传感器是现代生活中最重要的电子器件之一,被誉为现代智能化的神经触角,是万物互联时代的重要组成部分。传感器主要由敏感元件、转换元件和变换电路组成,它能将感知到的信息,按一定规律转换为电信号,以满足信息的传输、处理、储存、显示和记录分析等作用。
从陆地上的汽车,到天空中的飞机;从近在身边的手机,到远在宇宙的火箭飞船,传感器都是他们身上重要的一部分,如同人类的五官。
压电传感器是什么?
压电传感器是最常见的传感器之一,其工作原理是基于压电材料的压电效应,当压电材料受力作用而变形时,其表面会产生电荷,机械能转换为电能,从而实现非电量的测量。
常见的压电材料有石英晶体、钛酸钡、锆钛酸铅等,应用于压电式传感器中的压电元件材料一般分为三类:压电晶体、压电陶瓷、新型压电材料。他们都有良好的灵敏度、转换效率、机械性能好、工作温度范围宽和工作寿命长等特点。
压电传感器的应用
由于压电传感器的特性,它多用于挠性运动、触摸、振动和冲击测量。可用在医疗、航天航空、消费电子和汽车等多个领域。随着工业自动化和智能制造的推进,对精确测量和控制的需求增加,压电传感器在工业领域的应用也将继续扩大。
压电传感器的测试难点
由于压电传感器的工作原理,压电传感器不能用于静态测量,因为压电元件只有在交变力的作用下,电荷才能源源不断地产生,才可以给测量回路一定的电流,所以它只适用于动态测量。
并且压电传感器输出信号很小,想要对其输出信号进行精准测量,一般需要接入放大器来放大微弱的输出信号,但这同时也可能会放大和引入一些链路中的噪声,不利于对真正的信号做测量。
针对以上的情况,如果用源表对压电传感器的输出信号进行测量,可能会采样率不够高,很难观测到压电传感器实际的信号变化状态,无法满足动态测试条件。所以需要考虑使用示波器来对压电传感器进行测试,由于压电传感器输出信号微弱,这就要求示波器底噪非常小,否则可能会掩盖住它的输出信号,从而失去测试的意义。
传感器测试方案
泰克的MSO6B系列示波器的底噪性能非常优异,底噪的有效值在20MHZ带宽下低至8.68uV,1G带宽下低至51.5uV,是测量传感器输出微小信号的最佳选择!
示波器型号 | Tektronix MSO64B | 竞品A | 竞品B | 竞品C |
仪器底噪 (20MHZ带宽) | 8.68 uV | 43 uV | 22 uV | - |
仪器底噪 (1GHZ带宽) | 51.5 uV | 63 uV | 66 uV | 125 uV |
除此之外,泰克的MSO6B系列示波器还具有高分辨率12位ADC(高分辨率模式能到16位)和高采样率的特点,帮助发现最初的真实信号,不遗漏任何一点细节。
实测案例
下面我们看一个实测案例,来见证一下,泰克MSO6B系列示波器在传感器领域的表现。
(MSO6B系列的测试结果)
上图为泰克MSO6B系列对压电传感器的测试结果,该正弦波的峰峰值,会随着对压电传感器所施加力的振荡频率升高,从而压电传感器输出信号也逐渐增大,该压电传感器对实验的最小振荡频率的输出信号只有3-4mv,最大实验振荡频率的输出信号有73-74mv左右。
如果示波器底噪很大的话,可以看到是下图的测试情况,首先我们会看到很粗的一条波形,上面布满了仪器的底噪,对于前面的测试项目,我们所得到的值,均变成了~30mv和~85mv,比MSO6B低噪声示波器测试数值远远大了很多,并且波形并不干净,最终影响我们对真实信号的测量和分析。
(底噪较大示波器的测试结果)
前所未有的低噪声测量体验
如果您手上现在也有传感器想要做测试分析,奈何实验室设备条件不足,无法还原最真实的信息,或者您想验证当前实验室测试设备是否良好,快来联系泰克,预约泰克开放实验室,或者预约工程师上门演示,体验MSO6B带给你前所未有的低噪声测量体验吧!
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原文标题:压电传感器小信号测试难点
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