IEPE傳感器工業(yè)級數(shù)據(jù)采集卡/高速同步網絡采集卡

隨著市場的擴大，PCB公司就將ICP注冊為商品名，導致其他公司不能使用，所以業(yè)內提出以IEPE來命名這種傳感器，并逐漸受到了行業(yè)內眾多公司的認同，包括PCB公司。但國內PCB的產品較多，所以ICP的叫法也就沿用了下來。

回歸正題，IEPE既然是一種壓電式傳感器，那么它利用的原理自然是壓電效應。壓電效應又分為正壓電效應和負壓電效應 。正壓電效應是指： 某些電介質在一定方向上 ，受到外力作用產生形變時 ， 介質內部會發(fā)生極化現(xiàn)象， 在它的兩個相對表面上，會產生正負相反的電荷。

當外力消失時，電荷就會消失，當外力的方向發(fā)生變化，電荷的極性也會隨之改變。

逆壓電效應是指：向電介質的極化方向上施加一個電場，介質會隨之發(fā)生形變，當電場消失，介質的形變也會消失。由此可見壓電效應是一種瞬時的變化，所以壓電傳感器可以測量動態(tài)量。

IEPE也是一種加速度傳感器，它是怎樣將加速度轉變?yōu)殡娦盘柕哪兀?/p>

首先我們要明白加速度是什么。加速度是由牛頓第二定律定義的，常見表述是：物體加速度的大小跟作用力成正比，跟物體的質量成反比。加速度的方向，與作用力的方向保持一致。公式表示為：a=F/m ，其中F為物體受到的合力，m為物體的質量，a為物體的加速度，單位是。質量m一般不會變化，可以提前測得。而力F的大小，則可以利用壓電效應測量，這樣就可以求物體加速度的大小。

還有一個問題，因為力與加速度都是矢量，即它們都是有方向的。在實際應用中，我們也需要知道物體的加速方向，以判斷物體所處的狀態(tài)，如：傾斜角度有多大、是否發(fā)生反轉，是否在晃動等等情況。為解決這樣的問題，可以將傳感器分為三部分，即X軸、Y軸和Z軸。

用X、Y表示在平面中的運動方向，Z軸表示在空間中的上升和下降，這樣就可以判斷物體的運動了。三軸加速度傳感器雖然精確，但是使用成本較高，所以根據(jù)實際使用情況的不同，還有單軸，雙軸等類型的傳感器。

說了這么多IEPE到底是如何工作的呢？首先IEPE整體組裝在一個金屬殼內，下面連接一個剛度較大的基座，在殼體內部，兩片壓電片組成壓電元件并且表面鍍銀。壓電片之間是金屬片，它可以將壓電元件產生的電荷，通過引線輸入到集成電路中，壓電片上方連接著，一個質量較小的質量塊，質量塊由剛度較大的彈簧或是螺栓，對其施加預載荷。

在使用IEPE測量振動時，應將傳感器與被測物固定在一起，由于彈簧的剛性大而質量塊的質量小，所以質量塊受到的振動與基座的振動是相同的。因為質量塊不斷變化的慣性力的作用，使得壓電片受到的壓力不斷變化，從而產生高阻抗的電荷信號，這些電荷信號通過與金屬片相連的引線，輸入到內置的集成電路中。集成電路又將輸入的電荷信號轉化成低阻抗的電壓信號輸出。

IEPE還需要使用一個恒流源供電，電流一般在2mA~20mA之間。在大多數(shù)情況下，４ｍＡ的恒定電流值是一個很好的折衷方案，供電電壓在１８V～３０V之間。IEPE傳感器的內部集成電路中一個很重要的器件就是電荷放大器，它可以將電荷信號轉變?yōu)殡妷盒盘?。其原理圖如下：

計算Uo與Q的關系，由電路圖可知：

Uｏ＝－A*Uｄ

＝Uｏ－Uｄ＝（１＋A）Uｄ

＝*＝（１＋A）Uｄ*

Q＝＋＝Uｄ·（C１＋（１＋A）*）

可得Uｄ＝Q／（C１＋（１＋A）*）

則有Uｏ＝－A*Q / C1＋（１＋A）*

忽略公式中數(shù)量級較小的參數(shù)可得 ：Uｏ＝-QCf。它便是IEPE輸出的電壓信號。但這個信號是交流信號疊加在直流電源上的電壓信號，所以我們還要通過交流耦合，將信號中的直流成分去掉。使其變?yōu)橐裕癡為基準的波形。

最后我們介紹一下IEPE的參數(shù)及其優(yōu)缺點，IEPE的靈敏度單位是ｍＶ／ｇ，其中ｇ是重力加速度。靈敏度越高測量范圍越小，靈敏度越低測量范圍越大。傳感器的最大量程是由最大輸出電壓與靈敏度的比值決定的。在選擇傳感器時，要特別注意兩個參數(shù)。

IEPE的優(yōu)點是內部帶有集成電路，導致它的抗干擾能力很好，可以用長軸電纜輸出，而且方便安裝，使用簡單。缺點也因為內部的集成電路，使的它的溫度范圍變窄，一般小于125℃，而且內部的集成電路與傳感器承受同樣的測試條件，很容易出現(xiàn)故障，對環(huán)境的要求也更高。

審核編輯黃昊宇