在同一个频率下，随着振动幅值（加速度 g 值）从小到大变化，传感器的灵敏度发生改变。例如：
1g 时灵敏度 100 mV/g
10g 时灵敏度 98 mV/g（下降2%）
100g 时灵敏度 95 mV/g（下降5%）
很多用户认为“标书上写了±1%线性度”，所以默认传感器在所有幅值下都是准的——这是致命误解。
深层次原因（难点所在）
绝大多数人知道压电传感器存在“非线性”，但具体来源远比想象的复杂：
-
压电陶瓷本征非线性
PZT等材料在强电场/高应力下，极化畴壁运动饱和，导致电荷输出与应力偏离线性关系。
通常从10g以上开始显现，100g以上显著。
坑点：不同批次、不同极化工艺的同一型号PZT，非线性曲线可能相差2-3倍。
-
预紧力变化效应
压缩型压电传感器内部用弹簧片或螺栓施加预紧力。
-
大加速度时，惯性力会动态改变压电元件上的压应力：
正向加速度：压缩力增加 → 灵敏度可能降低（非线性刚化）
反向加速度：压缩力减小 → 灵敏度升高（甚至造成受力间隙暂离）
结果：正负半周灵敏度不对称 → 产生偶次谐波失真。
-
电荷放大器的输入电容非线性
高增益电荷放大器采用反馈电容（如几pF～几百pF）。
某些低成本设计中，电容器的电压系数（C-V曲线）导致等效增益随电荷幅度变化。
隐蔽性：即使传感器本身线性，配合这种放大器后整体非线性超标。
-
IEPE电路的偏置电压波动
大输出信号时，内部FET或运放的电源调制效应导致偏置电压漂移，影响后续输出级线性度。
对工作电压偏低（如18V而不是24V）的低功耗设计尤其明显。
为什么这个问题“难”？——几个反直觉的特征
| 特征 | 常规认知 | 实际真相 |
|---|---|---|
| 与频率的关系 | 认为非线性与频率无关 | 实际上：低频时预紧力动态变化更明显（应力持续时间长），非线性更严重；高频时压电本征非线性主导。两者拐点未知，需实测。 |
| 与安装方式的关系 | 认为非线性仅取决于传感器本身 | 实际上：刚性安装时底座应变会耦合进传感器壳体，改变内部应力分布，非线性曲线可能偏移±30%。用磁座时尤其明显。 |
| 与温度的关系 | 温度主要影响灵敏度温度系数 | 实际上：某些PZT在居里温度附近（如150-200°C）非线性急剧恶化到5-10%，而灵敏度温度系数可能只变了2-3%——用户只补偿了温度系数，却不知非线性已爆炸。 |
| “满量程”的定义陷阱 | 标称量程内线性度合格 | 实际上：很多传感器在50%量程时线性度良好，但75%-100%量程突然恶化。厂家标“±1%”往往是指50%量程附近，而非全量程。 |
典型工程误判案例
场景：某大型电机轴承座振动监测，正常运行时加速度约2g。某次启机过程出现瞬间20g冲击。事后巡检发现传感器输出明显偏小（怀疑传感器损坏）。
误判过程：
用激振器1g、160Hz校核，灵敏度正常（偏差
认为传感器完好，更换采集通道后问题依旧。
怀疑是轴承故障，准备拆机。
真相：
该传感器在>15g后幅值线性度迅速下降到-8%（原因：预紧力不足+压电陶瓷饱和）。
20g冲击使传感器进入非线性区，但并未损坏。
因日常监测幅值小，从未触及其非线性区，启机时的冲击数据全部被低估了30%以上。
诊断方法（不依赖昂贵设备）：
用落锤台或冲击锤产生不同幅值的冲击（如5g、10g、20g、50g）。
同时用参考传感器（已知线性度高，如标准压电或激光）与被测传感器背对背安装。
绘制“加速度输入 vs 灵敏度变化”曲线，若在某个g值后斜率突变，即为幅值线性度界限。