PE振動(dòng)傳感器是指電荷輸出型壓電式振動(dòng)傳感器，IEPE振動(dòng)傳感器是指內(nèi)置處理電路的壓電式振動(dòng)傳感器，本文將對(duì)PE振動(dòng)傳感器 和 IEPE振動(dòng)傳感器 各自的特點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比與闡述。
什么是壓電效應(yīng)？
壓電式振動(dòng)傳感器的工作原理是以某些物質(zhì)（例如：壓電陶瓷）的壓電效應(yīng)為基礎(chǔ)的。當(dāng)這些物質(zhì)在某一方向上因受到拉力或壓力的作用而產(chǎn)生變形時(shí)，其表面上會(huì)產(chǎn)生電荷；當(dāng)去掉外力時(shí)，它們又會(huì)回到不帶電的狀態(tài)，這種現(xiàn)象就是壓電效應(yīng)。常用的壓電材料有陶瓷、石英、鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛等等。實(shí)際上，當(dāng)壓電材料受到剪切力、橫向拉力或壓力時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生壓電效應(yīng)。
什么是PE振動(dòng)傳感器？
PE壓電振動(dòng)傳感器的工作原理是：將質(zhì)量塊的振動(dòng)轉(zhuǎn)換為其對(duì)壓電材料所施加的力，通過(guò)測(cè)得該力的大小從而換算出振動(dòng)或者加速度的值。
壓電式振動(dòng)的結(jié)構(gòu)原理如下圖所示。兩片壓電片組成了其壓電元件，表面有鍍銀層，中間夾有一金屬片，并焊有輸出引線，另一輸引線直接與基座相連。壓電片上放有一個(gè)比重較大的質(zhì)量塊，并用一硬彈簧或螺栓對(duì)其施加預(yù)載荷。整個(gè)組件封裝在一個(gè)金屬殼體內(nèi)部，基座一般較為厚重且剛度大。
測(cè)量時(shí)，傳感器與被測(cè)物剛性固定在一起，當(dāng)被測(cè)物振動(dòng)時(shí)，傳感器與基座也會(huì)產(chǎn)生相同的振動(dòng)。由于質(zhì)量塊的質(zhì)量相對(duì)較小，而彈簧的剛度相對(duì)很大，所以可認(rèn)為質(zhì)量塊的慣性很小。因此質(zhì)量塊感受到與傳感器基座相同的振動(dòng)，并受到與加速度方向相反的慣性力的作用。于是，質(zhì)量塊就有一正比于加速度的交變力作用在壓電片上，使其兩個(gè)表面產(chǎn)生交變電荷。當(dāng)振動(dòng)頻率遠(yuǎn)低于傳感器的固有頻率時(shí)，傳感器的輸出電荷與作用力成正比，亦即與被測(cè)物的加速度成正比。
由于PE振動(dòng)傳感器傳感器的輸出量為電荷，因此其后端必須與電荷放大器或電壓放大器連接（如：森瑟科技的三通道電荷放大器IN-06 和 單通過(guò)電荷放大器 IN-07和 單通道高溫電荷放大器 IN-17），才能將電荷信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，此電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)后級(jí)放大、濾波等調(diào)理電路即可送入示波器等設(shè)備。由于PE振動(dòng)傳感器傳感器的輸出阻抗較高，易受輸出的電荷信號(hào)易受噪聲干擾，因此必須使用特殊的低噪聲電纜(例如：森瑟科技的 11-系列低噪聲電纜、11P-高溫系列低噪聲電纜、13-系列三軸一體的低噪聲電纜)。
什么是IEPE振動(dòng)傳感器？
由于PE振動(dòng)傳感器有必須配接外部電荷放大器使用，并且信號(hào)在長(zhǎng)距離傳輸過(guò)程中容易受干擾等一些缺點(diǎn)，因此出現(xiàn)了IEPE振動(dòng)傳感器，即恒流源供電，恒源源輸出的壓電振動(dòng)傳感器。
IEPE壓電振動(dòng)傳感器的結(jié)構(gòu)原理如上圖所示，它其實(shí)就是將PE振動(dòng)傳感器所需的處理電路集成到傳感器內(nèi)部，這樣就可以直接輸出一個(gè)高電平、低阻抗的電壓信號(hào)，也有一些IEPE振動(dòng)傳感器傳感器可以輸出電流信號(hào)甚至是數(shù)字信號(hào)。它可以用普通的同軸電纜來(lái)輸出信號(hào)，并且不需要后續(xù)的放大電路，直接連至示波器等設(shè)備；IEPE壓電振動(dòng)傳感器還有一個(gè)特別重要的特點(diǎn)是，由于它采用的是恒流供電，恒壓輸出，所以在供電與輸出上只需要使用一根同軸電纜，即可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳輸與供電，這個(gè)減少了接線的數(shù)量，可以大大的降低由于接線不良造成的信號(hào)丟失。但是有些實(shí)難測(cè)試的客戶在使用時(shí)，不大會(huì)用這種IEPE振動(dòng)傳感器，森瑟科技為其單獨(dú)配備了 恒流源供電裝置，三通道恒流源供電模塊 IN-03。
但是，IEPE振動(dòng)傳感器在將處理電路集成到內(nèi)部的同時(shí)，也帶來(lái)了一些問(wèn)題，下表顯示了這兩種振動(dòng)傳感器的主要特性區(qū)別。
比較項(xiàng) | PE振動(dòng)傳感器 | IEPE振動(dòng)傳感器 |
后級(jí)電路 | 外部必須配接電荷放大器 | 可直接與內(nèi)置恒流源的數(shù)據(jù)采集器連接 |
輸出能力 | 長(zhǎng)電纜（＞20米時(shí)）會(huì)引起高電容負(fù)載增加，從而引起電荷放大器噪聲增大 | 低阻抗輸出，抗干擾能力強(qiáng)，可以進(jìn)行長(zhǎng)電纜輸出，而不致引起噪聲增加 |
電纜 | 必須使用特殊的低噪聲電纜 | 可以使用普通的同軸電纜或扁平線 |
安裝使用 | 由于是高阻抗輸出，在安裝和使用時(shí)，要特別小心和注意保護(hù) | 安裝方便，使用簡(jiǎn)單，接線方便 |
量程 | 可以通過(guò)調(diào)節(jié)電荷放大器/阻抗轉(zhuǎn)換器，來(lái)調(diào)節(jié)滿量程輸出， | 量程在傳感器內(nèi)已固定，不可調(diào) |
放電時(shí)間常數(shù) (影響頻率下限) | 可以通過(guò)調(diào)節(jié)電荷放大器/阻抗轉(zhuǎn)換器，來(lái)調(diào)節(jié)放電時(shí)間常數(shù) | 放電時(shí)間常數(shù)在傳感器內(nèi)已固定，不可調(diào) |
溫度范圍 | 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，溫度范圍寬，高溫可達(dá)250（特殊設(shè)計(jì)的可達(dá)700） | 溫度范圍較窄，一般使用溫度≤125（特殊設(shè)計(jì)的≤175） |
可靠性 | 電荷放大器遠(yuǎn)離被測(cè)物，測(cè)試環(huán)境對(duì)其影響??；內(nèi)部無(wú)IC電路，可靠性高，故障率低；對(duì)ESD不敏感；適合于高溫等場(chǎng)合 | 內(nèi)部的IC電路與傳感器承受同樣的測(cè)試條件，受到與被測(cè)物相同的熱循環(huán)、振動(dòng)力等，更容易出現(xiàn)故障；對(duì)ESD敏感；適合于環(huán)境多變的工業(yè)場(chǎng)合 |
主要型號(hào) | 310P、372P、311P、510P、512P、531P、573P、574P、710P等 | 310A、311A、512A、533A、514A、731A、733A、577A、334A、331A等
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