高低频测量压电加速度传感器应用指南及技术特点

    工程振动量值的物理参数常用位移、速度和加速度来表示。由于在通常的频率范围内振动位移幅值量很小，且位移、速度和加速度之间都可互相转换，所以在实际使用中振动量的大小一般用加速度的值来度量。常用单位为：米/秒2 （m/s2），或重力加速度（g）。

    描述振动信号的另一重要参数是信号的频率。绝大多数的工程振动信号均可分解成一系列特定频率和幅值的正弦信号，因此，对某一振动信号的测量，实际上是对组成该振动信号的正弦频率分量的测量。对传感器主要性能指标的考核也是根据传感器在其规定的频率范围内测量幅值的高低来评定。

    常用的振动测量传感器按各自的工作原理可分为压电式、压阻式、电容式、电感式以及光电式。压电式加速度传感器因为具有测量频率范围宽、量程大、体积小、重量轻、对被测件的影响小以及安装使用方便，所以成为常用的振动测量传感器。

    传感器的种类选择

    ·压电式- 原理和特点

    压电式传感器是利用弹簧质量系统原理。敏感芯体质量受振动加速度作用后产生一个与加速度成正比的力，压电材料受此力作用后沿其表面形成与这一力成正比的电荷信号。压电式加速度传感器具有动态范围大、频率范围宽、坚固耐用、受外界干扰小以及压电材料受力自产生电荷信号不需要任何外界电源等特点，是被为广泛使用的振动测量传感器。虽然压电式加速度传感器的结构简单，商业化使用历史也很长，但因其性能指标与材料特性、设计和加工工艺密切相关，因此在市场上销售的同类传感器性能的实际参数以及其稳定性和一致性差别非常大。与压阻和电容式相比，其的缺点是压电式加速度传感器不能测量零频率的信号。

    ·压阻式

    应变压阻式加速度传感器的敏感芯体为半导体材料制成电阻测量电桥，其结构动态模型仍然是弹簧质量系统。现代微加工制造技术的发展使压阻形式敏感芯体的设计具有很大的灵活性以适合各种不同的测量要求。在灵敏度和量程方面，从低灵敏度高量程的冲击测量，到直流高灵敏度的低频测量都有压阻形式的加速度传感器。同时压阻式加速度传感器测量频率范围也可从直流信号到具有刚度高，测量频率范围到几十千赫兹的高频测量。超小型化的设计也是压阻式传感器的一个亮点。需要指出的是尽管压阻敏感芯体的设计和应用具有很大灵活性，但对某个特定设计的压阻式芯体而言其使用范围一般要小于压电型传感器。压阻式加速度传感器的另一缺点是受温度的影响较大，实用的传感器一般都需要进行温度补偿。在价格方面，大批量使用的压阻式传感器成本价具有很大的市场竞争力，但对特殊使用的敏感芯体制造成本将远高于压电型加速度传感器。

    ·电容式

    电容型加速度传感器的结构形式一般也采用弹簧质量系统。当质量受加速度作用运动而改变质量块与固定电极之间的间隙进而使电容值变化。电容式加速度计与其它类型的加速度传感器相比具有灵敏度高、零频响应、环境适应性好等特点，尤其是受温度的影响比较小；但不足之处表现在信号的输入与输出为非线性，量程有限，受电缆的电容影响，以及电容传感器本身是高阻抗信号源，因此电容传感器的输出信号往往需通过后继电路给于改善。在实际应用中电容式加速度传感器较多地用于低频测量，其通用性不如压电式加速度传感器，且成本也比压电式加速度传感器高得多。

    压电式传感器的敏感芯体材料和结构形式

    ·压电材料

    压电材料一般可以分为两大类，即压电晶体和压电陶瓷。在压电型加速度计的常用的压电晶体为石英，其特点为工作温度范围宽，性能稳定，因此在实际应用中经常被用作标准传感器的压电材料。由于石英的压电系数比其他压电材料低得多，因此对通用型压电加速度计而言更为常用的压电材料为压电陶瓷。压电陶瓷中锆钛酸铅（PZT）是目前压电加速度计中经常使用的压电材料。其特点为具有较高的压电系数和居里点，各项机电参数随温度时间等外界条件的变化相对较小。必须指出的是，就同一品种的压电陶瓷而言，虽然都有相同的基本特性，但由于制作工艺不同可以使两个相同材料的压电陶瓷的具体性能指标相差甚大。这种现象可以通过典型的国产传感器和进口传感器的比较得以反映，国内振动测试业几十年的经验对此深有体会。 ·传感器敏感芯体的结构形式

    压电加速度传感器的敏感芯体一般由压电材料和附加质量块组成，当质量块受到加速度作用后便转换成一个与加速度成正比并加载到压电材料上的力，而压电材料受力后在其表面产生一个与加速度成正比的电荷信号。压电材料的特性决定了作用力可以是受正应力也可以是剪应力，压电材料产生的电荷大小随作用力的方向以及电荷引出表面的位置而变。根据压电材料不同的受力方法，常用传感器敏感芯体的结构一般有以下三种形式：

    １）压缩形式– 压电材料受到压缩或拉伸力而产生电荷的结构形式。压缩式敏感芯体是加速度传感器中为传统的结构形式。其特点是制造简单方便，能产生较高的自振谐振频率和较宽的频率测量范围。而的缺点是不能有效地排除各种干扰对测量信号的影响。

    ２）剪切形式– 通过对压电材料施加剪切力而产生电荷的结构形式。从理论上分析在剪切力作用下压电材料产生的电荷信号受外界干扰的影响甚小，因此剪切结构形式成为为广泛使用的加速度传感器敏感芯体。然而在实际制造过程中，确保剪切敏感芯体的加速度计持有较高和稳定的频率测量范围却是传感器制造中工艺中为困难的一个环节。北智BW-Sensor 采用进口记忆金属材料的紧固件从而保证传感器具有稳定可靠的谐振频率和频率测量范围。

    ３）弯曲变形梁形式- 压电材料受到弯曲变形而产生电荷的结构形式。弯曲变形梁结构可产生比较大的电荷输出信号，也较容易实现控制阻尼；但因为其测量频率范围低，更由于此结构不能排除因温度变化而极容易产生的信号漂移，所以此结构在压电型加速度计的设计中很少被采用。

    压电式加速度传感器的信号输出形式

    ·电荷输出型

    传统的压电加速度计通过内部敏感芯体输出一个与加速度成正比的电荷信号。实际使用中传感器输出的高阻抗电荷信号必须通过二次仪表将其转换成低阻抗电压信号才能读取。由于高阻抗电荷信号非常容易受到干扰，所以传感器到二次仪表之间的信号传输必须使用低噪声屏蔽电缆。由于电子器件的使用温度范围有限，所以高温环境下的测量一般还是使用电荷输出型。北智BW-Sensor采用进口陶瓷的加速度计可在温度-40oC~250oC 范围内长期使用。

    ·低阻抗电压输出型（IEPE）

    IEPE 型压电加速度计即通常所称的ICP 型压电加速度计。压电传感器换能器输出的电荷通过装在传感器内部的前置放大器转换成低阻抗的电压输出。IEPE 型传感器通常为二线输出形式，即采用恒电流电压源供电；直流供电和信号使用同一根线。通常直流电部分在恒电流电源的输出端通过高通滤波器滤去。IEPE 型传感器的优点是测量信号质量好、噪声小、抗外界干扰能力强和远距离测量，特别是新型的数采系统很多已配备恒流电压源，因此，IEPE 传感器能与数采系统直接相连而不需要任何其它二次仪表。在振动测试中IEPE 传感器已逐渐取代传统的电荷输出型压电加速度计。

    传感器的灵敏度，量度和频率范围的选择

    压电型式的加速度计是振动测试的主要传感器。虽然压电型加速度计的测量范围宽，但因市场上此类加速度计品种繁多，所以给正确的选用带来一定的难度。作为选用振动传感器的一般原则：正确的选用应该基于对测量信号以下三方面的分析和估算。

    a.被测振动量的大小 b.被测振动信号的频率范围 c.振动测试现场环境

    以下将针对上述三个方面并参照传感器的相关技术指标对具体的选用作进一步地讨论

    ·传感器的灵敏度与量程范围

    传感器的灵敏度是传感器的基本指标之一。灵敏度的大小直接影响到传感器对振动信号的测量。不难理解，传感器的灵敏度应根据被测振动量（加速度值）大小而定，但由于压电加速度传感器是测量振动的加速度值，而在相同的位移幅值条件下加速度值与信号的频率平方成正比，所以不同频段的加速度信号大小相差甚大。大型结构的低频振动其振动量的加速度值可能会相当小，例如当振动位移为 1mm, 频率为1 Hz 的信号其加速度值仅为0.04m/s2（0.004g）；然而对高频振动当位移为0.1mm，频率为10 kHz的信号其加速度值可达4 x 10 5m/s2 （40000g）。因此尽管压电式加速度传感器具有较大的测量量程范围，但对用于测量高低两端频率的振动信号，选择加速度传感器灵敏度时应对信号有充分的估计。常用的振动测量压电式加速度计灵敏度，电压输出型（IEPE 型）为50~100 mV/g，电荷输出型为10 ~ 50 pC/g。

    加速度值传感器的测量量程范围是指传感器在一定的非线性误差范围内所能测量的测量值。通用型压电加速度传感器的非线性误差大多为1%。作为一般原则，灵敏度越高其测量范围越小，反之灵敏度越小则测量范围越大。

    冲击传感器的非线性误差可以有两种方法表示：全量程偏差或按分段量程的线性误差。前者是指传感器的全量程输出为基准的误差百分数，即无论测量值得大小其误差均为按全量程百分数计算而得的误差值。按分段量程的线性误差其计算方法与全量程偏差相同，但基准不用全量程而是以分段量程来计算误差值。例如量程为20000g 的传感器，如全量程偏差为1% ，其线性误差在全量程内为200g；但当传感器按分段量程5000g ，10000g ，20000g 来衡量其线性误差，其误差仍为1% 时，则传感器在不同的3个量程段内线性误差则分别为50g ，100g ，200g。

    ·传感器的测量频率范围

    传感器的频率测量范围是指传感器在规定的频率响应幅值误差内（±5%, ±10%, ±3dB）传感器所能测量的频率范围。频率范围的高，低限分别称为高，低频截至频率。截至频率与误差直接相关，所允许的误差范围大则其频率范围也就宽。作为一般原则，传感器的高频响应取决于传感器的机械特性，而低频响应则由传感器和后继电路的综合电参数所决定。高频截止频率高的传感器必然是体积小，重量轻，反之用于低频测量的高灵敏度传感器相对来说则一定体积大和重量重。

    1） 传感器的高频测量范围

    高频截止频率是指在所规定的传感器频率响应幅值误差（±5%,±10%或±3dB）内所能测量的频率信号。高频截止频率直接与误差值大小相关，规定的误差范围大则其相应的高频截止频率也相对较高。所以不同传感器的高频截止频率指标必须在相同的误差条件下进行比较。

    高频截止频率高的传感器其敏感芯体一定具有较高的固有频率，所以传感器的灵敏度就相对较低。选用高频率测量的传感器时，为了满足传感器的高频频率响应指标，需要适当降低对其灵敏度的要求。压电式加速度传感器的高频特性取决于传感器机械结构的一阶谐振频率，实际使用中传感器的一阶谐振频率往往是其安装谐振频率。安装谐振频率则由传感器内部敏感芯体的固有频率以及传感器的总体质量和安装偶合刚度综合决定。安装谐振频率的高低将直接影响传感器的高频测量范围，所以在具有稳定的敏感芯体谐振频率的前提下，提高安装耦合刚度是保证高频测量的重要条件。

    在同样的安装条件下一般说传感器的重量越轻其安装谐振频率越高，其高频截止频率也越高。当然决定传感器高频响应的基本因素还是传感器内部敏感芯体的固有频率。BW-sensor的内部敏感芯体采用国外先进的记忆金属，敏感芯体不仅有较高的固有频率而且有非常稳定的频率响应特性。BW-sensor的高频响应特性及其一致性远优于仅靠零部件公差配合或安装螺钉紧固等方法而设计制造的剪切型加速度计。

    传感器的安装形式，安装谐振频率

    传感器生产厂商提供的高频截止频率都是在采用较理想的安装条件下所获得的。实际使用中传感器的安装形式的不同和安装质量的好坏会直接影响安装偶合刚度，进而改变传感器的测量高频截止频率。不同安装方式（螺钉，粘接，吸铁磁座和手持）所对应不同安装谐振频率的特征已在很多振动测量的文献中被阐述；但有必要指出当不同形式的安装方式组合在一起（如螺钉安装加配吸铁座），传感器的高频响应将被频率响应的安装形式所制约。高频测量的安装方式往往采用螺钉安装形式。为了达到理想的效果，被测对象的表面必需达到所规定的平度和光洁度要求以及传感器安装时应所规定的扭矩，以尽可能地提高安装偶合刚度保证传感器高频截止频率。传感器的高频截止频率越高则对传感器的安装要求也越高，因此使用高频测量传感器的用户必须认真对待传感器的安装。

    传感器的输出接头形式和电缆对测量信号的影响

    传感器的信号输出接头也是潜在的影响高频测量的重要因素。在实际应用中传感器的接头和电缆也是传感器的组成部分。各种形式的接头，电缆接头与传感器的联接，以及电缆的重量和电缆相对于被测物体的固定形式也将直接影响传感器的谐振频率。传感器的重量越轻，接头和电缆对高频测量的影响越显着。所以当安装条件许可的情况下小型高频测量传感器的接头形式应首先考虑联体电缆，联体电缆具有可动零件少，重量轻的特点，比较适合高频测量。

    典型高频测量传感器

    低阻电压输出型

    D111/D112灵敏度1mV/ms-2,频率范围0.5Hz~10kHz,M5顶/侧端输出

    重量：12克，尺寸：13mm（六角）x19mm（高），M5螺钉安装

    D121/D122灵敏度2mV/ms-2,频率范围0.5Hz~10kHz,M5顶/侧端输出

    重量：12克，尺寸：13mm（六角）x19mm（高），M5螺钉安装

    电荷输出型

    D21100灵敏度0.1pC/ms-2,频率范围1Hz~12kHz,M5顶端输出

    重量：7克，尺寸：10mm（六角）x19mm（高），连体M6螺钉安装

    D21103灵敏度0.1pC/ms-2,频率范围1Hz~12kHz,M5顶端输出

    重量：7克，尺寸：10mm（六角）x23mm（高），外壳绝缘，连体M6螺钉安装

    D221/D222灵敏度0.3pC/ms-2,频率范围1Hz~12kHz,M5顶端/连体电缆侧端输出

    重量：2克，尺寸：7mm（六角）x12~16mm（高），M3螺钉安装

    一般情况下传感器的高频截止频率与输出信号的形式（即电荷型或低阻电压型）无关；而与传感器的结构设计，制造以及安装形式和安装质量都密切相关。以下表格是对不同型式加速度传感器的高频响应作一个定性的归类，供用户在选用时对比和参考。

 

高频响应	外形, 重量和灵敏度	敏感芯体形式	总体设计	安装形式
	体积小, 重量轻, 低灵敏度	压缩型	单层壳通用型	螺钉安装
好	通用型	剪切型	单层壳带绝缘座	吸铁, 粘接
差	个大, 体重, 高灵敏度	弯曲梁形式	双层屏蔽壳	手持

    2） 传感器的低频测量范围

    电荷输出型加速度计不适合用于低频测量

    由于低频振动的加速度信号都很微小，而高阻抗的小电荷信号非常容易受干扰；当测量对象的体积越大，其测量频率越低，则信号的信噪比的问题更为突出。因此在目前带内置电路加速度传感器日趋普遍的情况下应尽量选用电噪声比较小，低频特性优良的低阻抗电压输出型压电加速度传感器。

    传感器的低频截止频率

    与传感器的高频截止频率类同，低频截止频率是指在所规定的传感器频率响应幅值误差（±5%,±10%或±3dB）内传感器所能测量的频率信号。误差值越大其低频截止频率也相对越低。所以不同传感器的低频截止频率指标必须在相同的误差条件下进行比较。

    低阻抗电压输出型传感器的低频特性是由传感器敏感芯体和内置电路的综合电参数所决定的。其频率响应特性可以用模拟电路的一阶高通滤波器特性来描述，所以传感器的低频响应和截止频率完全可以用一阶系统的时间常数来确定。从实用角度来看，由于传感器的甚低频频率响应的标定比较困难，而通过传感器对时间域内阶跃信号的响应可测得传感器的时间常数；因此利用传感器的低频响应与一阶高通滤波器的特性几乎一致的特点，通过计算可方便地获得传感器的低频响应和与其对应的低频截至频率。

    传感器的灵敏度，低频噪声特性和动态响应范围

    用于低频测量的传感器一般要求有比较高的灵敏度以满足低频小信号的测量。但灵敏度的增加往往是有限的。虽然加速度传感器灵敏度是能达到10V/g或更高，但是灵敏度高往往带来其他的负面效应，比如传感器的稳定性，抗过载能力，以及对周边环境干扰的敏感性。因此追求过高灵敏度并不一定能解决微小信号的测量，相反高分辨率和低噪声的传感器在工程应用中往往更容易解决实际问题。所以选用具有低电噪声的传感器在低频测量中尤为重要。

    为了表明传感器所能测量的信号大部分商业化的加速度计也都提供分辨率或电噪声指标。国内绝大部分传感器的宽带电噪声指标一般都标为20μV,而BW-sensor的宽带电噪声指标已降低到10μV。然而对低频小信号测量来说，仅提供宽频带的电噪声并不能完全反映传感器在低频范围内加速度测量的分辨率；这是因为由内置电路引起的低频噪声大小与频率的倒数成正比，即所谓1/f噪声，当测量频率很低时传感器的电噪声输出按指数幅度增长。所以传感器的低频电噪声的数值与宽带电噪声指标是完全不同的而且频率越低这种差别越明显。因此用于甚低频测量的传感器其分辨率常用传感器输出电噪声的功率谱密度表示。此指标的实用意义是传感器在特定频率下的噪声大小，其单位是一般用μV/√Hz或μg/√Hz来表示。BW-sensor内置电路电噪声功率谱密度的典型值为3μV/√Hz@10Hz。

    传感器的瞬态温度响应对低频测量的影响

    由于压电陶瓷的特性，压电式加速度计对温度的突然变化都会产生不同程度的电荷输出。传感器的瞬态温度响应指标就是衡量传感器对温度变化的敏感程度。这对低频测量尤为重要。由于低频测量的信号很小，而传感器因环境温度变化极可能产生与低频振动信号相当的误差；这两种信号在甚低频范围内很难区分，因此如何减小环境温度变化对传感器输出的影响在低频测量中显得非常重要。传感器的瞬态温度响应指标单位是g/oC,表示瞬态温度每变化一度所相当的加速度输出，其值是通过电压（电荷）输出和传感器灵敏度之间的换算得到的。

    传感器的瞬态温度响应是由压电材料直接导致的，因此压电陶瓷对由温度突变所致的电荷输出大小决定了这一指标的好坏。BW-sensor选用目前国外综合性能指标的压电陶瓷并结合记忆金属制成的用于低频测量的加速度传感器经国防兵器、航天和大型结构多年的使用验证了传感器具有优越的低频输出稳定性和抗干扰性能。实际甚低频测量中，为了减低环境温度变化对传感器低频信号输出的影响，传感器的外壳尽可能采用隔热保护套。

    传感器的安装基座和基座应变对测量的影响

    由于低频测量传感器对高频响应的要求不高因此传感器使用任何种安装方式一般都能满足要求。但需要注意两个问题，其一是传感器应尽量考虑使用绝缘底座以避免任何由对地回路引起的噪声影响测量信号。其二是应考虑传感器安装处的被测结构应变对传感器输出的影响，即传感器应变灵敏度大小。剪切结构形式的压电加速度传感器具有良好的基座应变特性，一般都能满足通常的低频结构测试。如果结构应变过大对传感器的测量信号有影响，可通过减小传感器与被测结构之间的接触面积来降低结构应变对传感器测量带来的影响。

    低阻电压输出典型低频测量传感器

    D171/D172灵敏度100mV/ms-2,频率范围0.04Hz~1.5kHz,宽频电噪声10μV

    低频分辨率1μg/√Hz@2Hz,M5顶/侧端输出

    D14105/D14205灵敏度10mV/ms-2,频率范围0.1Hz~8kHz,宽频电噪声10μV

    低频分辨率1μg/√Hz@2Hz,M5顶/侧端输出

    小型化设计，重量12克，尺寸16mm（六角）x21mm（高），M5螺钉安装

    D17110灵敏度100mV/ms-2,频率范围0.04Hz~1.5kHz,宽频电噪声10μV

    低频分辨率1μg/√Hz@2Hz,绝缘安装底座，顶端连体电缆输出

    传感器的整体封装设计与电缆

    ·传感器的封装形式

    压电式传感器的工作原理是利用敏感芯体的压电效应，而压电材料产生的是高阻抗的电荷信号。传感器敏感芯体的绝缘阻抗与传感器的低频测量截止频率存在着相互对应的关系。为了保证传感器的低频响应，传感器壳体封装设计应使敏感芯体与外界隔绝，以防止压电陶瓷受到任何污染而导致其绝缘阻抗下降。敏感芯体绝缘阻抗下降对传感器性能造成的直接影响表现为低频响应变差，严重时还将造成传感器灵敏度改变。为保证传感器的密封特性，大多传感器的封装采用激光焊接。同时在当今密封材料品种多样，性能日益完善的情况下，针对不同的使用环境，采用合适的密封材料替代激光焊接也能达到传感器密封的要求。但必须指出不同的密封材料效果差异很大。北智公司采用国外品牌的密封材料并经过通过了多年的环境厉行试验验证。

    在工业现场测试现场，为防止电磁场对传感器信号的影响，对用于工业现场的在线监测传感器往往要求传感器采用双重屏蔽壳封装形式。双层屏蔽结构的传感器输出接头一般采用双芯工业接头或联体电缆输出形式。由于双层屏蔽壳的结构特点和双芯输出电缆，传感器的高频特性一般将受到较大的制约，因此如果用户必须选用双层屏蔽型传感器进行高频振动信号测量，应谨慎考虑。

    ·传感器输出接头形式

    M5 （M6） 接头是加速度传感器为常用的输出接头形式。M5接头特点是尺寸较小，一般配用直径较细的电缆 （2mm 或 3mm ），比较适合振动实验的测试。另外M5 （M6） 的结构型式对信号屏蔽较好，所以对电荷输出型加速度传感器因其输出为较容易受干扰的高阻抗信号一般均采用M5 （M6） 接头。测量振动的加速度传感器接头一般避免使用Q9 （BNC）， 原因是Q9 （BNC），接头组件没有螺纹联接，构件之间的机械耦合刚度较低；因此如果加速度传感器输出采用Q9（BNC），其将会影响传感器的高频响应。

    用于工业环境下的振动测量加速度传感器按可分为巡回检测和在线监测，前者一般采用单层壳屏蔽型式，因此传感器的接头较多使用M6 或TNC接头。而在线监测因经常采用双层屏蔽的结构型式，与其对应的电缆为双芯屏蔽电缆，所以双芯工业接头如M12, M16 以及C5015均被广泛使用。另外连体电缆具有较高的可靠性，因此在工业环境下使用的传感器无论是单层和双层屏蔽的结构都广泛采用连体电缆为输出接头的形式。

    需要指出的是无论是那一种输出接头对水下测量都有其局限性，即使传感器本身密封性能达到要求，但电缆联接一般都需要做特殊处理后才能用于水下测量。

    ·电缆的选择

    对输出为高阻抗信号的电荷型压电型传感器而言，为保证测量信号不受因电缆移动而造成噪声的影响，传感器的输出信号电缆一般都采用低噪声电缆。而输出为低阻抗电压信号的IEPE 传感器，低噪声电缆并不一定是必需的。高频，低频信号对电缆不同要求的典型的例子是多轴向测量传感器的电缆，多通道高阻抗信号的电缆必须是各自独立的低噪声屏蔽电缆，而多通道低阻抗的电压信号便可采用多芯绞线加屏蔽的电缆。

    在通用型传感器的电缆配备中因考虑到电缆的重量和成本，Φ2 mm 直径的低噪声电缆为加速度传感器的标准配置。工业现场用的传感器一般以IEPE 型为主，电缆本身的强度也成为重要考虑因素，因此Φ3 mm 直径的低噪声电缆和Φ4.5 mm 直径的普通同轴屏蔽电缆成为常使用的电缆。而对双层屏蔽壳设计的IEPE 型传感器的电缆配置均为双绞芯线外加屏蔽的电缆。

    在加速度传感器输出信号电缆的选择中，除电缆结构外，其他经常考虑的指标是电缆的应用温度以及在工业现场测试中电缆外层材料耐腐蚀的能力。为普遍使用的电缆绝缘材料为PVC, 使用温度范围为-40oC 到+105oC 。对应用环境较恶劣的场合，经常选用的电缆绝缘材料为聚四氟乙烯；其使用温度范围为-45oC 到+250oC，且耐腐蚀能力也优于其它大多数电缆绝缘材料。但用四氟材料做的电缆柔性较差，价格也远高于PVC 材料。

    外界环境对测量传感器的影响

    ·传感器横向灵敏度及横向振动对测量的影响

    由于压电材料自身特性，敏感芯体的结构设计和制造偏差使传感器不可避免地对横向振动产生输出信号，其大小由横向输出和垂直方向 输出的比值百分数来表示。

    根据不同敏感芯体结构和材料特性的组合，压缩型结构在理论上便存在横向输出，需要通过装配调节的方式给予抵消，而在实际制造过程中很难实现真正的抵消，因此压缩型加速度传感器的横向灵敏度的离散度很大。与压缩型相比剪切型设计在理论上不存在横向输出，传感器的实际横向输出一般是由材料加工和装配所引起的误差。所以从这两种敏感芯体的实际对比结果来看，剪切型压电加速度传感器的横向灵敏度普遍优于压缩型式。而敏感芯体为弯曲梁结构形式的横向灵敏度一般说介于剪切型和压缩型之间。根据敏感芯体的结构特性，在其受横向振动时与垂直方向振动一样，也有相应的结构频率响应。所以横向振动也同样可能在某一频率点产生谐振，以至产生较大的横向振动偏差。

    ·温度对传感器输出的影响

    温度改变而引起传感器输出变化是由压电材料（敏感芯体）特性所造成的。根据压电材料的分类，石英晶体受温度影响，而人工合成晶体的使用温度甚至高于石英；但在商业化的压电加速度传感器中多使用的压电材料还是压电陶瓷。压电陶瓷敏感芯体的输出高温时随温度上升而增大，低温时随温度降低而减小；但传感器输出与温度间并不呈线性变化，一般说低温时的输出变化比高温时的要大。另因为各传感器的温度响应很难保持一致，所以实际使用中传感器的输出一般很少用温度系数进行修正。典型温度响应曲线或温度系数一般只作为对传感器温度特性的衡量。压电陶瓷对温度响应除材料本身特性之外，生产工艺也将直接影响压电材料对温度的响应，而同种材料对温度响应的离散度更是如此。同样是锆钛酸铅材料，不同的厂商由于采用不同的生产工艺，使得相同材料的压电陶瓷而其各自的使用温度范围，温度响应和温度响应的离散度相差甚大。综合对压电材料的基础研究和生产加工工艺，目前国内压电陶瓷的温度特性与国外先进水准相比还有一定差距；为确保用户对传感器的特殊要求，北智采用进口压电陶瓷，使传感器的高温使用温度可在 +250oC 下长期使用，而且温度响应及其离散度都好于国产压电陶瓷。

    不同的敏感芯体结构设计对温度的变化的响应会产生不同的结果。由于不同材料有不同的线膨胀系数，因此温度变化必然使压电材料和金属配件之间产生因线膨胀系数不同而造成的应力变化；这种由温度产生的应力使压缩式和弯曲梁型的敏感芯体产生输出信号，有时这种温度变化引起的输出会大于振动测量信号（特别在低频测量中）。需要特别指出温度变化有稳态和瞬态两种，传感器输出灵敏度随温度变化通常是指稳态高低温度状态对信号输出的影响。瞬态温度变化对传感器输出的影响主要表现在低频测量中，

    ·传感器的基座应变灵敏度

    传感器受被测物体在传感器安装处应变的影响，可能导致传感器输出的变化。传感器的基座应变灵敏度一般由传感器基座刚度，传感器与被测件的接触面积以及敏感芯体结构设计形式所决定。剪切结构形式的敏感芯体与传感器基座间的接触面积很小，因而剪切芯体受基座应变的作用也相对较小，且这种应变并不直接导致压电陶瓷的输出。所以剪切敏感芯体传感器的基座应变灵敏度指标通常比压缩式的要好，在无需改变传感器的基座刚度以及与被测件的接触面积情况下（改变这两点都将影响传感器的频率响应指标），剪切型传感器一般都能满足大部分结构测量的要求。

    ·声场和磁场对传感器的影响

    声波和磁场对传感器的作用也都可能引起信号输出，这种输出的大小与传感器灵敏度的比值被称作为压电传感器的声灵敏度和磁灵敏度。

    声灵敏度是表示传感器在强声场的作用下，加速度传感器的输出值。加速度信号输出主要是声波通过对传感器外壳体的作用，再由外壳体传输给内部的敏感芯体而导致的信号输出。直接减小传感器声灵敏度的方法是增加传感器外壳的厚度，绝大多数传感器的这一指标都能满足通常的测量条件。

    磁灵敏度是表示传感器在强交变磁场作用下，加速度传感器的输出值。传感器内部敏感芯体受磁力的作用而导致信号输出是传感器产生磁灵敏度的基本原因。因此在传感器设计中，金属零部件尽量采用无磁或弱磁的材料是降低传感器磁灵敏度直接的措施。另外双层屏蔽壳结构形式也能较好地减小传感器的磁灵敏度，同时双层屏蔽壳形式还能有效地防止磁场对输出电信号的干扰。