如何选择、使用并信赖压电式加速度传感器

动态振动测量在众多领域至关重要，涵盖军工、汽车 / 卡车与机械设备，以及半导体晶圆厂等关键制造场所，甚至可用于地震事件的探测与监测。压电式加速度传感器是这类测量中常用的传感器之一。

压电式加速度传感器的选型参数包括：响应类型（交流或直流）、灵敏度、输出类型（电荷或电压）、频率范围、幅值（重力加速度 g 值）、宽带分辨率、频谱噪声、横向灵敏度、集成电子器件 / 信号调理、安装方式（螺柱、粘接、通孔等）、连接器类型，以及环境条件（包括工作温度范围、过载极限、灵敏度温度系数）。

近年来（1980 年起）新增了适用于多场景的速度评判（VC）曲线规范。图 1 展示了最新版 VC 等级的均方根速度（单位：µm/s）随 1/3 倍频程频率（单位：Hz）的变化曲线。根据国际标准化组织（ISO），前四个振动等级体现了四种不同建筑环境振动对人体的典型影响。VC 限值被广泛用于评估和管控振动对精密医疗、科研设备及其他地震敏感场景的影响。

注：VC‑B 及以上曲线采用公制单位，较低等级曲线采用英制单位。VC‑C 至 VC‑G 仅规定了低等级限值；VC‑H 至 VC‑M 不建议作为设计标准，仅用于超安静研究场所的评估。

图 1. 适用于多场景的速度评判（VC）曲线覆盖范围极广。此更新版本标注了 NIST‑A、NIST AI 以及 VC‑H 至 VC‑M 等级。（图片来源：Minus K Technology）

选择

选择合适的压电式加速度传感器，需满足特定应用的关键参数要求。美国供热、制冷与空调工程师协会（ASHRAE）、环境科学与技术研究所（IEST）、美国钢结构学会（AISC）、美国国家标准与技术研究院（NIST）等行业机构，为多项振动参数提供了要求与评判标准。

供应商数据手册中最重要的信息，或许是其产品是否符合应用所需的特定等级。若未明确标注，用户应联系供应商确认传感器的目标性能。例如，图 2 对比了一款超高灵敏度加速度传感器的底噪与 VC‑G、NIST‑A 等级。该传感器可在全频段内评估 VC‑G 合规性，并在低至约 0.5 Hz 的频率下评估 NIST‑A 合规性。

图 2. 单轴地震加速度传感器底噪与 VC‑G、NIST‑A 限值对比。（图片来源：PCB）

使用

除依据量程、带宽等参数选择合适传感器外，通常还需对偏移量与量程进行校准，并遵循其他应用评判标准。

由于振动的频率与幅值范围取决于加速度传感器的速率与噪声水平，可能需要通过低通滤波器或减震器滤除噪声。

为获得最佳效果，传感器的数据采样速率应至少为被测最高振动频率的4 倍。如需实现精确的三维姿态测量，往往需要采用卡尔曼滤波等传感器融合技术。

大多数工业加速度传感器的频率响应以 ±3 dB 点为标定值，因此安装方式会显著改变加速度传感器系统（传感器 + 安装座）的标定范围，必须保证牢固安装。同时，传感器的底噪必须远小于被测信号。

加速度传感器供应商官网通常会提供应用建议与使用技巧，其中常包含安装与操作说明。例如《传感器安装对测量的影响》一文指出了多个会显著影响测量重复性与可靠性的安装要点。

信赖

将三个单轴加速度传感器安装在金属立方体上，常用于模拟三轴测量。若传感器安装不当，或其相对方向未完全正交（互成 90°），测量结果会出现明显偏差，在估算旋转刚度时偏差尤为显著。

三轴加速度传感器的一项关键性能指标是串扰，即外力作用时非被测轴向可能产生的最大信号。例如，在 X 方向施加激励时，Y 方向测到虚假振动，即为串扰。产品手册会标注横向灵敏度来量化这一效应。为满足指标要求，三轴加速度传感器会经过精密装配以最小化串扰。

线缆布线会影响测量结果（可靠性与精度）和线缆寿命。供应商数据手册同样会提供应用建议以减少相关问题。

终身质保承诺，或许是让你信赖所选加速度传感器的最后一环。