如何去選擇合適的加速度傳感器?
加(jia)速度(du)計因(yin)其頻(pin)響寬、動態范圍大、可靠(kao)性(xing)高、使用(yong)(yong)方便,受到(dao)廣泛應(ying)用(yong)(yong)。用(yong)(yong)戶作通(tong)用(yong)(yong)振動、沖擊測(ce)量時(shi),主要關心的技術指標為:靈敏度(du)、頻(pin)率(lv)范圍,內(nei)部結(jie)構,現場環境和(he)與后續儀器(qi)配置等(deng)。
1、靈敏度的選擇
揚州晶明的(de)產品(pin)介紹給(gei)出(chu)(chu)了參(can)考(kao)量(liang)(liang)程范(fan)圍,目的(de)是讓用(yong)戶在眾多(duo)不同靈(ling)敏度(du)(du)的(de)加(jia)速(su)(su)度(du)(du)計中(zhong)能(neng)方(fang)便地選出(chu)(chu)合適的(de)產品(pin),最小(xiao)(xiao)加(jia)速(su)(su)度(du)(du)測(ce)量(liang)(liang)值(zhi)(zhi)(zhi)也稱最小(xiao)(xiao)分辨率(lv),考(kao)慮(lv)(lv)到后(hou)級放大(da)電(dian)(dian)路(lu)噪(zao)聲(sheng)問題,應盡量(liang)(liang)遠離最小(xiao)(xiao)可用(yong)值(zhi)(zhi)(zhi),以確保最佳信(xin)噪(zao)比(bi)。最大(da)測(ce)量(liang)(liang)極限要(yao)考(kao)慮(lv)(lv)加(jia)速(su)(su)度(du)(du)計自(zi)身(shen)的(de)非線性影響和后(hou)續儀器(qi)的(de)最大(da)輸出(chu)(chu)電(dian)(dian)壓(ya),估算方(fang)法:最大(da)被測(ce)加(jia)速(su)(su)度(du)(du)×傳感器(qi)的(de)電(dian)(dian)荷/電(dian)(dian)壓(ya)靈(ling)敏度(du)(du),以上(shang)數值(zhi)(zhi)(zhi)是否超過配(pei)套(tao)儀器(qi)的(de)最大(da)輸入(ru)電(dian)(dian)荷/電(dian)(dian)壓(ya)值(zhi)(zhi)(zhi),建議如(ru)已知被測(ce)加(jia)速(su)(su)度(du)(du)范(fan)圍可在傳感器(qi)指標(biao)中(zhong)的(de)“參(can)考(kao)量(liang)(liang)程范(fan)圍”中(zhong)選擇(兼(jian)顧頻響、重(zhong)量(liang)(liang)),同時,在頻響、重(zhong)量(liang)(liang)允(yun)許的(de)情況下,靈(ling)敏度(du)(du)可考(kao)慮(lv)(lv)高(gao)些,以提高(gao)后(hou)續儀器(qi)輸入(ru)信(xin)號(hao),提高(gao)信(xin)噪(zao)比(bi)。
在兼顧(gu)頻響、重量的(de)同時,可(ke)參照以(yi)下范圍選擇傳感器靈敏(min)度(du)(du):土木工(gong)程原型和超大型機(ji)械結構的(de)振(zhen)動在0.1g~10g左右,可(ke)選3000pC/g~300pC/g的(de)加(jia)速度(du)(du)計(ji),機(ji)械設(she)備的(de)振(zhen)動在10g~100g左右,可(ke)選擇20pC/g~200pC/g的(de)加(jia)速度(du)(du)計(ji),沖擊可(ke)選0.1pC/g~20pC/g左右的(de)加(jia)速度(du)(du)計(ji)。
2、頻率選擇(ze)
生產廠給(gei)(gei)(gei)出(chu)的(de)頻響曲線是(shi)用(yong)螺釘安裝的(de),一般將曲線分成二段:諧(xie)振(zhen)頻率和使用(yong)頻率。使用(yong)頻率的(de)給(gei)(gei)(gei)值是(shi)按靈敏度偏差給(gei)(gei)(gei)出(chu),有±10%、±5%、±3dB。諧(xie)振(zhen)頻率一般是(shi)避開不(bu)用(yong),但也有特(te)例,如(ru)軸承故障檢(jian)測。
選擇加(jia)速(su)度(du)(du)計(ji)的(de)(de)頻(pin)(pin)率(lv)(lv)應(ying)高(gao)于被(bei)測(ce)(ce)物的(de)(de)振動頻(pin)(pin)率(lv)(lv),有倍頻(pin)(pin)分(fen)析要求的(de)(de)加(jia)速(su)度(du)(du)計(ji)頻(pin)(pin)響應(ying)更高(gao)。土木工程是(shi)低頻(pin)(pin),加(jia)速(su)度(du)(du)計(ji)可(ke)選擇0.2Hz~1kHz左(zuo)右(you),機械設(she)備(bei)一般是(shi)中頻(pin)(pin)段,可(ke)根據設(she)備(bei)轉速(su)、設(she)備(bei)剛度(du)(du)等因素綜(zong)合估計(ji)頻(pin)(pin)率(lv)(lv),選擇0.5Hz~5kHz的(de)(de)加(jia)速(su)度(du)(du)計(ji)。沖(chong)擊測(ce)(ce)量高(gao)頻(pin)(pin)居多。
加速度(du)計(ji)的安裝(zhuang)方(fang)式(shi)不(bu)同(tong)也會(hui)改變使(shi)用頻響(對(dui)振動值(zhi)影響不(bu)大),安裝(zhuang)面要平整、光潔(jie),安裝(zhuang)選擇應根據(ju)方(fang)便、安全的原則(ze)。這里(li)給(gei)出同(tong)一只KD1005加速度(du)計(ji)不(bu)同(tong)安裝(zhuang)方(fang)式(shi)的使(shi)用頻率:螺釘5kHz,環(huan)氧或“502”4kHz,磁吸盤1.5kHz,雙(shuang)面膠0.5kHz,由此可(ke)見,安裝(zhuang)方(fang)式(shi)對(dui)測試(shi)頻響影響很大,應注意(yi)選擇。
加速度計(ji)的重(zhong)量、靈(ling)敏度與使(shi)用頻率成反比,靈(ling)敏度高,重(zhong)量大,使(shi)用頻率低(di),這也是選(xuan)擇的技巧。
3、內部結構
&nb[FS:PAGE]sp; 內部結構是指敏(min)感(gan)材料晶(jing)體片感(gan)受振動的(de)方式及安裝(zhuang)形式,有壓(ya)縮(suo)和剪(jian)(jian)切兩大類,常(chang)見(jian)的(de)有中心壓(ya)縮(suo)、平面(mian)剪(jian)(jian)切、三角(jiao)剪(jian)(jian)切、環型剪(jian)(jian)切。中心壓(ya)縮(suo)頻響高于剪(jian)(jian)切型,剪(jian)(jian)切型的(de)環境(jing)適(shi)應性好(hao)(hao)于中心壓(ya)縮(suo)型。如(ru)配(pei)用(yong)積分型電荷放大器測(ce)量速(su)度、位移(yi)時,最好(hao)(hao)選用(yong)剪(jian)(jian)切型產品,這(zhe)樣所得信號波動小,穩定性好(hao)(hao)。
4、內置電路
內置的概念是將電荷/電壓轉換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。它可分雙電源(四線)及單電源(二線并帶偏置的稱ICP)兩種,下面所指內裝電路專指ICP型。目前,內置電路傳感器在國內使用較多的方面是用于機械故障、樁基檢測,不少在線監測項目上也在使用該類產品。
ICP傳感器的(de)芯線作供(gong)電并又是信號輸出(chu)通道。內置電路傳感器靈敏(min)度的(de)選型計算:
如選(xuan)用目(mu)前最為(wei)通用的100mV/g,可測50g以(yi)內振(zhen)動,因為(wei)該(gai)傳感器動態(tai)范(fan)圍±5Vp,如測量100g,則用50mV/g的加速(su)度計,其(qi)余以(yi)此(ci)類推。
內置(zhi)電(dian)路的(de)優(you)勢是低價(jia)位(wei),抗(kang)干擾好(hao),可長(chang)線使用,但它的(de)耐高溫、可靠性不如(ru)電(dian)荷輸出產品(pin),且動態范圍也因(yin)輸出電(dian)壓(ya)和偏置(zhi)電(dian)壓(ya)的(de)作用而受到限制(zhi)。
5、環境影響
某些測(ce)試現場(chang)的(de)環境較為惡劣,考慮(lv)的(de)因素較多,如防水、高溫、安裝位(wei)置(zhi)、強(qiang)磁(ci)電場(chang)及(ji)地回路等,均會(hui)給測(ce)量帶來(lai)極大的(de)影響。
防(fang)(fang)(fang)水(shui):防(fang)(fang)(fang)水(shui)有兩個(ge)概(gai)念,淺層防(fang)(fang)(fang)水(shui)和(he)深(shen)層防(fang)(fang)(fang)水(shui),尤以深(shen)層防(fang)(fang)(fang)水(shui)為難(nan),如(ru)三峽工程永久船(chuan)閘閘門的振(zhen)動監測,水(shui)深(shen)近百(bai)米,它涉及(ji)地回路干擾、高壓(ya)滲(shen)水(shui)、導線防(fang)(fang)(fang)護、長期可(ke)靠性(xing)等諸多問題。
高溫(wen)(wen):多(duo)數廠商給出的(de)溫(wen)(wen)度(du)范圍為可用(yong)(yong)值,而(er)不是高溫(wen)(wen)狀況的(de)靈(ling)敏度(du),實際上,高溫(wen)(wen)時靈(ling)敏度(du)偏差(cha)較大(da),特殊用(yong)(yong)戶應向廠商索取專用(yong)(yong)的(de)高溫(wen)(wen)時的(de)靈(ling)敏度(du)指標,靈(ling)敏度(du)指標是保證測(ce)試準(zhun)確的(de)關鍵。
位置限制:加(jia)速度(du)計(ji)永久安裝在現場會受到人為碰撞(zhuang),應選擇工業型產品,在加(jia)速度(du)計(ji)外加(jia)裝防護罩,這(zhe)可(ke)同時起絕緣、防塵的作用(yong),對出線方向有要求也(ye)應向廠商提出,對于不能觸(chu)及的部位,可(ke)用(yong)手持式(shi)加(jia)速度(du)計(ji)(帶長探針)。
絕緣、地回(hui)路(lu)及(ji)磁電場(chang)輻(fu)射:輻(fu)射較強的測試現場(chang),應(ying)選擇特殊外殼材料的加(jia)(jia)速度計和專用導線,此類研究國內罕(han)見。對于多(duo)點接地、潮濕等現場(chang),要解決好(hao)測試干(gan)擾則(ze)可(ke)用浮(fu)地或絕緣型加(jia)(jia)速度計。
為(wei)(wei)了克服(fu)多點接地(di)(di)產生地(di)(di)回路電[FS:PAGE]流影響測(ce)試,可以選(xuan)用浮(fu)(fu)地(di)(di)或絕(jue)(jue)緣(yuan)(yuan)傳(chuan)感(gan)器(qi)。沒有(you)特殊要求且干擾(rao)不大的(de)工況,可用絕(jue)(jue)緣(yuan)(yuan)型(xing)加速(su)度計。而永久型(xing)監測(ce)或干擾(rao)大的(de)工況則應(ying)采用浮(fu)(fu)地(di)(di)型(xing)。這(zhe)二種命名的(de)區(qu)別在于絕(jue)(jue)緣(yuan)(yuan)型(xing)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)外(wai)殼(ke)(ke)為(wei)(wei)信號地(di)(di),底座(zuo)采取絕(jue)(jue)緣(yuan)(yuan)方法,而浮(fu)(fu)地(di)(di)型(xing)產品(pin)的(de)外(wai)殼(ke)(ke)為(wei)(wei)屏蔽層,要采取三線方式。
附加質量:在(zai)振動結構上安裝的加速度計的質量只要小于結構自身質量的1/10即可,認為(wei)對被(bei)測(ce)信號無大影響。
6、配套儀器(qi)
壓電類(lei)加速度計如是電荷(he)(he)(he)輸出(chu),可與任何(he)一種高阻輸入的電荷(he)(he)(he)放(fang)(fang)大器或具有電荷(he)(he)(he)前置功能的采集器相配,電荷(he)(he)(he)放(fang)(fang)大器種類(lei)較多,有單臺(tai)、多路、積分(fen)、準靜態(tai),這(zhe)都要(yao)根據測量要(yao)求進(jin)行選擇。
也有特例,如(ru)直接將壓電傳(chuan)感(gan)器的(de)輸出信(xin)號接入具有一定高阻(zu)性能的(de)三次儀(yi)表(biao)(如(ru)示波器),同(tong)樣可測(ce)得(de)信(xin)號,但因(yin)阻(zu)抗匹(pi)配不夠,只能是(shi)定性了解動態狀況。
ICP型內置式加速(su)度計(ji)專(zhuan)門有恒(heng)流適配器(qi),一臺儀(yi)器(qi)可(ke)供多只加速(su)度計(ji)的恒(heng)流供電及信號(hao)輸出。部分數據(ju)采集儀(yi)器(qi)也(ye)自(zi)帶(dai)恒(heng)流功能,可(ke)直(zhi)接(jie)與ICP傳感器(qi)配用。
普通電荷(he)輸出型傳(chuan)感器如與具有恒流(liu)(liu)輸出的(de)數(shu)據采(cai)集器配(pei)套,可采(cai)用(yong)JM3861恒流(liu)(liu)適調(diao)器。
雙(shuang)電源加速度計(ji)可由采集器提供雙(shuang)電源或用雙(shuang)路直流穩壓(ya)電源供電。
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