压电型加速度传感器技术手册7

8.环境条件

8.1 使用温度范围

 在加速度传感器的产品目录中都会标记最大使用温度。该温度虽然是由传感器内部使用的粘合剂或树脂等而定，最主要的还是由压电体【Pb（Zr·Ti）O₃】居里点决定的。所谓居里点就是指压电体的结晶转态点，即由强介质体转变为一半介质体的问题。超过这个温度，自发极化以及残留极化会全部消失，导致压电特性丧失。当温度再次降到居里点以下时，自发极化恢复到强介电体，但残留极化无法复原，最后还是丧失掉压电特性。

图8.1.1时加速度传感器使用压电体（C-6系）的介电常数比及机电耦合系数的温度变化图。温度变高，压电特性就慢慢低下，到达居里点附近前急剧劣化，在居里点处极化消失，失去压电特性。

    一般公司使用约居里点温度一半作为加速度传感器的最大使用温度。超过最大使用温度，特别是加热到达居里点温度时极化消失，降温至常温状态后也无法恢复到原来的压电特性状态，敬请注意！

8.2 温度特性

    压电型加速度传感器的灵敏度是随温度的变化而变化的。如图8.2.1所示。在-20℃到50℃的范围内，变化率在5%以内，没有必要对其进行灵敏度修正。一般温度升高，静电电容C和电荷灵敏度S_Q会变大，电压灵敏度S_v变小。但是，电荷灵敏度对于不同的压电材料，温度系数时正时负。

    灵敏度随温度变化时因为压电体的压电常数会随温度变化而变化，因此在电气和机械两方面温度函数的参数发生负载变化，重叠在一起，最终体现在灵敏度上的变化。另外，温度系数和灵敏度有着密切关系，具有一般温度系数低的话，灵敏度也低的倾向。

8.3 温度瞬变（transient）引起的干扰

 加速度传感器周围的温度会随着风、光、红外线等的急剧变化而变化，此时会对灵敏度产生干扰。

 压电体的结晶在没有受到电场或应力作用过的情况下也会产生极化，这种叫做自发极化，通常用Ps表示。具有Ps的结晶，其热振动状态随温度变化，其大小随热膨胀变化，即Ps也变化。也就是说，Ps通过温度函数将结晶的温度变化量变为Ps的变化量，显现在结晶表面上从而产生电位差（正效应）。另外，相反的在其上施加电流会产生相应的温度变化（逆效应）。这种现象称为电热气效应（焦电效应）。

   由于焦电效应只会产生在压电体的极化方向上的垂直面上，理论上，压缩型受到的影响比较大，而剪切型受到的影响几乎没有。

    图8.3.1为同一形状的压缩型和剪切型的压电体在受到急剧温度变化时的焦电效应输出实例。可以看出，和压缩型相比，剪切型将近低-40dB以上。

   一般焦电效应的电气频率成分在数Hz以下，所以可以采用带有截止频率功能的高通滤波器来进行阻止衰减。

以上温度的影响请参考链接文章：

温度因素对压电加速度传感器灵敏度的影响

8.4 湿度影响

加速度传感器一般都采用不锈钢外壳加环氧树脂密封，因此基本上不会受到湿度的影响。在湿度高的环境下，为了防止接口处的绝缘电阻值低下，可以采用防水电缆或防水胶布绕一下。

8.5 音响灵敏度

   声音和振动根本上是同一概念。声音能量使物体振动，通过振动的物体将声音能量传播到大气中。同样加速度传感器置于声场中的话，会使外壳振动产生噪声。其振幅的大小由传感器内部构造决定。比如，一个传感器在130dB的声场环境下，产生0.0001g的加速度。一般振动试验情况下，试验室周边基本上不会有强声场，所以此项影响基本上可以不计入。

8.6 电磁场的影响

 压电体在电场或磁场中没有任何灵敏度，所以加速度传感器不会受到电磁场的影响。放置在交替磁场中的时候，不锈钢外壳（SUS303或SUS304）中会有少量带磁性的物质，外壳受到激振对外有输出，但是一般振动检测的场合，传感器固定在较大振动体上，基本上可以不考虑其影响。

    放置在交变强电场中的话，电缆会受到地回路的干扰，所以需要使用绝缘传感器固定螺栓或使用平衡输出型（差动输出型）的加速度传感器。特别是在强电磁场内检测的场合，测量仪本身也会混入干扰，需要全体都采取屏蔽措施。

9. 灵敏度校正

9.1绝对校正（干涉法）

  加速度传感器的灵敏度使以1g的对应输出电压即mV/g来表示的。进行绝对校正时，需要对加振器产生的加速度（g）进行准确测量。加振频率一定的情况下，通过测量动圈台面的位移来求出加速度。加振频率和传感器的输出电压可以精确测量，但是台面的位移是数微米级别的，即使使用显微镜也难免有人为误差产生，无法得到精确测量。因此，为了精确测量微小振幅，需要使用激光迈克尔逊干涉仪。图9.1.1是通过激光干涉法对加速度传感器进行绝对校正的示意图。

    首先激光器发出的光通过光束分离器分为两个方向，通过光速分离器的光被固定镜反射到受光器，另一个方向是通过振动台上的振动镜发射到受光器，此时两者之间发生干涉。由于干涉光最大为每束激光波长的1/2，加振台的振幅是台面1周期动作时所含干涉环的数量，即通过干涉环的频率和加振台面的频率比求出。作为光源的激光一般使用氦氖激光发生器（λ=0.6328μm）。

9.2 比较法

 绝对校正过的加速度传感器作为基准，其输出和需要校正的加速度传感器输出进行比较，一般操作简易，广泛应用。使用此法需要特别注意的是，如果标准传感器和被校正传感器没有同时动作的话，就无法保证校正值的精确度。所以必须将两个传感器固定好，尽可能靠近在一起，如图9.1.2所示。