歷，幾乎所有動(dòng)態(tài)測(cè)量應(yīng)用都使用壓電電荷輸出傳感器。這些傳感器僅包含壓電傳感元件(沒有內(nèi)置電子元件)，并具有高阻抗輸出信號(hào)。電荷輸出傳感器的主要優(yōu)點(diǎn)是它們能夠在高溫環(huán)境下工作。某些傳感器能夠承受超過+1000ºF(+538ºC)的溫度。然而，壓電傳感晶體產(chǎn)生的輸出對(duì)各種環(huán)境因素的腐蝕極為敏感。必須使用低噪聲布線來降低射頻干擾(RFI)和電磁干擾(EMI)。使用綁帶或膠帶可減少摩擦電(運(yùn)動(dòng)引起的)噪聲。

　　為了正確分析來自電荷輸出傳感器的信號(hào)，通常必須將高阻抗輸出轉(zhuǎn)換為低阻抗電壓信號(hào)。這可以通過讀出設(shè)備的輸入或通過串聯(lián)電壓和電荷放大器直接完成。每個(gè)案例將單獨(dú)考慮。

　　電壓模式(和電壓放大)系統(tǒng)

　　某些壓電傳感器具有的內(nèi)部源電容值，可直接插入高阻抗(> 1兆歐)讀出設(shè)備，如示波器和分析儀。具有低內(nèi)部源電容的其他元件可能需要在線信號(hào)調(diào)節(jié)，例如電壓放大器。見圖1。

　　圖1：典型電壓模式系統(tǒng)

　　這些電壓模式系統(tǒng)的示意圖包括傳感器，電纜和電壓放大器或讀出設(shè)備的輸入電容，如圖2所示。絕緣電阻(信號(hào)和地之間的電阻)假設(shè)很大(> 10 12歐姆)和因此未在原理圖中示出。

　　圖2：電壓模式系統(tǒng)原理圖

　　電荷輸出傳感器的開路(例如，電纜斷開)電壓靈敏度V1(伏特每psi，lb或g)可以通過等式1在數(shù)學(xué)上表示

　　.V 1 = q / C 1(等式1)

　　其中：q =基本電荷靈敏度，單位為pC / psi，lb或g

　　C 1 =內(nèi)部傳感器(晶體)電容，單位為pF

　　(p = pico = 1 x 10 -12 ; F =法拉)

　　在讀數(shù)儀器(或輸入級(jí))測(cè)量的整個(gè)系統(tǒng)電壓靈敏度電壓放大器)是公式2中所示的減小值

　　.V 2 = q /(C 1 + C 2 + C 3)(公式2)

　　其中：C2 = pF中的電纜電容

　　C 3 =電壓放大器或讀出儀器的輸入電容，單位為pF

　　根據(jù)靜電定律(公式1和2)，具有低電容的傳感元件將具有高電壓靈敏度。這就解釋了為什么低電容石英傳感器主要用于電壓系統(tǒng)。

　　系統(tǒng)電壓靈敏度對(duì)總系統(tǒng)電容的這種依賴性嚴(yán)重限制了傳感器輸出電纜的長(zhǎng)度。它解釋了為什么高阻抗型壓電傳感器的電壓模式靈敏度是用給定的電纜電容測(cè)量和的。如果更改了電纜長(zhǎng)度和/或類型，則必須重新校準(zhǔn)系統(tǒng)。這些公式還顯示了保持傳感器輸入電纜/連接器干燥和清潔的重要性。由于污染導(dǎo)致的總電容或絕緣電阻損失的任何變化都可以從根本上改變系統(tǒng)特性。此外，高阻抗輸出信號(hào)強(qiáng)制要求使用低噪聲同軸電纜，并且除非采取大量措施來密封電纜和連接器，否則不能在潮濕或骯臟的環(huán)境中使用這種系統(tǒng)。

　　從性能方面來看，電壓模式系統(tǒng)能夠在高頻下進(jìn)行線性操作。某些傳感器的頻率限制超過1 MHz，因此可用于檢測(cè)上升時(shí)間僅為幾微秒的沖擊波。但是，必須小心，因?yàn)榇蟮碾娙蓦娎|負(fù)載可能充當(dāng)濾波器并降低該較高的工作頻率范圍。

　　不幸的是，許多電壓放大系統(tǒng)的噪聲基底(分辨率)可能比等效電荷放大系統(tǒng)高一個(gè)數(shù)量級(jí)。因此，高分辨率ICP®和/或電荷放大傳感器通常用于低幅度動(dòng)態(tài)測(cè)量。

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