Пьезоэлектрлік акселерометрлерді түсіну
A пьезоэлектрлік акселерометр is a vibration пьезоэлектрлік әсерді пайдаланатын датчик — белгілі кристаллдар механикалық қысылуға түскенде электрлік заряд пайда болатын қасиет — механикалық acceleration тербеліс амплитудасына пропорционал электрлік сигналына айналдыра ала ты. Датчик тездей салмағында, ішкі сейсмалық массасы пьезоэлектрлік элементті сығып немесе ығысса, пайда болған заряд немесе кернеу шарттандырылады және өлшеу сигналы ретінде шығарылады. Кең жиілік диапазоны (шамамен 0,5 Гц-тен 50+ кГц-ке дейін), жоғары сезімталдығы, бекіне бұрындығы және сыртқы электр қоректілігінің қажеті болмайтын өздік сезіну элементі арқасында пьезоэлектрлік акселерометр өнеркәсіптегі ең кең таралған тербеліс датчигі және заманауи vibration analysis және жай-күйінің мониторингінің негіз болып табылады.
1. Пьезоэлектрлік әсер
Физикалық принцип
- Белгілі кристаллдар (кварц, турмалин) және керамикалар (ПЗТ, барий титанат) пьезоэлектрлік.
- Механикалық қысылу кристаллдың беттерінде электрлік заряд пайда болады.
- Заряд қолданылған күшке пропорционал.
- Әсер төрт жақты — кернеу қолданса элемент деформациялана ды.
- Ол өздік түрде сезінеді, сондықтан зарядты өндіру үшін ешқандай өндіріс қажеті емес.
Акселерометрдің ішінде
Қозғалыстан сигналға дейінгі тізбек қысқа және тікелей:
- Тербеліс датчик негіз және корпусын тездей ді.
- Ішкі сейсмалық массасы F = m × a күшін сезінеді.
- Бұл күш пьезоэлектрлік кристаллды қысады.
- Кристалл күшке, ал сондықтан да тездеуге пропорционал заряд пайда болады.
- Заряд электродтарда жиналады және өлшеуге болатын сигналға айналдырылады.
Өйткені шығыс (output) үдеуді (acceleration) қайта түсінік алғандықтан, сол сигналды электронды түрде интеграцияға салынуы мүмкін velocity орта жиілік ақауды талдау үшін немесе жоғары жиілік жұмыс үшін тікелей қолдану үшін.
2. Ішкі конструкция бойынша түрлері
Кристаллды сейсмикалық массасы қалай жүктейтіні сенсордың сипаттамасын анықтайды.
- Сығылмалау түрі (Compression type): ең кең тараған конструкция, мұнда кристалл массасы мен негіз арасында сығылады. Төзімді, кең температура ауқымында қолданылады, өндіріс ортасында ұтымды — бірақ негіз ысытуына (base strain) және температуралық өзгерістеріне ешкімге төзімді болуы мүмкін.
- Shear type: кристалл массаның қозғалысымен сырылады. Бұл геометрия негіз ысытуына (base-strain) сәйкес оқшау, төмен жиілік реакциясы және температура өзгеріске аз сезімтавтығын береді, сондықтан сырылмалау үдеуі сенсорі (shear accelerometer) ауырмалас өлшемелер үшін ең озық таңдау болып табылады.
- Ығу түрі (Flexural (bending) type): кристалл ығуда жүмыс істеп, өте жоғары сезімтавтығын қамтамасыз етсе де, ол өндіріс ортасында төзімді емес және сирек қолданылады.
3. Электроника бойынша түрлері
Екінші классификация сигналды өңдеу электроникасы сенсордың ішінде немесе сыртында болуына тəрелі.
- Charge mode: шығыс пикокулон (picocoulombs) ішінде түрлік зарядты болып табылады, сыртқы зарядтарды күшейткіш (charge amplifier)қажет. Жоғары кедергісі бар (high-impedance) шығыс кабель қозғалысына және триболектрлік шуына (triboelectric noise)сезімтав, бірақ ішкі электроникасыз бұл сенсорлар экстремалды температураларға төзімді (шамамен 650 °C дейін), оларды өндіріс қызу ортасында өте пайдалы ететін.
- IEPE / ICP (voltage mode): құрылғысы электроникасы зарядтарды төмен кедергісіне ие (low-impedance) күш (voltage) көзінде түрлендіреді. Бұл IEPE интерфейс — сондай-ақ сипатталған күш-кернеулік акселерометр — өнеркәсіптік стандарт болып табылады, екі сымды қосылымның қарапайымдылығы және үлкен шу иммунитетін ұсынады. Ол 95% -ден асқан өнеркәсіптік қосымшаларында жақсы істейді.
4. Өндіктік сипаттамалары
Sensitivity
Sensitivity 振動センサの感度計算機 — әдетте IEPE сенсорлары үшін 10–100 мВ/g немесе зарядтық режімі үшін 1–100 пК/г. Жоғары сезімталдық өткір ажырату береді, бірақ төмен максималды ауқым, сондықтан сан күтілген вибрация деңгейіне сәйкес таңдалады; the вибрациялық сенсор сезімталдығының калькуляторы шығыс кернеуін және сәйкес үдеудің арасында өту ұсынады.
Жиілік диапазоны
- Low frequency: электроника арқылы белгіленген шамамен 0,5–5 Гц төмен шегі.
- Жоғары жиілік: орнатылған арқылы басқарылатын 5–50 кГц өске шегі resonance.
- Usable range: for few-percent amplitude accuracy, up to about one-fifth (20%) of the mounted resonance frequency, per ISO 5348; one-third of the resonance is only a rough screening limit, with the amplitude reading already about 10–12% high.
- Орнату әсері: орнату әдісі қол жеткізілетін жоғары жиілік құрылымын өте ыса шектейді.
Амплитуда ауқымы және динамикалық ауқым
- General purpose: ±50 g to ±500 g.
- High sensitivity: ±5 g to ±50 g.
- Shock sensors: ±500 g to ±10,000 g.
Сигнал сенсордың ауқымын ешқашан асуы тиіс емес, немесе ол кеспіледі және элементтерді ластай алады; кең dynamic range бір сенсор бір өлшеуде айқын подшипник тондарын және құжат жүгіру-жылдамдық вибрациясын шешуге мүмкіндік береді.
5. Таңдау өлшемдері
Сенсорды жұмысқа сәйкес білік құрамдас жақсы өлшем орнатаудың жүрегі болып табылады.
- Жалпы машина мониторингі: 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.
- Подшипник ақауын анықтау: жоғары жиілік жауабы (20+ кГц дейін) қамтуға підіс ақау жиілігі, орта сезімталдық (10–50 мВ/g), кең динамикалық диапазон және шпилькасы төңкерісімнің үнемі жоғары жиілік байланысы үшін — ерте кезеңді ағын сақтаудың тиімді комбинациясы төлеген сәтсіздіктер.
- Жоғары температуралық қолданбалар: 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. Орнату және монтаждау
Орнату интерфейсі өлшеу жүйесінің бөлігі: ол орнатылған резонансты және сондықтан жоғары жиілік шегін анықтайды. Ең жақсысынан ең нашарына дейін:
- Stud mount: ең жақсы байланыс, 10+ кГц дейін түз.
- Adhesive: жақсы, шамамен 7–8 кГц дейін түз.
- Magnetic: қабылданатын, шамамен 2–3 кГц дейін түз.
- Зонд / қолымен ұстағы: нашар — төмен жиіліктермен және сапалық өлшемдеумен шектелген.
Сенсор өндіктігінде de ақырында, қажет белгісінің жылынсыз қауымданған түтінділі мәселесі болуы керек, құрастырылған барлық әйтесі пәйдеінің ең ішіндегі үндемген шынайы нәтижеге келесінді істеген. Қоршешілік беттің таза болуы керек және беттігінде шпилька дұрыс қысылуы керек, бәрім ішінде күнді өңінің толық орында орнатылуы керек және кабель шегінің бөлінген сақталуы керек. орнату резонансы калькулятор әрбір әдістің пайдалану диапазоны қайда аяқталатынын бағалайды; біржола орнатылған сенсорлар үшін дұрыс сенсор орнату заңсыз болып табылады ISO 5348.
Өндіртілген жағдайда, бұл сенсорлар барлық ішінде портативті талдағыштың ең алдыңғы сүрісінде болып табылады. Екі арнальды құрылғы, мысалы Балансет-1А captures the same synchronised amplitude and phase — using two analog MEMS accelerometers supplied with the kit rather than IEPE piezo sensors — as needed for single- and two-plane теңгеру және машиналық өндіктілігінің өндіргі жүргіндігінде рутиндік диагностика үшін. Жақын зонды және жылдамдық түтінді, пьезоэлектрлік акселерометр үш негізді вибрацияның бірі болып табылады transducers — және барлық жағынан барлық жағынан ең универсалды, сондықтан ол өндіріс вибрация мониторингіне, диагностикасына және бүкіл әлемде балансыпалуға негіз болып қалады.
