根據(jù)某一具體應(yīng)用選擇加速度計最困難的地方就是真正理解加速度計規(guī)格參數(shù)的實際意義。通常用戶對其測試要求非常了解，但是如何選擇合適的加速度計型號來滿足這些測試要求卻有些困難。加速度計制造商常常專注于產(chǎn)品的所有規(guī)格參數(shù)，并力求產(chǎn)品性能是最好的。本文對制造商對日常使用的加速度計規(guī)格參數(shù)做一個詳細(xì)描述及解釋。

靈敏度

加速度計的靈敏度，有時候稱作加速度計的“比例因子”，它是傳感器電輸出和機(jī)械輸入之間的比率（注意：傳感器通常定義為把一種能量轉(zhuǎn)換成另外一種形式的能量的設(shè)備，加速度計就是一種把機(jī)械加速度轉(zhuǎn)換成比例的電信號的傳感器）。通常使用mV/g或pC/g來表示這一比率，它僅僅在某一頻率點(diǎn)下有效，按著慣例一般是100Hz。由于大部分加速度計會或多或少受溫度影響，靈敏度同樣只在某一很窄的溫度范圍內(nèi)有效，通常是25±5^OC。此外，靈敏度只在某一加速度幅值下有效，通常是5g或10g。靈敏度有時被定義為一個帶有允許誤差范圍的數(shù)值，通常是±5%或10%，這個保證了用戶使用的加速度計靈敏度在靈敏度標(biāo)稱值的允許誤差范圍內(nèi)。幾乎所有情況下，加速度計都會附帶一份校準(zhǔn)報告，列出了準(zhǔn)確的靈敏度。

當(dāng)談到頻率響應(yīng)的百分比或dB允許誤差范圍時，靈敏度被稱作為“參考靈敏度”。詳見下面的頻率響應(yīng)章節(jié)。

當(dāng)討論橫向靈敏度時，靈敏度又被稱作為“軸向靈敏度”。詳見下面的橫向靈敏度章節(jié)。

盡管靈敏度有那么多的限制條件，但是在設(shè)置信號調(diào)理器或數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)時，靈敏度數(shù)值是使用最頻繁的。信號調(diào)理器或數(shù)據(jù)采集使用這個數(shù)值來處理及解釋加速度計的輸出信號。

頻率響應(yīng)

同靈敏度類似，頻率響應(yīng)也是告訴用戶加速度計的“比例因子”，不過是在變化的頻率。頻率響應(yīng)是在傳感器的整個頻率范圍內(nèi)定義靈敏度的大小。由于很少規(guī)定相位響應(yīng)，因而稱為“幅值響應(yīng)”更為準(zhǔn)確。頻率響應(yīng)通常定義為相對于100Hz時的靈敏度（參考靈敏度）的一個允許誤差范圍。這個誤差范圍可以定義為百分比或dB，典型的誤差范圍有±10%，±1dB及±3dB。在這里，dB的定義為：

這里：S_f——某一具體頻率下的靈敏度

S_ref——參考靈敏度

頻率響應(yīng)的規(guī)格參數(shù)使用戶可以計算加速度計在指定的頻率范圍內(nèi)的某一頻率點(diǎn)的靈敏度偏離參考靈敏度的大小。例如，假設(shè)一個加速度計的參考靈敏度為10pC/g（也就是校準(zhǔn)結(jié)果顯示的數(shù)值，它是準(zhǔn)確的）。假設(shè)它的頻率響應(yīng)范圍是：1Hz~6000Hz，±10%，在這個頻率范圍內(nèi)，靈敏度可以在9pC/g~11pC/g（或10±1pC/g）范圍內(nèi)變化。注意，在頻率100Hz頻率下的參考靈敏度為10pC/g，但是在其它頻率點(diǎn)，它的靈敏度可以往上或往下變化1pC。

加速度計出廠時常常會附帶校準(zhǔn)報告，上面列出了準(zhǔn)確的參考靈敏度。報告通常不以表格的形式顯示頻率響應(yīng)，而使用曲線替代，從規(guī)定的最低頻率點(diǎn)到最高的頻率點(diǎn)。圖1所示曲線以百分比形式顯示了不同頻率下的靈敏度相對于參考靈敏度的偏差。根據(jù)上文所述，用戶根據(jù)這個曲線可以估算任一頻率點(diǎn)下的靈敏度。如圖1所示曲線，在1000Hz頻率下靈敏度上升了2%，假設(shè)加速度計的參考靈敏度為10pC/g，那么可以簡單地計算出在1000Hz時加速度計的靈敏度為10.2pC/g。

圖1 頻率響應(yīng)曲線

橫向靈敏度

橫向靈敏度是和傳感器感應(yīng)軸垂直90度角方向的加速度計靈敏度。見圖2。另外一種表述就是橫向靈敏度是軸向靈敏度的90度方向的靈敏度。橫向靈敏度表示為軸向靈敏度的百分比。理想情況下，它應(yīng)該為0%，但是因為制造誤差，它可能高達(dá)5%。特殊要求下橫向靈敏度數(shù)值可以低于3%或更小的數(shù)值，但是要求的數(shù)值越低，制造難度也會越大加（因此成本更高）。橫向靈敏度有時稱為“串?dāng)_靈敏度”。

圖2 橫向靈敏度

為什么會關(guān)心橫向靈敏度？作為一個用戶，你也許想保證你進(jìn)行的測量僅僅是一個方向的加速度。但通常情況下很難保證這一點(diǎn)（注意三軸加速度計可以測量同一個點(diǎn)的三個正交方向的加速度值）。當(dāng)一個加速度計被一個校準(zhǔn)級別的振動臺激勵時，這種振動級別的振動臺只在一個方向運(yùn)動，幾乎不存在橫向運(yùn)動。在這種情況下，你可能不關(guān)心加速度是否具有很高的橫向靈敏度，因為傳感器沒有感受到任何橫向運(yùn)動。然而，在被測物體上進(jìn)行實際的測試時（或者即使在一個不是那么理想的振動臺），它在所有方向都有運(yùn)動。這種情況下，一個低橫向靈敏度的加速度計是非常重要的，從而保證所進(jìn)行的測量是僅僅是一個方向的加速度。從這層意義上來說，橫向靈敏度可以看作是測量中的噪聲信號。

安裝共振頻率

安裝共振頻率是加速度計頻率響應(yīng)中的某一頻率點(diǎn)，在該頻率點(diǎn)加速度計輸出靈敏度最大。見圖3。它的單位為Hz。典型的加速度計呈現(xiàn)出超過20kHz的安裝共振頻率，甚至一些加速度計的安裝共振頻率高達(dá)90kHz。意如其名，它是加速度計本身機(jī)械結(jié)構(gòu)的固有共振頻率。（可以肯定的是如果加速度計在“自由空間”條件下測得的共振頻率，與安裝在一個結(jié)構(gòu)測試測得的共振頻率是不同的。不過“自由空間”是不切實際的應(yīng)用，因此增加了“安裝”這個名稱）。把安裝共振頻率控制在一個公差范圍內(nèi)并非是加速度計制造商的一個設(shè)計目標(biāo)。其目標(biāo)是定義安裝共振頻率為一個最小值，保證共振點(diǎn)不會出現(xiàn)在它的最小值以下。就其本身而言，安裝共振頻率是有一個比較粗的品質(zhì)因數(shù)，它決定了加速度計的頻率帶寬的上限值。

圖3 安裝共振頻率

對于壓電加速度計來說，它的機(jī)械結(jié)構(gòu)幾乎是完全無阻尼的，共振點(diǎn)的幅值可能非常高，導(dǎo)致靈敏度比參考靈敏度高出很多倍。就其本身而言，任何接近或在共振點(diǎn)頻率的振動將會被高度地放大，導(dǎo)致測量失真或數(shù)據(jù)損壞。因此，制造商的一個設(shè)計目標(biāo)就是把加速度計結(jié)構(gòu)的共振頻率盡量提高，使共振點(diǎn)超過用戶測量應(yīng)用中的任何振動頻率。用戶同時也要保證沒有任何振動頻率分量接近或位于安裝共振頻率點(diǎn)。

注意安裝共振頻率是在假設(shè)加速度計理想安裝的條件下定義的。加速度計的機(jī)械結(jié)構(gòu)本身可以影響安裝共振頻率點(diǎn)（加速度計制造商控制），同樣外部結(jié)構(gòu)件的因素也能影響共振頻率點(diǎn)（用戶控制）。由于機(jī)械共振特征通常取決于材料的剛度及阻尼性能，加速度計正確安裝并盡可能剛性連接是非常關(guān)鍵的。不合適的安裝通常會減少剛性增加阻尼，造成共振點(diǎn)頻率減少以及共振上升寬度增加（也就是機(jī)械Q值降低）。這個最終的影響結(jié)果就是，如果下降足夠多的話，會影響加速度計的頻率響應(yīng)。正確的安裝技巧不在本文的討論范圍，但是可以找到很多這個主題的文章。

幅值線性度

幅值線性度是用來測量加速度計在指定的幅值范圍內(nèi)的輸出線性度的好壞，有時稱之為幅值非線性度，因為它說明和完美線性度之間的偏差。理想情況下，加速度計在指定的幅值范圍內(nèi)的任一幅值點(diǎn)的靈敏度輸出應(yīng)該是完全一樣的。但是真實的加速度計不是這樣。因此幅值線性度定義了加速度計的輸出和完美線性度之間偏差的極限值。注意幅值線性度僅僅在單一頻率下有效。

這里有好幾種方法來表示幅值線性度。最嚴(yán)格的方法就是定義為讀數(shù)的百分比，通常為整個范圍內(nèi)±1%。這是一個緊公差規(guī)格參數(shù)，它意味著加速度計的靈敏度在整個幅值范圍內(nèi)的任一幅值點(diǎn)不能超出±1%。另外一種沒有那么嚴(yán)格的定義方法就是分段的方式來定義線性度，例如：從0~2000g的范圍，每500g靈敏度增加1%，。這個也就意味著在幅值范圍內(nèi)，幅值最大值的靈敏度相對于幅值最小值的靈敏度的偏差可能達(dá)到4%。

幅值線性度誤差會造成信號失真，特別是在高幅值加速度應(yīng)用中。在多振動頻率的環(huán)境下，可能會引起互調(diào)失真，從而導(dǎo)致在儀表端出現(xiàn)加速度計并沒有感受到的頻率段信號。

輸出極性

假設(shè)輸入加速度的某個特定方向，輸出極性描述了加速度計輸出信號的方向（無論是正或負(fù)方向）。按著慣例，大部分加速度計規(guī)定朝向傳感器安裝面的加速度產(chǎn)生的輸出信號為正向的。見圖4所示。如果有疑問，用戶可以很容易地進(jìn)行測試及驗證。把加速度計抓在手上，加速度計連接到合適的信號調(diào)理器，用手指輕敲安裝面。觀察輸出信號是指向那個方向。如果它是一個傳統(tǒng)的加速度計，信號應(yīng)該是正向的。

圖4 輸出極性

三軸加速度計的輸出極性就稍微簡單一些。大部分情況下，制造商會用箭頭標(biāo)識出每個正交方向（X,Y及Z），箭頭指向一般就是產(chǎn)生正向信號的加速度方向。

正確解讀輸出極性在某些應(yīng)用中是非常關(guān)鍵的。例如，大型結(jié)構(gòu)件的模態(tài)測試中，非常有必要了解振動激勵過程中測試結(jié)構(gòu)件所受到的加速度矢量的方向和相位的關(guān)系。如果沒有正確了解加速度計的極性，不可能正確地，甚至根本沒法解釋測試結(jié)構(gòu)件的行為。

接地（或接地隔離）

加速度計，作為一個電子設(shè)備，必須有一個信號地返回到信號調(diào)理設(shè)備。為了正確操作，用戶必須理解信號地在傳感器內(nèi)部是如何機(jī)械以及電氣處理的。這個是由制造商來詳細(xì)說明。如果用戶不理解這個，儀表端就可能存在不合適的接地系統(tǒng)，從而導(dǎo)致接地回路以及錯誤的數(shù)據(jù)。

制造商在設(shè)計加速度計時可以有很多種方法來實現(xiàn)接地系統(tǒng)，通常考慮具體應(yīng)用及市場價格。最經(jīng)濟(jì)的方法就是把系統(tǒng)地簡單地連接到加速度計的外殼。這種方法經(jīng)常出現(xiàn)在帶有微型同軸連接器的實驗室級加速度計上。為了防止接地回路，制造商提供絕緣安裝適配器，安裝在加速度計和測試結(jié)構(gòu)件的安裝位置之間。另外一種方法就是把加速度計外殼連接到接地點(diǎn)，但是和加速度計本身的安裝面絕緣。這個通常是通過在安裝面涂上一層絕緣材料完成，例如硬的氧化涂層。實質(zhì)上，絕緣適配器是內(nèi)置在加速度計里面。最根本的接地絕緣方法就是外部加速度計的外殼及連接器和內(nèi)部系統(tǒng)接地完全絕緣。這種接地方法通常出現(xiàn)在工業(yè)級加速度計，它們通常用于噴射發(fā)動機(jī)，燃?xì)廨啓C(jī)或工業(yè)過程機(jī)器的監(jiān)測。

結(jié)論

加速度計的用戶常?；煜铀俣扔嫷母鞣N規(guī)格參數(shù)，尤其是他們需要根據(jù)某個具體應(yīng)用或測試選擇合適傳感器時。用戶必須對加速度計規(guī)格有一個清晰的認(rèn)識，同時理解適合測試應(yīng)用的這些規(guī)格參數(shù)的極限值以及含義。如果不了解這些，有可能會將很多潛在的誤差引入到測試數(shù)據(jù)，同時浪費(fèi)測試時間及花費(fèi)。本文已經(jīng)介紹了一些需要用戶考慮的關(guān)鍵規(guī)格參數(shù)。制造商也應(yīng)當(dāng)以一種清晰、沒有歧義的方式來表示產(chǎn)品的規(guī)格參數(shù)。