使用ICP®傳感器時(shí)，在獲取低頻信息時(shí)必須考慮兩個(gè)因素。它們是：
1、傳感器的放電時(shí)間常數(shù)特性(每個(gè)傳感器特有的固定值)。
2、信號(hào)調(diào)理器中使用的耦合電路的時(shí)間常數(shù)。(如果使用直流耦合，則只需要考慮#1)。
重要的是，用戶容易理解這兩個(gè)因素以避免潛在的問(wèn)題。
傳感器放電時(shí)間常數(shù)
放電時(shí)間常數(shù)是低頻限制中更重要的因素，因?yàn)樗怯脩魺o(wú)法控制的頻率限制。
考慮前面圖6中所示的ICP®傳感器。雖然傳感元件在各種類型(和范圍)的壓力，力和加速度傳感器的物理配置上會(huì)有很大差異，但基本操作理論對(duì)所有人來(lái)說(shuō)都是相似的。當(dāng)感應(yīng)元件在t = t時(shí)由階躍函數(shù)被測(cè)量(壓力，力或加速度)作用時(shí)，產(chǎn)生與該機(jī)械輸入成線性比例的電荷量Δq。
在石英ICP®傳感器中，此電荷累積在總電容Ctotal中，其中包括傳感元件的電容，放大器輸入電容，測(cè)距電容和任何額外的雜散電容。(注意：測(cè)量電容器與電阻器并聯(lián)，用于降低電壓靈敏度，但未顯示。)結(jié)果是根據(jù)靜電定律的電壓：ΔV=Δq/ Ctotal。然后通過(guò)MOSFET電壓放大器放大該電壓，以確定傳感器的***終靈敏度。根據(jù)該等式，電容越小，電壓靈敏度越大。雖然這是真的，但是存在一個(gè)實(shí)際限制，其中較低的電容不會(huì)顯著增加信噪比。
在陶瓷ICP®傳感器中，晶體電荷通常由集成電荷放大器直接使用。在這種情況下，只有反饋電容(位于放大器的輸入和輸出之間)決定了電壓輸出，從而決定了傳感器的靈敏度。
雖然石英和陶瓷傳感器的工作原理略有不同，但原理圖(圖6)表明兩種類型的傳感器基本上都是電阻 - 電容(RC)電路。
在階躍輸入之后，電荷立即開(kāi)始通過(guò)電阻器(R)消散并遵循等式的基本RC放電曲線：
q = Qe -t / RC(等式8)
其中：q =瞬時(shí)充電(pC)
Q =初始量充電(pC)
R =偏置(或反饋)電阻值(歐姆)
C =總(或反饋)電容(pF)
t = t0(秒)后的任何時(shí)間
e =自然對(duì)數(shù)的基數(shù)(2.718)
該等式如圖14所示。請(qǐng)注意，來(lái)自ICP®傳感器的輸出電壓信號(hào)不會(huì)如下所示為零，而是基于8至10 VDC放大器偏置。
圖14：特征放電曲線
R乘以C的乘積是傳感器的放電時(shí)間常數(shù)(DTC)(以秒為單位)，并在每個(gè)ICP®傳感器提供的校準(zhǔn)信息中指定。由于電容固定增益并且對(duì)于特定傳感器是恒定的，因此電阻器用于設(shè)置時(shí)間常數(shù)。放電時(shí)間常數(shù)的典型值范圍從小于1秒到高達(dá)2000秒。
DTC對(duì)低頻響應(yīng)的影響
ICP®傳感器的放電時(shí)間常數(shù)建立了類似于一階高通RC濾波器的低頻響應(yīng)，如圖15A所示。圖15B是低頻響應(yīng)的波特圖。
圖15：ICP®傳感器的傳輸特性
該濾波特性對(duì)于排出由轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)上的熱效應(yīng)產(chǎn)生的低頻信號(hào)是有用的。如果允許通過(guò)，則可能導(dǎo)致漂移，或者在嚴(yán)重情況下，會(huì)使放大器飽和。
理論下角或頻率(fo)由以下關(guān)系確定，其中DTC等于傳感器放電時(shí)間常數(shù)(以秒為單位)。見(jiàn)表1。
DTC對(duì)長(zhǎng)時(shí)間波形的影響
通常需要測(cè)量持續(xù)百分之幾的傳感器時(shí)間常數(shù)的各種被測(cè)量的階梯函數(shù)或方波，特別是在靜態(tài)校準(zhǔn)壓力和力傳感器時(shí)。
以下是此類測(cè)量的重要指南：輸出信號(hào)丟失量和經(jīng)過(guò)時(shí)間占DTC的百分比，與DTC的約10%具有一對(duì)一的對(duì)應(yīng)關(guān)系。圖16顯示了方波輸入的輸出電壓與時(shí)間的關(guān)系。(為了獲得準(zhǔn)確的讀數(shù)，DC耦合信號(hào)調(diào)節(jié)器和讀數(shù)儀器。)
圖16：步驟功能響應(yīng)
在時(shí)間t = t0，將步驟測(cè)量值(psi或lb.)施加到傳感器并允許保持1%的DTC，此時(shí)它被突然移除。對(duì)應(yīng)于該輸入的輸出電壓變化ΔV立即加到傳感器偏置電壓上，并在t> t0時(shí)開(kāi)始放電。當(dāng)t = t0 +(0.01 DTC)時(shí)，信號(hào)電平降低了ΔV的1%。這種關(guān)系僅與DTC的約10%成線性關(guān)系。(即，如果在t = 0.1 DTC時(shí)移除被測(cè)量，則輸出信號(hào)將放電約ΔV的10%。)
在1 DTC之后，63%的信號(hào)將放電。在5個(gè)DTC之后，輸出信號(hào)基本上放電，并且僅保留傳感器偏置電壓電平。
在移除被測(cè)量后，輸出信號(hào)將低于傳感器偏置電壓，其放電量與放電量相同。然后，它將朝向傳感器偏置電壓電平充電，直到達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。
對(duì)于至少1%的測(cè)量精度，放電時(shí)間常數(shù)應(yīng)至少為方波事件持續(xù)時(shí)間的100倍，半斜坡持續(xù)時(shí)間的50倍和半正弦脈沖持續(xù)時(shí)間的25倍。更長(zhǎng)的時(shí)間常數(shù)將提高測(cè)量精度。
耦合對(duì)低頻響應(yīng)的影響
如前所述，如果恒流信號(hào)調(diào)節(jié)器(如圖5所示)是直流耦合的，則系統(tǒng)的低頻響應(yīng)僅由傳感器DTC確定。然而，由于許多信號(hào)調(diào)節(jié)器是交流耦合的，因此總耦合DTC可能是低頻測(cè)量的限制因素。
例如，圖7顯示了通過(guò)10μF耦合電容(內(nèi)置于許多恒流信號(hào)調(diào)節(jié)器中)的典型交流耦合。假設(shè)讀出儀器(未顯示)上的輸入阻抗為1兆歐，則耦合時(shí)間常數(shù)簡(jiǎn)單等于R乘以C ，或10秒。(這也假設(shè)傳感器輸出阻抗<100歐姆。)作為一般規(guī)則，保持耦合時(shí)間至少比傳感器時(shí)間常數(shù)大10倍。
在獲取低頻測(cè)量時(shí)，低輸入阻抗錄音機(jī)和其他儀器將顯著降低耦合時(shí)間常數(shù)。對(duì)于這種情況，請(qǐng)使用包含直流耦合或緩沖輸出的信號(hào)調(diào)理器。