光纤空间压电加速度计及其消噪技术的探讨

压电加速度计是测振领域中应用zui多的加速度计，因为它灵敏度高，二次仪表简单，理论与技术成熟但在某些特殊的应用场合和要求，譬如对海上钻井平台、地震、大型基础构件等振动加速度的测量，需要对其空间特性进行描述，并且在绝缘条件下进行，传统的压电加速度计己不能胜任为此设计了这种光纤三维空间压电加速度计。
2系统组成与工作原理21系统组成系统组成如所示。图中，压电传感器给出三维加速度信号经电光转换后由50m多模阶跃型光纤传输至光电转换器恢复成电信号，再经锁定放大器处理后，输出显示2.2压电传感器构成与原理传感器主要由压电元件、固定在压电元件上大敏感质量块、电荷放大器以及LED组成传感器中，采用低粗糙度多块PZT与压电陶瓷片叠成叠片组，一组由压缩型片堆叠，用来测量z轴（垂直方向振动加速度信号，另两组由剪切型片堆叠，用来测量x轴和y轴的振动加速度信号。传感器机械结构可等效为所示的三维力学基金项目：河北省科技攻关项目：获1992年河北省科技进步三等奖Z为质量块相对基座的各向相对位移；K为刚度系数；C为阻尼系数；FkxFkyFkz为弹性力在XYZ因为压电元件的弹性模量很大，振动加速度引起的相对位移很小，约束方向变形与自由度方向变形相比可以忽略因此，这种力学结构可近似三个互无影响的单自由度质量一一弹簧系统的集合以Z方向为例，其方程解的形式为率；k为Z方向固有谐振角频率；h为Z方向初相角；Y=G/kn因为压电加速度传感器的质量块与壳体间相对位移很小，压电元件受力变形在线性弹性范围内满达电荷灵敏度，并推广到各个轴向，zui后得到各向电荷灵敏度的幅频特性Sq-=敏度的大小及其频率的灵敏系数取决于传感器的结构、压电材料的各向压电特性以及惯性质量块质量等因素，仅从压电系数上看，由于XY方向压电陶瓷片工作于剪切状态，其压电系数为d24，而Z向工作在压缩模式，其压电系数为d33对于PZT与压电陶瓷d24>d33，所以XY向的电荷灵敏度比Z向的要大，这一点己由同步检波法的消噪效果加速度计的输出特性与功率特性5结论采用光纤传输内装电荷放大器的三维压电加速度计不仅提高了加速度计的低频响应（低频下限可达Q 03Hz），而且使被测量的传输不受各种非测量信号干扰的影响，扩展了压电加速度计在超高压电力系统易燃易爆禁电区等特殊场合下的应用。