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      加速度傳感器選型極其使用技巧
      發布時間:2011-08-22   點擊次數:5418次

      加速度傳感器專指壓電式,全稱為壓電加速度傳感器(又稱加速度計),這種產品是目前在振動、沖擊測試工作中是應用zui廣泛的一種類型,這是得益于該產品的自身的特點:可靠性高、動態范圍大、頻率響應寬、價格合格、安裝使用方便。壓電加速度傳感器采用壓電原理制造,傳感器內部的壓電元件(壓電陶瓷、壓電石英)在感受振動力變形后產生電荷,故壓電加速度傳感器早期是電荷量輸出,隨著電子技術發展,現在有將放大器內置在壓電加速度傳感器內,以電壓量輸出的產品又稱IC(或稱IEPE)加速度計。
          一、靈敏度與量程
          產品介紹中的靈敏度,是指該產品在一個g重力加速度(或9.8ms-2)加速度時輸出多少電荷量或電壓量,結合用戶zui大測量加速度及后續儀器的增益、zui大輸出電壓,可以估算出選用的傳感器靈敏度。

          一般來說,為提高信噪比是提高加速度計靈敏度,但是由于靈敏度高會產生一些不利因素:增加傳感器重量、會降低測試量值、會對環境干擾更敏感、會降低信價比,下面給出一個參考型號供選擇:
          1、地震。超大型結構(高層建筑、橋梁、大壩等)的振動量極小,會在0.01g~5g左右,可選用。
          2、土木工程。大型結構的振動在0.1~10g左右,可選用    

      3、機械測試一般為幾十個g振動,可選用。
          4、沖擊一般都在100g以上,可選擇沖擊型產品。
          二、頻率
          加速度計具有較寬的頻率范圍,RC系列產品已給出了0.03Hz至>10KHz的產品,用戶可以根據需要選擇,成品加速度計會給出二個頻率指標,一個是使用頻率,指該加速度計可在某個頻率段內使用(有效使用頻率范圍內的幅值波動在±10%、±5%、±3d)。另一個是諧振頻率,在該頻率段上幅值會大大增加,通常稱峰值zui高點所對應的頻率為諧振頻率。個別 場合會用到該頻率,如軸承測試。
          加速度計的安裝方式不同會影響其測試頻率。剛性安裝(一般用于較精密測試),這是加速度計標定、檢測使用的方法。用螺栓將傳器固定在被測設備上,被測設備要求平整、光潔。傳感器貼合要完好,這需要在被測設備上與被測面垂直打孔、攻絲。有的設備或被測物不允許打孔,可采用其它方法。磁座安裝:將磁座擰在傳感器上,可快速吸合在被測物上,這種方法在機械行業居多。磁座的使用頻率會在原基礎上下降20%左右。應注意磁座安裝的測試點溫度應低于100℃為好,加速度值在50g左右,而且不適用沖擊測試。膠粘安裝:膠粘方法適合于多種場合,測試點溫度不宜高,502膠由于快速應用較廣泛,雙面膠會使頻率下降80%,這對頻率要求不高的場合才適用。另外安裝方法也根據現場環境有所不同,樁基低應變檢測還采用口香糖、石膏粘接,手持式機械故障測試儀所用的傳感器有探針式。
          盡管加速度計的安裝方式多種多樣,對頻率響應的影響各異,但對靈敏度的影響甚微,可不考慮。
          三、內部結構
          加速度計產品由于生產工藝,晶體形式可分為壓縮型(壓電受壓縮或拉伸力產生電荷)和剪切型(壓電晶體受剪切力產生電荷)。又可細分為中心壓縮、側置中心壓縮、平面剪切(又稱隔離剪切)、環型剪切、三角剪切。頻響較高的加速度計一般是采用中心壓縮或環剪。剪切型對環境適應好于壓縮型(即對基座應變和壞境溫度的瞬變不敏感)。如測量速度或位移(與雙積分電荷放大器配接),選用剪切型,信號穩定性好。
          四、內置電路加速度計
          內置的概念是將放大電路置于加速度計內,成為具有電壓輸出功能的傳感元件,它可分為四線制(正負電源、地、輸出)和二線制,本文只介紹二線制產品。
          內量電路(IC)加速度計采用二線制形式(一線為地,另一線為芯線,既供放大器電源,又是信號輸出通道),它的后續儀器一般為恒流適配器或帶有恒流的采集器。IC加速度計輸出信號疊加在一個直流偏壓上,由于此偏置電壓會被后級的儀器隔離,用戶得到的是一個幾乎零直流的交流信號。
          IC加速度計的選型幾乎與電荷型加速度計一樣,它的靈敏度及量程選用更為簡單,如知道被測加速度值即按

          IC加速度計由于其自身的特點而受到用戶青睞,如:由于將電荷放大級置入傳感器內,傳感器外殼形成有效的屏蔽層,抗干擾能力大大提高;與恒流適配器配用后每通道價格較電荷型產品;可長導線使用(注意在應用幾十米長導線時,應加大供電電流,否則會使測試頻率受到影響)。當然該產品也有自身的不足:可靠性低于電荷型產品,可測量程受自身輸出電壓±5Vp的限制不能擴展,溫度特性差于電荷型產品。
          五、環境影響
          某些測試現場的環境較為惡劣,用戶要考慮的因素較多,如高溫、防水、地回路干擾及強磁電場等,均會給測量帶來影響。
          1、防水:防水可分為簡易防水和深層防水,尤以深層防水為難。如我們在三峽工程*船閘門振測量的加速度計要考慮的因素較多:水深近百米、導線接頭、導線自身防護、地回路干擾、長期使用等問題。
          近幾年我們為許多單位提供過各類防水傳感器,一般均根據現場情況與用戶加強溝通,使產品防水達到可靠。
          2、溫度:多數廠商給用戶提供的是高溫傳感器的耐溫限值,而非極限情況下的電荷/電壓靈敏度。雖然有的晶體是可以達到某個溫度值,但是此狀態下它的靈敏度與常溫是有較大變化的,廠商應提供該加速度計的溫度/靈敏度特性曲線。
          低溫由于測試較為困難,且用戶較少,國內鮮有人群研究。
          3、絕緣、浮地及抗強磁電場:多點測試時,由于傳感器外殼為地,地與地之間也會產生電位差,使測試受到影響,可以考慮將傳感器浮地處理,如用絕緣座將傳感器浮置或采用絕緣型傳感器。我們在水下防水傳感器和機械故障監測(在線式)上都采用了浮地工藝。
          對在強磁電場下進行測試,如有干擾,可采用隔磁隔電材料的外殼加以防護(如鐵殼或銅殼),因國內研究較少,也需用戶配合解決。
          六、配套儀器
          壓電類加速度計如是電荷輸出,可與電荷放大器或具有電荷前置功能的采集器相配,電荷放大器種類較多,有單通道,多通道(一般為八路一組合),雙積分(可測量加速度、速度、位移),準靜態(用于動態壓力、動壓力傳感器的靜態標定靈敏度)。電荷放大器有多檔增益調節開關和濾波頻率開關。在我公司該類產品中有詳細介紹。
          供IC加速度計使用的恒流適配器有單臺(手持式)和多通道(一般為8路、10路),該產品一般頻率固定(用戶訂貨時確定),增益為×1,×10倍,另該儀器上有傳感器故障顯示(采用通道指示燈變色實現)功能。
       

      北京拓普瑞晟測控技術有限公司(www.themeanwiener.com)熱門產品:低頻振動傳感器,軸振動傳感器,風機振動傳感器,離心機振動傳感器

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