पीजोइलेक्ट्रिक एक्सेलेरोमीटर को समझना
ए पीजोइलेक्ट्रिक एक्सेलेरोमीटर एक है कंपन सेंसर जो पाइजोइलेक्ट्रिक प्रभाव का उपयोग करता है — वह संपत्ति जिसके द्वारा कुछ क्रिस्टल यांत्रिक तनाव के संपर्क में आने पर विद्युत आवेश उत्पन्न करते हैं — यांत्रिक को परिवर्तित करने के लिए त्वरण कंपन आयाम के समानुपाती एक विद्युत संकेत में। जब सेंसर त्वरित होता है, एक आंतरिक भूकंपीय द्रव्यमान एक पाइजोइलेक्ट्रिक तत्व को संपीड़ित या शीयर करता है, और परिणामी आवेश या वोल्टेज को कंडीशन किया जाता है और माप संकेत के रूप में आउटपुट किया जाता है। व्यापक आवृत्ति सीमा (लगभग 0.5 Hz से 50+ kHz), उच्च संवेदनशीलता, मजबूती, और एक स्व-उत्पन्न संवेदन तत्व के लिए बहुत धन्यवाद जिसे कोई बाहरी शक्ति की आवश्यकता नहीं है, पाइजोइलेक्ट्रिक त्वरणमापी उद्योग में सबसे व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले कंपन सेंसर और आधुनिक की नींव है कंपन विश्लेषण और स्थिति निगरानी।
1. पाइजोइलेक्ट्रिक प्रभाव
भौतिक सिद्धांत
- कुछ क्रिस्टल (क्वार्ट्ज, टूमलाइन) और सिरेमिक (पीजेडटी, बेरियम टाइटेनेट) पीजोइलेक्ट्रिक होते हैं
- यांत्रिक तनाव क्रिस्टल की सतहों पर एक विद्युत आवेश उत्पन्न करता है।
- आवेश लागू बल के समानुपाती है।
- प्रभाव प्रतिवर्ती है — वोल्टेज लागू करने से तत्व विकृत हो जाता है।
- यह आत्म-उत्पन्न है, इसलिए आवेश को स्वयं उत्पन्न करने के लिए कोई शक्ति की आवश्यकता नहीं है।
एक्सीलेरोमीटर के अंदर
गति से संकेत तक की श्रृंखला छोटी और सीधी है:
- कंपन सेंसर के आधार और आवास को त्वरित करता है।
- आंतरिक भूकंपीय द्रव्यमान एक बल का अनुभव करता है, F = m × a।
- वह बल पाइजोइलेक्ट्रिक क्रिस्टल को तनाव देता है।
- क्रिस्टल बल के समानुपाती एक आवेश उत्पन्न करता है, और इसलिए त्वरण के लिए।
- आवेश इलेक्ट्रोड पर एकत्र किया जाता है और एक मापने योग्य संकेत में परिवर्तित किया जाता है।
क्योंकि आउटपुट त्वरण को ट्रैक करता है, एक ही संकेत को इलेक्ट्रॉनिक रूप से एकीकृत किया जा सकता है वेग मध्य-आवृत्ति दोष विश्लेषण के लिए, या उच्च-आवृत्ति कार्य के लिए सीधे उपयोग किया जा सकता है।
2. आंतरिक डिज़ाइन के आधार पर प्रकार
जिस तरह से क्रिस्टल को भूकंपीय द्रव्यमान द्वारा लोड किया जाता है वह सेंसर’s के चरित्र को परिभाषित करता है।
- संपीड़न प्रकार: सबसे सामान्य डिज़ाइन, जिसमें क्रिस्टल को द्रव्यमान और आधार के बीच संपीड़ित किया जाता है। कठोर, व्यापक तापमान रेंज के साथ, यह कठोर वातावरण के लिए उपयुक्त है — लेकिन यह आधार विकृति और थर्मल ट्रांजिएंट के प्रति अधिक संवेदनशील हो सकता है।
- Shear type: क्रिस्टल को द्रव्यमान की गति द्वारा कतरनी बल लगता है। यह ज्यामिति उत्कृष्ट आधार-विकृति अलगाव, बेहतर निम्न-आवृत्ति प्रतिक्रिया, और तापमान ट्रांजिएंट के प्रति कम संवेदनशीलता प्रदान करती है, जिसका कारण है कि शीयर एक्सेलेरोमीटर मांग वाले मापों के लिए प्रीमियम विकल्प है।
- फ्लेक्सुरल (मोड़) प्रकार: क्रिस्टल मोड़ में काम करता है, जो बहुत अधिक संवेदनशीलता को सक्षम करता है, लेकिन यह कम मजबूत है और औद्योगिक उपयोग में कम सामान्य है।
3. इलेक्ट्रॉनिक्स के आधार पर प्रकार
दूसरा वर्गीकरण इस बात से संबंधित है कि सिग्नल-कंडीशनिंग इलेक्ट्रॉनिक्स सेंसर के अंदर रहता है या बाहर।
- आवेश मोड: आउटपुट पिकोकूलम्ब में कच्चा आवेश है, जिसके लिए बाहरी चार्ज एम्पलीफायरकी आवश्यकता है। उच्च-प्रतिबाधा आउटपुट केबल गति और ट्राइबोइलेक्ट्रिक शोरके प्रति संवेदनशील है, लेकिन आंतरिक इलेक्ट्रॉनिक्स के बिना ये सेंसर चरम तापमान को सहन करते हैं (लगभग 650 °C तक), जिससे वे विशेष उच्च-ताप अनुप्रयोगों के लिए अपरिहार्य हैं।
- IEPE / ICP (वोल्टेज मोड): अंतर्निहित इलेक्ट्रॉनिक्स आवेश को कम-प्रतिबाधा वोल्टेज में परिवर्तित करता है। यह आईईपीई इंटरफेस — को भी वर्णित किया जाता है वोल्टेज-मोड त्वरणमापी — उद्योग मानक है, सरल दो-तार कनेक्टिविटी और उत्कृष्ट शोर प्रतिरक्षा प्रदान करता है। यह 95% से अधिक औद्योगिक अनुप्रयोगों में अच्छी तरह काम करता है।
4. प्रदर्शन विशेषताएँ
संवेदनशीलता
संवेदनशीलता त्वरण की प्रति इकाई आउटपुट है — आमतौर पर IEPE सेंसर के लिए 10–100 mV/g, या आवेश मोड के लिए 1–100 pC/g। उच्च संवेदनशीलता बेहतर संकल्प देती है लेकिन निम्न अधिकतम रेंज, इसलिए यह आंकड़ा अपेक्षित कंपन स्तरों से मेल खाने के लिए चुना जाता है; कंपन सेंसर संवेदनशीलता कैलकुलेटर आउटपुट वोल्टेज और संबंधित त्वरण के बीच परिवर्तित करने में मदद करता है।
आवृत्ति सीमा
- निम्न आवृत्ति: लगभग 0.5–5 Hz की निम्न सीमा, इलेक्ट्रॉनिक्स द्वारा निर्धारित।
- उच्च आवृत्ति: 5–50 kHz की ऊपरी सीमा, माउंट किए गए गूंज.
- उपयोगी सीमा: कुछ-percent amplitude accuracy के लिए, mounted resonance के लगभग one-fifth (20%) तक आवृत्ति, ISO 5348 के अनुसार; resonance का one-third केवल rough screening limit है, जहाँ amplitude reading पहले से लगभग 10–12% अधिक होती है।
- माउंटिंग प्रभाव: लगाने की विधि उच्च-आवृत्ति प्रतिक्रिया को प्राप्त करने योग्य को काफी हद तक सीमित करती है।
आयाम श्रेणी और गतिशील श्रेणी
- सामान्य प्रयोजन: ±50 g से ±500 g।
- उच्च संवेदनशीलता: ±5 g से ±50 g।
- झटका सेंसर: ±500 g से ±10,000 g।
संकेत कभी भी सेंसर’s श्रेणी से अधिक नहीं होना चाहिए, अन्यथा यह क्लिप हो जाएगा और तत्व को नुकसान हो सकता है; एक विस्तृत गतिशील सीमा एक ही माप में क्षीण असर स्वर और मजबूत चलने की गति कंपन दोनों को हल करने के लिए एक सेंसर को अनुमति देता है।
5. चयन मानदंड
सेंसर को कार्य के अनुसार मिलान करना एक अच्छी माप व्यवस्था का दिल है।
- सामान्य मशीनरी निगरानी: एक 100 mV/g IEPE त्वरणमापी जिसमें ±50 g श्रेणी, 1 Hz–10 kHz प्रतिक्रिया, औद्योगिक तापमान रेटिंग (−40 से +120 °C), और एक वायुरोधी सील है।
- असर दोष का पता लगाना: कब्जा करने के लिए उच्च आवृत्ति प्रतिक्रिया (20+ kHz तक) बेयरिंग दोष आवृत्तियाँ, मध्यम संवेदनशीलता (10–50 mV/g), व्यापक गतिशील श्रेणी, और सर्वोत्तम उच्च-आवृत्ति युग्मन के लिए स्टड लगाना — शुरुआती को पकड़ने के लिए सही संयोजन बेयरिंग दोष.
- उच्च-तापमान अनुप्रयोग: उच्च-तापमान IEPE (लगभग 175 °C तक) या चार्ज मोड (लगभग 650 °C तक), विशेष लगाने और केबलिंग के साथ, तापमान क्षमता के लिए कुछ प्रदर्शन व्यापार-बंद स्वीकार करना।
6. लगाना और स्थापना
लगाने का इंटरफेस माप प्रणाली का हिस्सा है: यह लगाए गए अनुनाद को सेट करता है और इसलिए उच्च-आवृत्ति सीमा। सर्वोत्तम से सबसे खराब तक:
- Stud mount: सर्वोत्तम युग्मन, 10+ kHz तक सपाट।
- चिपकने वाला: अच्छा, लगभग 7–8 kHz तक सपाट।
- चुंबकीय: स्वीकार्य, लगभग 2–3 kHz तक सपाट।
- जांच / हाथ से पकड़ा जाने वाला: कमजोर — कम आवृत्तियों तक सीमित और गुणात्मक रीडिंग।
विश्वसनीय उच्च-आवृत्ति डेटा के लिए सतह को स्वच्छ और समतल होना चाहिए, स्टड को सही ढंग से कड़ा करना चाहिए, किसी भी आसंजक परत को पतली और समान होनी चाहिए, चुंबकीय आधार पूरी तरह से बैठा होना चाहिए, और केबल को खींचने से रोकने के लिए सुरक्षित किया जाना चाहिए। माउंटिंग अनुनाद कैलकुलेटर का अनुमान लगाता है कि प्रत्येक विधि’s प्रयोग योग्य बैंड कहाँ समाप्त होता है; स्थायी रूप से स्थापित सेंसर के लिए सही सेंसर माउंटिंग कोडीकृत हैं आईएसओ 5348.
क्षेत्र में, ये सेंसर हर पोर्टेबल विश्लेषक का प्रवेश द्वार हैं। Balanset जैसा दो-चैनल उपकरण Balanset-1A same synchronised amplitude और phase capture करता है — kit के साथ supplied दो analog MEMS accelerometers का उपयोग करते हुए, IEPE piezo sensors के बजाय — जैसा कि single- और two-plane संतुलन और मशीन’s अपनी बेयरिंग में संचालन गति पर नियमित निदान के लिए। निकटता जांच और के साथ मिलकर वेग ट्रांसड्यूसर, पीजोइलेक्ट्रिक एक्सीलेरोमीटर तीन प्रमुख कंपन transducers — और कहीं अधिक बहुमुखी, जो यह है कि यह दुनिया भर में औद्योगिक कंपन निगरानी, निदान और संतुलन की रीढ़ बना हुआ है।
