პიეზოელექტრული აქსელერომეტრების გაგება
ა პიეზოელექტრული აქსელერომეტრი არის ვიბრაცია სენსორი, რომელიც იყენებს პიეზოელექტრული ეფექტს — თვისებას, რომლითაც გარკვეული კრისტალები წარმოქმნიან ელექტრული მუხტს, როდესაც მექანიკურად დაძაბულია — მექანიკური გარდაქმნის სახელმწიფო ელექტრულ სიგნალად, რომელიც პროპორციულია ვიბრაციის ამპლიტუდას. როდესაც სენსორი აჩქარდება, შიდა სეისმური მასა კომპრეშირებს ან ხსნის პიეზოელექტრული ელემენტს, და მიღებული მუხტი ან ძაბვა მოთხოვილებულია და გამოტანილია საზომი სიგნალად. ფართო სიხშირის დიაპაზონის წყალობით (დაახლოებით 0.5 Hz–დან 50+ kHz–მდე), მაღალი მგრძნობიარობა, სიმტკიცე და თვითშემოტანილი სენსორული ელემენტი, რომელიც გარე ენერგიას არ საჭიროებს, პიეზოელექტრული აქსელერომეტრი ყველაზე ფართოდ გამოყენებული ვიბრაციის სენსორია ინდუსტრიაში და თანამედროვე აჩქარება ვიბრაციის ამპლიტუდის პროპორციულ ელექტრულ სიგნალად. როდესაც სენსორი აჩქარდება, შიდა სეისმური მასა შეკუმშავს ან წანაცვლებით დეფორმირებს პიეზოელექტრულ ელემენტს, ხოლო მიღებული მუხტი ან ძაბვა მუშავდება და გამოდის როგორც საზომი სიგნალი. ფართო სიხშირის დიაპაზონის (დაახლოებით 0.5 Hz-დან 50+ kHz-მდე), მაღალი მგრძნობელობის, გამძლეობისა და თვითგენერირებადი საზომი ელემენტის წყალობით, რომელსაც გარე კვება არ სჭირდება, პიეზოელექტრული აქსელერომეტრი ინდუსტრიაში ყველაზე ფართოდ გამოყენებული ვიბრაციის სენსორია და თანამედროვე ვიბრაციის ანალიზი და მდგომარეობის მონიტორინგი.
1. პიეზოელექტრული ეფექტი
ფიზიკური პრინციპი
- გარკვეული კრისტალები (კვარცი, ტურმალინი) და კერამიკა (PZT, ბარიუმის ტიტანატი) პიეზოელექტრულია.
- მექანიკური სტრესი კრისტალის ზედაპირებზე ელექტრული მუხტს ქმნის.
- მუხტი არის გამოყენებული ძალის პროპორციული.
- ეფექტი არის შექცევადი — ძაბვის გამოყენება ელემენტის დეფორმაციას იწვევს.
- ის თავის მიერ წარმოიქმნება, ამიტომ მუხტის დასაქმესთვის ელექტროენერგია არ სჭირდება.
აქსელერომეტრის შიგნით
მოძრაობიდან სიგნალამდე ჯაჭვი짧 და პირდაპირია:
- ვიბრაცია აქსელერომეტრის ბაზას და კორპუსს აჩქარებს.
- შიდა სეისმური მასა ძალას განიცდის, F = m × a.
- ეს ძალა პიეზოელექტრული კრისტალს აძაბებს.
- კრისტალი წარმოქმნის მუხტს, რომელიც პროპორციულია ძალის და, შესაბამისად, აჩქარების.
- მუხტი ელექტროდებზე აგროვდება და გაზომვად სიგნალად გარდაიქმნება.
ვინაიდან გამომუშავება აჩქარებას ბადებს, იგივე სიგნალი ელექტრონულად შეიძლება ინტეგრირებულიყო სიჩქარე საშუო სიხშირის დეფექტის ანალიზისთვის, ან გამოიყენოთ უშუალოდ მაღალი სიხშირის სამუშაოს დროს.
2. ტიპები შიდა დიზაინის მიხედვით
კრისტალის დატვირთვის მეთოდი სეისმური მასით განსაზღვრავს სენსორის მახასიათებელს.
- შეკუმშვის ტიპი: ყველაზე გავრცელებული დიზაინი, კრისტალი შეკუმშულია მასის და ბაზის შორის. მძლავრი, ფართო ტემპერატურის დიაპაზონით, ის შესაფერი ხის გარემოში — მაგრამ ის შეიძლება იყოს უფრო მგრძნობიარე ბაზის დაძაბვის და თერმული ტრანზიენტების მიმართ.
- Shear type: კრისტალი იშიფრება მასის მოძრაობით. ეს გეომეტრია იძლევა შესანიშნავ ბაზის-დაძაბვის იზოლაციას, უკეთესი დაბალი სიხშირის პასუხს და ადაბლებული მგრძნობელობას თერმული ტრანზიენტების მიმართ, რის გამოც ჭრილი აქსელერომეტრი არის პრემიუმ არჩევანი მოთხოვნილი გაზომვებისთვის.
- მოქნილი (მოწევა) ტიპი: კრისტალი მუშაობს მოხრებით, რაც უზრდელს დიდი მგრძნობელობა, მაგრამ ნაკლები გამძლე და ნაკლებად გავრცელებული ინდუსტრიული გამოყენებაში.
3. ტიპები ელექტრონიკის მიხედვით
მეორე კლასიფიკაცია ეხება იმას, რომ სიგნალის კონდიციონირების ელექტრონიკა მდებარეობს სენსორის შიგნით ან გარე განტეხაში.
- Charge mode: გამომავალი არის ნედლი მუხტი პიკოკულონებში, რომელიც საჭიროებს ექსტერნალ დამუხტვის გამაძლიერებელი. მაღალი impedance-ის გამომავალი მგრძნობიერი კაბელის მოძრაობისა და ტრიბოელექტრული ხმაურა, მაგრამ შინაგანი ელექტრონიკის ნაკლებობის გამო ეს სენსორები იტანს ექსტრემალურ ტემპერატურებს (დაახლოებით 650 °C-მდე), რაც მათ აუცილებელს ხდის სპეციალიზებული მაღალი ტემპერატურის აპლიკაციებისთვის.
- IEPE / ICP (ძაბვის რეჟიმი): შიდა ელექტრონიკა გარდაქმნის მუხტს დაბალი impedance-ის ძაბვაში. The IEPE ინტერფეისი — აგრეთვე აღწერილი როგორც voltage-mode აკელერომეტრი — არის ინდუსტრიის სტანდარტი, რომელიც გთავაზობს მარტივ ორმდროს კავშირს და შესანიშნავ ხმაურის იმუნიტეტს. იგი მართებს 95%-ზე მეტ ინდუსტრიულ აპლიკაციებს.
4. ფუნქციონირების სპეციფიკაციები
მგრძნობელობა
მგრძნობელობა არის გამომავალი აჩქარების ერთეულზე — ჩვეულებრივ 10–100 mV/g IEPE სენსორებისთვის ან 1–100 pC/g დამუხტოვი რეჟიმისთვის. უმეტეს მგრძნობელობა იძლევა წიკითხე რეზოლუციას მაგრამ დაბალი მაქსიმალური დიაპაზონი, ამიტომ ფიგურა ირჩევა მოსალოდნელი ვიბრაციის დონეების შესატყვისად; the ვიბრაციის სენსორის მგრძნობელობის კალკულატორი ეხმარება გარდაქმნას გამომავალი ძაბვის და შესაბამისი აჩქარებას შორის.
სიხშირის დიაპაზონი
- დაბალი სიხშირე: დაბალი ლიმიტი დაახლოებით 0.5–5 Hz, დაყენებული ელექტრონიკის მიერ.
- მაღალი სიხშირე: მაღალი ლიმიტი 5–50 kHz, რეგულირებული დამონტაჟებული რეზონანსი.
- გამოყენების დიაპაზონი: რამდენიმე პროცენტიანი ამპლიტუდური სიზუსტისთვის, დამონტაჟებული რეზონანსის დაახლოებით ერთ მეხუთედამდე (20%) სიხშირე, ISO 5348-ის მიხედვით; რეზონანსის ერთი მესამედი მხოლოდ უხეში სკრინინგის ზღვარია, როდესაც ამპლიტუდის ჩვენება უკვე დაახლოებით 10–12%-ით მაღალია.
- დამონტაჟოვის ეფექტი: დამონტაჟოვის მეთოდი მკაცრად ზღუდავს მიღწევად მაღალი სიხშირის პასუხს.
ამპლიტუდის დიაპაზონი და დინამიკური დიაპაზონი
- General purpose: ±50 g to ±500 g.
- High sensitivity: ±5 g to ±50 g.
- Shock sensors: ±500 g to ±10,000 g.
სიგნალი არასოდეს უნდა აღემატებოდეს სენსორის დიაპაზონს, წინააღმდეგ შემთხვევაში ის დამუშავდება და შეიძლება დააზიანოს ელემენტი; ფართო dynamic range საშუალებას აძლევს ერთ სენსორს აღმოჩნოს როგორც სუსტი დამჭერის ტონები, ასევე ძლიერი მუშაობის სიჩქარის ვიბრაცია ერთ გაზომვაში.
5. შერჩევის კრიტერიუმები
სენსორის დაკომპლექტება დავალებასთან არის კარგი გაზომვის სტენდის საფუძველი.
- საერთო მেხანიზმის მონიტორინგი: 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.
- დამჭერის დეფექტის აღმოჩენა: უფრო მაღალი სიხშირის პასუხი (20+ კჰც) დასაჭერად საკისრების ხარვეზების სიხშირეები, საშუალო მგრძნობიარობა (10–50 მV/g), ფართო დინამიკური დიაპაზონი და შაბლონის მონტაჟი საუკეთესო მაღალი სიხშირის შეჯერებისთვის — სწორი კომბინაცია ნიჟარის დასაჭერად საკისრების დეფექტები.
- მაღალი ტემპერატურის გამოყენება: 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.
6. მონტაჟი და ინსტალაცია
მონტაჟის ინტერფეისი არის გაზომვის სისტემის ნაწილი: ის განსაზღვრავს მონტაჟის რეზონანსს და შესაბამისად მაღალი სიხშირის ზღვარს. საუკეთესოდან ყველაზე ცუდამდე:
- Stud mount: საუკეთესო შეჯერება, ბრტყელი 10+ კჰც დიაპაზონში.
- წებო: კარგი, ბრტყელი დაახლოებით 7–8 კჰც დიაპაზონში.
- მაგნიტური: მისაღები, ბრტყელი დაახლოებით 2–3 კჰც დიაპაზონში.
- ზონდი / ხელი: ცუდი — შეზღუდული დაბალი სიხშირეებით და თვისებრივი წაკითხვებით.
საიმედო მაღალი სიხშირის მონაცემებისთვის ზედაპირი უნდა იყოს სუფთა და ბრტყელი, შაბლონი სწორი ბრუნვით დაძაბული, ნებისმიერი წებო ფენი თხელი და თანაბარი, მაგნიტური საფუძველი სრულად დამოთავსებული, და კაბელი დაცული დიდი მნიშვნელობის დასაკავებლად. The მონტაჟის რეზონანსის კალკულატორი აფასებს რომელი მეთოდის გამოყენებადი ზღვარი სად მთავრდება; მუდმივად დამონტაჟებული სენსორებისთვის მართებული სენსორის დამონტაჟება სტანდარტიზირებულია ISO 5348.
საველე პირობებში ეს სენსორები წარმოადგენენ ყველა პორტატული ანალიზატორის ფრონტენდს. ორი არხის მქონე ინსტრუმენტი, როგორც ბალანსეტი-1ა აფიქსირებს იმავე სინქრონიზებულ ამპლიტუდასა და ფაზას — ნაკრებში შემავალი ორი ანალოგური MEMS აქსელერომეტრის გამოყენებით და არა IEPE პიეზო სენსორებით — როგორც საჭიროა ერთსიბრტყიანი და ორსიბრტყიანი დაბალანსება და რუტინული დიაგნოსტიკისთვის მანქანის საკუთარი ხორბალი ოპერაციული სიჩქარით. პროქსიმიტি ზონდის და სიჩქარის გადამყვანი, პიეზოელექტრული აქსელერომეტრი არის სამი ძირითადი ვიბრაციოს ერთ-ერთი transducers — და უმეტესწილად ყველაზე მრავალმხრივი, რის გამოც იგი თანამედროვე დღემდე რჩება მსოფლიო სამრეწველო ვიბრაციის მონიტორინგის, დიაგნოსტიკის და დაბალანსების ფუძე.
