傳感器是現代生活中最重要的電子器件之一,被譽為現代智能化的神經觸角,是萬物互聯時代的重要組成部分。傳感器主要由敏感元件、轉換元件和變換電路組成,它能將感知到的信息,按一定規律轉換為電信號,以滿足信息的傳輸、處理、儲存、顯示和記錄分析等作用。
從陸地上的汽車,到天空中的飛機;從近在身邊的手機,到遠在宇宙的火箭飛船,傳感器都是他們身上重要的一部分,如同人類的五官。
壓電傳感器是什么?
壓電傳感器是最常見的傳感器之一,其工作原理是基于壓電材料的壓電效應,當壓電材料受力作用而變形時,其表面會產生電荷,機械能轉換為電能,從而實現非電量的測量。
常見的壓電材料有石英晶體、鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛等,應用于壓電式傳感器中的壓電元件材料一般分為三類:壓電晶體、壓電陶瓷、新型壓電材料。他們都有良好的靈敏度、轉換效率、機械性能好、工作溫度范圍寬和工作壽命長等特點。
壓電傳感器的應用
由于壓電傳感器的特性,它多用于撓性運動、觸摸、振動和沖擊測量??捎迷卺t療、航天航空、消費電子和汽車等多個領域。隨著工業自動化和智能制造的推進,對精確測量和控制的需求增加,壓電傳感器在工業領域的應用也將繼續擴大。
壓電傳感器的測試難點
由于壓電傳感器的工作原理,壓電傳感器不能用于靜態測量,因為壓電元件只有在交變力的作用下,電荷才能源源不斷地產生,才可以給測量回路一定的電流,所以它只適用于動態測量。
并且壓電傳感器輸出信號很小,想要對其輸出信號進行精準測量,一般需要接入放大器來放大微弱的輸出信號,但這同時也可能會放大和引入一些鏈路中的噪聲,不利于對真正的信號做測量。
針對以上的情況,如果用源表對壓電傳感器的輸出信號進行測量,可能會采樣率不夠高,很難觀測到壓電傳感器實際的信號變化狀態,無法滿足動態測試條件。所以需要考慮使用示波器來對壓電傳感器進行測試,由于壓電傳感器輸出信號微弱,這就要求示波器底噪非常小,否則可能會掩蓋住它的輸出信號,從而失去測試的意義。
傳感器測試方案
泰克的MSO6B系列示波器的底噪性能非常優異,底噪的有效值在20MHZ帶寬下低至8.68uV,1G帶寬下低至51.5uV,是測量傳感器輸出微小信號的最佳選擇!
示波器型號 | Tektronix MSO64B | 競品A | 競品B | 競品C |
儀器底噪 (20MHZ帶寬) | 8.68 uV | 43 uV | 22 uV | - |
儀器底噪 (1GHZ帶寬) | 51.5 uV | 63 uV | 66 uV | 125 uV |
除此之外,泰克的MSO6B系列示波器還具有高分辨率12位ADC(高分辨率模式能到16位)和高采樣率的特點,幫助發現最初的真實信號,不遺漏任何一點細節。
實測案例
下面我們看一個實測案例,來見證一下,泰克MSO6B系列示波器在傳感器領域的表現。
(MSO6B系列的測試結果)
上圖為泰克MSO6B系列對壓電傳感器的測試結果,該正弦波的峰峰值,會隨著對壓電傳感器所施加力的振蕩頻率升高,從而壓電傳感器輸出信號也逐漸增大,該壓電傳感器對實驗的最小振蕩頻率的輸出信號只有3-4mv,最大實驗振蕩頻率的輸出信號有73-74mv左右。
如果示波器底噪很大的話,可以看到是下圖的測試情況,首先我們會看到很粗的一條波形,上面布滿了儀器的底噪,對于前面的測試項目,我們所得到的值,均變成了~30mv和~85mv,比MSO6B低噪聲示波器測試數值遠遠大了很多,并且波形并不干凈,最終影響我們對真實信號的測量和分析。
(底噪較大示波器的測試結果)
前所未有的低噪聲測量體驗
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原文標題:壓電傳感器小信號測試難點
文章出處:【微信號:泰克科技,微信公眾號:泰克科技】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。
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