對于某些壓電加速度計，放大器內(nèi)置于傳感器外殼中。
　　縮寫 IEPE 是集成電子壓電傳感器的縮寫，用于將這些壓電傳感器與那些沒有內(nèi)置電子器件的傳感器區(qū)分開來。IEPE 傳感器的輸出是低阻抗電壓信號，而沒有內(nèi)置電子器件的壓電傳感器只能產(chǎn)生電荷輸出。IEPE傳感器中采用的放大器可以是電壓放大器或電荷放大器。
　　在本文中，我們將使用術(shù)語“電壓模式 IEPE”來指代具有電壓放大器的 IEPE，使用術(shù)語“充電模式 IEPE”來指代具有內(nèi)部電荷放大器的 IEPE 傳感器。我們還將使用術(shù)語“電荷輸出傳感器”來指代沒有內(nèi)部放大器的壓電傳感器。
　　了解 IEPE 加速度計中的電壓模式
　　首先，讓我們記住電壓模式 IEPE 傳感器的基本圖，如圖 1 所示。

　　電壓模式 IEPE 傳感器的示例圖。

　　圖 1. 電壓模式 IEPE 傳感器的示例圖。圖片[改編]由Dytran提供
　　記住這個數(shù)字，讓我們深入了解電壓模式 IEPE 的傳感元件、放大器配置和放電時間常數(shù)。
　　傳感元件
　　雖然石英和壓電陶瓷晶體都可以在電壓模式 IEPE 中使用，但石英傳感元件自然更適合電壓模式信號調(diào)節(jié)，因為它們具有較低的電容，并且對于給定量的電荷可產(chǎn)生較大的電壓（根據(jù) V =q/C）。石英是天然晶體，而陶瓷是人造晶體。陶瓷同時具有高電壓敏感性和高電荷敏感性類型。具有高電壓靈敏度的壓電陶瓷也可用于電壓模式 IEPE 傳感器。
　　放大器配置
　　如圖 1 所示，放大器的級采用了場效應(yīng)晶體管 (FET)，以限度地提高放大器的輸入電阻，并避免為傳感器產(chǎn)生的電荷形成泄漏路徑。在輸出級，放大器使用雙極晶體管來提高線路驅(qū)動能力。在上圖中，放大器是單位增益源極跟隨器配置。晶體管的源極端子以及電路接地端子從傳感器外殼引出，通過同軸電纜連接到電源單元。IEPE 傳感器的電源單元將在另一篇文章中進(jìn)行討論。
　　傳感元件上產(chǎn)生的電壓 (ΔV) 由下式給出：
　　Delta V=\frac{\Delta q}{C_{總計}}
　　其中 Δq 表示產(chǎn)生的電荷，Ctotal是FET 晶體管柵極“看到”的總電容。單位增益放大器的輸出端也會出現(xiàn)直流電壓上的相同電壓變化 (ΔV)。無激勵時輸出的直流值通常在 8 V 至 12 V 范圍內(nèi)。
　　放電時間常數(shù)
　　傳感器產(chǎn)生的電荷（出現(xiàn)在電容器上）會通過 FET 晶體管柵極“看到”的電阻逐漸泄漏。該節(jié)點處的總電阻乘以總電容決定了放電時間常數(shù)。
　　正如我們在之前有關(guān)電荷放大器的文章中討論的那樣，放電時間常數(shù)決定了放大器的準(zhǔn)靜態(tài)行為。圖 2(b) 顯示了當(dāng)輸入在足夠長的時間內(nèi)保持恒定時，有間常數(shù)如何引入誤差（圖 2(a)）。

　　(a) 輸入加速度波形和 (b) 放大器具有短時間常數(shù)時的輸出。

　　圖 2. (a) 輸入加速度波形和 (b) 放大器具有短時間常數(shù)時的輸出。
　　充電模式 IEPE 加速度計
　　充電模式 IEPE 使用內(nèi)部電荷放大器，如圖 3 所示。

　　充電模式 IEPE 下的內(nèi)部放大器的示例圖。

　　圖 3. 充電模式 IEPE 下的內(nèi)部放大器的示例圖。圖片由PCB Piezotronics提供
　　電荷模式 IEPE 加速度計往往比電壓模式類型更常見（要了解電荷放大器的工作原理，請參閱開頭鏈接的上一篇文章）。
　　與同等比例的陶瓷元件相比，石英晶體通常具有較高的電壓靈敏度和較低的電荷靈敏度。石英的低電荷敏感性會限制其在電荷模式 IEPE 中的用途。這就是為什么陶瓷傳感元件更常用于充電模式 IEPE 的原因。
　　請注意，與電壓模式 IEPE 一樣，充電模式 IEPE 的輸出信號和電源電壓均通過標(biāo)準(zhǔn)同軸電纜或雙芯電纜從傳感器引出。
　　IEPE 傳感器的動態(tài)范圍
　　無激勵時 IEPE 傳感器輸出的直流值通常在 8 V 至 12 V 范圍內(nèi)。然而，該直流電壓會隨著溫度和電源單元提供的電源電流而變化。實際測量的輸出直流值記錄在每個設(shè)備隨附的校準(zhǔn)證書上。圖 4 顯示了典型 IEPE 傳感器的動態(tài)范圍。

　　顯示 IEPE 傳感器動態(tài)范圍的圖表。

　　圖 4. 顯示 IEPE 傳感器動態(tài)范圍的圖表。圖片由MMF提供
　　輸出電壓始終為正，其上限由電源單元的電源電壓決定。另一方面，下限由放大器參數(shù)決定。超出此范圍，我們將得到一個削波波形，如上圖所示。請記住，這些電壓水平可能因制造商而異。

　　圖 5 顯示了PCB Piezotronics 的示例 IEPE 傳感器 在兩種不同電源電壓（V s1 = 24 VDC 和 V s2 = 18 VDC）下的動態(tài)范圍。

　　圖 5. IEPE 傳感器示例的動態(tài)范圍。圖片由PCB Piezotronics提供
　　在此圖中，實線代表預(yù)期輸出，而陰影曲線代表 V s1 = 24 VDC 和 V s2 = 18 VDC的實際輸出。在本例中，輸出的直流值為 V B = 10 V。PCB 上的該 IEPE 加速度計的下限約為 2 V。該傳感器的上限比所采用的電源電壓低 1 V。需要此 1 V 壓降才能保持電源單元內(nèi)的限流二極管正常工作。PCB Piezotronics 的 IEPE 傳感器的電源電壓通常在 18 至 30 伏范圍內(nèi)。
　　如圖所示，當(dāng)電源電壓為 V s2 = 18 V 時，輸出被限幅為 V E2 = 17 V。這可以通過將電源電壓增加到 V s1 = 24 V 來解決，給出的上限為 V E1 = 23V。