这三个与设备相关的变量可能会影响高频振动测量值。

由PCB压电部门的IMI传感器Meredith Christman撰写

成功收集高频振动测量并不像简单地选择正确的加速度计和安装方法那样容易。技术人员还需要考虑电缆长度，因为过长的电缆可能会对振动传感器的高频功能产生负面影响。这在通常需要高频测量的应用中尤其重要，例如电动机/泵轴承故障和变速箱故障。

信号调节

IEPE（集成电子电镀）传感器中的信号调节过程始于将电源电压（通常为18至28 VDC）引入信号调节剂（集成或分开）。然后，电源通过电流调节的二极管创建恒定电流电源（通常为2至20 mA）。二极管跨二极管有近似的VDC下降。1-VDC下降后的剩余直流电压跨二极管称为激发电压。然后，通过电缆将激发电压传输到IEPE传感器。用于为传感器放大器供电的激发电压的部分称为偏置电压（通常为8至12 VDC）。

典型工业IEPE传感器的内置放大器通常是充电的
放大器，因为大多数工业振动传感器都使用陶瓷传感元件。传感元件通过力作用后会产生高电荷输出。电荷在晶体电容中收集。然后，根据静电定律，放大器将高阻抗电荷信号转换为低阻抗电压信号。

低阻抗电压信号是一个VAC动态信号（通常为具有100 mV/g灵敏度的传感器的0到5 VAC），当被传输回信号调节器时，它乘坐偏置电压的顶部。当在信号调节器上接收输出信号时，直流偏置电压将从交流信号电压解耦以记录准确的数据。AC电压信号沿正向和负方向沿偏置电压波动的顶部播放。在负方向上，电压摇摆来自传感器特异性的下限偏置电压。在正方向上，电压摆动从偏置电压到激发电压。

放大器快速将电压信号从负到阳性旋转的能力取决于其振荡速率。SLEW速率指定放大器可以在给定时期内更改其电压输出，并且通常以V/µSec进行测量。可以使用以下公式计算加速度计放大器所需的振荡速率F表示Hz和V中所需的频率响应表示伏特中传感器的最大交流输出电压。

振荡速率= 2xπxx x v

例如，考虑以下比较低频IEPE加速度计与高频IEPE加速度计的所需的振荡速率。该比较表明，随着最大频率响应的增加，频率响应和振荡速率可以直接相互关联，最小可接受的回能率增加。

低频IEPE加速度计：以500 Hz的最大频率响应（±3 dB）和5 VAC的最大电压输出，传感器放大器所需的振荡速率的计算如下：

2xπx500 x 5 = 0.0157 v/µsec。

高频IEPE加速度计：最大频率响应（±3 dB）为30,000 Hz，最大电压输出为5 VAC，传感器放大器所需的振荡速率的计算为：

2xπx30,000 x 5 = 0.9428 v/µsec。

电流和电缆电容对振荡速率的影响

来自IEPE传感器放大器的低阻抗输出信号通常非常适合在长电缆长度上传输，因为该信号通常在长距离传输时不容易受到噪声的影响。但是，随着电缆的运行超过100 ft。（30.5 m），由于电缆电容，可能会发生高频输出（大于10 kHz）的信号过滤。

电缆电容是一种杂散或寄生的电容，是不需要但不可避免的。它发生在屏蔽的，扭曲的配对电缆中的两个绝缘导体处于不同的电势时。偏振电场在非电导性绝缘体（介电）上发展，因为正电荷会在一个导体上收集，并且在另一个导体上收集负电荷。电缆电容（以Picofarads，PF测量）可能会受两个导体之间的距离，两个导体之间的绝缘量或导体表面积的影响。

两个导体之间的差分电荷允许存储能量，IE。，电场中的电压，通常可以抵抗电压的变化。当电压没有变化时，将没有电流。每次电压发生变化时，电场都会绘制或供应电流以充电或排放电场。如果电场充电受到低传感器常数电流的限制，则该场不能足够快地充电以提供足够的电流以允许传感器放大器维持其振荡速率。

下面的公式说明了不同电流和电容的影响，其中一世代表放大器中的电流C代表法拉德的电容。由于较低的振动速率，放大器变得饱和，并且低通滤波器夹在频率大于10 kHz的信号波形的波形上。

以下示例说明了此公式。它使用典型的低成本IEPE加速度计与典型的两导电缆结合使用。传感器规格决定了10,000-Hz的频率响应（±3 dB），±5 VAC输出摆动和2至20 mA常数电流。电缆规格指示36 pf/ft的电容。

作为起点，加速度计的最小振荡速率为0.3142 V/µSEC。（2xπx10,000 x 5）为了使传感器的放大器能够以10,000 Hz的速度处理电压波动。表I根据不同的电流/电容组合来计算放大器的实际振荡速率。（将提供给IEPE传感器的总电流减少1 MA，以补偿为设备内部电子设备供电。）该表说明电流和转换速率具有直接相关性，而总电缆电容和降压速率则具有逆相关性。提供的恒定电流的增加可以帮助抵消长电缆所产生的大电容，而较短的电缆或具有较低电容规范的电缆可以抵消试图实现特定传感器频率响应时低提供的常数电流。

最大频率响应

如表I所述，长电缆运行的加速度计的最大频率响应是总电缆电容和加速度计放大器的电流输入的函数。有两种方法可以确定给定电缆长度的最大频率信号。

第一种方法利用以下方程式。

在等式中，F_最大限度代表赫兹中最大可能的频率响应，C表示Picofarads中的总电缆电容，V表示传感器的最大交流输出电压和我知道了表示恒定电流激发。该方程式表明，随着电缆的长度，峰值输出或最大频率的增加，需要更大的恒定电流。

第二种方法使用了狗图（见图1，上面）。狗图提供了一种简单的图形方法，用于获得IEPE传感器的预期最大频率能力。必须知道或假定传感器最大输出电压，电缆电容和提供的常数电流。这是一个例子：

•步骤1：100英尺。电容为30 pf/ft的电缆。= 3,000 pf。找到适当的对角线。

•步骤2：传感器最大输出电压= 5 VAC和常数电流= 2 mA。计算v/（一世_C- 1）= 5/（2 –1）=5。在垂直轴上找到相应的值。

•步骤3：从步骤2中确定的垂直轴值水平跟踪到与步骤1中确定的对角线线的交点。然后跟踪到水平轴。最大可能的频率=大约10.2 kHz。

该狗图并未指示某个点的频率响应是平坦的，上升还是下降。

最好将恒定电流（如果可能的话）增加到传感器（在其最大极限之内），以便从狗图确定的频率大约是最大感兴趣频率的1.5至2倍。

请注意，较高的电流水平会以更快的速度耗尽电池供电的信号调节器。此外，电缆未使用的任何电流都直接用于为内部电子设备供电，并会产生热量。这可能导致传感器超过其最大温度规格。因此，请勿在短电缆运行或在高温下进行测试时提供过多的电流。

底线

振动传感器提供的恒定电流及其相应的电缆的长度会影响其有效测量高频振动的能力。如这里所讨论的那样，当前和回旋速率具有直接相关性，而总电缆电容和回旋速率具有反相关性。提供的恒定电流增加可以帮助抵消长电缆产生的大电容。在尝试达到特定的传感器频率响应时，较短的电缆或具有较低电容规范的电缆可以抵消较低的恒定电流。EP

Meredith Christman是IMI Sensors的产品经理，IMI Sensors是PCB Piezotronics，Depew，NY。有关各种振动监控应用程序和解决方案的更多信息，请访问pcb.com/imi-sensors。