Understanding Piezoelectric Accelerometers
A পিজোইলেকট্রিক ত্বরণ সেন্সর is a vibration সেন্সর যা পাইজোইলেকট্রিক প্রভাব ব্যবহার করে — যে বৈশিষ্ট্যটি নির্দিষ্ট স্ফটিক যান্ত্রিক চাপে বৈদ্যুতিক চার্জ উৎপন্ন করে — যান্ত্রিক কে বৈদ্যুতিক সিগন্যালে রূপান্তরিত করতে acceleration কম্পনের প্রশস্ততার সাথে সমানুপাতিক একটি বৈদ্যুতিক সিগন্যালে। যখন সেন্সর ত্বরান্বিত হয়, একটি অভ্যন্তরীণ সেইসমিক ভর একটি পাইজোইলেকট্রিক উপাদানকে সংকুচিত করে বা কেটে দেয়, এবং ফলাফলস্বরূপ চার্জ বা ভোল্টেজ কন্ডিশন করা হয় এবং পরিমাপ সিগন্যাল হিসাবে আউটপুট দেওয়া হয়। একটি বিস্তৃত ফ্রিকোয়েন্সি রেঞ্জের কারণে (প্রায় 0.5 Hz থেকে 50+ kHz), উচ্চ সংবেদনশীলতা, কঠোরত্ব এবং একটি স্ব-উৎপন্ন সেন্সিং উপাদান যার কোনো বাহ্যিক শক্তির প্রয়োজন নেই, পাইজোইলেকট্রিক অ্যাক্সেলারোমিটার শিল্পে সবচেয়ে বেশি ব্যবহৃত কম্পন সেন্সর এবং আধুনিক এর ভিত্তি vibration analysis এবং অবস্থা পর্যবেক্ষণ।
1. পাইজোইলেকট্রিক প্রভাব
ভৌত নীতি
- নির্দিষ্ট স্ফটিক (কোয়ার্টজ, ট্যুর্মালিন) এবং সিরামিক্স (PZT, বেরিয়াম টাইটানেট) পাইজোইলেকট্রিক।
- যান্ত্রিক চাপ স্ফটিকের পৃষ্ঠে বৈদ্যুতিক চার্জ উৎপন্ন করে।
- চার্জ প্রয়োগ করা শক্তির সাথে সমানুপাতিক।
- প্রভাবটি প্রতিবর্তনযোগ্য — একটি ভোল্টেজ প্রয়োগ করলে উপাদানটি বিকৃত হয়।
- এটি স্ব-উৎপন্ন, তাই চার্জ নিজে উৎপাদনের জন্য কোনো শক্তির প্রয়োজন নেই।
অ্যাক্সেলারোমিটারের ভিতরে
গতি থেকে সিগন্যাল পর্যন্ত শৃঙ্খল সংক্ষিপ্ত এবং সরাসরি:
- কম্পন সেন্সর বেস এবং হাউজিংকে ত্বরান্বিত করে।
- অভ্যন্তরীণ সেইসমিক ভর একটি শক্তি অনুভব করে, F = m × a।
- সেই শক্তি পাইজোইলেকট্রিক স্ফটিককে চাপ দেয়।
- স্ফটিক শক্তির সাথে সমানুপাতিক একটি চার্জ উৎপন্ন করে, এবং তাই ত্বরণের সাথে।
- চার্জ ইলেকট্রোডগুলিতে সংগৃহীত হয় এবং একটি পরিমাপযোগ্য সিগন্যালে রূপান্তরিত হয়।
আউটপুট ত্বরণ ট্র্যাক করার কারণে, একই সিগন্যাল ইলেকট্রনিকভাবে একীভূত করা যেতে পারে velocity মধ্য-ফ্রিকোয়েন্সি ত্রুটি বিশ্লেষণের জন্য, বা উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি কাজের জন্য সরাসরি ব্যবহৃত হয়।
2. অভ্যন্তরীণ ডিজাইন অনুযায়ী প্রকার
স্ফটিক কীভাবে ভূকম্পন-সংবেদী ভরদ্বারা লোড করা হয় তা সেন্সরের বৈশিষ্ট্য নির্ধারণ করে।
- সংকোচন প্রকার: সবচেয়ে সাধারণ ডিজাইন, স্ফটিক ভর এবং ভিত্তির মধ্যে সংকুচিত অবস্থায় থাকে। টেকসই, বিস্তৃত তাপমাত্রা পরিসীমা সহ, এটি কঠোর পরিবেশের জন্য উপযুক্ত — কিন্তু এটি ভিত্তি বিকৃতি এবং তাপীয় ক্ষণস্থায়ী পরিবর্তনের প্রতি আরও সংবেদনশীল হতে পারে।
- Shear type: স্ফটিক ভরের গতির দ্বারা শেয়ার করা হয়। এই জ্যামিতি চমৎকার ভিত্তি-বিকৃতি বিচ্ছিন্নতা, উন্নত নিম্ন-ফ্রিকোয়েন্সি প্রতিক্রিয়া এবং তাপমাত্রা ক্ষণস্থায়ী পরিবর্তনের প্রতি কম সংবেদনশীলতা দেয়, যা কেন shear accelerometer চাহিদাপূর্ণ পরিমাপের জন্য প্রিমিয়াম পছন্দ।
- নমনীয় (বেন্ডিং) প্রকার: স্ফটিক নমনে কাজ করে, অত্যন্ত উচ্চ সংবেদনশীলতা সক্ষম করে, কিন্তু এটি কম শক্তিশালী এবং শিল্প ব্যবহারে কম সাধারণ।
৩. ইলেকট্রনিক্স দ্বারা প্রকার
দ্বিতীয় শ্রেণীবিভাগ সংকেত-শর্তাধারণ ইলেকট্রনিক্স সেন্সরের অভ্যন্তরে বা বাইরে থাকে কিনা তার সাথে সম্পর্কিত।
- Charge mode: আউটপুট পিকোকুলম্ব-এ একটি অপরিশোধিত চার্জ, যার জন্য একটি বাহ্যিক প্রয়োজন চার্জ অ্যামপ্লিফায়ার। উচ্চ-প্রতিবন্ধকতা আউটপুট ক্যাবল গতি এবং এর প্রতি সংবেদনশীল ট্রাইবোইলেকট্রিক গোলমালকিন্তু কোন অভ্যন্তরীণ ইলেকট্রনিক্স ছাড়াই এই সেন্সরগুলি চরম তাপমাত্রা (প্রায় ৬৫০ °C পর্যন্ত) সহ্য করে, যা বিশেষায়িত উচ্চ-তাপ অ্যাপ্লিকেশনের জন্য অপরিহার্য।
- IEPE / ICP (ভোল্টেজ মোড): অন্তর্নির্মিত ইলেকট্রনিক্স চার্জকে একটি নিম্ন-প্রতিবন্ধকতা ভোল্টেজে রূপান্তরিত করে। IEPE ইন্টারফেস — এছাড়াও যোগাযোগ করা হয় একটি ভোল্টেজ-মোড এক্সিলারোমিটার — শিল্প মান, সহজ দুই-তার সংযোগ এবং চমৎকার গোলমাল অনাক্রম্যতা প্রদান করে। এটি ৯৫% এর বেশি শিল্প অ্যাপ্লিকেশন জুড়ে কাজ করে।
৪. কর্মক্ষমতা বৈশিষ্ট্য
Sensitivity
Sensitivity ত্বরণ প্রতি ইউনিট আউটপুট — সাধারণত IEPE সেন্সরের জন্য ১০–১০০ mV/g, বা চার্জ মোডের জন্য ১–১০০ pC/g। উচ্চতর সংবেদনশীলতা সূক্ষ্ম রেজোলিউশন দেয় কিন্তু কম সর্বোচ্চ পরিসীমা, তাই চিত্রটি প্রত্যাশিত কম্পন স্তরের সাথে মেলাতে নির্বাচিত হয়; কম্পন সেন্সর সংবেদনশীলতা ক্যালকুলেটর আউটপুট ভোল্টেজ এবং সংশ্লিষ্ট ত্বরণের মধ্যে রূপান্তর করতে সাহায্য করে।
ফ্রিকোয়েন্সি পরিসীমা
- কম ফ্রিকোয়েন্সি: ইলেকট্রনিক্স দ্বারা নির্ধারিত প্রায় ০.৫–৫ Hz এর একটি নিম্ন সীমা।
- উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সি: মাউন্ট করা সেন্সরের দ্বারা পরিচালিত ৫–৫০ kHz এর একটি উপরের সীমা resonance.
- Usable range: সাধারণত রেজোন্যান্সের মোটামুটি এক-তৃতীয়াংশ পর্যন্ত frequency, যেখানে প্রতিক্রিয়া সমতল থাকে।
- মাউন্টিং প্রভাব: মাউন্টিং পদ্ধতি অর্জনযোগ্য উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি প্রতিক্রিয়াকে দৃঢ়ভাবে সীমাবদ্ধ করে।
প্রশস্ততা পরিসীমা এবং গতিশীল পরিসীমা
- General purpose: ±50 g to ±500 g.
- High sensitivity: ±5 g to ±50 g.
- Shock sensors: ±500 g to ±10,000 g.
সংকেতটি সেন্সরের পরিসীমা অতিক্রম করা উচিত নয়, অন্যথায় এটি ক্লিপ হবে এবং উপাদানটি ক্ষতিগ্রস্ত হতে পারে; একটি বিস্তৃত dynamic range একটি সেন্সরকে একই পরিমাপে দুর্বল বেয়ারিং টোন এবং শক্তিশালী চলমান-গতি কম্পন উভয়ই সমাধান করতে দেয়।
৫. নির্বাচন মানদণ্ড
সেন্সরটিকে কাজের সাথে মেলানো একটি ভাল পরিমাপ সেটআপের হৃদয়।
- সাধারণ যন্ত্রপাতি পর্যবেক্ষণ: a 100 mV/g IEPE accelerometer with a ±50 g range, a 1 Hz–10 kHz response, an industrial temperature rating (−40 to +120 °C), and a hermetic seal.
- বেয়ারিং ত্রুটি সনাক্তকরণ: ক্যাপচার করার জন্য একটি উচ্চতর ফ্রিকোয়েন্সি প্রতিক্রিয়া (২০+ kHz পর্যন্ত) বেয়ারিং ত্রুটি ফ্রিকোয়েন্সি, মধ্যম সংবেদনশীলতা (১০–৫০ mV/g), বিস্তৃত গতিশীল পরিসীমা, এবং সর্বোত্তম উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি কাপলিংয়ের জন্য স্টাড মাউন্টিং — উদীয়মান বেয়ারিং ত্রুটি.
- উচ্চ-তাপমাত্রা অ্যাপ্লিকেশন: high-temperature IEPE (to about 175 °C) or charge mode (to about 650 °C), with special mounting and cabling, accepting some performance trade-off for the temperature capability.
৬. মাউন্টিং এবং ইনস্টলেশন
মাউন্টিং ইন্টারফেস পরিমাপ সিস্টেমের একটি অংশ: এটি মাউন্ট করা রেজোন্যান্স এবং তাই উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি সীমা নির্ধারণ করে। সেরা থেকে সবচেয়ে খারাপ:
- Stud mount: সর্বোত্তম কাপলিং, ১০+ kHz পর্যন্ত সমতল।
- Adhesive: ভাল, ৭-৮ কিলোহার্টজ পর্যন্ত সমতল।
- Magnetic: গ্রহণযোগ্য, প্রায় ২-৩ কিলোহার্টজ পর্যন্ত সমতল।
- প্রোব / হ্যান্ডহেল্ড: দুর্বল — নিম্ন কম্পাঙ্ক এবং গুণগত পাঠের মধ্যে সীমাবদ্ধ।
নির্ভরযোগ্য উচ্চ-কম্পাঙ্ক ডেটার জন্য পৃষ্ঠটি অবশ্যই পরিষ্কার এবং সমতল হতে হবে, স্টাড সঠিকভাবে টর্ক করা হতে হবে, যেকোনো আঠালো স্তর পাতলা এবং সমান হতে হবে, চৌম্বক ভিত্তি সম্পূর্ণভাবে স্থির হতে হবে এবং ক্যাবেল টানা রোধ করতে সুরক্ষিত হতে হবে। দ্য মাউন্টিং অনুরণন ক্যালকুলেটর প্রতিটি পদ্ধতির ব্যবহারযোগ্য ব্যান্ড কোথায় শেষ হয় তা অনুমান করে; স্থায়ীভাবে ইনস্টল করা সেন্সরগুলির জন্য সঠিক নীতিগুলি সেন্সর মাউন্টিং সংকোচিত হয়েছে ISO 5348.
মাঠে, এই সেন্সরগুলি প্রতিটি পোর্টেবল বিশ্লেষকের সামনের প্রান্ত। দ্য এর মতো একটি দ্বি-চ্যানেল যন্ত্র ব্যালানসেট-১এ সিঙ্ক্রোনাইজড বৈস্বিক এবং পর্যায় ক্যাপচার করতে IEPE ত্বরণমাপক ব্যবহার করে একক- এবং দ্বি-স্তর প্রয়োজন করে ভারসাম্য এবং অপারেটিং গতিতে মেশিনের নিজের বেয়ারিংয়ে দৈনন্দিন ডায়াগনস্টিক্সের জন্য। নিকটতা প্রোব এবং এর সাথে একসাথে বেগ ট্রান্সডিউসার, পাইজোইলেকট্রিক ত্বরণমাপক তিনটি প্রধান কম্পন transducers — এবং অত্যন্ত বহুমুখী, যা কারণে এটি বিশ্বব্যাপী শিল্প কম্পন পর্যবেক্ষণ, ডায়াগনস্টিক্স এবং ভারসাম্যের মেরুদণ্ড থেকে যায়।
