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2是【振動】、還是【震動】?點我第68期-
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14質塊彈簧系統「自然頻率」(natural frequency)?點我第77期點我
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16為什麼新的音響喇叭會吵到鄰居?點我第79期-
17如何界定振動的大小、或聲音的大小?點我第75期-
18系統方塊圖點我第80期點我
19【自然頻率】可以簡稱【頻率】嗎?點我第76期-
20常說的【振動頻譜】或【聲音頻譜】指的是甚麼?點我第82期-
21【頻率】的單位是【Hz】還是【rad_sec】?點我第77期-
22一般有興趣的【頻率】範圍是多少?點我第83期-
23甚麼是【實驗模態分析】?What is 'Experimental Modal Analysis' (EMA)?點我第78期點我
24如何量測得到結構的頻率響應函數?點我第81期點我
25代表聲音的物理量是甚麼?點我第84期點我
26聲音壓力的大小如何表示?點我第79期點我
27
第86期1
2
28正弦波的相位角是甚麼?點我第80期點我
29甚麼是洩漏(leakage)?點我-點我
30甚麼是取樣頻率(sampling frequency)?點我第81期點我
31甚麼是頻譜的摺疊效應(folding effect)?點我-點我
32甚麼是假象(aliasing)?點我第82期點我
33甚麼是重擊現象(beating phenomenon)?點我-點我
34餘弦波(cosine wave)之數學意義、幾何意義、物理意義?點我第83期點我
35正弦波及餘弦波有甚麼關聯性嗎?點我-點我
36什麼是轉速頻率(rotating speed frequency)?點我第84期點我
37位移、速度、加速度之關係與轉換點我第85期點我
38為什麼噪音值是「分貝」?點我第85期點我
39為什麼標準音源器取1kHz,94dB及114dB?點我第85期點我
40如何進行「麥克風」校正?點我第86期點我
41甚麼是「感測器」(sensor)及物理量(physical quantity)?點我點我
42牛頓第二定律之MLT因次分析:物理量的名稱、變數符號、對應的單位及單位代號點我點我
43感測器的「靈敏度」(sensitivity)是甚麼? 點我點我


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《振動噪音科普專欄》感測器的「靈敏度」(sensitivity)是甚麼?

在振動噪音量測時,最常採用的感測器(sensor)不外是加速度規(accelerometer)及麥克風(microphone),有時也會需要量測作用力,就採用力感測器(force transducer)

這些感測器都有其規格(specification),其中,重要的規格資訊之一就是「靈敏度」(sensitivity),本單元就來介紹感測器的「靈敏度」是甚麼?「靈敏度」有單位嗎?有甚麼用途?如何應用「靈敏度」?

在先前的單元:【甚麼是「感測器」(sensor)及「物理量」(physical quantity)?】,我們再回顧一下甚麼是「感測器」(sensor),簡單的說,能將物理量(physical quantity)轉換成電的訊號(electrical signal)之設備(device)就是「感測器」,而這個電的訊號通常為「電壓」 (voltage)

為什麼「感測器」輸出之電的訊號通常為「電壓」 (voltage),這是為了配合將量測數據傳送到電腦的數位化(digitalization)處理。所以,「感測器」量測得到之電壓(voltage)訊號,可以傳送到電腦,進而處理得到此物理量的時間歷程(time history)訊號。為了將電壓數值V轉換得到正確的物理量值P,就需要感測器的「靈敏度」S了。

以下針對振動噪音量測時,常用的三種感測器:(1) 加速度規(accelerometer)(2) 麥克風(microphone)(3) 力感測器(force transducer)。分別說明其典型的「靈敏度」數值及其意義。

(1)「加速度規」(accelerometer),顧名思義就是量測「加速度」的感測器,可以稱為「加速度計」、「加速度規」、或簡稱「加速規」。

「加速度」就是一個物理量,典型的加速度規之靈敏度單位為 mV/m/s^2、或是mV/g。在此須注意:其中,「mV」的V是電壓單位伏特(voltage)的單位代號;「mV」的m是單位代號V的前置代號(prefix)mmilli的倍數代號,是10-3次方;所以,mV=千分之一伏特。

以代數符號來說明:令S為感測器之靈敏度,如何將電壓數值V轉換得到正確的物理量值P呢?簡單的計算通式:P=V/S。也可以寫成:V=P*S

Sa為加速度規之靈敏度,單位:mV/m/s^2V為量測到的電壓,單位:mVA為實際的加速度物理量,則:A = V/Sa,或V=A*Sa

舉例來說,一個加速度規之靈敏度為Sa=10 mV/m/s^2,代表的意義就是:當加速度為A=1 m/s^2時,對應的電壓是V=A*Sa=10 mV。反之,如果量到的電壓是V=100 mV,則代表量到的加速度是A=V/Sa =100/10 =10 m/s^2

加速度規之靈敏度除了以 mV/m/s^2 為單位,也可以表示為mV/g的單位。g是重力加速度值,g=9.807 m/s^2。所以,兩種靈敏度的表示方式都可以,就看使用者希望採用的加速度是m/s^2的單位、或是g的單位。

(2) 麥克風(microphone)是量測聲音壓力(sound pressure)的感測器(sensor),度量得到的物理量是聲音壓力P

如果,典型的麥克風之靈敏度Sp=40 mV/Pa,由V=P*Sp,當P=1 Pa時,V=1*40=40 mV。反之,如果麥克風量到的電壓是V=400 mV,則代表量到的聲音壓力是P=V/Sp =400/40 =10 Pa

(3) 力感測器(force transducer)是量測力(force)的感測器(sensor),度量得到的物理量是力F

如果,典型的力感測器之靈敏度Sf=20 mV/N,由V=F*Sf,當F=1 N時,V=1*20=20 mV。反之,如果力感測器量到的電壓是V=200 mV,則代表量到的力是F=V/Sf =200/20 =10 N

綜合本單元的說明:

1.    「感測器」(sensor):一種設備(device)能將「物理量」 (physical quantity)轉換成電的訊號(electrical signal),這個電的訊號通常為「電壓」 (voltage)
2.    「感測器」的「靈敏度」S:可將度量的「電壓」數值V,轉換成正確的「物理量」數值P。三者之間的通式:P=V/S。也可以寫成:V=P*S
3.       振動噪音量測常用的感測器(1) 加速度規(accelerometer)(2) 麥克風(microphone)(3) 力感測器(force transducer)
4.       典型的加速度規靈敏度Sa=10 mV/m/s^2,或是Sa=1.02 mV/g
5.       典型的麥克風靈敏度Sp=40 mV/Pa
6.       典型的力感測器靈敏度Sf=10 mV/N
7.       物理量、電壓、靈敏度之轉換關係(1) 加速度規:A = V/SaV=A*Sa(2) 麥克風:P = V/SpV=P*Sp(3) 力感測器:F = V/SfV=F*Sf

本單元簡單說明【甚麼是感測器的「靈敏度」(sensitivity)?】,在振動噪音領域常用的感測器,包括:加速度規、麥克風以及力感測器,並說明其典型的靈敏度以及計算求得物理量的轉換關係,希望對讀者有所幫助。

以上個人看法,請多指教!

王栢村

2018.01.17