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基于壓電效應(yīng)的傳感器，是一種自發(fā)電式和機(jī)電轉(zhuǎn)換式傳感器。它的敏感元件由壓電材料制成。壓電材料受力后表面產(chǎn)生電荷，此電荷經(jīng)電荷放大器和測(cè)量電路放大和變換阻抗后就成為正比于所受外力的電量輸出。壓電式傳感器用于測(cè)量力和能變換為力的非電物理量，比如壓電式壓力傳感器，壓電式速度/加速度傳感器，壓電式力/聲學(xué)傳感器等。它的優(yōu)點(diǎn)是頻帶寬、靈敏度高、信噪比高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠和重量輕等。缺點(diǎn)是某些壓電材料需要防潮措施，而且輸出的直流響應(yīng)差，需要采用高輸入阻抗電路或電荷放大器來(lái)克服這一缺陷。
在這里需要特別說(shuō)明的是，傳感器的輸出類型是關(guān)系到傳感器能否與后級(jí)的數(shù)據(jù)采集設(shè)備相匹配，因此，我們通常把壓電式傳感器又細(xì)分為：PE(電荷輸出型壓電式)、IEPE(帶集成電路壓電式， 或稱ICP內(nèi)置電路壓電式)、LOOP POWER(回流環(huán)輸出型)等。
PE傳感器
電荷量輸出型壓電傳感器。不需要供電，兩根信號(hào)線，直接接入電荷放大器進(jìn)行測(cè)量。
優(yōu)點(diǎn)——結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，堅(jiān)固耐用，適用于環(huán)境(高或低溫，潮濕，強(qiáng)電磁場(chǎng)和核安全防爆環(huán)境下)的測(cè)量，傳感器的可靠性高，耐久性好，非常重要的測(cè)量要求和長(zhǎng)期穩(wěn)定性要求非常高的場(chǎng)合，高G值傳感器等多用此類傳感器，比如：航空航天以及機(jī)載用的傳感器，標(biāo)準(zhǔn)和量值傳遞用傳感器等；
缺點(diǎn)——電荷量輸出，需要配電荷放大器，自身的輸出往往很小，所以信噪比不容易做得很高，易受外界電磁場(chǎng)和信號(hào)線對(duì)地電容的干擾，不宜于遠(yuǎn)距測(cè)量對(duì)信號(hào)線的要求也比較高，用的低頻低噪聲信號(hào)線很貴，高溫的就更貴了。用于多通道測(cè)量時(shí)通常必須配多通道的電荷型放大器或調(diào)理器(一般的數(shù)據(jù)采集模塊都沒有)，單通道成本會(huì)高于IEPE傳感器的調(diào)理模塊(數(shù)據(jù)采集模塊通?？梢耘渲?。
IEPE(ICP)傳感器
就是自帶電量放大器或電壓放大器的壓電傳感器。傳感器內(nèi)部集成了一個(gè)微電路，起到電荷轉(zhuǎn)換和放大的作用(和電荷放大器功能相似)。IEPE(ICP)傳感器帶有一個(gè)放大器和一個(gè)恒流源。電流源將電流引入傳感器。傳感器內(nèi)部的電路使它對(duì)外表現(xiàn)的像一個(gè)電阻。傳感器的值和它對(duì)外表現(xiàn)出的電阻成正比。因此傳感器返回的信號(hào)電壓和值也成正比。放大器允許你設(shè)置輸入范圍以充分利用輸入信號(hào)。目前市場(chǎng)上提供IEPE(ICP)技術(shù)的有幾個(gè)*的品牌，盡管其他公司也生產(chǎn)IEPE傳感器，但這并不表明他們的產(chǎn)品兼容那些聲稱兼容壓電集成電路的設(shè)備。各公司之間的一個(gè)重要區(qū)別是激勵(lì)傳感器所需的電流不同，一般情況下這些傳感器所需的電流是4mA，使用前確認(rèn)設(shè)備提供的驅(qū)動(dòng)電流是很必要的。
優(yōu)點(diǎn)——輸出是經(jīng)過(guò)電荷轉(zhuǎn)換和放大的，已經(jīng)成為動(dòng)態(tài)模擬電壓信號(hào)(如量程0-50g，靈敏度100mV/g，則輸出范圍是0-5V)，測(cè)量相對(duì)容易，信噪比比較高。因?yàn)檩敵鍪且?jīng)過(guò)內(nèi)部電路放大的，所以敏感元件可以很小，傳感器的尺寸往往可以做得很小，但是輸出同樣比較大。電壓輸出，測(cè)量比較容易，所用數(shù)據(jù)采集器和動(dòng)態(tài)分析儀器的通用性好，信噪比容易提高，可以用于遠(yuǎn)距測(cè)量。
缺點(diǎn)——因?yàn)閮?nèi)部含微電路，所以傳感器抵抗環(huán)境的能力通常較差，不適合用于高溫和低溫?？箾_擊和振動(dòng)極限通常比較低。
LOOP POWER壓電傳感器
回流環(huán)輸出型壓電傳感器，即傳感器內(nèi)部除了自帶電荷放大器外，還集成了普遍使用的二線制變送電路，使傳感器可以輸出4-20mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)，同時(shí)在二根信號(hào)輸出導(dǎo)線上向傳感器供給24VDC電源，省去再外接電源的導(dǎo)線。與IEPE型相比，回流環(huán)型能提供和設(shè)備總值成比例的輸出電流，可方便接入數(shù)據(jù)采集器，以及PLC、DCS、SCADA等過(guò)程控制系統(tǒng)，在設(shè)備值過(guò)高時(shí)進(jìn)行報(bào)警，但此電流輸出不是動(dòng)態(tài)的模擬信號(hào)(帶變送電路卻引入了濾波，損失了頻帶，波形會(huì)有失真)，無(wú)法用來(lái)分析設(shè)備故障。
優(yōu)點(diǎn)——測(cè)量非常容易，可方便接入過(guò)程控制系統(tǒng)，在設(shè)備值過(guò)高時(shí)進(jìn)行報(bào)警；采用4-20mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)，抗干擾性比電壓信號(hào)更強(qiáng)，適用于信號(hào)遠(yuǎn)傳；由于采用二線制，所以布線成本、安裝和維護(hù)成本都有所降低。
缺點(diǎn)——因?yàn)閮?nèi)部含變送電路，所以傳感器抵抗環(huán)境的能力通常較差，不適合用于高溫和極低溫。抗沖擊和振動(dòng)極限通常比較低?；亓鳝h(huán)型輸出不是動(dòng)態(tài)的模擬信號(hào)，無(wú)法用來(lái)分析設(shè)備故障。
關(guān)鍵詞：電感器
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展會(huì)城市：鄭州市展會(huì)時(shí)間：2025-05-09