速 度 传 感 器 种 类 繁 多 ， 要 有 压 电式 、 电容 主 变
—
—
式 、 阻式 、 服式 和应变式 加速 度传感 器 。由于 电阻 压 伺
应变式 加速 度传感 器具 有 低 频 响应 特性 好 、 能 稳 定 性 的特 点 ， 国内外机 车 车辆 低 频振 动 测 试试 验 中被 广 在
０℃时衰减 到 ２ ～４ 之 间 ， 一 １ ０Ｈｚ ０ Ｈｚ 而 ５℃时 频 响 已经衰 减到 ２ ０ Ｈｚ以内 。
器 阻尼率 设计 成 一０ ７ ．。
３ 低温环境下加速度传感器幅频 响应试验
摘
要 ： 加速 度 传 感 器低 温 幅 频 响 应 特性 进 行 了试 验 ， 出 了加 速 度 传 感 器在 低 温 下使 用 的 建议 。 对 给
关键词 ： 速度传感 器； 加 幅频 响 应 ； 温 ； 议 低 建
中 图分 类 号 ： ７ ． ４ Ｕ２ ０ １ 文 献标 识码 ： Ｂ
频 率比＇ ，
｜ ｛ ． １ ｜
Ｉ
收稿 日期 ：０ ７０—０ 修 订 日期 ：０ ７０ —６ ２０ ～４２ ； ２ ０ —６０ 作者简介 ： 王 琳 （ ９ ９） 男 ， 程 师 。 １ ６一 ， 工
图 １ 加 速 度传 感 器 灵 敏 度 ｐ ｚ
１ ，
率 ｝ ， 变 化 曲 线 ，的
值始终基本为 １ 。所 以一 般 加 速 度 传 感
在 ±５／以内 。传感 器 在高温 环境 下使用 时 ， ６ ９ 幅频响应 为正 偏 差 ， 低温 环境 下使用 时取 负偏差 。在 图 ２中 ， 在 ０ ３ ９０ 直线 为不 同频 率下 一５ ． ７ ５Ｖ ％的输 出幅值 。从
加速度传感器主要技术指标
加速度传感器主要技术指标1. 测量范围（Measurement Range）：加速度传感器能够测量的加速度的范围。
常见的测量范围从几个g到几百g不等，其中1g等于地球上的重力加速度9.8m/s²。
2. 分辨率（Resolution）：加速度传感器能够区分的最小加速度变化。
通常以m/s²或g为单位。
3. 灵敏度（Sensitivity）：加速度传感器输出信号相对于输入加速度的变化率，常以mV/g或mV/m/s²表示。
灵敏度越高，传感器对于微小加速度的响应越快。
4. 零点偏移（Zero Offset）：在没有加速度作用下，传感器输出的信号不为零。
零点偏移指的是传感器输出信号与零点之间的差值。
通常以mV为单位。
5. 频率响应（Frequency Response）：加速度传感器能够测量的加速度变化的频率范围。
常见的频率范围从几Hz到几千Hz不等。
6. 噪声（Noise）：传感器输出信号的不确定性。
传感器噪声越小，对于微小加速度的测量越精确。
7. 非线性度（Nonlinearity）：传感器输出信号与输入加速度之间的偏差。
常表示为百分比或者以g为单位。
8. 温度稳定性（Temperature Stability）：传感器在不同温度下的输出信号的变化范围。
温度稳定性越好，传感器的测量精度越高。
9. 动态测量范围（Dynamic Range）：加速度传感器能够测量的最大加速度和最小加速度之间的比值。
动态测量范围越大，传感器能够测量的加速度范围越宽。
10. 失真（Distortion）：因非线性效应导致的传感器输出信号与实际加速度之间的偏差。
失真常以百分比表示。
此外，加速度传感器还可能具有以下特殊技术指标：11. 反向振动抑制特性（Anti-vibration Characteristics）：传感器在高频振动环境下的稳定性能。
反向振动抑制特性好的传感器能够减小振动对于测量结果的影响。
压电式加速度传感器幅频特性
压电式加速度传感器的灵敏度Fra bibliotek 压电加速度计的前置放大器压电元件受力后产生的电荷量极其微弱， 这电荷使压电元件边界和接在边界上的导体充电到电压U=q/Ca（这 里Ca是加速度计的内电容）。
要测定这样微弱的电荷（或电压）的关键是防止导线、测量电路和 加速度计本身的电荷泄漏。换句话讲，压电加速度计所用的前置放 大器应具有极高的输入阻抗，把泄漏减少到测量准确度所要求的限 度以内。
压电式加速度传感器幅频特性
压电式加速度传感器幅频特性
压电式加速度传感器幅频特性曲线 加速度计的使用上限频率取决于幅频曲线中的共振频率图。一般小阻 尼(z<=0.1)的加速度计，上限频率若取为共振频率的 1/3，便可保证幅 值误差低于1dB（即12%）；若取为共振频率的1/5，则可保证幅值误 差小于0.5dB（即6%），相移小于30。 但共振频率与加速度计的固定状况有关，加速度计出厂时给出的幅频 曲线是在刚性连接的固定情况下得到的。实际使用的固定方法往往难 于达到刚性连接，因而共振频率和使用上限频率都会有所下降
压电式传感器的前置放大器有：电压放大器和电荷放大器。所用电 压放大器就是高输入阻抗的比例放大 器，其电路比较简单，但输出 受连接电缆对地电容的影响，适用于一般振动测量。电荷放大器以 电容作负反馈，使用中基本不受 电缆电容的影响。在电荷放大器中， 通常用高质量的元、器件，输入阻抗高，但价格也比较贵。
压电加速度传感器实质上相当于一个电荷源和一只电容器，通过等 效电路简化后，则可算出传感器的电压灵敏度为：
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实训项目调试报告
课程名称：2016seminar课程
项目名称：加速度传感器的频响特性分析
指导教师：***
专业班级：硕机械151
*名：***
学号：**********
成绩：
2016年7月
加速度传感器的频响特性分析
2.1 问题描述
已知一个等效于弹簧阻尼质量块系统的加速度传感器k=1000,m=10,当D=20:20:200时，编程求系统阻尼比，并绘制系统的伯德图和奈氏图，分析阻尼比变化对幅相频特性的影响。
注：传函为k/(ms2+Ds+k)
2.2 程序代码
针对本题求解的MATLAB程序如下：
2.3 运行结果
所编写的程序运行结果如下图1和图2所示：
图1 波德图
图2 奈奎斯特图
2.4 频响特性分析分析
求阻尼比并分析阻尼比变化对幅相频特性的影响。
阻尼比为0.1时是外侧浅蓝色图形；阻尼比为0.2时是外侧紫色图形；
阻尼比为0.3时是外侧黄色图形；阻尼比为0.4时是黑色图形；
阻尼比为0.5时是深蓝色图形；阻尼比为0.6时是绿色图形；
阻尼比为0.7时是红色图形；阻尼比为0.8时是内侧浅蓝色图形；
阻尼比为0.9时是内侧紫色图形；阻尼比为1时是内侧黄色图形。
由图可以看出，阻尼越大，图形越平缓。
在10rad/s时振荡最激烈。