IEPE (Integrated Electronics Piezo-Electric),字面意思翻译过来即“集成电子压电”,是内置于振动传感器的一个电路芯片,这个电路将压电陶瓷产生的高阻抗电荷转换为低阻抗电压信号输出,其产生源头的需求来自NASA,--美国航空航天局,1970年左右,NASA在进行航天器的振动测试中需要非常多的振动传感器,而那时每个振动传感器都需要配套昂贵的电荷放大器,为了降低成本,当时的老惠普公司开发出了“恒流源供电”技术,在此技术基础上,瑞士的奇石乐公司kistler,将电路内置到振动传感器,由数据采集器提供恒流源来对电路供电,当时他们称其为“DeltaTron”技术,还为此注册了商标,随着这项技术越来越成熟,IEPE被IEEE等标准组织协会采用,逐渐成为了一个通用的,中立且不受品牌影响的专业术语。
1. IEPE和ICP有什么区别?
两者没有区别!都是指的内置于振动传感器的一个电路芯片。 ICP是美国PCB Piezotronics公司注册的商标,全称为Integrated Circuit Piezoelectric, PCB公司在行业内的影响力很广泛,他们大力推广这种ICP的传感器,渐渐的ICP和IEPE都成为了通用术语。
2. IEPE电路芯片的工作原理
IEPE芯片的本质是一个阻抗转换电路,这个电路由恒流源供电。
振动传感器中的压电陶瓷产生的电荷信号是高阻抗的,因为压电陶瓷本身就是绝缘体,可以将其表面等效认为是一个电容器,在受到机械压力时,内部晶格结构发生改变,正负电荷分开流向“电容器的极板”---压电陶瓷表面,相当于对电容进行充电,正是由于压电陶瓷的高绝缘电阻,附加上等效电容的容抗,使其输出阻抗非常高,通常大于10^8Ω。
对于如此大的阻抗,在信号传输之前,就要赶紧将其解决掉,IEPE应用电压跟随器(一种运算放大器)实现了阻抗变换,同时不改变输入的电压信号,将压电陶瓷的高阻抗输出转换成了低阻抗的电压输出
3. IEPE振动传感器和传统Charge电荷振动传感器对比
输出信号:IEPE是低阻抗电压信号, Charge是高阻抗电荷信号
供电: IEPE需恒流源供电 , Charge 无需供电
电缆: IEPE使用同轴电缆,成本相对较低,Charge需使用低噪声电缆,价格高
低频响应:受限于交流耦合电容,有最低频率点,一般0.5Hz,Charge可以测量超低频信号,低至0.01Hz
工作温度:受内置IEPE电路限制,一般最高到120℃ , Charge没有内置电路,可以耐高温,可以达到300℃以上
因此根据不同的使用场景,选择合适的振动传感器来匹配应用