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PE型与IEPE型加速度传感器的比较分析
来源:传感器专家网 发表于 2020/4/23

在各类工业传感器的实际应用中,有时工程师常被问到这样的问题:使用高阻抗PE型压电加速度传感器,与使用带集成电路的IEPE加速度传感器相比,哪种方案更好呢?首先,我们先来了解一下IEPE加速度传感器的相关知识。


IEPE是指一种自带电量放大器或电压放大器的加速度传感器。IEPE是压电集成电路的缩写。因为由加速度传感器产生的电量是很小的,因此传感器产生的电信号很容易受到噪声干扰,需要用灵敏的电子器件对其进行放大和信号调理。IEPE中集成了灵敏的电子器件使其尽量靠近传感器以保证更好的抗噪声性并更容易封装。


IEPE加速度传感器带有一个放大器和一个恒流源。电流源将电流引入加速度传感器。加速度传感器内部的电路使它对外表现的像一个电阻。传感器的加速度和它对外表现出的电阻成正比。因此传感器返回的信号电压和加速度也成正比。放大器允许你设置输入范围以充分利用输入信号。

IEPE加速度传感器举例(资料图)


回过头来,用户在面对PE型压电加速度传感器与IEPE加速度传感器孰优孰劣的问题时,除了决定性的关键因素,也就是说加速度传感器的使用温度范围,这里还有四个重要因素值得谨慎考虑。


1.测试环境


对于任何类型的测试系统,为了达到预期的性能指标,测试链中的每一个部件(传感器、电缆及放大器)都必须保持干净及干燥。例如,如果有水在连接器内,那么无论PE或IEPE加速度传感器测试系统都会出现故障。然而,PE加速度传感器由于它的高阻抗本性,它对外部环境的污染特别敏感。这个就要求对系统更加细致的日常维护。对于高度潮湿及污染的测试环境,低阻抗的IEPE加速度传感器具有明显的优势。


对于高度潮湿及污染的测试环境,低阻抗的IEPE加速度传感器具有明显的优势。


2.长电缆使用


基于PE加速度传感器的测试系统,信噪比是传感器和电荷放大器之间电容总量(和电缆长度成正比)的一个函数。实际测试中在传感器和电荷放大器之间需要使用长电缆(超过61米)时,两点需要考虑:


(1)对于一个典型的电荷放大器,因为电缆带来的6000pF额外电容会使放大器的本底噪音增加4倍。尽管电缆长度和放大器噪音不是线性关系,电缆长度少于15米带来的噪音通常可以忽略不计。


(2)使用很长的电缆时,降噪处理的电缆和普通同轴电缆在成本上有很大的差异。


加速度传感器电缆长度少于15米带来的噪音通常可以忽略不计

IEPE加速度传感器相关产品(资料图)


3.弹性的测试范围


基于PE加速度传感器的测试系统有一个长期存在的优势就是可以改变测试的动态范围,在典型的冲击与振动测试中,测试范围一般是未知的。在测试仪器选择及设置过程中,测试工程师通常根据过去的经验预估所需的最大测试范围,根据这个最大范围再乘以一个安全因子得到加速度传感器所需的测试范围。使用IEPE加速度传感器时,如果加速度峰值超过了工程师的预估值,那么部分加速度输出信号可能会出现限幅,因为IEPE加速度传感器的满量程范围(额定的最大输出振幅)在出厂时已经被固定了。工程师除了换用更大量程的传感器外没有别的选择。


PE加速度传感器的测试系统可以调整测试的动态范围


另一方面,使用PE加速度传感器和外部电荷放大器时,工程师可以通过调整外部电荷放大器来调整满量程范围,这样就不需要更换传感器即可继续进行测试。这个是因为大部分PE加速度传感器都具备大于120dB的动态范围。使用外部电荷放大器时,用户可以对任何给定的测试进行弹性调整测试范围。

三轴IEPE加速度传感器举例(资料图)



4.耐久性


考虑下面两个情景---两个机械设计完全一样的压电加速度传感器,一个带有集成电路(IEPE),另外一个没有(PE)。不用否认PE加速度传感器因为它结构简单,在平均故障间隔时间上得分要比IEPE高。在极端环境条件下这个特性就比较突出。在许多环境应力筛选应用中,加速度传感器通常也在测试试验箱里面,传感器也需要经历和测试物体一样的热循环及动态曲线。如果是一个IEPE加速度传感器使用在这种条件下,内部的放大器及晶体都要一直经受试验箱一样的条件。如果使用PE加速度传感器,相反地,电荷放大器可以安置在试验箱外面,也就是室温条件,这样它可以最小化放大器的不必要应力。因此可以说在某些条件下,PE加速度传感器比IEPE加速度传感器更加耐用。


在某些条件下,PE加速度传感器比IEPE加速度传感器更加耐用而且PE传感器可以在更高温度下使用。


此外,所有的电子元件,包括IEPE加速度传感器内部的放大器,对ESD非常敏感。在非常干燥的环境下,如果没有进行ESD防护,ESD把IEPE加速度传感器的电路烧坏并不困难。然而,对于PE加速度传感器对ESD不敏感,这是它的本性。


希望通过以上的文字介绍,能够对有疑问和有需要的用户给予一定的帮助,更好的运用上述两类加速度传感器,最终令产品达到理想的使用效果。


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