使用加速度计作为振动传感器的微妙之处是什么

[导读]加速度计的振动能通常在10赫兹至1千赫兹的频率范围内较高。有两个主要因素可以限制加速度计在较低频率的操作。一个可以是低频截止放大器,但这只是一个问题,在极端情况下测量振动远低于1赫兹。另一种是环境温度波动的影响,在低频率时,这种影响尤其成问题。使用剪切式加速度计可以最大限度地减小低频率温度变化的影响。

加速度计是看起来简单的设备,但是复杂的机电系统。但是当使用加速度计时,有许多机械、环境、电子和应用相关的因素需要考虑。

频率范围和共振误差

加速度计的振动能通常在10赫兹至1千赫兹的频率范围内较高。有两个主要因素可以限制加速度计在较低频率的操作。一个可以是低频截止放大器,但这只是一个问题,在极端情况下测量振动远低于1赫兹。另一种是环境温度波动的影响,在低频率时,这种影响尤其成问题。使用剪切式加速度计可以最大限度地减小低频率温度变化的影响。

有些应用可能需要10千赫或更高的测量,并可能需要特殊处理。上限由加速度计的共振频率决定。一般的规则是,将加速器的共振频率设置在大约三分之一的上射频限制将消除与共振引起的测量误差有关的担忧。对于能够产生高达175千兆赫的共振频率的小型加速度计来说,这就不那么重要了。

对于输出量较高的大型通用加速计,共振频率可低至20千赫。由于加速度计固有的共振,这些加速度计可能会在高频发生共振误差。当进行宽带读取时,这可能会导致测量错误。选择一个频率范围较宽的设备,加上一个低通滤波器,通常包括在振动传感器和预放大器中,可以减少加速度计共振引起的问题。另一个选择是,当测量在低频率时,高频共振效应可以通过机械滤波器来减轻,比如加速度计和安装表面之间的橡胶层。

敏感性

灵敏度是加速计的一个关键规格。它在参考频率下量化振动和电压之间的转换,并在mv/g中指定,通常是频率相关的。例如,如果一个加速度计的灵敏度为100mv/g,它在测量10g加速度时产生1V的输出。在校准过程中测量单个加速度计的灵敏度。由于它可能与频率有关,因此需要在可用频率范围内进行全面的灵敏度校准。低灵敏度加速度计一般用于测量高亮度振动,而高灵敏度单元用于低亮度应用 .

残余噪音

残余噪声水平决定了传感器能够测量的最低幅值.使用具有最佳测量范围的加速度计是很重要的。测量范围更广的加速度计也会受到更大的残余噪声水平的影响。集成电子压电加速度计中的内部电子可提供非常高的动态范围。电荷传感器可以提供类似的动态范围,但它们可以敏感地处理与布线和其他因素有关的噪音问题。电容和MEMS加速度计的动态范围通常较窄。

重量

由于质量负荷效应,加速度计重量是一个重要的考虑因素.任何添加到结构中的质量都会增加组合结构的整体质量,并改变其动态(振动)行为。一般而言,加速度计的重量不应超过所安装的振动元件重量的10%。

安装

如何安装加速度计会影响它的运行,特别是它的频率限制。有许多正在增加的选择,其中最常见的四个是:

· 手持或探测器提示

· 磁的

· 粘着的

· 支柱

手持式、磁性和粘合剂通常只用于短期或现场加速度测量。附件安全性越低,可测量频率限制就越低。此外,添加质量,如粘合剂或磁性安装底座降低共振频率,限制可用频率范围,并可降低准确性的加速度计。大多数为各种安装风格设计的加速计包括数据表中关于安装如何影响性能的信息。锚杆安装是最坚固和生产最佳的整体性能,但需要一个孔被钻到安装表面,一般用于永久安装。

环境限制

操作温度范围、湿度和接触化学品等环境因素会影响加速度计的性能。在具有挑战性的工业环境中,用不锈钢包装的加速度计可以处理腐蚀和化学物质。

许多加速度计中使用的压电材料都与温度有关,环境温度的变化将引起设备灵敏度的变化。当受温度波动时,压电加速度计的输出量会有所不同。这些温度瞬态对于低频振动或低级别传感器输出来说特别麻烦。将传感元件连接在中心柱和地震质量之间的剪切式加速度计通常对温度瞬态的敏感性较低。

没有集成电子的充电模式加速度计最适合高温操作。其工作温度范围仅受传感技术和包装材料的限制.但由于缺乏集成电子设备,这些设备可能需要外部放大器或电荷转换器,需要低噪声布线,以最大限度地降低对噪声的敏感性。iepe加速度计可以消除对低噪音电缆的需求,但由于集成放大器,它们的最大工作温度较低。

当加速度计连接到高温表面时,热管理是很重要的。例如,在基座和加速度计之间可以安装带有热润滑脂的散热器和云母清洗机,使传感器保持在250℃左右,即使测量表面超过350℃。强制气流可以提供额外的冷却。MEMS和Eepe的工作温度受内部电子设备的限制,通常从-40℃到125℃。

电缆的

电缆可能是一个问题,加速度计,特别是具有高输出阻抗的压电加速度计。例如,当同轴电缆弯曲、扭曲或压缩时,电容中的局部机会会由于摩擦电效应而产生电荷传输。感应电荷传输干扰了用电荷传感器测量低振动。低噪声电缆,如玻璃化加速度计电缆,可以用来缓解这个问题。此外,电缆应该用夹子、胶带或胶水固定,以降低移动的可能性。

强电磁场也会导致错误信号,特别是电荷传感器。电缆应远离电磁干扰源,如发电机、电动机和开关式电源转换器。

iepe加速度计通常不需要特别的低噪音电缆,可以与标准的同轴布线一起使用。第三种选择是使用邻近探测器。与传统的加速度计相比,这些探针是非接触设备。它们测量到目标的距离,可以用来监测振动。近距离探测器通常被用来测量像旋转轴这样的结构中的振动,在那里不可能附加传统的加速度计。

TEDS兼容性

智能传感器可以采用ISO/IC/IEEE214-51-4:2010"信息技术-传感器和执行器的智能传感器接口-第4部分:混合模式通信协议和传感器电子数据表格式"中概述的技术。这个标准是基于IEEE1451开放标准系列智能传感器通信。

TEDS使诸如加速度计之类的传感器能够以一种插装和使用的方式使用,从而无需手动安装和安装。一个典型的TEDS芯片是一个小型的EPROM,包括如下数据:

· 传感器类型

· 序列号

· 型号名称

· 校正数据

· 制造商名称

该标准定义了两类TEDS设备:

第一类设备对模拟信号和TEDS数字通信都使用相同的电线。在读取TEDS数据时,传感器输出会被逆转,以防止任何干扰。