傳感器產品技術-工業級加速度傳感器解析 _加速度

傳感器是獲得正確有效數據的第一觸點，在將原始物理量轉換為易于測量計算的數據量的過程中發揮著重要作用。隨著電力、船舶、航空、宇宙等多項工程技術的快速發展，相關應用場景需要更準確的動態數據。航空發動機、煤氣輪機、蒸汽機等高能動力裝置對工業傳感器提出了更嚴格的要求。在眾多傳感器中，筆者以工業級加速度傳感器為例，結合應用和相關產品數據，簡單分享一些經驗和經驗。什么是加速傳感器？

加速度傳感器又稱速度規、速度計，是測量速度的傳感器，該裝置在速度過程中測量自己的慣性力，通過牛頓的第二法則獲得速度值。感應機理分為壓電式、電容式、電感式、應變式、壓阻式等。

汽車平順性試驗應用

將加速度傳感器安裝在車輛座椅上，測量XYZ三個軸向上的振動加速度過程，用以評價汽車行駛平順性的道路試驗。

工業級加速度傳感器

選擇加速度傳感器時，用戶大多基于加速度量程范圍，同時結合實際應用。如果測量傾斜角度， plusmn；1.5g的量已經足夠了。plusmn；2g的加速傳感器可用于大多數消費電子和商業應用。但是，對于急停、多方向急劇變化、振動強度大的測定應用程序，至少選擇plusmn的10g以上或更多的加速度傳感器。

在許多工業應用場景中，需要監視和測量沖擊和振動。由于應用環境溫度的高低溫變動范圍廣，加速度計的量程、靈敏度、精度要求高，對于通常的加速度傳感器來說，完全不適合這種嚴格的工作環境。基于這種工業級加速度傳感器的誕生，可以在這種惡劣的應用環境中保持高可靠性的持續測量和穩定輸出。

工業級加速度傳感器的品牌和產品性能

在傳感器市場中，工業級加速度傳感器品牌眾多，其中歐、美、日品牌占據了此類產品較大比例的市場份額。但隨著中國近年來工程技術的迅猛發展，中國的自主品牌也正在這一細分產品領域中逐步跟上，并在高、中、低幾個技術維度上與歐、美、日同臺角逐。從產品技術和可靠性兩個維度來看，進口品牌美國PCB、丹麥Bampk和中國自主品牌西人馬(FATRI)的工業級加速度傳感器可以全面解釋這兩個維度。

Brumlelamp；Kjaelig；r簡稱Bamp；k、名稱和商標來源于創始人PerlhelmBruml；el和ViggoKjaelig；r的名字哥本哈根理工學院(現丹麥工業大學) 。這是一家歷史悠久的公司，成立于1942年，擁有加速測量、傳聲器、聲學全息陣列等產品線。

西人馬(廈門)科技有限公司—————————————————————————————————————————————————————————成立時間雖短，但具有先進材料、芯片制造、精密傳感器(加速度、溫度、壓力等)、測量設備等豐富扎實的產品開發和制造能力。

筆者從三個品牌的產品中選擇工業級加速度傳感器的同類產品，通過產品技術規格分析工業級傳感器的特性和重要技術指標。

工業級加速度傳感器的重要技術指標

電壓敏感度在滿足共振頻率的前提下越大越好，后端采樣烹飪的回路越容易。

工作溫度

在工業廠房環境中，隨時都會出現溫度的急劇上升，能否有效地進行測量，直接影響測量的效率，因此工作溫度范圍應盡可能寬。

響應時間

當被測物體發生變化時，傳感器不能立即響應，普遍存在滯后，滯后時間立即響應時間，響應時間越短越好。

沖擊極限

指1秒內，傳感器及殼體所能承受的最大加速度沖擊，一般在可承受沖擊的范圍內，傳感器仍能保持正常工作，沖擊極限上限越高越好。

橫向敏感度

測量某個方向時，信號輸出理論上應該都是感知方向，但實際上這個方向垂直的方向也有信號輸出，這是橫向效果引起的，所以橫向敏感度越低，性能越好。國標要求le的5% 。

非線性度

在固定頻率和幅度范圍內，當輸出量與輸入量成正比時，就會成為線性變卦。實際傳感器的校準結果與線性偏離的程度稱為傳感器的非線性。指標越小越好。

頻率響應

一般加速度傳感器的工作頻率上限為自身共振頻率的1/3左右，通常加速度傳感器的低頻率特性差，信號衰減嚴重，但高頻段線性差，非線性影響大。在實際應用中，土木工程結構的頻率范圍在0.2~1kHz左右，通用機械設備大多屬于中頻段，頻率范圍在0.5~5kHz左右。高能動力裝置由低頻至高頻段，頻率范圍會大于5kHz 。此外，傳感器安裝的剛性也會影響傳感器測量的頻率范圍。工業級加速度傳感器的頻率響應范圍直接影響其在不同應用場景中的測量效率。

從上述指標可以看出，工業級加速度傳感器的測量范圍比非工業級傳感器寬，工作溫度范圍可以承受大范圍的高低溫循環轉換，在這種情況下可以保證比較好的靈敏度，橫向靈敏度可以盡可能小范圍這些要素的集合對傳感器的研發設計和生產制造提出了極高的要求。在實際制造過程中每一個微小的工藝上的誤差，都會對傳感器本身帶來巨大的影響。

PCB與Bamp;K作為國際知名的傳感器專業制造商在產品技術規格上的要求是嚴謹和苛刻的，在實際應用中有口皆碑。值得一提的是，西人馬(FATRI)作為一個中國自主傳感器品牌，在這樣短的時間內能將產品做到這樣的高度，不得不說這是一個具備極強技術實力的企業。畢竟，在傳感器制造行業，在工程技術中，技術實力和研發設計能力是第一生產力。

筆者從多方了解到，西人馬(FATRI)是一家擁有材料、傳感器芯片設計制造、封裝、測試、精密傳感器制造等全方位能力的硬核科技公司。該公司在短短5年內注冊了600多項專利，如自主開發了壓電傳感器基座楔形自鎖剪切結構，與文獻中可見的傳統結構完全不同，綜合了傳統壓縮和診斷壓縮，具有良好的線性、剪切性和高靈敏度等特點，其技術性極其簡單可靠，產品適應性好，采用自鎖結構，其接觸剛性大大提高了諧振頻率，保持良好的線性。目前，該技術廣泛應用于西人馬通用振動測量和高溫振動測量領域，各項指標達到或優于當前流行的各項設計。在先進傳感器制造這樣的重資產、技術門檻高、研究開發周期長的行業，制造這樣具有競爭力的工業級傳感器，在現在浮躁、投機的環境中，更加珍貴。作為業界的一員，筆者可以想象在這個過程中會經歷多少困難和痛苦。但是，這樣的支付和保護是值得的，我們需要更多能夠忍受寂寞、具有工匠精神的科技創新企業。

當前，各種工程技術與前沿科技高速發展的趨勢下，在工業傳感器的領域里，歐、美、日產品仍極具競爭力。但隨著全球市場需求的發展，相信未來會有更多中國傳感器自主品牌走向世界，與國際廠商同臺角逐，一爭高下。國際形勢的風云激動，總是牽動著市場結構的變化。作為后發者，有必要堅持初心，堅持自主開發制造的正確路線。筆者希望有更多具有核心技術實力的中國傳感器自主品牌制造商在更多應用領域與歐洲、美國、日本等海外傳感器企業競爭。

在這個機遇與挑戰并存的時代里，唯有努力拼搏才能占有一席之地，埃隆.馬斯克在其自傳中說：所謂創業，就是嚼著玻璃凝視深淵。既然必須穿過地獄，那就走下去。

知識分享

1. 壓電效應：壓電晶體受力變形后，其內部會產生極化現象，同時在它的兩個表面產生符號相反的電荷，當被測振動頻率遠低于加速度計的固有頻率(諧振頻率)時，則力的變化與被測加速度成正比。外力去除后，恢復到無電狀態的現象稱為壓力效應。

2.測量工作狀態下的待測結構時，最好使用帶隔離的傳感器。如果傳感器本身沒有隔離，則在傳感器底部增加絕緣材料作為隔離設備。

3.應用的傳感器工作頻率區間，略高于實際測量的帶寬。

4.軸向很重要，單軸加速傳感器通常用于測量簡單的振動和速度狀況的雙軸速度傳感器是指測量沿x軸和y軸的速度和振動(前、后amp)的左、右)的三軸速度傳感器將z軸加入雙軸速度傳感器，用于復雜的三維定位和測量。

【傳感器產品技術-工業級加速度傳感器解析】5.加速度傳感器還受到振動頻率范圍的限制，必須符合預期的應用頻率。