沖擊力測(cè)量傳感器的選擇方法

目前在測(cè)量動(dòng)態(tài)力、沖擊力的傳感器主要有應(yīng)變式?jīng)_擊力傳感器、壓電式?jīng)_擊力傳感器兩種，在實(shí)際沖擊力測(cè)量過程究竟應(yīng)如何選擇呢？

應(yīng)變式?jīng)_擊力傳感器

是將沖擊過程的彈性變形轉(zhuǎn)換成應(yīng)變電阻的變化，通過惠斯通橋路、放大調(diào)理電路將變化轉(zhuǎn)換為測(cè)量電路可識(shí)別的信號(hào)。

應(yīng)變式?jīng)_擊傳感器結(jié)構(gòu)

應(yīng)變式?jīng)_擊力傳感器

壓電式?jīng)_擊力傳感器：

壓電材料在沖擊過程晶體表面產(chǎn)生正負(fù)電荷，電荷量與受沖擊力大小成正比，電荷通過外置的電荷放大電路轉(zhuǎn)換為后端采集電路可識(shí)別的電壓，壓電式?jīng)_擊力傳感器是依據(jù)壓電效應(yīng)設(shè)計(jì)的。

壓電力傳感器結(jié)構(gòu)

壓電式?jīng)_擊力傳感器

壓電式?jīng)_擊力傳感器：由于采用壓電陶瓷、壓電石英材料，壓電沖擊力傳感器的剛度更大，結(jié)構(gòu)更小，并且擁有更高的固有頻率，適合動(dòng)態(tài)測(cè)量。采用壓電傳感器測(cè)量時(shí)，壓電材料產(chǎn)生電信號(hào)，但幾乎不產(chǎn)生位移。壓電傳感器的靈敏度不依賴尺寸和壓電材料結(jié)構(gòu)，而是依賴使用的壓電材料類型和幾何形狀。

Q=q11.n.F

Q=產(chǎn)生的電荷

Q11=材料常數(shù)，例如2.7pc/N

n=晶體數(shù)量

F=沖擊負(fù)載

實(shí)際應(yīng)用過程的選擇

在力加載過程中，壓電傳感器 只有非常小的變形，具有極高的剛度。這導(dǎo)致去具有很高的諧振頻率，非常適合用于動(dòng)態(tài)測(cè)試。 但是，完整的測(cè)量鏈 對(duì)于動(dòng)態(tài)特性是非常關(guān)鍵的。因此，安裝傳感器的部件需要有更大的質(zhì)量，并且其對(duì)系統(tǒng)的整體質(zhì)量和截止頻率具有一個(gè)較大的沖擊，避免附加質(zhì)量引起結(jié)構(gòu)振動(dòng)、沖擊形態(tài)的變化。另外，電荷放大器的帶寬取決于 電荷，因此，在進(jìn)行較大的力測(cè)量導(dǎo)致的高電荷反過來會(huì)限制帶寬。

在較大額定力情況下，應(yīng)變傳感器具有更高的截止頻率。小量程的力傳感器的彈性體更軟，結(jié)構(gòu)剛度小， 諧振頻率也就更低。但是，進(jìn)行小量程力進(jìn)行快速測(cè)試時(shí)，壓電力傳感器是選擇，而對(duì)于較大的力是，應(yīng)該選擇應(yīng)變?cè)淼膫鞲衅鳌?/span>

標(biāo)定任務(wù)

連接應(yīng)變傳感器的 放大器 可以進(jìn)行多種誤差補(bǔ)償。包括 溫度對(duì)靈敏度和零點(diǎn)的補(bǔ)償 以及 線性和彎矩誤差等。 因此，應(yīng)變傳感器非常適合高靜態(tài)標(biāo)定, 通過彈性體結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn) 更高的可重復(fù)性。因此，對(duì)于力學(xué)標(biāo)定來說，基于應(yīng)變?cè)淼膫鞲衅魇沁x擇。壓電式力傳感器在安裝過程采用螺栓安裝，實(shí)際產(chǎn)生沖擊力時(shí)螺栓會(huì)分流沖擊力，用戶在實(shí)際使用時(shí)不能使用傳感器廠家提供的出場(chǎng)參數(shù)，需與結(jié)構(gòu)件安裝后整體標(biāo)定，標(biāo)定一般采用沖擊加速度法和應(yīng)變等效沖擊法。

測(cè)量過程螺栓的力分流作用

高初始負(fù)載

在力施加過程中, 如果需要， 壓電傳感器 產(chǎn)生的電荷可以短路。電荷放大器輸入狀態(tài)可以顯示為 ‘零’。因此，電荷放大器的輸入范圍可以 不受高初始負(fù)載影響。因此，壓電傳感器可以在高初始負(fù)載狀態(tài)下 維持高。

在惡劣環(huán)境下

一些應(yīng)變力傳感器具有 IP68 保護(hù)等級(jí))。緊致密封的外殼 保護(hù)靈敏的應(yīng)變片。這讓其可以用于惡劣的環(huán)境中。

壓電傳感器的電纜可以采用特殊的防護(hù)來保證其連接，來保證其操作安全性。(KAB145-3)

高測(cè)量

現(xiàn)代力傳感器都具有很高的，應(yīng)變傳感器的誤差僅有 200 ppm。。壓電傳感器具有 稍高的線性誤差，一般為滿量程的 0.5% 。其限制主要來自于漂移，通過對(duì)整個(gè)量程的標(biāo)定，可以使其獲得 更高的。

空間受到限制

壓電傳感器 結(jié)構(gòu)非常緊湊，例如 CLP 系列 高度僅有 4 mm。因此非常適合 集成到現(xiàn)存系統(tǒng)中。盡管其比較低，但是在空間要求較高的應(yīng)用中，壓電傳感器應(yīng)該是。