加速度振動傳感器是壓電裝置，也就是說，主傳感元件是一種壓電元件，其構(gòu)造方式是在振動力的作用下，產(chǎn)生比例電信號。一些材料被發(fā)現(xiàn)是自然壓電的。石英是一種常用于加速度計的天然材料，具有無與倫比的長期穩(wěn)定性。多晶陶瓷材料可以用來表現(xiàn)壓電性能。鋯鈦酸鉛(PZT)是加速度計“極化”后常用的一種材料。輪詢PZT使陶瓷在高溫下承受很高的直流電壓，試圖沿輪詢軸對齊磁疇。PZT顯示輸出隨時間自然衰減，需要頻繁重新校準(zhǔn)。人工老化裝置的特殊努力降低了這種情況。高沖擊水平或高溫裝置也可能導(dǎo)致基于PZT的傳感器輸出發(fā)生變化。
一般來說，石英和PZT都用于制造加速度計。每種材料都有一定的優(yōu)缺點。如前所述，石英具有優(yōu)異的溫度穩(wěn)定性，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，需要電壓放大器調(diào)節(jié)信號。帶大阻值電阻的電壓放大器通常固有噪聲更大，限制了***小可測量信號，但允許監(jiān)測非常高的振動水平。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，從而可以測量低電平振動。
加速度計設(shè)計中應(yīng)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惡劣的環(huán)境條件下工作。惡劣的化學(xué)物質(zhì)通常會使傳感器受到腐蝕，***終導(dǎo)致?lián)p壞。在惡劣的工業(yè)環(huán)境中，需要使用非腐蝕性316L不銹鋼外殼，以確保傳感器的生存能力。316L不銹鋼也用于其非磁性的性能，這是重要的周圍大型電機。經(jīng)過陽極氧化處理的鋁質(zhì)外殼經(jīng)受不住極端條件。一些新型的傳感器正在出現(xiàn)，它們是復(fù)合外殼設(shè)計的。一些復(fù)合材料具有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，也需要帶密封密封件的不銹鋼連接器。像BNC這樣的非密封連接器，雖然很方便，但在工業(yè)條件下是無法生存的。BNC連接器在反復(fù)使用和劇烈振動下也容易磨損。污染物可能通過環(huán)氧樹脂密封件進(jìn)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與外界污染物密封。
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。這三種設(shè)計都包含壓電元件、地震質(zhì)量、基座和外殼的基本組件。
在撓曲設(shè)計中，壓電元件以雙懸臂梁的形式固定在地震質(zhì)量上。圖1顯示了在支點或底座處驅(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，通常不適用于機械監(jiān)測應(yīng)用。由于其高輸出(高達(dá)100V/g)，彎曲設(shè)計在低水平、低頻地震應(yīng)用中表現(xiàn)出色。受彎構(gòu)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。
在撓曲設(shè)計中，壓電元件以雙懸臂梁的形式固定在地震質(zhì)量上。圖1顯示了在支點或底座處驅(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，通常不適用于機械監(jiān)測應(yīng)用。由于其高輸出(高達(dá)100V/g)，彎曲設(shè)計在低水平、低頻地震應(yīng)用中表現(xiàn)出色。受彎構(gòu)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。石英或陶瓷晶體夾在地震塊和底座之間，中間有一個彈性預(yù)緊螺栓。運動(振動)進(jìn)入底座擠壓晶體，產(chǎn)生輸出。壓縮設(shè)計比彎曲設(shè)計更適合用于工業(yè)機械監(jiān)測應(yīng)用，因為它們具有高共振和更耐用的設(shè)計。由于基底應(yīng)變和熱瞬態(tài)敏感性，壓縮設(shè)計通常具有厚基底，因此應(yīng)在厚壁結(jié)構(gòu)上使用。
剪切設(shè)計使傳感元件受到剪切應(yīng)力。如圖3所示，壓電傳感元件和地震質(zhì)量通過扣環(huán)固定在直立的中心柱/基座上。這種預(yù)緊力產(chǎn)生了一個剛性結(jié)構(gòu)，具有良好的頻率響應(yīng)和更大的機械完整性。由于靈敏軸與安裝表面不一致，不利的環(huán)境條件(如基極應(yīng)變和熱瞬變)不會像其他設(shè)計中那樣產(chǎn)生假信號。