1.压电式振动传感器的测试原理

压电式振动传感器是试验机振动测试常用的传感器之一。相应标准提出了振动加速度测量传感器改装要求，但是往往因为对其中的概念理解不透，造成一些不合理的安装方式，在一定程度上影响了测试精度。

要正确理解和贯彻标准要求，必须了解有关背景知识，如传感器的测试原理、构造和基本特性等方面。

一些介质在沿一定方向上施加机械压力而产生变形时，其内部会产生极化现象，同时其表面产生电荷，当外力去掉以后，材料内部的电场和表面电荷也随之消失，这种特性称为压电效应。压电式振动传感器是利用这一特性，把基体感受到的机械振动转化为电能量输出。

2 典型压电式振动传感器的基本构造

压电式振动传感器的典型结构如图2所示。

压电晶体被压紧在质量块和基体之间，当加速度计感受振动时，质量块施加一个振动力于压电晶体上，压电晶体中产生可变电势。通过适当的设计，可以保证在一定的频率范围内输入加速度与输出电势成比例。

3 压电式振动传感器的特性

（1） 频率响应

Mm是压在敏感元件上的质量块的质量；Mb是加速度计基体及壳体的质量；K是Mm与Mb间的系统的等效刚度。这一系统的自然频率为：

fo=fm

式中fm为质量Mm在弹簧K上的自然频率。

根据振动理论：fm= 。

假设加速度计刚性安装在比它重的多的结构上，此时Mm/Mb→0，fo→fm。从而得到加速度计的上限响应频率为fm。

压电式振动传感器能够精确地检测宽范围的动态加速度，因此可以用来测量瞬态冲击过程外， 还可用来测量正弦振动和随机振动。但是，压电式振动传感器不适用于稳态测量的场合，例如地球引力、惯性制导或诸如发动机加速度及制动等缓慢变化的瞬态过程。

（2）灵敏度

加速度计的灵敏度定义为电输出与机械输入之比。从传感器结构可知，灵敏度是有方向性的。由于传感器的制造误差，其***大灵敏度方向与几何轴不一致，***大灵敏度矢量可分解成轴向灵敏度和横向灵敏度两部分。

真正代表压电式振动传感器灵敏度的是电荷灵敏度，它不受传感器内部电容变化和电缆长度变化的影响，只取决于压电材料的压电常数，一般电荷灵敏度每年下降小于1%。

压电式振动传感器实质上是固态器件，它们非常坚固和耐用，在误用的情况下一般也不会引起损坏。在传感器内部，没有调整部件，增加了传感器的可靠性和可重复性，能够用于极其恶劣的环境下。