关于测量的常见问题——第23讲“电荷输出型加速度检测器和电荷转换器”

本测量专栏收集了您经常向我们的客户咨询室询问的问题，并介绍了答案。

本公司经营的加速度检测器有前置放大器内置型加速度检测器和电荷输出型加速度检测器两种。由于电荷输出型加速度检测器没有内置前置放大器，因此适用于冲撞、跌落试验等冲击性振动的测量和高温域的振动测量。使用FFT分析器或数据站等分析装置分析电荷输出型加速度检测器的电荷信号输出时，通过电荷放大器或电荷转换器转换为电压信号后输入分析装置。

本公司的电荷转换器CH-6130、CH-6140可安装在分析装置的BNC连接器上使用，使用方便。但由于增益 (增益) 固定，根据组合的不同，有时只能测量比电荷输出型加速度检测器单体的最大使用加速度小的加速度。因此，在选择加速度检测器/电荷转换器时，有必要确认实际发生的加速度的大小并选择适当的产品。

充电转换器CH-6130、CH-6140

表1列出了Charge-ConverterCH -6130和6140的主要规格。CH-6130和CH-6140之间的唯一区别是利润和价格。测量大加速度时，增益小的CH-6130比较合适。测量小加速度时，增益较大的CH-6140较为合适，但最大输出电压为±5 V时，输出将达到极限，因此无法测量大加速度。

表1电荷放大器CH-6130、CH-6140的主要规格

条目	CH-6130	CH-6140
增益	1.0 mV/pC	10 mV/pC
频率范围	5 Hz~15 kHz (±0.5 dB) 2 Hz~45 kHz (±3 dB)	5 Hz~15 kHz (±0.5 dB) 2 Hz~45 kHz (±3 dB)
最大输出电压	10Vp-p以上 ±5 V以上	10Vp-p以上 ±5 V以上
输入转换噪声	0.05 pC (rms) 以下	0.05 pC (rms) 以下
CCLD电源	电压:18~36 V 恒定电流:2.0~20 mA	电压:18~36 V 恒定电流:2.0~20 mA

图1显示了CH-6130的外观。CH-6140的外观与CH-6130相同，但型号名称除外。

图1电荷转换器CH-6130

电荷型加速度检测器与电荷转换器的组合

将电荷加速度检测器与电荷转换器结合使用时，电压灵敏度等于加速度检测器的电荷灵敏度:pC/ (m/s2) 乘以电荷转换器的增益:mV/pC。NP-2106的电荷灵敏度约为0.035 pC/ (m/s2)，CH-6140的增益为10 mV/pC,因此电压灵敏度乘以0.35 mV/ (m/s2) 。这表示对于1 m/s2的加速度，输出为0.35 mV。

电荷型加速度检测器的最大使用加速度是加速度检测器正常工作的最大加速度
。由于电荷转换器的最大输出电压有限，组合使用时的最大工作加速度可能小于单个加速度检测器的最大工作加速度。NP-2106和CH-6140组合时的电压灵敏度为0.35 mV/ (m/s2)，CH-6140的最大输出电压为±5 V,因此组合时的最大使用加速度为5 V÷ (0.35 mV/ (m/s2) ) =14,285 m/s2。仅NP-2106的最大使用加速度为10万 m/s2,但当与CH-6140结合使用时，它只能测量到14,285 m/s2。测量比这更大的加速度时，需要与CH-6130和充电放大器等组合。

电荷转换器CH-6130和CH-6140的输入转换噪声小于0.05 pC。即使加速度为0也会输出相当于0.05 pC或更低的噪声信号。由于NP-2106的电荷灵敏度约为0.035 pC/ (m/s2)，转换为加速度时，它为0.05 pC÷ (0.035 pC/ (m/s2) ) =1.43m/s2。根据测量方法和所需的测量精度，可以将加速度的下限用作可以测量输入转换噪波值 (m/s2) 的10倍或30倍 (14.3~42.9 m/s2) 的值的度量。NP-2106是用于碰撞/跌落测试的加速度检测器，可以测量高达10万 m/s2,因此不适用于数百m/s2以下的测量。对于小加速度测量，请使用灵敏度高的加速度检测器。

本公司的电荷输出型加速度检测器和电荷转换器CH-6130、CH-6140组合的场
合的电压灵敏度、最大使用加速度、输入换算噪声如表2、表3所示。与CH-6140组合使用
时，所有加速度检测器的最大使用加速度小于单个加速度。当与CH-6130组合时，NP-2710, NP-2910, NP-2810和NP-2120的最大使用加速度组合较小。测量比组合时的最大使用加速度更大的加速度时，请使用本公司CH-1200A等充电放大器。

表2与电荷转换器CH-6130组合时的特性

电荷输出型加速度检测器				CH-6130 (1.0 mV/pC) 与组合时的特性
类型名称	特征	电荷灵敏度 (typ.)	最大使用加速度	电压灵敏度 (typ.)	最大使用加速度	输入换算杂色
NP-2106	超小型轻量	0.035 pC/(m/s2)	100,000 m/s2	0.035 mV/(m/s2)	100,000 m/s2	1.43 m/s2
NP-2110	小巧轻便	0.16 pC/(m/s2)	10,000 m/s2	0.16 mV/(m/s2)	10,000 m/s2	0.31 m/s2
NP-2710	小型、高温	0.306 pC/(m/s2)	22,600 m/s2	0.306 mV/(m/s2)	16,339 m/s2	0.16 m/s2
NP-2910	小型通用	0.3 pC/(m/s2)	50,000 m/s2	0.3 mV/(m/s2)	16,667 m/s2	0.17 m/s2
NP-2810	小型	1.2 pC/(m/s2)	20,000 m/s2	1.2 mV/(m/s2)	4,166 m/s2	0.042 m/s2
NP-2120	通用	5 pC/(m/s2)	8000 m/s2	5 mV/(m/s2)	1000 m/s2	0.010 m/s2
NP-2560	轻量3轴	0.04 pC/(m/s2)	25,000 m/s2	0.04 mV/(m/s2)	25,000 m/s2	1.25 m/s2

表3与电荷转换器CH-6140组合时的特性

电荷输出型加速度检测器				CH-6140 (10 mV/pC) 与组合时的特性
类型名称	特征	电荷灵敏度 (typ.)	最大使用加速度	电压灵敏度 (typ.)	最大使用加速度	输入换算杂色
NP-2106	超小型轻量	0.035 pC/(m/s2)	100,000 m/s2	0.035 mV/(m/s2)	14285 m/s2	1.43 m/s2
NP-2110	小巧轻便	0.16 pC/(m/s2)	10,000 m/s2	1.6 mV/(m/s2)	3125 m/s2	0.31 m/s2
NP-2710	小型、高温	0.306 pC/(m/s2)	22,600 m/s2	3.06 mV/(m/s2)	1633 m/s2	0.16 m/s2
NP-2910	小型通用	0.3 pC/(m/s2)	50,000 m/s2	3 mV/(m/s2)	1666 m/s2	0.17 m/s2
NP-2810	小型	1.2 pC/(m/s2)	20,000 m/s2	12 mV/(m/s2)	416 m/s2	0.042 m/s2
NP-2120	通用	5 pC/(m/s2)	8000 m/s2	50 mV/(m/s2	100 m/s2	0.010 m/s2
NP-2560	轻量3轴	0.04 pC/(m/s2)	25,000 m/s2	0.04 mV/(m/s2)	12500 m/s2	1.25 m/s2

总结

加速度检测器规定了最大使用加速度，无法测量超过该值的加速度。当电荷输出型加速度检测器与电荷转换器配合使用时，由于电荷转换器的输出电压有限，可测量的最大加速度值可能小于单个加速度检测器的最大使用加速度。

这次，介绍了电荷输出型加速度检测器和电荷转换器组合时的最大使用加速度的值。另外，我们还介绍了组合时的电荷灵敏度和输入转换噪声值。

选择加速度检测器或电荷转换器时，必须与被测物体产生的加速度相匹配。另外，也有需要充电放大器而不是充电转换器的情况。

对于第一次测量的对象，产生的加速度的大小是未知的。另外，在碰撞、跌落试验等中，有时会产生比想象中大得多的加速度。在这种情况下，为了在实际机器上确认实际发生的加速度，本公司进行样品的出借和产品演示。请到本公司最近的营业所。

(摘自2019年2月20日发行的电子邮件杂志)

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