8.環(huán)境條件

8.1 使用溫度范圍

在加速度傳感器的產(chǎn)品目錄中都會(huì)標(biāo)記最大使用溫度。該溫度雖然是由傳感器內(nèi)部使用的粘合劑或樹(shù)脂等而定，最主要的還是由壓電體【Pb（Zr·Ti）O3】居里點(diǎn)決定的。所謂居里點(diǎn)就是指壓電體的結(jié)晶轉(zhuǎn)態(tài)點(diǎn)，即由強(qiáng)介質(zhì)體轉(zhuǎn)變?yōu)橐话虢橘|(zhì)體的問(wèn)題。超過(guò)這個(gè)溫度，自發(fā)極化以及殘留極化會(huì)全部消失，導(dǎo)致壓電特性喪失。當(dāng)溫度再次降到居里點(diǎn)以下時(shí)，自發(fā)極化恢復(fù)到強(qiáng)介電體，但殘留極化無(wú)法復(fù)原，最后還是喪失掉壓電特性。

圖8.1.1時(shí)加速度傳感器使用壓電體（C-6系）的介電常數(shù)比及機(jī)電耦合系數(shù)的溫度變化圖。溫度變高，壓電特性就慢慢低下，到達(dá)居里點(diǎn)附近前急劇劣化，在居里點(diǎn)處極化消失，失去壓電特性。

一般公司使用約居里點(diǎn)溫度一半作為加速度傳感器的最大使用溫度。超過(guò)最大使用溫度，特別是加熱到達(dá)居里點(diǎn)溫度時(shí)極化消失，降溫至常溫狀態(tài)后也無(wú)法恢復(fù)到原來(lái)的壓電特性狀態(tài)，敬請(qǐng)注意！

8.2 溫度特性

壓電型加速度傳感器的靈敏度是隨溫度的變化而變化的。如圖8.2.1所示。在-20℃到50℃的范圍內(nèi)，變化率在5%以內(nèi)，沒(méi)有必要對(duì)其進(jìn)行靈敏度修正。一般溫度升高，靜電電容C和電荷靈敏度SQ會(huì)變大，電壓靈敏度Sv變小。但是，電荷靈敏度對(duì)于不同的壓電材料，溫度系數(shù)時(shí)正時(shí)負(fù)。

靈敏度隨溫度變化時(shí)因?yàn)閴弘婓w的壓電常數(shù)會(huì)隨溫度變化而變化，因此在電氣和機(jī)械兩方面溫度函數(shù)的參數(shù)發(fā)生負(fù)載變化，重疊在一起，最終體現(xiàn)在靈敏度上的變化。另外，溫度系數(shù)和靈敏度有著密切關(guān)系，具有一般溫度系數(shù)低的話，靈敏度也低的傾向。

8.3 溫度瞬變（transient）引起的干擾

加速度傳感器周?chē)臏囟葧?huì)隨著風(fēng)、光、紅外線等的急劇變化而變化，此時(shí)會(huì)對(duì)靈敏度產(chǎn)生干擾。

壓電體的結(jié)晶在沒(méi)有受到電場(chǎng)或應(yīng)力作用過(guò)的情況下也會(huì)產(chǎn)生極化，這種叫做自發(fā)極化，通常用Ps表示。具有Ps的結(jié)晶，其熱振動(dòng)狀態(tài)隨溫度變化，其大小隨熱膨脹變化，即Ps也變化。也就是說(shuō)，Ps通過(guò)溫度函數(shù)將結(jié)晶的溫度變化量變?yōu)镻s的變化量，顯現(xiàn)在結(jié)晶表面上從而產(chǎn)生電位差（正效應(yīng)）。另外，相反的在其上施加電流會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的溫度變化（逆效應(yīng)）。這種現(xiàn)象稱為電熱氣效應(yīng)（焦電效應(yīng)）。

由于焦電效應(yīng)只會(huì)產(chǎn)生在壓電體的極化方向上的垂直面上，理論上，壓縮型受到的影響比較大，而剪切型受到的影響幾乎沒(méi)有。

圖8.3.1為同一形狀的壓縮型和剪切型的壓電體在受到急劇溫度變化時(shí)的焦電效應(yīng)輸出實(shí)例?？梢钥闯?，和壓縮型相比，剪切型將近低-40dB以上。

一般焦電效應(yīng)的電氣頻率成分在數(shù)Hz以下，所以可以采用帶有截止頻率功能的高通濾波器來(lái)進(jìn)行阻止衰減。

8.4 濕度影響

加速度傳感器一般都采用不銹鋼外殼加環(huán)氧樹(shù)脂密封，因此基本上不會(huì)受到濕度的影響。在濕度高的環(huán)境下，為了防止接口處的絕緣電阻值低下，可以采用防水電纜或防水膠布繞一下。

8.5 音響靈敏度

聲音和振動(dòng)根本上是同一概念。聲音能量使物體振動(dòng)，通過(guò)振動(dòng)的物體將聲音能量傳播到大氣中。同樣加速度傳感器置于聲場(chǎng)中的話，會(huì)使外殼振動(dòng)產(chǎn)生噪聲。其振幅的大小由傳感器內(nèi)部構(gòu)造決定。比如，一個(gè)傳感器在130dB的聲場(chǎng)環(huán)境下，產(chǎn)生0.0001g的加速度。一般振動(dòng)試驗(yàn)情況下，試驗(yàn)室周邊基本上不會(huì)有強(qiáng)聲場(chǎng)，所以此項(xiàng)影響基本上可以不計(jì)入。

8.6 電磁場(chǎng)的影響

壓電體在電場(chǎng)或磁場(chǎng)中沒(méi)有任何靈敏度，所以加速度傳感器不會(huì)受到電磁場(chǎng)的影響。放置在交替磁場(chǎng)中的時(shí)候，不銹鋼外殼（SUS303或SUS304）中會(huì)有少量帶磁性的物質(zhì)，外殼受到激振對(duì)外有輸出，但是一般振動(dòng)檢測(cè)的場(chǎng)合，傳感器固定在較大振動(dòng)體上，基本上可以不考慮其影響。

放置在交變強(qiáng)電場(chǎng)中的話，電纜會(huì)受到地回路的干擾，所以需要使用絕緣傳感器固定螺栓或使用平衡輸出型（差動(dòng)輸出型）的加速度傳感器。特別是在強(qiáng)電磁場(chǎng)內(nèi)檢測(cè)的場(chǎng)合，測(cè)量?jī)x本身也會(huì)混入干擾，需要全體都采取屏蔽措施。

9. 靈敏度校正

9.1絕對(duì)校正（干涉法）

加速度傳感器的靈敏度使以1g的對(duì)應(yīng)輸出電壓即mV/g來(lái)表示的。進(jìn)行絕對(duì)校正時(shí)，需要對(duì)加振器產(chǎn)生的加速度（g）進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量。加振頻率一定的情況下，通過(guò)測(cè)量動(dòng)圈臺(tái)面的位移來(lái)求出加速度。加振頻率和傳感器的輸出電壓可以精確測(cè)量，但是臺(tái)面的位移是數(shù)微米級(jí)別的，即使使用顯微鏡也難免有人為誤差產(chǎn)生，無(wú)法得到精確測(cè)量。因此，為了精確測(cè)量微小振幅，需要使用激光邁克爾遜干涉儀。圖9.1.1是通過(guò)激光干涉法對(duì)加速度傳感器進(jìn)行絕對(duì)校正的示意圖。

首先激光器發(fā)出的光通過(guò)光束分離器分為兩個(gè)方向，通過(guò)光速分離器的光被固定鏡反射到受光器，另一個(gè)方向是通過(guò)振動(dòng)臺(tái)上的振動(dòng)鏡發(fā)射到受光器，此時(shí)兩者之間發(fā)生干涉。由于干涉光最大為每束激光波長(zhǎng)的1/2，加振臺(tái)的振幅是臺(tái)面1周期動(dòng)作時(shí)所含干涉環(huán)的數(shù)量，即通過(guò)干涉環(huán)的頻率和加振臺(tái)面的頻率比求出。作為光源的激光一般使用氦氖激光發(fā)生器（λ=0.6328μm）。

9.2 比較法

絕對(duì)校正過(guò)的加速度傳感器作為基準(zhǔn)，其輸出和需要校正的加速度傳感器輸出進(jìn)行比較，一般操作簡(jiǎn)易，廣泛應(yīng)用。使用此法需要特別注意的是，如果標(biāo)準(zhǔn)傳感器和被校正傳感器沒(méi)有同時(shí)動(dòng)作的話，就無(wú)法保證校正值的精確度。所以必須將兩個(gè)傳感器固定好，盡可能靠近在一起，如圖9.1.2所示。