沖擊力傳感器的選擇方法

沖擊力測量傳感器的選擇方法

目前在測量動態(tài)力、沖擊力的傳感器主要有應變式沖擊力傳感器、壓電式沖擊力傳感器兩種，在實際沖擊力測量過程究竟應如何選擇呢？

應變式沖擊力傳感器

是將沖擊過程的彈性變形轉換成應變電阻的變化，通過惠斯通橋路、放大調理電路將變化轉換為測量電路可識別的信號。

應變式沖擊傳感器結構

應變式沖擊力傳感器

壓電式沖擊力傳感器：

壓電材料在沖擊過程晶體表面產生正負電荷，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換為后端采集電路可識別的電壓，壓電式沖擊力傳感器是依據(jù)壓電效應設計的。

壓電力傳感器結構

壓電式沖擊力傳感器

壓電式沖擊力傳感器：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，結構更小，并且擁有更高的固有頻率，適合動態(tài)測量。采用壓電傳感器測量時，壓電材料產生電信號，但幾乎不產生位移。壓電傳感器的靈敏度不依賴尺寸和壓電材料結構，而是依賴使用的壓電材料類型和幾何形狀。

Q=q11.n.F

Q=產生的電荷

Q11=材料常數(shù)，例如2.7pc/N

n=晶體數(shù)量

F=沖擊負載

實際應用過程的選擇

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。這導致去具有很高的諧振頻率，非常適合用于動態(tài)測試。 但是，完整的測量鏈 對于動態(tài)特性是非常關鍵的。因此，安裝傳感器的部件需要有更大的質量，并且其對系統(tǒng)的整體質量和截止頻率具有一個較大的沖擊，避免附加質量引起結構振動、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，在進行較大的力測量導致的高電荷反過來會限制帶寬。

在較大額定力情況下，應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，結構剛度小， 諧振頻率也就更低。但是，進行小量程力進行快速測試時，壓電力傳感器是選擇，而對于較大的力是，應該選擇應變原理的傳感器。

標定任務

連接應變傳感器的 放大器 可以進行多種誤差補償。包括 溫度對靈敏度和零點的補償 以及 線性和彎矩誤差等。 因此，應變傳感器非常適合高靜態(tài)標定, 通過彈性體結構可以實現(xiàn) 更高的可重復性。因此，對于力學標定來說，基于應變原理的傳感器是選擇。壓電式力傳感器在安裝過程采用螺栓安裝，實際產生沖擊力時螺栓會分流沖擊力，用戶在實際使用時不能使用傳感器廠家提供的出場參數(shù)，需與結構件安裝后整體標定，標定一般采用沖擊加速度法和應變等效沖擊法。

測量過程螺栓的力分流作用

高初始負載

在力施加過程中, 如果需要， 壓電傳感器 產生的電荷可以短路。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 不受高初始負載影響。因此，壓電傳感器可以在高初始負載狀態(tài)下 維持高。

在惡劣環(huán)境下

一些應變力傳感器具有 IP68 保護等級)。緊致密封的外殼 保護靈敏的應變片。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來保證其連接，來保證其操作安全性。(KAB145-3)

高測量

現(xiàn)代力傳感器都具有很高的，應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，通過對整個量程的標定，可以使其獲得 更高的。

空間受到限制

壓電傳感器 結構非常緊湊，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用中，壓電傳感器應該是。