Ajánlások gyorsulásmérő kiválasztására
A cikkben a jitter becslés módszereit az átviteli csatornában veszik figyelembe. Megjegyezzük az egyes megközelítések előnyeit és hátrányait.
A fejlesztők nehézségekbe ütköznek a hőérzékeny funkciók beágyazott rendszerekben történő alkalmazásában termisztorok, ellenállásos hőmérséklet-érzékelők és hőelemek segítségével. A cikk figyelembe veszi a megoldások mindegyikének kidolgozásának kulcsfontosságú feltételeit, amelyeket a félvezető hőmérséklet-érzékelőkkel hasonlítanak össze. A rugalmas és gazdaságos hőszabályozási rendszerek létrehozásának megvitatása, a rendszerek jellemzőit javító beépített funkciók használata.
Egy adott alkalmazás gyorsulásmérőjének felkutatásakor nem csak a kezdők, hanem a tapasztalt felhasználók is zavarosak lehetnek a gyorsulásmérő gyártói katalógusának vagy weboldalának vizsgálatakor. A cikkben ismertetett módszer lehetővé teszi a fejlesztő számára, hogy navigáljon a lehetőségek közepén, és válassza ki alkalmazásának legjobb gyorsulásmérőjét. A kiadvány [1] fordítása.
A kiválasztási folyamat első szakaszában meg kell határozni a várható mérések típusát. Gyorsulásmérővel történő méréshez három ismert technológiát alkalmaznak.
Piezoelektromos gyorsulásmérők (PEA) a legszélesebb körben használt eszközök a tesztelési és mérési alkalmazásokban. Ezek az eszközök igen széles frekvenciatartományban működnek (néhány Hz-ről 30 kHz-re), és eltérő érzékenységgel, súlyukkal, méretük és alakjuk van. A PEA-k töltési kimenettel vagy feszültség kimenettel rendelkeznek, és a rezgések és rázkódások mérésére szolgálnak.
Piezoellenállás gyorsulásmérők (ADP), általában nagyon alacsony érzékenységű, ezért meg kell mérni a hatását a gyorsulás és kisebb mértékben - a mérési rezgések. Azt is széles körben használják ütközésvizsgálatoknál, amikor akadályt ütköznek. Ballast működő egy széles frekvenciasáv (több száz Hz-től több mint 130 kHz), míg azok amplitúdó-frekvencia jelleggörbe (AFC) kiindulhat 0 Hz (úgynevezett DC-érzékelők), vagy változatlan marad, amely lehetővé teszi a mérési jeleket nagyszerű időtartam.
A kapacitív gyorsulásmérők (EA) a legújabb technológiát alkalmazó eszközökhöz kapcsolódnak. Mint a piezorezisztív gyorsulásmérők, az AFC 0 Hz-től indul. Az ilyen gyorsulásmérők nagy érzékenységgel, keskeny sávszélességgel (15 ... 3000 Hz) és magas hőmérsékleti stabilitással rendelkeznek. Az érzékenységi hiba a 180 ° C-ig terjedő üzemi hőmérséklet-tartományban nem haladja meg az 1,5% -ot. Az EA-t az alacsony frekvenciájú rezgések, a mozgás és az állandósult gyorsulás mérésére használják.
Mielőtt megvitatnánk a technológiát és alkalmazásuk sajátosságait, néhány általános jellegű definíciót adunk.
A frekvenciaválasz a gyorsulásmérő elektromos kimenőjelének külső mechanikus hatású függvénye függ a fix frekvenciatartományban. Ez az egyik fő paraméter, amelyen e vagy az adott komponens választása függ. A frekvenciatartományt rendszerint egy sor kísérlet határozza meg, és a specifikáció tartalmazza. Ez a paraméter szabályszerűen a referenciafrekvencia ± 5% pontosságával (100 Hz) van jelölve.
Számos komponens van meghatározva ± 1 dB, és egyes esetekben ± 3 dB. Ezek az értékek határozzák meg a gyorsulásmérő pontosságát egy adott frekvenciatartományban. Számos műszaki leírásban jellemző frekvencia-válasz görbéket mutatnak be, amelyek bemutatják, hogyan változik az összetevő pontossága a megadott frekvenciatartományokban.
A gyorsulásmérő másik fontos paramétere a mérési tengelyek száma. Jelenleg egy és három mérési tengellyel rendelkező készülékek készülnek. A triaxiális rendszer egy másik kiviteli alakjában három mérési blokkban három gyorsulásmérő van telepítve. Mindkét módszer lehetővé teszi egyidejű mérést három merőleges tengelyen.
Piezoelektromos gyorsulásmérők a legjobb választás, ha megmérjük a rezgések a legtöbb alkalmazás miatt a széles frekvencia, nagy érzékenységű, nagy felbontású és egyszerű telepítés. Attól függően, hogy a kimeneti jel típusát, oszlanak készülékek töltés kimenet és gyorsulásmérők beépített jelátalakító (belső elektronikus piezoelektromos - IEPE) feszültségkimenettel.
A közelmúltban széles körben használják az IEPE gyorsulásmérőket, mert kényelmesen használhatók. Annak ellenére, hogy a különböző márkák és módosítások, mind a gyártók az ilyen eszközöket be kell tartaniuk a közös (de nem hagyták jóvá), az ipari szabvány, és mivel gyorsulásadó felcserélhetők. Általában a IEPE-gyorsulásmérő tartalmaz egy töltés erősítőt, így nincs szükség további külső elemek és használja egy olcsó kábel. A gyorsulásmérő csatlakoztatása egyenáramú forrást igényel. A méréshez a rezgések egy bizonyos tartományban, és a működési hőmérséklet a -55 ... 125 ° C (175 ° C-on magas hőmérsékletű modellek) ajánlott, hogy egy piezoelektromos gyorsulásmérők IEPE-típusú.
Előnyök gyorsulásmérők töltéssel kimeneti megnyilvánulhat a munkaképesség, magas hőmérsékleten és rendkívül széles amplitúdó tartomány, amely jelentős mértékben függ a töltés erősítő konfiguráció (IEPE-típusú gyorsulásmérők fix amplitúdó tartomány). Tipikus munkatartomány gyorsulásmérők töltéssel kimeneti hőmérséklet -55 ... 288 ° C-on, és a speciális eszköz tud együtt dolgozni egy szélesebb tartomány: -269 ... 760 ° C-on
Ellentétben az IEPE gyorsulásmérőkkel, a töltéshez szükséges érzékelők speciális, alacsony zajszintű kábeleket igényelnek, amelyek ára jelentősen meghaladja a szabványos koaxiális kábelek árát. Szenzorok csatlakoztatásához töltő erősítők vagy beépített lineáris töltés-átalakítók szükségesek. Így a kapacitív gyorsulásmérők előnyösek a magas hőmérsékletű (175 ° C fölötti) méréseknél vagy olyan esetekben, amikor az ismeretlen nagy gyorsulás nem ismert.
Olyan alkalmazásoknál, ahol nagyon alacsony frekvenciájú rezgéseket kell mérni, ajánlott kapacitív gyorsulásmérőket használni. A frekvenciaválaszuk a kívánt érzékenységtől függően 0 Hz ... 1 kHz tartományban változik. Az alacsony frekvenciájú rezgések mérésekor a kapacitív gyorsulásmérő 1 V / g érzékenységet biztosít. Az ilyen szenzorok elengedhetetlenek az elektrohidraulikus rázógépekben, a motorszállítási alkalmazásokban, a gépek és szerkezetek vizsgálatában, a felfüggesztési rendszerekben, a vasúti közlekedésben.
A kapacitív gyorsulásmérők kis kisfrekvenciás oszcilláció mérésére szolgálnak, így elég nagy kimeneti jelet adnak. Ezek az eszközök nagy stabilitást biztosítanak az üzemi hőmérséklet széles tartományában.
Ha a kapacitív gyorsulásmérő pozíciója, amelyben az érzékenységi tengelye párhuzamos a gravitációs vektor irányával, akkor a kimenőjel egyenlő 1 g erővel. Ezt a jelenséget "DC válasznak" nevezzük. Ennek köszönhetően a kapacitív gyorsulásmérőket gyakran használják a centrifugális erő mérésére vagy a targoncák gyorsítására.
A kapacitív gyorsulásmérőket alacsony frekvenciájú rezgések mérésére használják, a jelentési fázisadatokat. Ráadásul ezek a szenzorok sikeresen használatosak a járművek és a vasúti berendezések roncsolódásának mérésére a jó alacsony frekvenciájú jellemzők miatt.
Táblázat: 1. Standard gyorsulásmérő hőmérsékleti értékek
A piezoelektromos gyorsulásmérő dinamikus jellemzőiben a töltési típus nem határozza meg a működési tartományt. nagymértékben függ a töltéserősítőtől. A dinamikus paraméterek szakaszban az amplitúdó karakterisztika linearitása jelez. Az előző esethez hasonlóan a maximális mérési tartomány bizonyos üzemi körülmények között jellemzi a gyorsulásmérő gyorsító terhelhetőségét.
A szenzorok nedves környezetben történő működtetéséhez különböző típusú burkolatok használatosak az eszközök tömítettségének biztosítására. Ha gyorsulásmérőket használnak az űrjárművekben, víz alatt, vagy túlzottan nedves környezetben való hosszabb ideig tartó expozíciónak van kitéve, akkor egy lezárt tokot ajánlunk. A hőmérsékleti körülmények folyamatos változása azonban megzavarhatja az érzékelőház epoxi szigetelését.
Mivel a gyorsulásmérők előállításához használt modern technológiák nem mágneses anyagokat használnak, a mágneses érzékenység ritkán szerepel az alkatrész-specifikációban.
Ha az érzékelő úgy van kialakítva, hogy hajlékony felületen dolgozzon, meg kell határozni a bázis hajlítási paramétereit. A felület hajlítása az érzékelő téves működéséhez vezethet, ezért ilyen esetekben kerülni kell a sűrítési gyorsulásmérők használatát.
Amikor a gyorsulásmérő érintkezik az objektummal, a mért gyorsulás változik. Ennek hatása részben elkerülhető, ha az érzékelő súlyát optimalizálják. A hüvelyk szabályával összhangban arra kell törekedni, hogy a gyorsulásmérő súlya legfeljebb 10% -kal haladja meg a vizsgálati tárgy súlyát.
Számos módszer létezik egy gyorsulásmérő telepítésére a vizsgált eszközön. A legelterjedtebbeket felsoroljuk.
Az érzékelő csavaros rögzítése az objektum felületére a lehető legjobb adatátviteli lehetőséget biztosítja magas frekvencián, mert A gyorsulásmérő egyetlen egységet alkot a vizsgált eszközzel. A nagyfrekvenciás tartományban lévő érzékelő jellemzője javítható azáltal, hogy valamilyen olajat csepegtet a készülék és az objektum között. Ennek a módszernek a megválasztásakor érdemes egy olyan érzékelőt vásárolni, amely képes a felszínhez ragaszkodni.
Az érzékelő ragasztós felszerelése gyakran kis felületen és nyomtatott áramköri lapokon történik. Ragasztóanyagként előnyösen ciano-akrilát ragasztót alkalmazunk, mivel szükség esetén könnyen eltávolítható. Sok gyorsulásmérő speciálisan a ragasztó szereléséhez készült, amelyet a műszaki adatok tartalmaznak. A csavaros érzékelőt a ragasztandó tárgy felületén is fel lehet szerelni, de ügyelni kell arra, hogy a ragasztó ne kerüljön a menetes lyukakba.
A földelés kérdése nagyon fontos lesz azokban az esetekben, amikor a mért tárgy felülete vezetőképes és nulla potenciállal rendelkezik. A földfeszültség különbsége az elektronikus berendezés és a gyorsulásmérő között földi hurok kialakulásához és hibás adatok megjelenéséhez vezethet.
A piacon felkínált gyorsulásmérőket földelő áramkör vagy földelt ház izolálja. A földcserére szolgáló gyorsulásmérők általában szigetelt szerelőtalpúak, és lehetőség szerint egy elszigetelt rögzítőcsavar. Bizonyos esetekben a gyorsulásmérő teljes teste szétválasztja a földelő áramkört.
Ha egy adott alkalmazásban kis kimeneti jelekkel vagy széles dinamikatartománygal rendelkező gyorsulásmérőkre van szükség, az olyan paraméterek, mint a felbontás és az érzékenység meghatározóvá válnak.
A gyorsulásmérő átalakítja a mechanikai energiát elektromos jelekké, amelyeket mV / g-ban vagy pC / g-ben fejezzünk be (töltőáramú érzékelők esetén). A gyorsulásmérők sorát több, különböző érzékenységű modell képviseli, amelyek optimális értéke a mért jel szintjétől függ. Például erős lökéshullámok mérésekor alacsony érzékenységű érzékelőket használnak.
Kis jelek mérésekor a legjobb megoldás a nagy érzékenységű gyorsulásmérő használata, amelynek kimenő jele magasabb, mint az erősítő zajszintje. Például, ha a vibrációs szint 0,1 g, és az érzékelő érzékenysége 10 mV / g, a kimeneti feszültség 1 mV, és egy gyorsabb mérőeszköz nagyobb érzékenységgel.
A felbontás jellemzi a gyorsulásmérő minimális megkülönböztethető jelét. Ezt a paramétert a gyorsulásmérő belső zajának szintje határozza meg, az IEPE gyorsulásmérő esetében pedig a beépített jelátalakító zajszintjét, és grms-ben fejeződik ki.
A fenti információk lehetővé teszik számunkra, hogy előzetes döntést hozhassunk arról, hogy mely gyorsulásmérők képesek egy adott mérési feladatot végrehajtani. Vannak ugyanilyen fontos paraméterek is, amelyeket a beszállítókkal meg kell vitatni. Ezek a paraméterek a következők:
- jelkondicionálás és tápegység;
- relatív keresztirányú érzékenység;
- hőmérséklet jellemző;
- kábel típusa.
A cikk hatályán kívül eső további kérdéseket a gyártóval kell megvitatni.