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1、56经验与体会2010年第30卷第3期压电式加速度传感器故障查找孙明阳,游亚飞(中航工业综合技术研究所,北京100028)摘要:介绍了压电式加速度传感器的结构以及工作原理,提出了判断压电式加速度传感器故障的流程,并对故障的原因以及解决方案进行了探讨,可为有关从业人员提供参考。关键词:压电式;加速度传感器;故障中图分类号:TH8244文献标识码:B文章编号:1674-5795(2010)03-0056-03[1]振动传感器是振动测试系统中的关键部件。传感器的种类很多,有
2、压电式加速度传感器、压阻式加速度传感器、变电容式加速度传感器、伺服式加速度传感器等。尽管压电式加速度传感器结构简单,商业化使用历史也很长,但因其性能指标与材料特性、设计和加工工艺密切相关,在市场上销售的同类传感器的性能参数、稳定性和一致性差别非常大,而使用者往往对这些差别不尽了解,容易造成错误使用而导致传感器出现注:A-外壳;B-基座;C-压电式加速度传感器;[2]M-质量块;k,x-弹簧故障,延误试验。因此,研究压电式加速度传感器故障判断流程、分析故障的产生原因以及寻求故障解决方图1压电式加速度传
3、感器结构框图案是非常必要的。扰小、安装使用方便以及压电材料受力自产生电荷信1压电式加速度传感器号不需要任何外界电源等特点,是目前市场上应用最工程中,表征振动的物理参数常是位移、速度和广泛的振动测量传感器。加速度。由于在通常的频率范围内振动位移幅值很小,常用的压电式加速度传感器的结构形式如图2所示。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,振动一般用加速度来度量。压电式加速度传感器又称压电加速度计,它是利用某些物质如石英晶体的压电效应设计的,属于惯性式传感器。在加速度计受振时,质量块加在压电
4、元件上的力也随之变化,当被测振动频率远低于加速度计的固有频率时,则力的变化与被测加速度成正比。压电式加速度传感器的结构框图如图1所示。在(a)中心安装压缩型(b)环形剪切型(c)三角剪切型压电转换元件上,以一定的预紧力安装一块惯性质量S弹簧;M质量块;B基座;P压电元件;R夹持环块,惯性质量块上安装一预紧螺母,即可组成一个简图2压电式加速度传感器结构单的压电式加速度传感器。图2(a)是中心安装压缩型压电式加速度传感器,压电式加速度传感器具有动态范围大、频率范围这种传感器的压电元件质量块弹簧系
5、统装在圆形宽、量程大、体积小、重量轻、坚固耐用、受外界干中心支柱上,支柱与基座连接,其结构的特点是共振频率高。然而基座B与测试对象连接时,如果基座B收稿日期:2010-04-08有变形则将直接影响拾振器输出。此外,测试对象和作者简介:孙明阳(1981-),男,助理工程师,从事可靠性环环境温度变化将影响压电元件,并使预紧力发生变化,境试验工作。易引起温度漂移。图2(b)为环形剪切型压电式加速计测技术经验与体会57度传感器,这种传感器的结构简单,能做成极小型、2常见故障的判断流程高共振频率的加速度
6、计,其中环形质量块粘在中心支压电式加速度传感器由于其材料温度特性、加工柱上的环形压电元件上。由于粘结剂会随温度增高而工艺的不一致性,往往会出现各种故障。如何正确判变软,因此最高工作温度受到限制。图2(c)为三角剪断传感器的故障原因,是快速解决故障的关键,而合[4]切型压电式加速度传感器,其压电元件由夹持环将其理的故障判断流程是解决这一问题的有效手段。笔固定在三角形中心柱上。当它感受轴向振动时,压电者将根据是否有信号输出这一思路,对这些故障进行元件承受切应力。这种结构对底座变形和温度变化有详细分析,得出一种
7、故障判断流程,见图3。极好的隔离作用,有较高的共振频率和良好的线性。图3压电式加速度传感器常见故障判断流程3故障原因分析及解决方法用加装隔热护套解决这一问题。根据判断流程,笔者将压电式加速度传感器分为2)偏置电压不稳定四类故障:!无信号输出;∀由灵敏度引起的信号输当偏置电压不能稳定时,原因很可能是传感器内出不正常;#信号幅值在整个频率范围内失真引起的部电路不稳定,此时只能更换传感器。信号输出不正常;∃信号在不同的频域段存在问题。3)偏置电压正确但没有信号输出一般是传感器内部敏感芯体损坏,此时需要更换3
8、1第一类故障:无信号输出传感器。如果没有信号输出,首先需要检查电缆,电缆不32第二类故障:由灵敏度引起的信号输出不正常正常就需要更换电缆;电缆正常就需要根据偏置电压做试验时,传感器常常会出现灵敏度低或灵敏度偏差的表现情况判断。使用过程中,偏置电压一般会出现大的情况,若遇到这种情况,可以通过下列方法解决。以下三种情况:1)灵敏度低1)偏置电压不正确可能是传感器敏感芯体的绝缘阻抗下降或者传感偏置电压等于供电电压或者等于零,
