Что такое акселерометр и как он работает. Какие бывают виды акселерометров. Как выбрать акселерометр для измерения вибрации. Где применяются акселерометры в промышленности и науке.
Что такое акселерометр и принцип его работы
Акселерометр — это электромеханический прибор, измеряющий проекцию кажущегося ускорения. Принцип работы акселерометра основан на втором законе Ньютона:
F = ma
где F — сила, действующая на пробную массу акселерометра, m — величина этой массы, a — ускорение.
В конструкции акселерометра имеется пробная масса, закрепленная на упругом подвесе. При появлении ускорения масса смещается, и это смещение преобразуется в электрический сигнал.
Основные типы акселерометров
По принципу преобразования механического смещения в электрический сигнал выделяют следующие типы акселерометров:
- Пьезоэлектрические
- Пьезорезистивные
- Емкостные
- Тензометрические
- Магнитоиндукционные
- Оптические
Наиболее распространены пьезоэлектрические и емкостные МЭМС-акселерометры.
Пьезоэлектрические акселерометры
В пьезоэлектрических акселерометрах используется прямой пьезоэффект — появление электрического заряда на гранях пьезокристалла при его деформации. Инерционная масса воздействует на пьезоэлемент, вызывая его деформацию пропорционально действующему ускорению.
Преимущества пьезоэлектрических акселерометров:
- Широкий динамический и частотный диапазон
- Высокая чувствительность
- Простая конструкция
- Высокая надежность
Емкостные МЭМС-акселерометры
В емкостных акселерометрах инерционная масса образует обкладку конденсатора. При ускорении зазор между обкладками изменяется, что приводит к изменению емкости. Это изменение преобразуется в электрический сигнал.
Достоинства емкостных МЭМС-акселерометров:
- Миниатюрность
- Низкое энергопотребление
- Возможность измерения постоянного ускорения
- Низкая стоимость при массовом производстве
Как выбрать акселерометр для измерения вибрации
При выборе акселерометра для измерения вибрации следует учитывать следующие характеристики:
- Диапазон измеряемых ускорений
- Частотный диапазон
- Чувствительность
- Собственная резонансная частота
- Уровень собственных шумов
- Линейность
- Поперечная чувствительность
- Условия эксплуатации (температура, влажность и т.д.)
Важно, чтобы параметры датчика соответствовали измеряемым вибрациям объекта.
Области применения акселерометров
Акселерометры широко применяются в различных областях науки и техники:
- Вибродиагностика промышленного оборудования
- Сейсмические измерения
- Навигационные системы
- Системы стабилизации и управления
- Измерение ударных воздействий
- Испытания конструкций на прочность
- Системы безопасности автомобилей
- Мобильные устройства и носимая электроника
Преимущества и недостатки акселерометров
Основные преимущества акселерометров:
- Высокая точность измерений
- Широкий динамический диапазон
- Малые габариты и вес
- Простота монтажа
- Отсутствие подвижных частей
Недостатки акселерометров:
- Чувствительность к температуре
- Необходимость интегрирования сигнала для получения скорости и перемещения
- Влияние поперечных ускорений
- Ограниченный низкочастотный диапазон
Калибровка акселерометров
Для обеспечения точности измерений акселерометры необходимо периодически калибровать. Основные методы калибровки:
- Метод сравнения с эталонным акселерометром
- Калибровка на центрифуге
- Ударный метод
- Калибровка в гравитационном поле Земли
Периодичность калибровки определяется требованиями к точности измерений и условиями эксплуатации акселерометра.
Перспективы развития акселерометров
Основные направления развития акселерометров:
- Уменьшение габаритов и энергопотребления
- Повышение чувствительности и снижение шумов
- Расширение динамического и частотного диапазонов
- Интеграция с другими типами датчиков
- Развитие беспроводных технологий передачи данных
- Внедрение алгоритмов машинного обучения для обработки сигналов
Совершенствование технологий производства МЭМС-акселерометров позволит создавать все более миниатюрные и точные датчики.
Датчик вибрации (акселерометр) Брюль и Къер 4384
Пьезоэлектрические датчики ускорения. Вибродатчики (Акселерометры).
ВведениеПрименениеОсобенности
Акселерометр 4384
вибродатчик 4384Type 4384 is a DeltaShearTM Unigain* accelerometer. Он обладает расположенным сверху разъемом 10–32 UNF‐2A и резьбовым отверстием 10–32 UNF‐2B, предназначенным для монтажа. Прибор 4384-V
Характеристики
Пьезоэлектрический акселерометр может использоваться в качестве источника заряда. Его чувствительность выражена в единицах заряда на единицу ускорения (пКл/мс–2, пКл/g).
Конструкция DeltaShear состоит из трех пьезоэлектрических элементов и трех сейсмических масс, расположенных в виде треугольника вокруг треугольного центрального столбика.
Они удерживаются на месте при помощи зажимного кольца, которое изолируют всю конфигурацию от основания. Кольцо также обеспечивает предварительное сжатие пьезоэлектрических элементов, что позволяет добиться высокой степени линейности. Под воздействием вибрации пьезоэлектрические элементы создают заряд, который скапливается между корпусом и зажимным кольцом. В приборе применяется пьезоэлектрический элемент PZ 23, выполненный из цирконат-титаната свинца, а его корпус изготовлен из титана.
Технические характеристики вибропреобразователя 4384 и 4384-V
| Номер модели | 4384 | 4384‐V | |||
| Общие характеристики | |||||
|
Масса (без учета кабеля, если это возможно) |
грамм | 11 | |||
| унций | 0,39 | ||||
| Зарядовая чувствительность (на частоте 159,2 Гц) | пКл/мс–2 | 1 ± 2% | 1 ± 15% | ||
| пКл/g | 9,8 ± 2% | 9,8 ± 15% | |||
| Частотный диапазон (пределы ±10%) | Гц | от 0,1 до 12600 | |||
| Монтажная резонансная частота | кГц | 42 | |||
Макс. поперечная чувствительность (30 Гц, 100 мс–2) |
% | < 4 | |||
| Резонансная поперечная частота | кГц | 15 | |||
| Макс. рабочее непрерывное синусоидальное ускорение (ампл.) | кмс–2 | 60 | |||
| g | 6000 | ||||
| Электрическая схема | |||||
| Уровень остаточных шумов (измерено прибором NEXUS модели 2692-001 в указанном частотном диапазоне) | ммс–2 | 2,4 | |||
| мg | 0,24 | ||||
| Емкость (без учета кабеля) | пФ | 1100 | |||
| Мин. сопротивление утечки (при 20 °C) | ГОм | 20 | |||
| Параметры окружающей среды | |||||
| Рабочий диапазон температур | °C | от -74 до +250 | |||
| °F | от -101 до +482 | ||||
| Температурный коэффициент чувствительности | %/°C | 0,05* | |||
 гр. частота 3 Гц (–3 дБ, 6 дБ/окт.)) |
мс–2/°C | 0,4 | |||
| g/°F | 0,022 | ||||
|
Чувствительность к деформации основания (при плоскостности основания 250 мкε) |
мс–2/мкε | 0,02 | |||
| g/мкε | 0,002 | ||||
| Чувствительность к магнитному полю (50 Гц, 0,038 Tл) | мс–2/Тл | 4 | |||
| g/кГс | 0,04 | ||||
| Максимальное неразрушающее соударение (±ампл.) | кмс–2 | 200 | |||
| g | 20000 | ||||
| Механические испытания | |||||
| Материал корпуса | Титан ASTM марки 2 | ||||
| Пьезоэлектрический чувствительный элемент | PZ 23 | ||||
| Конструкция | DeltaShear | ||||
| Герметизация | Соединен сваркой | ||||
| Электрический разъем | 10–32 UNF-2A | ||||
| Монтаж | Резьбовое отверстие 10–32 UNF-2B × 3,2 мм | ||||
| Момент затяжки | Макс. |
Нм (фунт-сил∙дюйм) | 3,5 (31) | ||
| Мин. | 0,5 (4,4) | ||||
Калибровка
Акселерометры Unigain имеют чувствительность, откалиброванную к удобному значению, такому как 1, 3,16 или 31,6 пКл/мс–2. Чувствительность, указанная в калибровочной таблице, измерена на частоте 159,2 Гц с уровнем доверительной вероятности 95% и коэффициентом перекрытия k = 2.
Рекомендуемое применение датчиков вибрации 4384, 4384 V.
Акселерометры (датчики вибрации) этой подгруппы, являющиеся универсальными датчиками ускорения при измерениях вибрации по одной оси и ударных воздействий на испытываемые конструкции, клиенты компании Bruel & Kjaer используют при выполнении следующих видов вибрационных испытаний и измерений:
- Измерения ускорений при экспериментальных исследованиях особо чувствительных к вибрациям объектов на вибростендах на малых частотах и при малых значениях ускорений.
Мониторинг процессов вибрации по одной оси во время вибрационных тестов. - Мониторинг в условиях экстремальных температур (-74,+250°C) работы оборудования, приборов и процессов, сопровождающихся вибрациями.
- Исследования в области экспериментального модального и структурного анализа, в которых для получения результатов не нужно больших ускорений конструкции.
Особенности применения акселерометров 4384, 4384 V
- Благодаря тому, что акселерометры 4384, 4384 V являются термостойкими и могут успешно применяться , как при обычных, так и экстремальных температурах (от -74°C до 250°C) установка их на объект, исследуемый на высокотемпературных и низко температурных испытательных стендах, дает возможность получать параметры вибрации при изменении температурного фона в широком диапазоне без смены датчиков.
- Высокая чувствительность дает возможность измерять малые ускорения с высокой точностью.
-
Долговременно стабильные параметры, благодаря сварному стальному корпусу.
Подробнее об акселерометрах серии 4384
Акселерометр СД-1Э
Акселерометр СД-1Э
Поделиться
Описание средства измерения
СД-1Э – трехкоординатный, пьезоэлектрический, аналоговый акселерометр. Он обладает высокой чувствительностью и низким уровнем собственных шумов. С помощью акселерометра СД-1Э измеряют виброускорения в диапазоне частот 0,1…40 Гц.
Базовый вариант имеет коэффициент преобразования (10±2) В/g на каждой координатной оси и три симметричных выхода.
Акселерометр СД-1Э является средством измерения:
— внесен в реестр средств измерений под номером 66860-17;
— имеет декларацию ЭМС.
Акселерометр СД-1Э разработан для широкого применения, оптимально подходит для решения задач СМИК (Системы мониторинга инженерных конструкций): мониторинга зданий и сооружений, плотин, мостов, нефтяных платформ и трубопроводов.
Измерение вибрации и ускорения в системах СМИК необходимо для определения: амплитуды колебаний, собственных частот и формы колебания зданий и сооружений.
Использование в проектах
Акселерометр СД-1Э использовался компанией «СМИС Эксперт» в проектировании и монтаже системы СМИК на таких объектах, как:
— Парк «Зарядье» г. Москва
— Аэропорт Домодедово (терминал 2)
— Cтадион им. Ленинского комсомола г. Красноярск
Технические характеристики
| Параметр | Значение, размерность |
| Чувствительность | 1,0 В/(м×с−2) |
| Отклонение значения коэффициента преобразования на частоте 20 Гц от номинального | ±2 В/g |
| Пределы допускаемой относительной погрешности коэффициента преобразования на частоте 20 Гц | ±5 % |
| Число измерительных осей (каналов) | 3 |
| Частотный диапазон | 0,1…40 Гц |
| Неравномерность АЧХ, относительно значения на частоте 20 ГцВ диапазоне частот от 0,1 до 40 ГцВ диапазоне частот от 0,4 до 37 Гц | не более ±3 дБ более ±1 дБ |
| Максимальное измеряемое гармоническое ускорение | 0,3 g |
| Эффективное значение собственных шумов в диапазоне частотот 0,1 до 40 Гц | не более 2*10-5 g |
| Собственная частота механического резонанса | не менее 500 Гц |
| Защита от подключения источника питания неверной полярностью | есть |
| Тип разъема | РС 10ТВ |
| Полярность выходного напряжения при воздействии ускорения в направлении измерительной оси | положительная |
| Производитель | АО «НИИ «Элпа» |
Эксплуатационные характеристики
| Параметр | Значение, размерность |
| Относительная влажность воздуха (при 25 °С) | 98 % |
| Температурный диапазон (рабочий) | −40 … +65 °С |
| Температурный диапазон (при хранении) | −65… +65 °С |
| Атмосферное давление | от 84 до 106,7 кПа |
| Габаритные размеры | 80×75×52 мм |
| Масса, не более | 300 г |
| Степень защиты от попадания пыли и влаги | IP66 |
Назначение аналоговых акселерометров
Аналоговый акселерометр СД-1Э может выполнять функции сейсмодатчика, вибродатчика и др.
и может быть использован для систем охраны объектов, для мониторинга состояния зданий, тоннелей, мостов нефте- и газопроводов и других сооружений.
В основе принципа работы акселерометра СД-1Э лежит использование прямого пьезоэффекта, с помощью которого осуществляют преобразование измеряемого ускорения в пропорциональный ему электрический сигнал.
Акселерометр СД-1Э имеет исполнение, в соответствии с которым в конструкции использованы три заготовки малогабаритного датчика ускорения, в состав каждого из которых входит чувствительный элемент (ЧЭ), выполненный в виде консольно закрепленного биморфного пьезоэлемента из пьезокерамики ЦТС-19, блока усиления сигнала, блока вторичного источника питания и выходных цепей.
При этом, каждый из составляющих малогабаритных датчиков ориентирован по осям X, Y, Z, образуя (правую) прямоугольную систему координат. Все эти составные части конструкции собраны внутри общего корпуса.
Каждый из трёх малогабаритных датчиков имеет одинаковую конструкцию и отдельный пылевлагозащищённый корпус, аналоговый выход, допускающий подключение к дифференциальному усилителю с помощью витой пары, питание от внешнего (бортового) однополярного источника питания с напряжением из ряда 7.
..24 В, преобразуемого внутренним вторичным источником питания в двухполярное, стабилизированное ±5 В.
Номинальное значение коэффициента передачи составляет 10 В/g по каждой из координат. Совокупность технических решений позволила увеличить надёжность акселерометра, сделать его более унифицированным по внешнему питанию, повысить технологичность при изготовлении.
Подбором усиления возможно изготовление СД-1Э с коэффициентом преобразования в пределах от 0,1÷50 B/g, расширяя, таким образом динамический диапазон ускорений, в котором может работать датчик, а с ним и область его применения.
Климатическое исполнение датчика – УХЛ-3 по ГОСТ 15150, степень защиты IР66 по ГОСТ 14254.
Измерения электрических параметров осуществляется в соответствии с приложением.
Маркировка, пломбирование, упаковка, транспортирование и хранение
Маркировка должна соответствовать ГОСТ 18620
На акселерометр лазерной гравировкой наносится: сокращенное обозначение, направление осей координат, товарный знак, заводской номер, дата изготовления.
Маркировка, наносимая на упаковочную и транспортную тару должна соответствовать ГОСТ 30668.
Акселерометр имеет пломбировку, предохраняющее от несанкционированного вскрытия.
Упаковка
Упаковка акселерометров должна соответствовать требованиям ГОСТ 23216 и ГОСТ 23088.
Акселерометры упаковывают в групповую тару упаковочную. В тару упаковочную вкладывают паспорт ЖКГД.433642.014 ПС для каждого изделия.
На групповую тару упаковочную наклеивают этикетку-бандероль.
Групповая тара упаковочная укладывается в транспортную тару – фанерные ящики ГОСТ 22638 на которые наносятся манипуляционные знаки по ГОСТ 14192.
Транспортирование
Акселерометры следует транспортировать в соответствии с требованиями ГОСТ 15150 и ГОСТ 23088.
Хранение
Акселерометры следует хранить в заводской упаковке в соответствии с требованиями ГОСТ 15150 и ГОСТ 21493.
Техническое обслуживание и поверка
Акселерометр СД-1Э не требует калибровки, вместо этого требуется поверка.
Акселерометр СД-1Э имеет срок наработки 25000 часов и не предусматривается техническое обслуживание внутренних частей изделия.
Акселерометр СД-1Э имеет «Свидетельство о поверке» с указанием срока действия, по истечению которого необходимо передать изделие на периодическую поверку.
Установка и крепление
Для крепления датчика предусмотрена монтажная площадка. Она крепиться на точки мониторинга. Точки мониторинга у каждого объекта свои, так же как и собственная частота, которая зависит от многих факторов, таких как: форма, высота, размеры, материалы из чего строиться объект. Критические точки определяются в отчете о научном сопровождении для каждого объекта.
Монтажный комплект для акселерометров СД-1Э может быть двух видов, в зависимости от типа крепления монтажной площадки, которая может привариваться или крепиться на анкер-болты.
Компания «СМИС Эксперт» разработала для Вашего удобства монтажные комплекты.
Подключение
Для подключения датчика необходимо использовать разъем РC10ТВ (розетка). В качестве линии связи используется четырехпарный кабель. Три пары используются в качестве сигнальных линий для каждой из осей измерения (оси x, y, z), четвертая пара — для питания акселерометра.
СД-1Э – акселерометр с аналоговым выходом
Акселерометры бывают с аналоговым и цифровым выходом. Аналоговые акселерометры существенно дешевле, однако к ним обычно приходится подключать внешние фильтры и аналого-цифровой преобразователь (обычно его обозначают аббревиатурой АЦП). То есть сначала сигнал фиксируется, после чего превращается в дискретный код.
Аналоговые выходы бывают:
Дифференциальными (их ещё называют двухфазными)
— ICP-выходами
— Токовыми
Конструкция предполагает использование двух выходов: прямого и инверсного.
Значение сигнала определяется напряжением между этими выходами. Датчик с ICP-выходом – это устройство с пьезоэлементом и предусилителем. В соответствии с технологией, датчик должен быть подключен по двухпроводной схеме.
При этом устройству требуется питание от внешнего источника тока. Чтобы измерения были максимально точными, такой акселерометр часто используют вместе с модулем АЦП, но не простым, а оснащённым специальными разъёмами под ICP-датчик.
Токовый акселерометр имеет довольно низкое энергопотребление, но высокую стабильность показаний. Их оснащают кремниевыми монокристаллами, которые выполняют функции чувствительного ёмкостного элемента.
Акселерометр аналоговый. Напряжение питания 9-36В
Напряжение
Чтобы понять принцип работы аналогового акселерометра, нужно понимать, что измеряемое значение акселерометра преобразуется электрический сигнал, который пропорционален колебанию. Сигнал большей части акселерометров – напряжение.
Для каждого датчика существует свой коэффициент преобразования этого сигнала. Как правило, чем больше чувствительность прибора, тем выше коэффициент преобразования, который имеет размерность В/g либо В/ м/с2.
Дополнительные услуги
Поверка Акселерометра СД-1Э
Основная цель поверки средств измерений это — в строгом соответствии с разработанным и утвержденным порядком осуществить передачу рабочим средствам измерений (РСИ) размер единиц величин от исходных эталонных средств.
При реализации этого установленного порядка поверки в наличии должны быть необходимые государственные первичные эталоны единиц величин, поверочные схемы, соответствующее техническое оснащение, разработанные методики поверки, необходимое нормативное обеспечение, обученные специалисты — поверители, а также — необходимые измерительные системы.
На основании Закона РФ «Об обеспечении единства измерений» — поверка средств измерений (СИ) является обязательной.
Для Акселерометра Сд-1Э разработана Методика поверки. По методике поверки поверять Акселерометр СД-1Э необходимо 1 раз в год.
Монтажная площадка
Универсальная монтажная площадка разработанная компанией ООО «СМИС Эксперт» подходит под Акселерометр СД-1Э и под инклинометры НТП «Горизонт»
Производитель ООО «СМИС Эксперт»
Готовое решение
Мы разработали готовые решения на базе СД-1Э в системах СМИК: Акселерометр СД-1Э+АЦП+ Программное обеспечение.
Приобрести, задать вопрос и получить дополнительную информацию
Узнать цену, комплексность, стоимость, получить более подробную информацию и презентацию АКСЕЛЕРОМЕТР СД-1Э вы можете получить у специалистов компании ООО «СМИС Эксперт» по телефону +7(495) 532-52-62,
Можно также отправить запрос на email: [email protected], заказать обратный звонок или отправить заявку с формы обратной связи на главной (или любой другой) странице сайта
Акселерометры — МЭМС и датчики
- IIS3DHHC
Трехосевой цифровой инклинометр с высоким разрешением и высокой стабильностью для промышленных применений Machine Learning Core
- IIS3DWB
Малошумящий 3-осевой цифровой датчик вибрации со сверхширокой полосой пропускания
- LIS2DE12
МЭМС-датчик движения с цифровым выходом: сверхмаломощный высокопроизводительный 3-осевой «фемто» акселерометр
- LIS2DTW12
Двойной датчик движения и температуры с цифровым выходом MEMS
- AIS2120SX
Автомобильный акселерометр для подушки безопасности, двухосевой высокоскоростной акселерометр, сертифицированный AEC-Q100 3-осевой акселерометр с низким энергопотреблением для промышленных применений
- AIS328DQ
Автомобильный 3-осевой акселерометр, сверхмалое энергопотребление, цифровой выход SPI/I2C, соответствует стандарту AEC-Q100
- h4LIS331DL
Низкое энергопотребление Высокоскоростной 3-осевой акселерометр, датчик движения MEMS с цифровым выходом SPI/I2C, выбираемые пользователем полные шкалы ±100g/±200g/±400g
- AIS25BA
Датчик движения MEMS с цифровым выходом: низкий шум, высокая пропускная способность, 3-осевой акселерометр с интерфейсом TDM
- LIS2DUXS12
Акселерометр со сверхмалым энергопотреблением с Qvar, AI и сглаживанием
- LIS2DUX12
Акселерометр со сверхмалым энергопотреблением с AI и сглаживанием
- AIS1200PS
Датчик периферического ускорения MEMS, одноосный, с двухточечным интерфейсом PSI5, сертифицирован AEC-Q100
- LIS2DH
Датчик движения MEMS с цифровым выходом: сверхмаломощный высокопроизводительный 3-осевой фемтоакселерометр
- IIS2DH
Высокопроизводительный 3-осевой акселерометр со сверхнизким энергопотреблением и цифровым выходом для промышленных приложений
- LIS2DW12
3-осевой акселерометр MEMS, сверхмалое энергопотребление, настраиваемое распознавание одиночного/двойного касания, свободное падение, пробуждение, портрет/ пейзаж, определение ориентации 6D/4D
- LIS2Dh22
Датчик движения MEMS с цифровым выходом: сверхмаломощный высокопроизводительный 3-осевой «фемто» акселерометр
- LIS3DH
3-осевой акселерометр MEMS, сверхмалое энергопотребление, ±2g/4g/8g/ Полная шкала 16 г, высокоскоростной цифровой выход I2C/SPI, встроенный буфер FIFO, высокопроизводительный датчик ускорения, корпус LGA 16 3x3x1.
0 - AIS3624DQ
3-осевой акселерометр для автомобильных приложений, не связанных с безопасностью, сверхнизкое энергопотребление, SPI/ Цифровой выход I2C, сертифицированный AEC-Q100
- AIS2DW12
Датчик движения MEMS с цифровым выходом: сверхмаломощный 3-осевой акселерометр для автомобильных приложений
- AIS2IH
Датчик движения MEMS с цифровым выходом: высокопроизводительный 3-осевой акселерометр для автомобильных приложений
- LIS0D4 -осевой акселерометр, сверхвысокое разрешение, малошумящий, 4-проводной цифровой выход SPI, полная шкала ±2,5 g
- LIS2DW
Датчик движения с цифровым выходом MEMS: высокоэффективный 3-осевой «фемто» со сверхнизким энергопотреблением акселерометр
- LIS25BA
Датчик движения MEMS с цифровым выходом: низкий уровень шума, высокая полоса пропускания, 3-осевой акселерометр с интерфейсом TDM , ±2g/±4g/±8g/±16g полная шкала, высокоскоростной цифровой выход I2C/SPI, высокопроизводительный датчик ускорения со сверхнизким энергопотреблением Цифровой выход I2C Датчик движения MEMS 9
- h4LIS200DL датчик движения, выбираемые пользователем полные шкалы ±100g/±200g
- IIS328DQ
Высокопроизводительный 3-осевой акселерометр со сверхнизким энергопотреблением и цифровым выходом для промышленных применений
- LIS331DLH
3-осевой цифровой акселерометр, сверхнизкий режимы работы с питанием, расширенное энергосбережение, функции интеллектуального перехода из режима сна в режим пробуждения
- LIS2Hh22
3-осевой акселерометр, полная шкала ±2g/±4g/±8g, высокоскоростной цифровой выход I2C/SPI, сверхмалое энергопотребление, встроенный FIFO
| Описание | Поставщик | Тип лицензии | . 0149 |
|---|
Акселерометры / Датчики акселерометра | Brüel & Kjær
СОДЕРЖАНИЕ
1. Что такое акселерометр?
2. Одиночные или трехосные акселерометры?
3. Предусилители
4. Выбор акселерометра
Что такое акселерометр?
Акселерометр представляет собой электромеханический преобразователь, который вырабатывает на своих выходных клеммах электрический выходной сигнал, пропорциональный ускорению, которому он подвергается. Выходной сигнал может быть обработан электронным способом и считан на счетчике или другом подходящем показывающем устройстве.
Активный элемент датчиков вибрации Brüel & Kjær состоит из пьезоэлектрических дисков или пластин, нагруженных сейсмическими массами и удерживаемых на месте зажимным приспособлением.
Пьезоэлектрические элементы создают заряд, пропорциональный приложенной силе. Когда датчик подвергается вибрации, объединенная сейсмическая масса воздействует на пьезоэлектрический элемент с переменной силой, пропорциональной ускорению сейсмических масс.
Акселерометр для измерения вибрации обладает лучшими универсальными характеристиками, чем датчик вибрации любого другого типа. Обеспечивает широкий частотный и динамический диапазоны и хорошую линейность во всем диапазоне. В датчике нет движущихся частей, что делает его прочным и надежным, а его характеристики остаются стабильными в течение длительного периода времени.
Различные конструкции и элементы акселерометра:
Предусилитель акселерометра
предусилитель.
Рекомендуется использовать усилители заряда, и компания Brüel & Kjær производит широкий выбор высокопроизводительных предусилителей для этой цели. С предварительными усилителями заряда вы можете использовать очень длинные соединительные кабели без изменения указанной чувствительности комбинации акселерометра и предусилителя.
Поскольку простота калибровки и измерения обычно так же важны, как общий коэффициент усиления и частотный диапазон, большинство предусилителей акселерометров Brüel & Kjær имеют одно или несколько из следующих средств формирования сигнала: Sensitivity Conditioning Networks : Позволяет напрямую изменять чувствительность датчика на предусилителе, обеспечивая унифицированную чувствительность системы.
Одно- или трехосные акселерометры?
Трехосевые акселерометры ( также называемые 3-осевыми акселерометрами или 3-осевыми акселерометрами ) используются для измерения вибрации одновременно в трех взаимно перпендикулярных направлениях (осях). Как правило, трехосные акселерометры предоставляют больше информации об измерениях, чем обычные одноосевые датчики.
Обычно трехосные акселерометры состоят из трех отдельных акселерометров, установленных в одном корпусе под углом 90 градусов друг к другу.
Однако это ограничивает минимальный размер акселерометра и означает, что каждая ось имеет свою точку отсчета.
Акселерометры Brüel & Kjær используют общую сейсмическую массу и пьезоэлектрический элемент.
Результатом этой конструкции является очень компактный трехосный акселерометр, все оси которого имеют одну и ту же точку отсчета. Его конструкция также обеспечивает точные и последовательные измерения, даже когда акселерометр подвергается воздействию сложных вибраций.
Выбор акселерометра
При выборе акселерометра необходимо учитывать следующие характеристики, чтобы добиться наилучших результатов для вашего тестового приложения и среды:
ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ > Uni-gain и «V»
> Чувствительность
> Частота. Ответ
> Динамический диапазон
> Калибровка
Uni-Gain и «V»
Мы перечисляем оба типа «V», а также типы датчиков Uni-Gain:
Типы «V»: Датчики типы без Uni-Gain распознаются по суффиксу «V» в названии типа.
Разница между этими двумя типами заключается в том, что все характеристики калибровочной таблицы для типов «V» (кроме чувствительности) являются типовыми.
Напротив, чувствительность и другие параметры датчиков Uni-Gain гарантируются в пределах жестких допусков для легкой взаимозаменяемости без повторной калибровки.
Uni-Gain Sensitivity: Это обозначение указывает на то, что измеренная чувствительность акселерометра была скорректирована во время изготовления в пределах 2% от удобного значения, например (с шагом 10 дБ), 1, 3,16 или 10 пКл/мс –2 .
Чувствительность к заряду и напряжению
Пьезоэлектрический акселерометр можно рассматривать как источник заряда или напряжения. Чувствительность датчика определяется как отношение его выходного сигнала к ускорению, которому он подвергается. Это выражается в единицах заряда на единицу ускорения (например, пКл/мс –2 ) или в единицах напряжения на единицу ускорения (например, мВ/мс –2 ).
Эквивалентная электрическая схема для акселерометров без встроенного предусилителя
Чувствительность, указанная в отдельных калибровочных таблицах, была измерена при частоте 160 Гц с ускорением 100 мс –2 . Для доверительного уровня 99,9 % точность заводской калибровки составляет ± 2 % и включает влияние соединительного кабеля, поставляемого с акселерометром.
Поперечная чувствительность
Акселерометры слегка чувствительны к ускорению, перпендикулярному их основной оси чувствительности. Эта поперечная чувствительность измеряется в процессе заводской калибровки с использованием возбуждения –2 с частотой 30 Гц и 100 мс и выражается в процентах от соответствующей чувствительности по главной оси.
Относительная реакция акселерометра на вибрацию главной оси и поперечной оси
Частотная характеристика и диапазон
Верхние пределы частоты, указанные в спецификациях, рассчитываются как 30% и 22% установленной резонансной частоты до дают погрешности менее 10% и 5% соответственно.
В этих расчетах предполагается, что датчик правильно закреплен на образце для испытаний, поскольку неправильный монтаж может оказать заметное влияние на установленную резонансную частоту.
Низкочастотная характеристика акселерометра зависит главным образом от типа предварительного усилителя, используемого в измерительной установке.
Частота поперечного резонанса: Типичные значения частоты поперечного резонанса получают путем вибрации датчика, установленного на стороне стального или бериллиевого куба, с использованием калибровочного возбудителя типа 4294.
Фазовая характеристика и демпфирование: Акселерометры Brüel & Kjær приводят к одному четко определенному резонансному пику, нанесенному на отдельные кривые частотной характеристики.
Поперечная чувствительность акселерометра в любом направлении (когда известна максимальная поперечная чувствительность).
Динамический диапазон: верхний и нижний пределы
Динамический диапазон определяет диапазон, в котором электрическая мощность прямо пропорциональна ускорению, приложенному к его основанию.
Верхний предел: Как правило, чем меньше устройство, тем выше уровень вибрации, при котором его можно использовать. Верхний предел зависит от типа вибрации и определяется предварительным напряжением пьезоэлектрического элемента, а также механической прочностью элемента.
Для акселерометров со встроенными предусилителями максимальные пределы удара и продолжительной вибрации, указанные в Спецификациях, являются пределами измерения. При транспортировке и погрузочно-разгрузочных работах указывается максимальный неразрушающий удар и максимальные пределы удара и продолжительной вибрации для любого направления для частот до одной трети установленной резонансной частоты.
При измерении кратковременных переходных сигналов необходимо соблюдать осторожность, чтобы избежать эффекта звона из-за высокочастотного резонанса датчика. Общее эмпирическое правило для полусинусоидального ударного импульса для получения ошибки амплитуды менее 5% состоит в том, чтобы гарантировать, что длительность импульса превышает 10/ /f/R, где /f/R — установленная резонансная частота акселерометра.
.
Нижний предел: Теоретически выходной сигнал пьезоэлектрического датчика является линейным вплоть до ускорения сейсмической массы из-за теплового шума, но на практике нижний предел определяется уровнем шума измерительной системы и окружающей средой. в котором производятся измерения.
Калибровка и стабильность
Акселерометры Brüel & Kjær тщательно проверяются и проверяются на всех этапах производства и сборки. Каждое устройство проходит обширную процедуру калибровки и процесс искусственного старения, чтобы обеспечить полностью предсказуемую производительность и стабильную работу.
Калибровка датчиков Brüel & Kjær выполняется путем параллельного сравнения с первичным эталонным акселерометром, откалиброванным в Датской первичной акустической лаборатории (DPLA) и проверенным Американским национальным институтом науки и технологий (NIST). , и German Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) для прослеживаемости.
