工程振动量值常用位移、速度、加速度三个物理量表示。由于在通常的频率范围内振动位移幅值很小，而位移、速度、加速度之间可以互相转换，所以实际测量中振动大小一般用加速度来度量，常用单位为 m/s²，或重力加速度 g。

描述振动信号的另一个重要参数是频率。绝大多数工程振动信号都可以分解成一系列特定频率和幅值的正弦信号，因此测量某个振动信号，本质上就是测量组成它的那些正弦频率分量——传感器好不好，也是看它在规定频率范围内测量幅值的精度。

一、三种类型的振动传感器怎么选

常用振动测量传感器按工作原理可分为压电式、压阻式、电容式三类。压电式因为测量频率范围宽、量程大、体积小、重量轻、对被测件影响小、安装使用方便，是最常用的振动测量传感器。

二、压电式传感器：敏感芯体的材料与结构

1. 压电材料

压电材料分两大类：压电晶体和压电陶瓷。常用晶体为石英——温度范围宽、性能稳定，但输出小，一般只用于计量标准传感器。最普遍使用的是压电陶瓷，其中锆钛酸铅（PZT）是压电传感器中最常用的陶瓷材料。

需要留意：相同型号的压电陶瓷基本特性相同，但不同制造工艺会让同一材料的具体性能指标相差很大——这就是进口传感器与国产传感器拉开差距的关键环节。

2. 敏感芯体的三种结构形式

压电加速度传感器的敏感芯体一般由压电材料和附加质量块组成。质量块受加速度作用后，把与加速度成正比的力加载到压电材料上，材料表面便产生相应的电荷信号。根据受力方式，常用结构有剪切、压缩、弯曲三种。

剪切结构对压电材料施加剪切力产生电荷，理论上受外界干扰影响甚小。但制造中要保证稳定的预紧力，才能获得稳定且较高的频率测量范围——这是传感器制造工艺中最关键的环节，也是衡量一款产品长期稳定性的重要指标。

三、电荷输出 vs IEPE：两种输出形式怎么选

• 电荷输出型：输出与加速度成正比的高阻抗电荷信号，必须经阻抗变换（电荷放大器）转成低阻抗电压。高阻抗信号易受干扰，传输必须用低噪声屏蔽电缆。多用于高温环境测量和低成本工业巡回检测——可耐受 -40℃~+250℃ 的长期使用。
• IEPE 型（即常说的 ICP 型）：把阻抗变换器与敏感芯体封装一体，直接输出低阻抗电压信号。二线制，供电和信号共用一根线，输出为直流偏置叠加测量信号。最大优点是噪声小、抗干扰强、使用方便，当今振动测试已普遍使用。

四、三个核心指标：灵敏度、量程、频率范围

压电式加速度计品种繁多，选型难在指标多。作为基本原则，正确选用要从三个方面估算：①被测振动量大小（定灵敏度和量程）②被测信号的频率范围 ③测试现场环境。

1. 灵敏度与量程

灵敏度基本单位为 mV/g（或 pC/g）。由于相同位移幅值下加速度与频率的平方成正比，不同频段的加速度值相差极大——例如位移 1mm、1Hz 时加速度仅 0.004g，而位移 0.1mm、10kHz 时可达 40000g。所以选灵敏度必须对信号量级有充分估计。

2. 频率范围

频率范围是在规定幅值误差（±5%、±10% 或 ±3dB）内确定的使用频率范围。注意：允许误差范围大，频率范围就宽，不同传感器的频率指标必须在相同误差条件下比较。

• 高频端取决于传感器机械特性（谐振频率、安装刚度）。高频截止高的传感器必然体积小、重量轻、灵敏度也较低。
• 低频端由传感器与后继电路的综合电参数决定。通用型低频截止大多 0.5~1Hz，专用低频传感器可到 0.1Hz 或更低；超低频测量还要考虑系统低频电噪声和瞬态温度响应。

3. 最小可测量

传感器最小测量量通常取决于系统电噪声。电荷型系统高阻抗易受干扰，不适合微小振动测量；IEPE 型的最小测量量由分辨率决定，分辨率 = 电噪声 ÷ 灵敏度。优质 IEPE 传感器的宽带电噪声可控制在 10µV 量级。

五、封装、接头与电缆

1. 密封与屏蔽

压电材料产生高阻抗电荷信号，芯体绝缘阻抗与低频测量截止频率相互对应。壳体封装必须让敏感芯体与外界隔绝，防止陶瓷受污染导致绝缘阻抗下降。为保证密封，多数传感器采用激光焊接。工业现场在线监测常要求双层屏蔽壳，但双层屏蔽结构会制约高频特性，测高频要谨慎选用。

2. 输出接头

M5（10-32UNF）是加速度传感器最常用的接头，尺寸小、配 2~3mm 细电缆，适合实验室振动测试。电荷型因输出高阻抗易受干扰，两端通常都用 M5；IEPE 型多用 M5 与 BNC 组合。工业巡回检测常用 M6 或 TNC，在线监测双层屏蔽常用双芯工业接头（MIL-C-5015）或联体电缆。

3. 电缆选择

电荷型传感器必须用低噪声电缆，否则电缆移动会产生摩擦噪声；IEPE 型对低噪声电缆不作硬性要求。通用测试常用 Φ2mm 低噪声电缆，工业现场常用更耐用的 Φ4.5mm 同轴电缆。绝缘材料：PVC（-40~+105℃）最常用，聚四氟乙烯（-45~+250℃）耐高温耐腐蚀但偏贵偏硬。

六、环境因素对测量结果的影响

环境因素	影响机理	应对思路
横向灵敏度	芯体结构与制造偏差使传感器对横向振动也产生输出	选剪切结构，常用指标 ≤5%
温度	压电陶瓷输出随温度变化且非线性，瞬态温变在低频测量中影响大	关注温度响应指标与离散度；低频测量加隔热护套
基座应变	被测件安装处应变传递给传感器引起输出变化	剪切芯体接触面积小、受应变影响小；必要时减小接触面积
声场 / 磁场	强声波作用于壳体、交变磁场作用于芯体，都会产生虚假输出	加厚壳体降声灵敏度；无磁材料+双层屏蔽壳降磁灵敏度

七、按应用场景选型速查

八、常见故障排查速查表

现场测量最常见的困惑是"信号不对"。先按下面的思路定位：先看电缆，再量偏置电压，最后判断是否为传感器本身故障。

故障现象	可能原因	排查 / 解决
无信号输出	电缆断线 / 芯体损坏	先换电缆；IEPE 型量偏置电压（正常 8~12V 左右，随供电而定）
偏置电压等于供电电压	电缆或内部连线断开	更换电缆或传感器
偏置电压接近零	电缆短路 / 内部连线断开	更换电缆或传感器
偏置电压漂移	环境温度变化 / 内置电路不稳定	加隔热护套；更换传感器
灵敏度低 / 偏差大	压电系数衰减 / 温度响应系数过大	重新标定；选温度响应离散度小的传感器
大信号失真	量程不足 / 恒流不足 / 谐振叠加	换大量程；提高恒流；换高谐振传感器
小信号失真（噪声大）	接地回路 / 电磁干扰 / 电缆噪声	对地绝缘安装；双层屏蔽；换低噪声电缆
低频信号失真	低频截止不够低 / 系统低频信噪比差	换低频好的传感器；检查恒流源/电荷放大器低频特性
高频信号失真	安装接触刚度差 / 芯体谐振频率低	改螺钉安装、提高扭矩；换高谐振传感器

小结

压电式加速度传感器选型并不复杂，记住三条主线：①类型——通用振动选压电式，静态/低频特例考虑压阻或电容；②输出——高温、低成本选电荷输出，常规测量选 IEPE；③指标——按振动量级定灵敏度、按信号频率定频响、按现场环境定封装与电缆。把被测对象的振动量、频率范围和环境条件三个数估准，选型就成功了一大半。

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