材料選擇

　　加速度計是壓電裝置，也就是說，主要傳感元件是壓電元件，其構(gòu)造方式使得當受到振動力的作用時，產(chǎn)生比例電信號。發(fā)現(xiàn)一些材料是天然壓電的。石英是加速度計中常用的天然材料，具有無與倫比的長期穩(wěn)定性。可以使多晶陶瓷材料表現(xiàn)出壓電性能。鋯酸鉛鋯酸鹽(PZT)是加速度計用于“極化”后的常用材料。輪詢PZT使陶瓷在高溫下經(jīng)受非常高的DC電壓，以試圖沿著輪軸對齊疇。PZT表明隨著時間的推移輸出會自然衰減，需要經(jīng)常重新校準。人工老化這些單元的特殊努力減少了這種情況。高沖擊水平或高溫安裝也可能導(dǎo)致基于PZT的傳感器的輸出發(fā)生變化。

　　通常，Quartz和PZT都用于制造加速度計。每種材料都有一定的優(yōu)點和缺點。如前所述，Quartz具有出色的溫度穩(wěn)定性，并且沒有老化效應(yīng)，因此隨著時間的推移非常穩(wěn)定。石英傳感器提供高電壓靈敏度，需要電壓放大器來調(diào)節(jié)信號。具有大值電阻器的電壓放大器通常具有固有的噪聲并且限制了***小可測量信號，但允許監(jiān)測非常高水平的振動。基于PZT的傳感器提供高電荷輸出和高電容。使用“更安靜”的微電子電荷放大器，從而允許測量低水平振動。

　　加速度計設(shè)計中要考慮的其他材料選擇包括外殼材料，連接器選擇和密封方法。工業(yè)加速度計需要在非常不利的環(huán)境條件下運行。通常存在嚴酷的化學(xué)品使傳感器受到腐蝕性和***終破壞性的條件。在惡劣的工業(yè)環(huán)境中需要無腐蝕性的316L不銹鋼外殼，以確保傳感器的耐用性。316L不銹鋼也用于其非磁性，這在大型電機周圍很重要。陽極氧化鋁外殼無法承受極端條件。一些較新的傳感器正在出現(xiàn)，在案例設(shè)計中是復(fù)合的。一些復(fù)合材料表現(xiàn)出與不銹鋼相似的耐腐蝕性。連接器也應(yīng)同樣堅固。在惡劣環(huán)境中也需要帶有氣密密封的不銹鋼連接器。BNC等非密封連接器雖然方便，但不能在工業(yè)環(huán)境中存活。BNC連接器在重復(fù)使用和劇烈振動時也會磨損。污染物可能通過環(huán)氧樹脂密封進入傳感器并永久損壞傳感器。密封連接器和密封激光或電子束焊接確保傳感器密封免受外部污染物的影響。

　　機械

　　三種基本結(jié)構(gòu)設(shè)計用于制造工業(yè)加速度計。它們是彎曲，壓縮和剪切設(shè)計。所有三種設(shè)計都包含壓電元件的基本組件，振動質(zhì)量，基座和外殼。

　　在彎曲設(shè)計中，壓電元件以雙懸臂梁的形式固定到震動質(zhì)量上。圖1顯示了在支點或基座處驅(qū)動的傳感元件/質(zhì)量系統(tǒng)。彎曲設(shè)計具有較低的共振頻率，并且通常不適合機械監(jiān)測應(yīng)用。由于其高輸出(高達100 V / g)，彎曲設(shè)計在低水平，低頻地震應(yīng)用中表現(xiàn)優(yōu)異。彎曲元件通常是環(huán)氧樹脂，這限制了其在高沖擊環(huán)境中的應(yīng)用。

　　壓縮設(shè)計通常是***簡單和***容易理解的。水晶，石英或陶瓷，用彈性預(yù)載螺栓夾在震動質(zhì)量和基座之間。進入基座的運動(振動)擠壓晶體產(chǎn)生輸出。壓縮設(shè)計比工業(yè)機械監(jiān)控應(yīng)用的彎曲設(shè)計更適合，因為它們具有高共振和更耐用的設(shè)計。壓縮設(shè)計通常具有厚基底，并且由于基礎(chǔ)應(yīng)變和熱瞬態(tài)敏感性，應(yīng)該在厚壁結(jié)構(gòu)上使用。

　　剪切設(shè)計使傳感元件承受剪切應(yīng)力。壓電傳感元件和振動質(zhì)量通過一個固定環(huán)固定在一個直立的中心柱/底座上，如圖3所示。這種預(yù)載產(chǎn)生一種剛性結(jié)構(gòu)，具有良好的頻率響應(yīng)和更高的機械完整性。由于敏感軸不與安裝表面一致，因此基本應(yīng)變和熱瞬態(tài)等不利環(huán)境條件不會像其他設(shè)計那樣產(chǎn)生錯誤信號。