內(nèi)置ICP^®（Integrated Circuit Piezoelectric）電路的加速度計(jì)是復(fù)雜的機(jī)電系統(tǒng)。其中的機(jī)械和電子部件設(shè)計(jì)用于在幅值和時(shí)域（頻域）上提供寬范圍的線性響應(yīng)（即測(cè)量的加速度信號(hào)產(chǎn)生的電壓信號(hào)）。但是，每一支傳感器都有它的測(cè)量限值（包括幅值和頻率兩方面）。超過這些許可的限值，就可能會(huì)造成信號(hào)的衰減、放大或削波。有時(shí)，由于本底噪聲的存在，信號(hào)甚至不能測(cè)量。

因此，了解所使用的ICP^®加速度計(jì)的測(cè)量限值，并將測(cè)量值保持在其限值之內(nèi)，對(duì)保證測(cè)試測(cè)量的準(zhǔn)確性是非常重要的。

圖8  RC電路、DTC和低頻限值的關(guān)系

圖9  一階高通濾波器的幅頻和相頻特性

諧振器起到一個(gè)二階低通濾波器的作用，其傳遞函數(shù)是  式中，Q表示諧振器的“增益因子"，實(shí)質(zhì)是結(jié)構(gòu)損耗因子的倒數(shù)。加速度計(jì)很少給出Q的數(shù)值，這個(gè)值通常在50~100的范圍內(nèi)。圖10顯示了這種濾波器的幅頻和相頻響應(yīng)。在低頻部分，對(duì)輸入信號(hào)有一個(gè)單位增益（即無(wú)影響），在諧振頻率及附近，有放大作用。在諧振頻率之上，信號(hào)也會(huì)產(chǎn)生180度的相位翻轉(zhuǎn)。

圖10  二階低通濾波器的幅頻和相頻響應(yīng)

接下來，用一個(gè)由寬帶噪聲和純音（500Hz）構(gòu)成的假想信號(hào)通過低通諧振濾波器。有無(wú)濾波兩種情況的對(duì)比見圖11?？梢姡跁r(shí)域和頻域圖中，諧振的放大作用都很明顯，和加速度計(jì)的響應(yīng)相似。

雖然決定加速度計(jì)的可用線性范圍的因素很復(fù)雜，但在加速度計(jì)的參數(shù)表里列出了我們以上所講的各項(xiàng)線性范圍，如圖12、13所示。根據(jù)這個(gè)參數(shù)表，可以很容易地將測(cè)量控制在線性范圍內(nèi)。

現(xiàn)在，我們比較PCB^®生產(chǎn)的353C03 （通用型） 和393B31（地震型，高靈敏度）兩種加速度計(jì)的參數(shù)。首先，注意兩種加速度計(jì)的靈敏度分別為10 mV/g 和10 V/g，相差100倍，差異巨大。這是由于ICP^®電路中放大器的參數(shù)不同，以及加速度計(jì)中的移動(dòng)質(zhì)量不同（地震型加速度計(jì)使用的質(zhì)量更大，從而擠壓晶體產(chǎn)生的電荷更多）。

圖12顯示了決定測(cè)量幅值上限和下限的參數(shù)。量程為電源允許的+/- 5 V除以傳感器的靈敏度（V/g）。393B31能測(cè)量的加速度的峰值僅為0.5 g，而353C03 通用型加速度計(jì)的量程則為500g。但是，393B31的幅值下限為1grms，要遠(yuǎn)小于353C03的500 g rms，從而能夠測(cè)量更小的振動(dòng)。參數(shù)表通常也提供特定頻率下的譜下限（本底噪聲）?？梢钥吹?，地震型加速度計(jì)的本底噪聲遠(yuǎn)低于通用型加速度計(jì)，這也是在意料之中。

圖12  參數(shù)表中決定幅值上下限值的參數(shù)

圖13  參數(shù)表中決定頻率上下限值的參數(shù)

綜上，ICP^®加速度計(jì)是復(fù)雜的機(jī)電系統(tǒng)，包括：

（1）彈簧-質(zhì)量振子，產(chǎn)生變化的電荷；

（2）簡(jiǎn)單的RC電路，將電荷轉(zhuǎn)化為電壓，并增加放電時(shí)間；

（3）放大器，設(shè)置傳感器的靈敏度（多少V/g）；

（4）電壓范圍為18-30 VDC的恒流源電源。

這些機(jī)械和電子參數(shù)有效確定了傳感器在幅值和時(shí)域（頻域）上線性響應(yīng)的上下限。RC電路建立了加速度計(jì)在幅值和頻率上線性響應(yīng)的下限。增大電阻將增高低頻背景噪聲和寬帶分辨率（能夠測(cè)量的最小信號(hào)）。反之，減小電阻將提高可測(cè)量頻率的下限。因此，加速度計(jì)中使用的電阻是綜合考慮背景噪聲和ICP^®的RC電路的高通濾波的截止頻率而確定的。放大器和電源供電電壓的范圍決定了幅值的上限，通常為+/- 5 V。最后，振蕩質(zhì)量和晶體決定了諧振頻率，以及信號(hào)將被顯著放大的頻率上限。

超過這些限值，將可能產(chǎn)生以下影響：

（1）造成削波和信號(hào)衰減（幅值超過+/- 5 V時(shí)）；

（2）信號(hào)不能被測(cè)量（信號(hào)幅值低于本底噪聲）；

（3）高通濾波器對(duì)低頻信號(hào)造成衰減；

（4）高頻時(shí)由于內(nèi)部諧振對(duì)信號(hào)放大。

根據(jù)廠家提供的加速度計(jì)參數(shù)表，可以很容易地將測(cè)量控制在加速度計(jì)許可的（幅值和頻率）線性范圍內(nèi)。