Пьезоэлектрик акселерометруудыг ойлгох
A пьезоэлектрик акселерометр нь чичиргээ механик ачаалалд ороход тодорхой талстууд цахилгаан цэнэг үүсгэдэг шинж чанар болох пьезоэлектрик үзэгдлийг ашиглан механик хурдатгал -ийг чичиргээний далайцтай пропорциональ цахилгаан дохио болгон хувиргадаг. Мэдрэгч хурдатгал авахад дотоод сейсмик масс нь пьезоэлектрик элементийг шахаж эсвэл шүргэлцүүлэн хөдөлгөдөг бөгөөд үүссэн цэнэг эсвэл хүчдэлийг боловсруулж хэмжилтийн дохио болгон гаргадаг. Өргөн давтамжийн муж (ойролцоогоор 0.5 Hz-ээс 50+ kHz), өндөр мэдрэмж, бат бөх байдал, гадны хүчдэл шаарддаггүй өөрөө цэнэг үүсгэдэг мэдрэгч элементийн ачаар пьезоэлектрик акселерометр нь үйлдвэрлэлд хамгийн өргөн хэрэглэгддэг чичиргээний мэдрэгч бөгөөд орчин үеийн чичиргээний шинжилгээ болон төлөвийн хяналтын суурь юм.
1. Пьезоэлектрик үзэгдэл
Физик зарчим
- Зарим талстууд (кварц, турмалин) болон керамик (PZT, барийн титанат) нь пьезоэлектрик шинж чанартай.
- Механик ачаалал нь талстын гадаргуу дээр цахилгаан цэнэг үүсгэдэг.
- Цэнэг нь үйлчлэсэн хүчтэй пропорциональ байна.
- Энэ үзэгдэл нь урвуу чанартай — хүчдэл өгөхөд элемент хэлбэрээ өөрчилнө.
- Энэ нь өөрөө цэнэг үүсгэдэг тул цэнэгийг үүсгэхэд хүчдэл шаардлагагүй.
Акселерометрийн дотор
Хөдөлгөөнөөс дохио хүртэлх гинж нь богино, шууд байна:
- Чичиргээ нь мэдрэгчийн суурь болон их биеийг хурдасгана.
- Дотоод сейсмик масс нь F = m × a хүчийг мэдрэнэ.
- Энэ хүч нь пьезоэлектрик талст дээр ачаалал үүсгэнэ.
- Талст нь хүчтэй, иймд хурдатгалтай пропорциональ цэнэг үүсгэнэ.
- Цэнэгийг электродууд дээр цуглуулж хэмжигдэхүйц дохио болгон хувиргана.
Гаралт нь хурдатгалыг дагаж байдаг тул ижил дохиог цахилгаанаар интегралчлан хурд дунд давтамжийн гэмтлийн шинжилгээнд ашиглах эсвэл өндөр давтамжийн ажилд шууд ашиглаж болно.
2. Дотоод бүтэцээр ангилсан төрлүүд
Талстыг сейсмик масс хэрхэн ачааллах нь мэдрэгчийн шинж чанарыг тодорхойлно.
- Шахалтын төрөл: хамгийн түгээмэл бүтэц, талст нь масс болон суурийн хооронд шахигдсан байдалтай. Бат бөх, өргөн температур мужтай тул хүнд орчинд тохиромжтой — гэхдээ суурийн деформаци болон температурын шилжилтэд илүү мэдрэмтгий байж болно.
- Шүргэлцэлтийн төрөл: талст нь массын хөдөлгөөнөөр шүргэлцэлтэнд орно. Энэ геометр нь суурийн деформациас сайн тусгаарлалт, илүү сайн бага давтамжийн хариу үйлдэл, температурын шилжилтэд бага мэдрэмж өгч байдаг тул шүргэлцэлтийн акселерометр шаардлагатай хэмжилтүүдийн дээд зэргийн сонголт болдог.
- Хугаралтын (муруйлтын) төрөл: талст нь хугаралтын горимд ажилладаг тул маш өндөр мэдрэмжийг боломжтой болгодог ч, бат бөх чанар багатай бөгөөд үйлдвэрлэлийн хэрэглээнд цөөн тохиолддог.
3. Электроникээр ангилсан төрлүүд
Хоёр дахь ангилал нь дохиог боловсруулах электроникийг мэдрэгчийн дотор эсвэл гадна байрлуулснаас хамаарна.
- Цэнэгийн горим: гаралт нь пикокулоноор илэрхийлэгдсэн жиг цэнэг бөгөөд гадны цэнэгийн өсгөгч шаардлагатай. Өндөр эсэргүүцэлтэй гаралт нь кабелийн хөдөлгөөн болон трибоэлектрик шуугианд мэдрэмтгий боловч дотоод электроникгүй тул эдгээр мэдрэгчид экстремаль температур (ойролцоогоор 650 °C хүртэл) тэсвэрлэдэг бөгөөд тусгайлаасан өндөр дулааны хэрэглээнд зайлшгүй шаардлагатай болдог.
- IEPE / ICP (хүчдэлийн горим): дотор суурилуулсан электроник нь цэнэгийг бага эсэргүүцэлтэй хүчдэл болгон хувиргана. Энэ IEPE интерфейс — мөн хүчдэлийн горимын акселерометр гэж тодорхойлогддог — нь үйлдвэрлэлийн стандарт бөгөөд энгийн хоёр утасны холболт, сайн шуугианаас хамгаалах чанарыг санал болгодог. Энэ нь үйлдвэрлэлийн хэрэглээний 95%-иас дээш хэсгийг хангадаг.
4. Гүйцэтгэлийн шинж чанарууд
Мэдрэмж
Мэдрэмж нь нэгж хурдатгалд ногдох гаралт юм — IEPE мэдрэгчийн хувьд ихэвчлэн 10–100 mV/g, цэнэгийн горимын хувьд 1–100 pC/g. Өндөр мэдрэмж нь нарийн нарийвчлалыг өгдөг ч хамгийн их мужыг багасгадаг тул хүлээгдэж буй чичиргээний түвшинд тохируулан сонгодог; чичиргээний мэдрэгчийн мэдрэмжийн тооцоолуур гаралтын хүчдэл болон харгалзах хурдатгалын хооронд хөрвүүлэхэд тусална.
Давтамжийн муж
- Бага давтамж: электроникоор тодорхойлогдсон ойролцоогоор 0.5–5 Hz доод хязгаар.
- Өндөр давтамж: суурилуулсан резонанс.
- Ашиглах муж: хэд хэдэн хувийн далайцын нарийвчлалын хувьд суурилуулсан резонансын ойролцоогоор тавны нэг (20%) хүртэл давтамж, ISO 5348-д заасны дагуу; резонансын гуравны нэг нь зөвхөн ойролцоо шалгах хязгаар бөгөөд далайцын уншилт аль хэдийн 10–12%-иар өндөр байна.
- Суулгалтын нөлөө: суулгалтын арга нь хүрэх өндөр давтамжийн хариу урвалыг хүчтэй хязгаарладаг.
Далайцын муж болон динамик муж
- Ерөнхий зориулалттай: ±50 g-аас ±500 g хүртэл.
- Өндөр мэдрэмтгий: ±5 g-аас ±50 g хүртэл.
- Цохилтын мэдрэгчид: ±500 g-аас ±10,000 g хүртэл.
Дохио хэзээ ч мэдрэгчийн мужийг хэтрэхгүй байх ёстой, эсрэг тохиолдолд хязгаарлагдаж (clip), элементийг гэмтээж болно; өргөн динамик хүрээ нэг мэдрэгчээр сул холхивчийн тоон болон хүчтэй ажиллах хурдны чичиргээг нэг хэмжилтэд ялгах боломжийг олгодог.
5. Сонголтын шалгуур
Мэдрэгчийг ажлын зорилгод тохируулах нь сайн хэмжилтийн тохиргооны гол юм.
- Ерөнхий тоног төхөөрөмжийн мониторинг: ±50 g мужтай, 1 Hz–10 kHz хариу урвалтай, үйлдвэрлэлийн температурт зориулсан (−40-ээс +120 °C), герметик хаалттай 100 mV/g IEPE акселерометр.
- Холхивчийн гэмтлийг илрүүлэх: 20+ kHz хүртэлх өндөр давтамжийн хариу урвал нь холхивчийн гэмтлийн давтамжууд, дунд зэргийн мэдрэмтгий (10–50 mV/g), өргөн динамик муж, өндөр давтамжийн хамгийн сайн холболтын тулд баганын суулгалт — анхдагч холхивчийн гэмтэл.
- Өндөр температурт зориулсан хэрэглээ: өндөр температурт зориулсан IEPE (ойролцоогоор 175 °C хүртэл) эсвэл цэнэгийн горим (ойролцоогоор 650 °C хүртэл), тусгай суулгалт болон кабелийн шийдвэрлэлт, температурын чадварт зориулсан тодорхой гүйцэтгэлийн алдагдалтай.
6. Суулгалт ба суурилуулалт
Суулгалтын интерфейс нь хэмжилтийн системийн нэг хэсэг юм: энэ нь суулгасан резонансыг тодорхойлж, улмаар өндөр давтамжийн хязгаарыг тодорхойлно. Хамгийн сайнаас хамгийн муу хүртэл:
- Булт суурилуулалт: хамгийн сайн холболт, 10+ kHz хүртэл тэгш.
- Наалдац: сайн, ойролцоогоор 7–8 kHz хүртэл тэгш.
- Цахилгаан соронзон: зөвшөөрөхүйц, ойролцоогоор 2–3 kHz хүртэл тэгш.
- Зонд / гараар барих: муу — зөвхөн бага давтамж болон чанарын уншилтанд хязгаарлагдмал.
Найдвартай өндөр давтамжийн өгөгдлийн тулд гадаргуу цэвэр, тэгш байх ёстой, баганыг зөв моменттой шахах, ямар ч наалдамхай давхарга нимгэн, жигд байх, соронзон суурь бүрэн суух, татахаас сэргийлэхийн тулд кабелиг бэхжүүлэх ёстой. Энэ суулгалтын резонансын тооцоолуур нэгнүүдийн ашиглах муж хаана дуусдаг талаар тооцоолдог; байнгын суурилуулсан мэдрэгчийн хувьд зөв мэдрэгчийг суурилуулах суурилуулалтын зарчмууд ISO 5348.
Ажлын байранд эдгээр мэдрэгчид нь бүх зөөврийн анализаторын урд хэсэг юм. Хоёр сувгийн багаж болох Balanset-1A нь ижил синхрончлогдсон далайц болон фазыг бүртгэдэг — иж бүрдэлд орсон хоёр аналог MEMS акселерометрийг ашиглан, IEPE пьезо мэдрэгчийн оронд — нэг болон хоёр хавтгайн тэнцвэржүүлэлт ба машины өөрийн холхивч дээр ажиллах хурдаар хийх ердийн оношилгоонд шаардлагатай. Ойролцоо мэдрэгч болон хурдны хувиргагч, пьезоэлектрик акселерометр нь чичиргээний гурван гол хувиргагч — мөн хамгийн олон талт тул дэлхийн хэмжээнд үйлдвэрлэлийн чичиргээний мониторинг, оношлогоо, тэнцвэржүүлэлтийн гол хэсэг хэвээр байна.
