傳感器是獲得精準有效數據的第一觸點；它們在將原始物理量轉換為便於測量計算的數據量的過程中，發揮著重要作用。伴隨著電力
、船舶、航空、航天等多種工程技術的迅猛發展，對相關應用場景越來越需要更精確的動態數據。航空發動機
、燃氣輪機、蒸(zheng)汽(qi)機(ji)等(deng)高(gao)能(neng)動(dong)力(li)裝(zhuang)置(zhi)
，對(dui)工(gong)業(ye)級(ji)傳(chuan)感(gan)器(qi)都(dou)提(ti)出(chu)了(le)更(geng)加(jia)嚴(yan)苛(ke)的(de)要(yao)求(qiu)。在(zai)眾(zhong)多(duo)傳(chuan)感(gan)器(qi)裏(li)，筆(bi)者(zhe)以(yi)工(gong)業(ye)級(ji)加(jia)速(su)度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)為(wei)例(li)，結(jie)合(he)應(ying)用(yong)和(he)相(xiang)關(guan)產(chan)品(pin)數(shu)據(ju)，將(jiang)一(yi)些(xie)體(ti)會(hui)和(he)經(jing)驗(yan)做(zuo)一(yi)個(ge)簡(jian)單(dan)的(de)分(fen)享(xiang)。

 

什麼是加速度傳感器？ 

加速度傳感器(Accelerometer)，又稱加速規
、加jia速su計ji，是shi用yong於yu測ce量liang加jia速su度du的de一yi種zhong感gan應ying裝zhuang置zhi，該gai裝zhuang置zhi在zai加jia速su過guo程cheng中zhong對dui自zi身shen所suo受shou慣guan性xing力li進jin行xing測ce量liang，通tong過guo牛niu頓dun第di二er定ding律lv得de出chu加jia速su度du值zhi。從cong感gan應ying機ji理li上shang分fen為wei壓ya電dian式shi、電容式、電感式
、應變式

、壓阻式等。

 

汽車平順性試驗應用

 

將加速度傳感器安裝在車輛座椅上，測量XYZ三個軸向上的振動加速度過程，用以評價汽車行駛平順性的道路試驗。

 

 

工業級加速度傳感器

 

 

選擇加速度傳感器時
，用戶大多基於加速度量程範圍，同時結合實際應用。如傾斜角度測量，±1.5g的量程已經足夠。±2g的加速度傳感器可以用於大多數消費電子和商業應用。但對於急停、多方向劇烈變化以及振動烈度較大的測量應用
，至少要選擇±10g以上或者更大量程的加速度傳感器。

 

在眾多工業應用場景中，都需要對衝擊和振動進行監控和測量，因應用環境溫度的高低溫波動範圍大，對加速度計的量程、靈敏度、精(jing)度(du)要(yao)求(qiu)高(gao)，對(dui)於(yu)常(chang)規(gui)加(jia)速(su)度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)來(lai)說(shuo)，完(wan)全(quan)不(bu)能(neng)勝(sheng)任(ren)這(zhe)種(zhong)嚴(yan)苛(ke)惡(e)劣(lie)的(de)工(gong)作(zuo)環(huan)境(jing)。基(ji)於(yu)此(ci)工(gong)業(ye)級(ji)加(jia)速(su)度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)應(ying)運(yun)而(er)生(sheng)
，它(ta)們(men)完(wan)全(quan)能(neng)夠(gou)在(zai)這(zhe)種(zhong)惡(e)劣(lie)的(de)應(ying)用(yong)環(huan)境(jing)中(zhong)保(bao)持(chi)高(gao)可(ke)靠(kao)性(xing)的(de)持(chi)續(xu)測(ce)量(liang)和(he)穩(wen)定(ding)輸(shu)出(chu)。

 

工業級加速度傳感器的品牌和產品性能

 

 

在傳感器市場中，工業級加速度傳感器品牌眾多，其中歐、美、ripinpaizhanjulecileichanpinjiaodabilideshichangfene。dansuizhezhongguojinnianlaigongchengjishudexunmengfazhan，zhongguodezizhupinpaiyezhengzaizheyixifenchanpinlingyuzhongzhubugenshang，bingzaigao、中、低幾個技術維度上與歐
、美

、日同台角逐。從產品技術和可靠性兩個維度上來看，進口品牌美國PCB、丹麥B&K和中國自主品牌西人馬（FATRI）的工業級加速度傳感器能夠比較全麵的詮釋這兩個維度。

 

PCB Piezotronics, Inc. “PCB”是PicoCoulomB的縮寫，PicoCoulomB屬於技術術語，定義了由PCB製造的壓電傳感器產生的電荷類型，也成了該公司的注冊商標。PCB 於1967年成立，是美國老牌的家族企業。擁有加速度測量、振動
、衝擊、聲學
、負載等產品線。

 

Brüel & Kjær簡稱B&K，名稱與商標源於創始人Per VilhelmBrüel和ViggoKjær的名字，二人緣起於哥本哈根理工學院（現丹麥工業大學）
，這是個曆史悠久的公司，成立於1942年，擁有加速度測量、傳聲器、聲學全息陣列等產品線。

 

西人馬（廈門）科技有限公司- FATRI
，創始人聶泳忠博士，這是一個曆久彌新的中國自主品牌，“久”在於其創始人聶博士一直深耕於精密先進傳感器的研發和設計的前沿
，“新”是因為該公司僅成立了5年多的時間。雖然成立時間短，但擁有先進材料、芯片製造、精密傳感器（加速度
、溫度、壓力等）
、測量設備等豐富和紮實的產品研發和製造能力。

 

筆者從三個品牌的產品中揀選出工業級加速度傳感器的同類產品，通過產品技術規格來解析工業級傳感器的一些特性和關鍵技術指標。

 

 

工業級加速度傳感器的關鍵技術指標

 

靈敏度

 

電壓靈敏度在滿足諧振頻率的前提下越大越好，後端采樣調理的回路就越容易。

 

工作溫度

 

在工業現場環境中
，隨時會出現溫度的驟升驟降，能否有效進行測量，直接影響測量的效率，所以工作溫度範圍要盡量夠寬。

 

響應時間

 

當被測量物體發生變化時，傳感器並不能立刻反應，普遍存在滯後
，滯後的時長即響應時間，響應時間越短越好。

 

衝擊極限

 

指1秒內


，傳感器及殼體所能承受的最大加速度衝擊，一般在可承受衝擊的範圍內，傳感器仍能保持正常工作，衝擊極限上限越高越好。

 

橫向靈敏度

 

測ce量liang某mou個ge方fang向xiang時shi，信xin號hao輸shu出chu理li論lun上shang應ying全quan為wei感gan知zhi方fang向xiang
，但dan實shi際ji上shang在zai該gai方fang向xiang垂chui直zhi的de方fang向xiang也ye會hui有you信xin號hao輸shu出chu，這zhe是shi橫heng向xiang效xiao應ying造zao成cheng的de，所suo以yi橫heng向xiang靈ling敏min度du越yue低di，性xing能neng越yue好hao。國guo標biao要yao求qiu≤5%。

 

非線性度

 

在(zai)固(gu)定(ding)的(de)頻(pin)率(lv)和(he)幅(fu)值(zhi)範(fan)圍(wei)內(nei)
，輸(shu)出(chu)量(liang)與(yu)輸(shu)入(ru)量(liang)成(cheng)正(zheng)比(bi)時(shi)，成(cheng)為(wei)線(xian)性(xing)變(bian)卦(gua)。實(shi)際(ji)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)校(xiao)準(zhun)結(jie)果(guo)與(yu)線(xian)性(xing)偏(pian)離(li)的(de)程(cheng)度(du)稱(cheng)為(wei)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)非(fei)線(xian)性(xing)度(du)。該(gai)指(zhi)標(biao)越(yue)小(xiao)越(yue)好(hao)。

 

頻率響應

 

一般加速度傳感器的工作頻率上限為自身諧振頻率的1/3zuoyou，tongchangjiasuduchuanganqidipintexingjiaocha
，xinhaoshuaijianyanzhong
，erzaigaopinduanxianxingducha，feixianxingyingxiangjiaoda。zaishijiyingyongzhong，tumugongchengjiegoudepinlvfanweizai0.2~1kHz左右，通用機械設備大多屬於中頻段，頻率範圍在0.5~5kHz左右。高能動力裝置由低頻至高頻段，頻率範圍會大於5kHz。另ling外wai，傳chuan感gan器qi安an裝zhuang的de剛gang性xing對dui傳chuan感gan器qi測ce量liang的de頻pin率lv範fan圍wei也ye有you一yi定ding影ying響xiang。工gong業ye級ji加jia速su度du傳chuan感gan器qi的de頻pin率lv響xiang應ying範fan圍wei直zhi接jie影ying響xiang其qi在zai不bu同tong應ying用yong場chang景jing中zhong的de測ce量liang效xiao率lv。

 

從(cong)上(shang)麵(mian)的(de)指(zhi)標(biao)我(wo)們(men)可(ke)以(yi)看(kan)出(chu)，工(gong)業(ye)級(ji)加(jia)速(su)度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)量(liang)程(cheng)範(fan)圍(wei)相(xiang)較(jiao)於(yu)非(fei)工(gong)業(ye)級(ji)傳(chuan)感(gan)器(qi)更(geng)加(jia)寬(kuan)大(da)
，工(gong)作(zuo)溫(wen)度(du)區(qu)間(jian)能(neng)經(jing)受(shou)住(zhu)較(jiao)大(da)範(fan)圍(wei)高(gao)低(di)溫(wen)的(de)循(xun)環(huan)轉(zhuan)換(huan)，並(bing)在(zai)這(zhe)樣(yang)的(de)工(gong)況(kuang)下(xia)可(ke)以(yi)保(bao)證(zheng)相(xiang)對(dui)較(jiao)好(hao)的(de)靈(ling)敏(min)度(du)，且(qie)能(neng)夠(gou)將(jiang)橫(heng)向(xiang)靈(ling)敏(min)度(du)控(kong)製(zhi)在(zai)盡(jin)可(ke)能(neng)小(xiao)的(de)範(fan)圍(wei)內(nei)，同(tong)時(shi)要(yao)能(neng)夠(gou)承(cheng)受(shou)住(zhu)上(shang)千(qian)g的de衝chong擊ji。這zhe些xie要yao素su的de集ji合he，等deng於yu對dui傳chuan感gan器qi的de研yan發fa設she計ji與yu生sheng產chan製zhi造zao提ti出chu了le極ji高gao的de要yao求qiu。在zai實shi際ji製zhi造zao過guo程cheng中zhong每mei一yi個ge微wei小xiao的de工gong藝yi上shang的de誤wu差cha，都dou會hui對dui傳chuan感gan器qi本ben身shen帶dai來lai巨ju大da的de影ying響xiang。

 

PCB與B&K作為國際知名的傳感器專業製造商在產品技術規格上的要求是嚴謹和苛刻的
，在實際應用中有口皆碑。值得一提的是，西人馬（FATRI）zuoweiyigezhongguozizhuchuanganqipinpai
，zaizheyangduandeshijianneinengjiangchanpinzuodaozheyangdegaodu，budebushuozheshiyigejubeijiqiangjishushilideqiye。bijingzaichuanganqizhizaozhegexingyeli，zaigongchengjishuzhong
，jishushiliyuyanfashejinenglishidiyishengchanli。

 

 

筆者從多方了解到
，西人馬（FATRI）是一家擁有材料、傳感器芯片設計製造
、封裝、測試、精密傳感器製造等全方位能力的硬核科技公司。這家公司在短短5年時間裏，首創了如基座楔形自鎖剪切結構的等國際專利設計多達600多項。在先進傳感器製造這樣一個重資產、技術門檻高、研發周期長的行業裏
，做出這樣具備競爭力的工業級傳感器，在當下浮躁、投(tou)機(ji)的(de)環(huan)境(jing)中(zhong)
，更(geng)顯(xian)得(de)難(nan)能(neng)可(ke)貴(gui)。作(zuo)為(wei)行(xing)業(ye)中(zhong)的(de)一(yi)員(yuan)，筆(bi)者(zhe)能(neng)夠(gou)想(xiang)象(xiang)
，在(zai)這(zhe)個(ge)過(guo)程(cheng)中(zhong)不(bu)知(zhi)要(yao)經(jing)曆(li)多(duo)少(shao)艱(jian)辛(xin)與(yu)磨(mo)難(nan)。但(dan)這(zhe)種(zhong)付(fu)出(chu)與(yu)堅(jian)守(shou)是(shi)值(zhi)得(de)的(de)
，我(wo)們(men)需(xu)要(yao)更(geng)多(duo)這(zhe)種(zhong)能(neng)夠(gou)耐(nai)得(de)住(zhu)寂(ji)寞(mo)，具(ju)備(bei)工(gong)匠(jiang)精(jing)神(shen)的(de)科(ke)技(ji)創(chuang)新(xin)企(qi)業(ye)。

 

當前，各種工程技術與前沿科技高速發展的趨勢下，在工業傳感器的領域裏，歐、美、日(ri)產(chan)品(pin)仍(reng)極(ji)具(ju)競(jing)爭(zheng)力(li)。但(dan)隨(sui)著(zhe)全(quan)球(qiu)市(shi)場(chang)需(xu)求(qiu)的(de)發(fa)展(zhan)，相(xiang)信(xin)未(wei)來(lai)會(hui)有(you)更(geng)多(duo)中(zhong)國(guo)傳(chuan)感(gan)器(qi)自(zi)主(zhu)品(pin)牌(pai)走(zou)向(xiang)世(shi)界(jie)，與(yu)國(guo)際(ji)廠(chang)商(shang)同(tong)台(tai)角(jiao)逐(zhu)，一(yi)爭(zheng)高(gao)下(xia)。國(guo)際(ji)局(ju)勢(shi)的(de)風(feng)雲(yun)激(ji)蕩(dang)，時(shi)刻(ke)牽(qian)動(dong)著(zhe)市(shi)場(chang)格(ge)局(ju)變(bian)化(hua)。作(zuo)為(wei)後(hou)發(fa)者(zhe)，需(xu)要(yao)秉(bing)持(chi)初(chu)心(xin)
，堅(jian)定(ding)不(bu)移(yi)的(de)走(zou)自(zi)主(zhu)研(yan)發(fa)製(zhi)造(zao)的(de)正(zheng)確(que)路(lu)線(xian)。筆(bi)者(zhe)希(xi)望(wang)能(neng)有(you)更(geng)多(duo)像(xiang)西(xi)人(ren)馬(ma)（FATRI）這樣具備核心技術實力的中國傳感器自主品牌廠商能夠在更多的應用領域與歐
、美、日等國外傳感器企業同台角逐。

 

在這個機遇與挑戰並存的時代裏，唯有努力拚搏才能占有一席之地，埃隆.馬斯克在其自傳中說：“所謂創業，就是嚼著玻璃凝視深淵。既然必須穿過地獄，那就走下去”。

 

知識分享

 

1.壓電效應：壓電晶體受力變形後，其內部會產生極化現象，同時在它的兩個表麵產生符號相反的電荷，當被測振動頻率遠低於加速度計的固有頻率（諧振頻率）時，則力的變化與被測加速度成正比。當外力去除後，又重新恢複到不帶電狀態，這種現象稱為“壓電效應”。

 

2.對工作狀態下的待測結構進行測量時，最好使用帶有“隔離”的傳感器。如果傳感器本身不具備隔離，可在傳感器底部增加絕緣材料充當隔離器件。

 

3.應用的傳感器的工作頻率區間

，稍高於實際測量的帶寬較為適宜。

 

4.軸向很重要，單軸加速度傳感器通常用於測量簡單的振動和加速度情況；雙軸加速度傳感器是指測量沿X軸與Y軸的加速度和振動（前、後&左、右）
；三軸加速度傳感器即將Z軸加入到雙軸加速度傳感器中，以便用於複雜的三維定位和測量。

 

5.加速度傳感器還受到振動頻率範圍限製，必須與預期應用的頻率匹配。