Фаҳмиши акселерометрҳои пьезоэлектрикӣ
А акселерометри пьезоэлектрикӣ аст ларзиш сенсоре, ки аз таъсири пьезоэлектрикӣ истифода мебарад — хосияте, ки мувофиқи он кристаллҳои муайян вақте ки зери шиддати механикӣ қарор мегиранд, заряди электрикӣ ҳосил мекунанд — барои табдил додани шитоб ба сигнали электрикӣ, ки ба амплитудаи ларзиш мутаносиб аст. Вақте ки сенсор шитоб мегирад, массаи дохилии сейсмикӣ элементи пьезоэлектрикиро фишурда ё бурида мекунад ва заряди ҳосилшуда ё шиддат барои ченкунӣ омода карда шуда, ҳамчун сигнали ченкунӣ хориҷ мешавад. Ташаккур ба диапазони васеи басомад (тақрибан аз 0.5 Hz то 50+ kHz), ҳассосияти баланд, устуворӣ ва элементи ҳисдор, ки худсарона кор мекунад ва ба қувваи беруна ниёз надорад, акселерометри пьезоэлектрикӣ маъмултарин сенсори ларзиш дар саноат ва асоси муосир аст таҳлили ларзиш ва назорати ҳолат.
1. Таъсири пьезоэлектрикӣ
Принсипи физикӣ
- Баъзе кристаллҳо (кварц, турмалин) ва керамикаҳо (PZT, титанати барий) пьезоэлектрикӣ мебошанд.
- Шиддати механикӣ дар сатҳҳои кристалл заряди электрикӣ ҳосил мекунад.
- Заряд ба қувваи татбиқшуда мутаносиб аст.
- Таъсир баръакс аст — татбиқи шиддат боиси деформатсияи элемент мегардад.
- Он худсарона аст, бинобар ин барои ҳосил кардани худи заряд ба қувва ниёз нест.
Дар дохили акселерометр
Занҷир аз ҳаракат то сигнал кӯтоҳ ва бевосита аст:
- Ларзиш асос ва корпуси сенсорро шитоб медиҳад.
- Массаи дохилии сейсмикӣ қувваро эҳсос мекунад, F = m × a.
- Ин қувва кристалли пьезоэлектрикиро зери шиддат қарор медиҳад.
- Кристалл зарядеро ҳосил мекунад, ки ба қувва ва бинобар ин ба шитоб мутаносиб аст.
- Заряд дар электродҳо ҷамъ оварда шуда, ба сигнали ченшаванда табдил дода мешавад.
Азбаски хориҷшавӣ шитобро пайгирӣ мекунад, ҳамон сигналро метавон барои интегратсияи электронӣ истифода бурд суръат барои таҳлили нуқсонҳои басомади миёна, ё бевосита барои кори басомади баланд истифода бурд.
2. Намудҳо аз рӯи тарҳи дохилӣ
Роҳи боргузории кристалл аз ҷониби массаи сейсмикӣ хусусияти сенсорро муайян мекунад.
- Намуди фишурда: маъмултарин тарҳ, ки дар он кристалл байни масса ва асос фишурда шудааст. Устувор, бо диапазони васеи ҳарорат, барои муҳитҳои сахт мувофиқ аст — аммо метавонад ба шиддати асос ва гузаришҳои ҳароратӣ ҳассостар бошад.
- Намуди бурида: кристалл аз ҳаракати масса бурида мешавад. Ин геометрия изолятсияи аълои шиддати асос, ҷавоби беҳтари басомади паст ва ҳассосияти паст ба гузаришҳои ҳароратро таъмин мекунад, ки ин аст сабаби он ки акселерометри бурида интихоби премиум барои ченкуниҳои талаботнок аст.
- Намуди хамшаванда (flexural): кристалл дар хамшавӣ кор мекунад, ки имкони ҳассосияти хеле баландро фароҳам меорад, аммо камтар устувор аст ва дар истифодаи саноатӣ камтар маъмул аст.
3. Намудҳо аз рӯи электроника
Таснифи дуюм ба он дахл дорад, ки оё электроникаи омодакунии сигнал дар дохили сенсор ё дар беруни он ҷойгир аст.
- Ҳолати заряд: хориҷшавӣ заряди хома дар пикокулон аст, ки ба тақвиятгари зарядӣ беруна ниёз дорад. Хориҷшавии импеданси баланд ба ҳаракати кабел ва шуури трибоэлектрикӣ ҳассос аст, аммо бо электроникаи дохилӣ надошта, ин сенсорҳо ҳароратҳои экстремалӣ (то тақрибан 650 °C)-ро тоб оварда, барои татбиқҳои махсуси ҳарорати баланд ногузир мегарданд.
- IEPE / ICP (ҳолати шиддат): электроникаи дохилӣ зарядро ба шиддати импеданси паст табдил медиҳад. Интерфейси IEPE — инчунин ҳамчун акселерометри ҳолати шиддатӣ — стандарти саноатӣ аст, ки пайвастшавии соддаи ду симӣ ва муқовимати аъло ба шууриро пешниҳод мекунад. Он барои зиёда аз 95 % татбиқҳои саноатӣ хуб хизмат мекунад.
4. Хусусиятҳои иҷроӣ
Ҳассосият
Ҳассосият хориҷшавӣ барои ҳар воҳиди шитоб аст — одатан 10–100 mV/g барои сенсорҳои IEPE, ё 1–100 pC/g барои ҳолати заряд. Ҳассосияти баландтар ҷудокунии дақиқтарро медиҳад, аммо диапазони максималии пасттар, бинобар ин рақам барои мувофиқат ба сатҳҳои ларзиши интизорӣ интихоб мешавад; калкулятори ҳассосияти сенсорҳои ларзиш барои табдил байни шиддати хориҷшавӣ ва шитоби мувофиқ кӯмак мекунад.
Минтақаи басомад
- Басомади паст: ҳадди поёнии тақрибан 0.5–5 Hz, ки аз ҷониби электроника муайян шудааст.
- Басомади баланд: ҳадди болоии 5–50 kHz, ки аз ҷониби резонанс.
- Диапазони корӣ: барои дақиқияти амплитудаи чанд фоизӣ, то тақрибан як-панҷум (20%) аз резонанси насбшуда басомад, мувофиқи ISO 5348; як-се-уми резонанс танҳо маҳдудияти тахминии санҷишӣ аст, ки дар он қимати амплитуда аллакай тақрибан 10–12% баландтар аст.
- Таъсири насб: усули насб қобилияти ҷавоби басомади баланди дастёбшавандаро қатъиян маҳдуд мекунад.
Минтақаи амплитуда ва минтақаи динамикӣ
- Ҳамаҷониба: ±50 g то ±500 g.
- Ҳассосияти баланд: ±5 g то ±50 g.
- Ҳисогирҳои зарба: ±500 g то ±10,000 g.
Сигнал ҳеҷ гоҳ набояд аз минтақаи сенсор зиёд шавад, вагарна он бурида мешавад ва метавонад ба элемент зарар расонад; минтақаи васеъ диапазони динамикӣ имкон медиҳад, ки як сенсор ҳам овозҳои заифи подшипник ва ҳам ларзиши қавии суръати кориро дар як ченкунӣ ҷудо кунад.
5. Меъёрҳои интихоб
Мувофиқсозии сенсор ба вазифа маркази таҷҳизоти хуби ченкунӣ мебошад.
- Назорати умумии таҷҳизот: акселерометри IEPE бо ҳассосияти 100 mV/g, минтақаи ±50 g, ҷавоби 1 Hz–10 kHz, рейтинги ҳарорати саноатӣ (−40 то +120 °C) ва мӯҳри герметикӣ.
- Ошкоркунии нуқсони подшипник: ҷавоби басомади баландтар (то 20+ kHz) барои гирифтани басомадҳои нуқсони подшипник, ҳассосияти миёна (10–50 mV/g), минтақаи динамикӣ васеъ ва насб бо болт барои беҳтарин пайвастшавии басомади баланд — комбинатсияи дуруст барои гирифтани нуқсонҳои подшипник.
- Татбиқҳои ҳарорати баланд: IEPE-и ҳарорати баланд (то тақрибан 175 °C) ё режими заряд (то тақрибан 650 °C), бо насб ва симкашии махсус, қабули баъзе камбудиҳои иҷроӣ барои қобилияти ҳароратӣ.
6. Насб ва насбкунӣ
Сатҳи насб қисми системаи ченкунӣ аст: он резонанси насбшударо муайян мекунад ва бинобар ин маҳдудияти басомади баландро. Аз беҳтарин ба бадтарин:
- Насби болтӣ: беҳтарин пайвастшавӣ, ҳамвор то 10+ kHz.
- Часпак: хуб, ҳамвор то тақрибан 7–8 kHz.
- Магнитӣ: қабулшаванда, ҳамвор то тақрибан 2–3 kHz.
- Зонд / дастӣ: заиф — маҳдуд ба басомадҳои паст ва хондани сифатӣ.
Барои маълумоти басомади баланди боэътимод сатҳ бояд тоза ва ҳамвор бошад, болт дуруст сахт карда шавад, ҳар гуна қабати часпанда нозук ва якхела бошад, пойгоҳи магнитӣ пурра ҷойгир шавад ва сим барои пешгирии кашидан мустаҳкам карда шавад. Ҳисобкунаки резонанси насб баҳо медиҳад, ки минтақаи истифодаи ҳар як усул куҷо ба охир мерасад; барои сенсорҳои насбшудаи доимӣ принсипҳои супориши сенсор дар ISO 5348.
Дар майдон, ин сенсорҳо қисми пеши ҳар як таҳлилгари дастӣ мебошанд. Асбоби ду-каналае, ба монанди Balanset-1A амплитуда ва фазаи ҳамзамони якхеларо мегирад — бо истифода аз ду акселерометри аналогии MEMS, ки бо даста таъмин шудаанд, на сенсорҳои пьезоии IEPE — ки барои мувозинаткунӣ ва барои ташхиси оддӣ дар подшипникҳои худи таҷҳизот дар суръати корӣ лозим аст. Ҳамроҳи зонди наздикӣ ва трансдюсери суръат, акселерометри пьезоӣ яке аз се транздуктори асосии ларзиш аст транздукторҳо — ва бешубҳа универсалитарин, ки чаро он то ҳол сутуни асосии назорати ларзиши саноатӣ, ташхис ва балансировка дар саросари ҷаҳон боқӣ мемонад.
