隨著市場(chǎng)的擴(kuò)大，PCB公司就將ICP注冊(cè)為商品名，導(dǎo)致其他公司不能使用，所以業(yè)內(nèi)提出以IEPE來(lái)命名這種傳感器，并逐漸受到了行業(yè)內(nèi)眾多公司的認(rèn)同，包括PCB公司。但國(guó)內(nèi)PCB的產(chǎn)品較多，所以ICP的叫法也就沿用了下來(lái)。

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(yīng)。壓電效應(yīng)又分為正壓電效應(yīng)和負(fù)壓電效應(yīng) 。正壓電效應(yīng)是指： 某些電介質(zhì)在一定方向上 ，受到外力作用產(chǎn)生形變時(shí) ， 介質(zhì)內(nèi)部會(huì)發(fā)生極化現(xiàn)象， 在它的兩個(gè)相對(duì)表面上，會(huì)產(chǎn)生正負(fù)相反的電荷。

當(dāng)外力消失時(shí)，電荷就會(huì)消失，當(dāng)外力的方向發(fā)生變化，電荷的極性也會(huì)隨之改變。

逆壓電效應(yīng)是指：向電介質(zhì)的極化方向上施加一個(gè)電場(chǎng)，介質(zhì)會(huì)隨之發(fā)生形變，當(dāng)電場(chǎng)消失，介質(zhì)的形變也會(huì)消失。由此可見壓電效應(yīng)是一種瞬時(shí)的變化，所以壓電傳感器可以測(cè)量動(dòng)態(tài)量。

IEPE也是一種加速度傳感器，它是怎樣將加速度轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的呢？

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(zhì)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(zhì)量，a為物體的加速度，單位是。質(zhì)量m一般不會(huì)變化，可以提前測(cè)得。而力F的大小，則可以利用壓電效應(yīng)測(cè)量，這樣就可以求物體加速度的大小。

還有一個(gè)問題，因?yàn)榱εc加速度都是矢量，即它們都是有方向的。在實(shí)際應(yīng)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(zhuǎn)，是否在晃動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(shí)際使用情況的不同，還有單軸，雙軸等類型的傳感器。

說(shuō)了這么多IEPE到底是如何工作的呢？首先IEPE整體組裝在一個(gè)金屬殼內(nèi)，下面連接一個(gè)剛度較大的基座，在殼體內(nèi)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(chǎn)生的電荷，通過(guò)引線輸入到集成電路中，壓電片上方連接著，一個(gè)質(zhì)量較小的質(zhì)量塊，質(zhì)量塊由剛度較大的彈簧或是螺栓，對(duì)其施加預(yù)載荷。

在使用IEPE測(cè)量振動(dòng)時(shí)，應(yīng)將傳感器與被測(cè)物固定在一起，由于彈簧的剛性大而質(zhì)量塊的質(zhì)量小，所以質(zhì)量塊受到的振動(dòng)與基座的振動(dòng)是相同的。因?yàn)橘|(zhì)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(chǎn)生高阻抗的電荷信號(hào)，這些電荷信號(hào)通過(guò)與金屬片相連的引線，輸入到內(nèi)置的集成電路中。集成電路又將輸入的電荷信號(hào)轉(zhuǎn)化成低阻抗的電壓信號(hào)輸出。

IEPE還需要使用一個(gè)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(gè)很好的折衷方案，供電電壓在１８V～３０V之間。IEPE傳感器的內(nèi)部集成電路中一個(gè)很重要的器件就是電荷放大器，它可以將電荷信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)。其原理圖如下：

計(jì)算Uo與Q的關(guān)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(jí)較小的參數(shù)可得 ：Uｏ＝-QCf。它便是IEPE輸出的電壓信號(hào)。但這個(gè)信號(hào)是交流信號(hào)疊加在直流電源上的電壓信號(hào)，所以我們還要通過(guò)交流耦合，將信號(hào)中的直流成分去掉。使其變?yōu)橐裕癡為基準(zhǔn)的波形。

最后我們介紹一下IEPE的參數(shù)及其優(yōu)缺點(diǎn)，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(cè)量范圍越小，靈敏度越低測(cè)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(shí)，要特別注意兩個(gè)參數(shù)。

IEPE的優(yōu)點(diǎn)是內(nèi)部帶有集成電路，導(dǎo)致它的抗干擾能力很好，可以用長(zhǎng)軸電纜輸出，而且方便安裝，使用簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)也因?yàn)閮?nèi)部的集成電路，使的它的溫度范圍變窄，一般小于125℃，而且內(nèi)部的集成電路與傳感器承受同樣的測(cè)試條件，很容易出現(xiàn)故障，對(duì)環(huán)境的要求也更高。

審核編輯黃昊宇