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壓電式振動傳感器的選擇

來源:PCB 發布時間:2018-08-28熱度:

  選擇加速度計時,振動專***必須考慮三個主要方面:幅度范圍,頻率范圍和環境因素。

  幅度范圍

  用于預測性維護應用的加速度計是內部放大的ICP®傳感器。這些傳感器由恒流直流電源供電。電源電壓通過恒流二極管調節在18至28伏直流和限流之間,電流限制在2至20毫安之間。ICP®傳感器的信號輸出是直流偏置交流信號。振動信號,通常為100 mV / g AC,疊加在DC偏壓上。該直流偏置通常由去耦電容阻斷,因此讀出設備可以交流耦合。如果12 VDC的正常偏置電平與18 V DC電源一起使用且加速度計信號為100 mV / g,則***大可測量信號將為50 g或5VAC。通過增加電源電壓或降低加速度計的靈敏度可以增加該***大電平。

  在檢查振幅范圍時要考慮的其他標準是可測量的***低振動水平。這被指定為本底噪聲或傳感器的分辨率。傳感器的分辨率由兩個因素決定:內部放大器的電噪聲和質量/壓電系統的機械增益。振動質量越大,傳感器在放大之前的輸出越大。這種高機械增益通過在不使用放大器增益的情況下產生大量電信號來改善低電平測量。陶瓷傳感元件通常提供更高的信噪比,允許測量小水平的振動而不會干擾電噪聲分析。

  頻率響應

  內部放大的ICP®加速度計的頻率響應被描述為傳感器提供線性響應的頻率范圍。頻率響應的上端由機械剛度和傳感元件中的振動質量的大小決定,而低頻范圍由放大器滾降和放電時間常數控制。圖4顯示了典型的頻率響應。

  

 

  高端頻率響應

  上端頻率響應由公式w =Ök/ m確定,其中w是共振頻率(2pf),k是傳感結構的剛度,m是指地震質量的大小。對于給定的剛度,具有大的震動質量的傳感器將具有低共振。大的震動質量也將產生更高的機械增益,從而導致更低的噪聲加速度計具有更高的靈敏度。較小的地震質量將產生較少的信號,但將導致具有較高共振頻率的傳感器。使用較小的地震質量可以使輸出信號較低,但頻率范圍將更寬,允許以更高的頻率進行測量。

  剛度是w =Ök/ m方程中的第二個變量,取決于傳感結構。如前所述的彎曲設計提供了顯著的機械增益,但剛度非常低。彎曲設計通常具有高輸出,低共振和有限的抗沖擊性。壓縮加速度計借助于預加載壓縮螺釘表現出比彎曲單元更高的剛度,因此具有更高的共振和更寬的頻率范圍。如前所述,其他環境因素如基礎應變和熱瞬態可能會限制其使用。剪切模式傳感器在機械固定時表現出高剛度并因此具有高共振。對應變和熱變換的環境因素不敏感,將剪切設計置于列表的頂部。

  低端頻率響應

  低端由電阻電容電路電控制,該電阻電容確定放電時間常數(t = R * C)。DTC越高,信號放出越慢,因此低端頻率響應越好(見表1)。可以將DTC與漏斗進行比較。漏斗底部的開口越小(或時??間常數越高),水(信號)流出的越少。具有更高DTC的傳感器意味著更好的低端頻率響應。如果沒有具有適當DTC的傳感器,低頻應用通常會無法管理。然而,DTC不僅決定了低端頻率響應,而且也是決定建立時間的主要因素。DTC越高,建立時間越長。(注意:保守的經驗法則是放電時間常數的10倍的穩定時間將使信號衰減到輸出偏差的1%以內。)幾秒或更長時間的穩定時間似乎不太重要對于在一個或兩個點的實驗室環境中工作的人,但是在現場指出數據點的人肯定會想到其他方面。因此,通常必須在低頻響應和穩定時間之間進行折衷。

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