加速度传感器作为测量振动、冲击等运动参数的核心器件，广泛应用于航空航天、汽车安全、工业自动化等领域。其性能直接决定系统监测精度，而灵敏度作为核心指标，在高温、低温、湿热等气候环境下的稳定性尤为关键。开展气候环境试验中的灵敏度测试，是验证传感器适应复杂环境能力、确保实际应用可靠的重要环节。

加速度传感器灵敏度的基本概念

加速度传感器的灵敏度是输出信号与输入加速度的比值，通常以“mV/g”为单位（如输出100mV对应1g加速度，则灵敏度为100mV/g）。这一指标直接反映传感器对加速度信号的响应能力，是设计和应用的核心参数。

灵敏度测试需结合线性度、重复性等指标综合判断。线性度指输出与输入的线性关系，若线性误差超过1%，不同加速度下的灵敏度会显著波动，结果不可靠。重复性是同一条件下多次测试的一致性，变异系数需≤1%，确保稳定性。

此外，灵敏度的温度系数（%/℃）也是关键——气候环境试验的核心就是验证温度变化对灵敏度的影响是否在允许范围（通常≤±0.1%/℃）。

气候环境试验的常见类型及对灵敏度的影响

气候环境试验模拟传感器可能遇到的极端环境，常见类型包括高温、低温、恒定湿热、温度循环及盐雾等。不同环境通过改变材料特性、结构应力或电气性能影响灵敏度。

高温会导致弹性元件（如压电陶瓷）热膨胀，改变刚度或压电系数：金属弹性元件高温膨胀会降低刚度，相同加速度下变形量增大，灵敏度上升；压电陶瓷的压电系数则可能随温度升高衰减，导致灵敏度下降。

低温使封装材料（如环氧树脂）脆化，产生内应力，改变机械结构；同时降低电子元件活性，输出噪声增大，影响测量精度。

恒定湿热环境中，湿气侵入会降低绝缘电阻、导致零点漂移——绝缘下降会混入漏电流，零点漂移会掩盖真实的灵敏度变化，造成测试偏差。

温度循环（如-40℃至85℃）通过反复热胀冷缩加速材料疲劳，可能导致弹性元件永久变形，灵敏度不可逆变化；盐雾则腐蚀金属部件，间接影响力学性能。

高温环境下的灵敏度测试方法

高温测试需控制温度稳定性和热平衡。测试前，传感器需放入高温箱，按5℃/min速率升至目标温度（如50℃、80℃、100℃），并保持2小时以上，确保内部温度均匀，避免热梯度应力。

设备需提前校准：将标准加速度计与被测传感器一同放入高温箱，校准振动台的加速度输出精度（误差≤±1%）。若振动台集成在高温箱内，需验证其振动波形失真度（≤5%），避免波形畸变。

测试时，信号发生器向振动台施加已知加速度（如100Hz正弦振动，1g、2g），数据采集系统记录输出电压。每个温度点需稳定15分钟后测试，避免温度波动导致的输出漂移。

每个温度点重复测试3次，取平均值计算灵敏度（S=Vout/a）。测试后需以2℃/min速率降温至室温，避免骤冷损坏结构。

高温下输出可能有热噪声，需用1kHz低通滤波器去除高频噪声，确保信号清晰。

低温环境下的灵敏度测试要点

低温测试需防止骤冷应力及结露。测试前，低温箱预冷至目标温度（如-10℃、-20℃、-40℃），保持1小时稳定；被测传感器需缓慢放入（每分钟降温5℃），避免封装开裂。

振动台需更换低温润滑脂（如硅基脂），防止轴承卡顿；同时校准振动台位移输出（误差≤±2%）——低温会改变弹性元件刚度，影响加速度精度。

测试时，加速度从低到高逐步增加（0.5g、1g、2g），避免脆性结构受冲击损坏；数据采集系统需提高采样率（2kHz），捕捉弱信号，并通过数字滤波去噪。

测试后，传感器需在低温箱中缓慢升温至室温（2℃/min），避免结露。若表面凝水，需用干燥氮气吹扫后再测试，防止短路。

低温下零点易漂移，需在每个温度点记录零点电压（V0），计算灵敏度时扣除漂移（S=(Vout-V0)/a）。

恒定湿热环境下的灵敏度测试注意事项

恒定湿热试验（如40℃、90%RH）需确保传感器充分吸湿。测试前，传感器需在试验箱中放置48小时，通过重量法验证湿度平衡（重量变化≤0.1%）。

测试前需测绝缘电阻：用兆欧表测输入输出端与外壳的电阻，需≥100MΩ。若绝缘下降，需检查封装密封性（如环氧树脂裂纹），避免湿气进一步侵入。

测试需用密封电缆（如氯丁橡胶护套）连接传感器与采集系统，防止湿气进入线路；振动台需置于箱外，通过延伸杆传递振动，避免腐蚀。

施加加速度时需控制幅值稳定性（误差≤±1%）——湿热环境下弹性元件吸湿膨胀会改变刚度，加速度不稳定会放大误差。

测试后，传感器需放入60℃干燥箱烘干2小时，去除湿气，再测室温灵敏度，对比湿热前后变化（偏差≤±5%），判断防潮性能。

灵敏度测试的设备要求与校准

测试系统需包括气候箱、振动台、信号发生器、采集系统及标准加速度计。气候箱需满足温度精度（≤±0.5℃）、湿度精度（≤±5%RH）及均匀度（≤±2℃），确保环境一致。

振动台需选电磁式（频率5Hz-2000Hz），推力≥100N，抵消箱内空气阻力；加速度精度≤±1%，测试前需用标准加速度计校准——将标准件与被测传感器固定在同一振动台，同步测试，确保输入一致。

数据采集系统需具备高分辨率（≥16位）和低噪声（≤10μV），捕捉微小电压变化；信号发生器需能产生正弦、随机信号，频率精度≤±0.1%。

灵敏度测试的数据处理与有效性判断

数据处理需去除异常值、计算灵敏度及验证一致性。首先用格拉布斯准则剔除偏离平均值3倍标准差的数据，避免偶然误差。

灵敏度计算：每个环境条件下，取3次测试的输出电压平均值，除以输入加速度（S=Vout/a），得到该条件下的灵敏度。

有效性需满足三个指标：1、灵敏度偏差：环境下的灵敏度与室温偏差≤±5%；2、线性度：输出-加速度的线性拟合误差≤1%（R²≥0.99）；3、重复性：同一条件下变异系数≤1%。

线性度验证需绘制输出-加速度曲线，若曲线偏离直线，说明线性性能差，灵敏度随加速度变化大，结果不可靠。

测试中的干扰因素及排除方法

电磁干扰是常见问题：气候箱加热器、振动台电源会产生噪声，干扰输出信号。解决方法：用屏蔽电缆（铜编织网护套），传感器外壳单点接地（电阻≤1Ω），采集系统置于屏蔽箱内。

机械干扰：气候箱振动会通过地面传递到振动台，导致额外加速度输入。需将振动台安装在橡胶减震垫上，箱与台之间设泡沫塑料隔振层。

热干扰：测试线路温度变化会改变电阻，影响输出。需用低温度系数电缆（如聚四氟乙烯，温度系数≤10ppm/℃），并在电缆旁放温度传感器，通过公式（R=R0(1+αΔT)）修正电阻影响。

零点漂移：温度变化会导致零点波动，需在每个测试点先记录零点电压，计算灵敏度时扣除（S=(Vout-V0)/a），确保结果准确。