压电加速度计结构与其输出灵敏度的关系

　　一、引言

　　在对中心压缩式结构的压电加速度计进行检测时，我们发现它的输出灵敏度会随着时间的推移产生上下波动，而剪切式结构的压电加速度计的输出灵敏度随时间的变化却要小得多。就此现象，我们从它们的结构差异、压电陶瓷片的感受面不同等方面进行了分析和检测。

　　二、结构分析

　　众所周知，用于振动检测的传统压电加速度计可分为压缩式和剪切型。压缩式压电加速度计主要有中心压缩式(图 1)和倒装中心压缩式(图 2)，而剪切式压电速度计则有环形剪切(图 3)、平面剪切(图 4)、三角剪切(图 5)等类型。压缩式压电加速度计的特点是：机械加工简单，装配方便，输出灵敏度较高，成本和售价低，相对来说，剪切式压电加速度计的机械加工和装配则比较复杂，但由于技术性含量高，其成本和售价也较高。

　　在进行振动检测时，现场工作人员关心的是拾取被检信号的准确性，这就要求作为一次仪表的压电加速度计的一些性能指标如横向灵敏度、温度瞬变灵敏度、声灵敏然度、磁灵敏度、基座应变灵敏度等要小。　

        压缩式压电加速度计的敏感元件(压电系数为 d33)是直接安放在传感器的底座上面的，由于是面与面的接触，所以其能强烈的感受到来自被测对象的振动量，同时也包括一些干扰信号。此外，装配时产生的误差以及长时间的使用或承受较大量级的振动后，紧固压电陶瓷片和质量块的预紧螺母与螺丝之间产生的松动(因所处空间和结构的原因，螺母与螺丝之间不可能增加保险丝或保险栓，更不可能在它们之间涂上容易老化的胶粘剂)，还有因预紧螺母自身平面的垂直度不好而导致的整个压电陶瓷片工作面与加速度计底座的接触不理想、不可靠，都会带来性能与测试的误差。

　　而剪切式的敏感元件是以线的形式垂直的固定在传感器的底座上(压电系数为 d15)，且与传感器的底座完全隔离，因此其不会直接感受被测对象的振动量;加之紧固压电陶瓷片和质量块的并不是预紧螺母与螺丝，所以剪切式压电加速度计的横向灵敏度和各项环境灵敏度要比压缩式要小得多。

　　比如，一般剪切式压电加速度计的横向灵敏度在 5%以内，而压缩式压电加速度计的横向灵敏度大多要超过 10%以上，甚至更多。至于温度瞬变灵敏度、声灵敏度、磁灵敏度、基座应变灵敏度等环境灵敏度，两者的差距要在 1~2个数量级以上(可见表 4)。

　　在此有必要说明一下，同样考虑装配后整个压电陶瓷片工作面的接触程度，如果是在平面剪切和三角剪切压电加速度计的装配中，对预紧套装配处理，不是采用过盈配合，而是采用热压的工艺，那么整个压电加速度计的质量和精度肯定会更理想、可靠。