VERSLAG VAN DE ACCELEROMETER TEKENSCHEMATEN Belasting en ICP®Piezo-elektrisch geïntegreerd circuit

Er is een breed assortiment lading (PE) en geïntegreerde piezo-elektrische (ICP®) versnellingsmeters beschikbaar voor een breed scala aan schok- en trillingsmetingstoepassingen.Selectiecriteria moeten elektrische en fysische specificaties van de versnellingsmeter omvatten., prestatiekenmerken en milieuvriendelijke en operationele overwegingen.Het vergelijken van de voordelen en beperkingen van beide systemen kan nuttig zijn bij de keuze van een versnellingsmeter en een meetsysteem dat het beste geschikt is voor een bepaald laboratorium.In dit artikel worden de factoren voor de selectie van sensoren bestudeerd die betrekking hebben op twee algemene soorten piezo-elektrische sensoren.Hoge impedantie, laaduitgang (PE) type en ICP® met een karakteristieke lage impedantie uitgang.verscheidene factoren spelen een rol bij de keuze van een versnellingsmeter voor een specifieke toepassingDeze factoren omvatten milieu, operationele, kanaalgetal en systeemcompatibiliteit.

Inleiding
In dit artikel wordt een overzicht gegeven van de overwegingen bij de selectie van sensoren met betrekking tot twee algemene soorten piezo-elektrische sensoren.
(PE) type en ICP® met een karakteristieke lage impedantie.
Deze factoren omvatten milieu-, operationele, kanaalgetal, de omvang van de snelheid en de snelheid van de snelheidsmeters.
en systeemcompatibiliteit.

PIEZO-ELECTRIC (PE) TYPE versnellingsmeters

Accelerometers van het PE-type genereren een elektrostatische lading met een hoge impedantie als reactie op mechanische spanning die wordt toegepast op het piezo-keramische of kristal-sensorelement.Vanwege de hoge ladingsgevoeligheidQuartz, algemeen erkend als het meest stabiele van alle piezo-elektrische materialen, is een zeer goed werkend materiaal voor het opstellen van de snelheidsmeters.wordt ook vaak gebruikt in ICP voor algemeen gebruik®In de eerste plaats is het van belang dat de Europese Commissie in de loop van de jaren 1990 een aantal voorstellen voor een richtlijn over de bescherming van de gezondheid van de mens en de bescherming van de gezondheid van de mens heeft ingediend.PE-versnellingsmeters werken via een geluidsarme kabel naar een ladingversterker met een hoge invoerimpedantie, die het laadsignaal omzet in een bruikbaar laagimpedantie-spanningssignaal voor opname.en vergroting/bereikregelingOpties kunnen onder meer zijn: filteren, integreren voor snelheid en/of verplaatsing en aanpassen van de ingangstijdconstante, die de lage frequentie-respons bepaalt.Moderne ladingversterkers zijn ontworpen met effectievere geluidsarme circuits en kunnen vereenvoudigde LCD-displays en digitale bedieningselementen bevattenSommige "dual-mode"-modellen werken met zowel PE als ICP.®Het belangrijkste voordeel van het laboratoriumladingssysteem is de flexibiliteit van het aanpassen en besturen van de elektrostatische lading van de PE-accelerometer.met een vermogen van niet meer dan 50 W, over het algemeen met vaste kenmerken, zijn historisch gebruikt voor toepassingen in de lucht.PE-versnellingsmeters kunnen ook bij hogere temperaturen werken dan ICP®-versnellingsmeters met ingebouwde elektronicaDe belangrijkste beperkingen van het PE-ladingssysteem zijn de complexiteit van het systeem, de moeilijkheden met de werking, het onderhouden van hoge impedanties in vuile omgevingen en de geluidsverhoging wanneer de lading wordt gebruikt.werken via lange ingangskabels.Hoge impedancircuits zijn over het algemeen gevoeliger voor elektrische storingen.

Geïntegreerde schakeling (ICP)®) Versnellingsmeters

ICP®met een vermogen van meer dan 50 W,met een vermogen van meer dan 10 W,In hermetisch gelaste ontwerpen is alle hoogimpedanciecircuits verzegeld en elektrisch afgeschermd in de versnellingsmeter.®De eerste versnellingsmeters werden in het midden van de jaren zestig geproduceerd.®versnellingsmeters werken vanuit een goedkope, constante stroombron over een twee-draadcircuit waarbij het signaal/vermogen over één draad wordt overgedragen en de andere draad als aarding dient.De kabel kan gewoon coaxiaal of lintdraad zijnEen geluidsvrije kabel is niet vereist.Een constante stroom om de versnellingsmeter te bedienen, komt van een afzonderlijke krageenheid of kan worden ingebouwd in een afleesinstrument zoals een FFT-analysator of Data Collector. Geïntegreerde elektronische versnellingsmeters zijn verkrijgbaar onder verschillende handelsnamen zoals ICP®(PCB piezotronics), isotron®(Endevco), Delta-Tron®(B&K), en Piezotron®Hoewel ingebouwde elektronica een "gemeenschappelijke draad" is, zijn niet alle geïntegreerde elektronische versnellingsmeters noodzakelijkerwijs uitwisselbaar of "compatibel" met elkaar.Sommige bevatten MOSFET-circuitsSommige gebruikten hybride, micro-elektronica, ladingversterkers, andere spanningsvolgers.Sommigen werken vanaf 0.5 mA voor een laag energieverbruik en andere werken tot 20 mA voor het rijdenHet wordt aanbevolen de ICP®-sensor- en stroomspecificaties te controleren voordat de compatibiliteit wordt aangenomen.Het belangrijkste voordeel van een lage-impedantie werking is dat ICP® versnellingsmeters continu kunnen werken in ongunstige omstandigheden.De kosten per kanaal zijn lager, aangezien er geen geluidsarme kabels en laadversterkers nodig zijn.De voornaamste beperking is dat het bij hoge temperaturen werkt.ICP®-versnellingsmeters, die zijn gebouwd met kwartssensoren en speciale elektronica, werken goed bij cryogene temperaturen.Tabel 1 bevat een uitgebreide lijst van de voordelen en beperkingen van PE- en ICP®-versnellingsmeters.Deze lijst is beoordeeld door externe consultants met jarenlange ervaring in schok- en trillentechnologie.onderhevig aan aanvullende input ten opzichte van voordelen en beperkingen.

TABEL I Overwegingen voor de selectie van PE- en ICP®-versnellingsmeters

PE-sensor

Voordelen

-Flexibiliteit bij de correcte aanpassing van de elektrische uitgangskenmerken van de versnellingsmeters

- Breed dynamisch bereik

-Bediening bij hogere temperaturen > 500 °F

-Uitwisselbaarheid in bestaande laadsystemen

-Uitgebreide laagfrequente reactie

Beperkingen

-Het vereist opleiding en deskundigheid om hoogimpedancircuits te begrijpen en te bedienen

- capacitieve effecten van versnellingsmeter en kabel verhogen het geluid en verminderen de resolutie

- Hoogimpedancircuits moeten schoon en droog worden gehouden (sensor, geluidsvrije kabel en ladingversterker).

- Er is een speciaal geluidsarme kabel nodig om tribo-elektrisch geluid te minimaliseren.

- Hoge impedantiesystemen zijn gevoeliger voor elektrische en RF-interferenties

- PE-versnellergrootte en -gevoeligheid zijn rechtstreeks met elkaar verbonden - Gevoeligheid/grootte/massa

- Hogere kosten per kanaal dan ICP®type (vanwege de vereiste geruisarme kabel en ladingversterker)

Elk van deze overwegingen zal nu nader worden besproken voor zowel PE als ICP.®versnellingsmeters.

Voordelen van PE-versnellingsmeters

Flexibiliteit-Een ladingversterker van laboratoriumtype heeft meestal bedieningselementen voor het aanpassen en wijzigen van het uitgangssignaal van de PE-versnellingsmeter.het instellen van de winst en het volledige bereikDe ladingversterker kan ook filter-, integratie- en aanpassingsmogelijkheden hebben voor de ontladingstijdconstante, die de lage frequentie-respons bepaalt.Dual-mode ladingversterkers leveren ook constante stroom, waardoor beide ICP's kunnen worden gebruikt®, en ladingsuitgangs-PE-sensoren.

Dynamisch bereik-Een hooggevoelige PE-versnellingsmeter kan doorgaans over een breed dynamisch bereik (> 100 dB) werken.volskaalse uitslag kan worden ingesteld op elk g-niveau binnen het maximale bereikHet dynamische bereik kan worden gedefinieerd als het werkbereik van resolutie tot het maximale bereik dat de sensor in de specificatie zal blijven.voor de meeste keramische PE-versnellingsmeters met kristalstructuur is noch dynamisch bereik noch resolutie gespecificeerdHet maximale bereik wordt soms bepaald door de maximaal aanvaardbare niet-lineariteit die verbonden is aan het werken op een hoger bereik..De resolutie is gebaseerd op het systeemgeluid, dat wordt bepaald door de versterkervergroting en de capacitieve belasting van de ingangskabel en de versnellingsmeter op de ladingversterkering.

Hoogtemperatuuroperatie-Aangezien de PE-versnellingsmeter geen ingebouwde elektronica bevat, wordt de werktemperatuur alleen beperkt door het sensorelement en de in de constructie gebruikte materialen.PE-versnellingsmeters werken gewoonlijk tot 500 °FVoor de beste nauwkeurigheid dient de versnellingsmeter te worden gekalibreerd bij werktemperatuur.

Uitwisselbaarheid Bijna elke PE-versnellingsmeter is verwisselbaar in een ladingsysteem, met uitzondering van sommige modellen die bij hoge temperaturen een zeer lage isolatieweerstand kunnen hebben.Speciale ladingversterkers zijn beschikbaar voor werking met lage weerstandsinput.

Uitgebreide lage frequentie reactie-Quartzkrachtsensoren worden vaak gebruikt in krachtsgecontroleerde shakertoepassingen.Kwartskrachtsensoren hebben ontladingstijdconstanten van de orde van honderden., of duizenden seconden, met uitstekende lage-frequentie respons en mogelijkheid tot statische kalibratie

Beperkingen van PE-versnellingsmeters

Expertise-Er is opleiding en expertise nodig om laaduitgangssystemen te begrijpen, te bedienen en te onderhouden.capacitieve belasting effecten, systeemgeluid, het instellen van de besturing van de ladingversterker en het schoon en vochtvrij houden van het systeem.die het invoeren van de gevoeligheid en het instelbereik vereenvoudigen.

Resolutie-Hoewel de resolutie voor PE-versnellingsmeters als oneindig kan worden beschouwd, wordt de resolutie over het algemeen niet op een gegevensblad gespecificeerd, omdat deze wordt bepaald door het systeemlawaai.Totdat de capaciteitswaarden voor de sensor en de ingangskabellengte zijn bepaald en de versterkervergroting is ingesteld, is de resolutie niet bekend. Dit kan onzekerheden opleveren bij metingen op laag niveau met lange kabels.Het heeft invloed op systeemgeluid en resolutieHet gebrek aan vermogen om lange kabels aan te sturen is een van de belangrijkste beperkingen van het PE-versnellingsmeteroplaadsysteem.dit probleem te minimaliseren. "Tribo-elektrisch" geluid dat ontstaat als gevolg van de beweging van de ingangskabels, kan ook de resolutie verminderen.

Operatieomgeving-Hoogimpedantie PE-versnellers en ladingversterkers zijn het meest geschikt voor gebruik in schone laboratoriumomstandigheden.Alle componenten met een hoge impedantie, met inbegrip van de versnellingsmeter, de geruisarme kabel en de ladingversterker moeten schoon en droog worden gehouden.en baseline drift.

Kabels en aansluitingen-Voor PE-versnellingsmeters moet een hoge isolatieweerstand, lage geluidsdruk en een coaxkabel worden gebruikt.Een geruisarme kabel heeft een in de dielectrische laag ingebedde grafiet smeermiddel om wrijving en generatie van "tribo-elektrische" statische elektriciteit te minimaliserenDe elektrostatische lading gegenereerd door kabelbeweging is dezelfde als de lading gegenereerd door het piezo-element. De ladingversterker kan geen onderscheid maken tussen de twee.Kabelconnectoren zijn gewoonlijk Microdot®10-32 coaxial, kabel en connector selectie beperkt.

Grootte versus gevoeligheid-Hoe groter de versnellingsmeter, hoe hoger de gevoeligheid, maar hoe lager de frequentierespons.en omgekeerdWanneer voor een meettoepassing een miniatuurversnellingsmeter nodig is om rekening te houden met een lage massa,Het kan nodig zijn om een compromis te sluiten bij de keuze van een grotere versnellingsmeter die voldoende gevoeligheid biedt..

Kosten-De kosten van een PE-versnellingsmeter zijn in wezen gelijk aan die van een gelijkwaardige ICP.®Het EP-versnellingsmeter is echter duurder per kanaal dan een ICP, omdat het gebruik van geluidsarme kabels en ladingversterkers vereist is.®Kabels en versterkers zijn belangrijke kostenoverwegingen in meerdere kanalen meetsystemen.

VOORDEELEN VAN ICP®-versnellingsmeters

Vergemakkelijkte werking-ICP®-versnellingsmetersystemen bieden een vereenvoudigde werking die minder deskundigheid, opleiding en aandacht van de bediener vereist.een laag-impedantie-uitgangssignaal dat vrijwel niet wordt beïnvloed door het type kabel, lengte en milieubedieningsomstandigheden.

Resolutie- De resolutie van ICP®-versnellingsmeters wordt vrijwel niet beïnvloed door het type of de lengte van de kabel.verlies van resolutieInvoerkabels van honderden meters lengte kunnen fungeren als een LP-filter op ultra-hoge frequentiegegevens.Dit geldt meestal alleen voor ICP®-druksensoren die worden gebruikt voor microseconde schok- en schokgolfdrukmetingen..

Operatieomgeving- Hermetisch afgesloten ICP®-versnellingsmeters werken goed in ongunstige omgevingen.Gespannen hermetische ontwerpen zijn over het algemeen beter bestand tegen verontreiniging dan epoxy-verzegelde ontwerpenDe compatibiliteit met ongunstige omgevingen maakt ICP® versnellingsmeters de voorkeur keuze voor industriële machine gezondheid monitoring, onderwater, aan boord van schepen, voertuig en veld test toepassingen.

Kabels en aansluitingen- De lage impedantie van de ICP®-versnellingsmeters zorgt voor volledige flexibiliteit in kabeltype en aansluitingen.Kabel- en connectoroverwegingen kunnen van belang zijn in bepaalde toepassingen waarbij hoge of lage temperatuur nodig isIn miniatuur ICP®-versnellingsmeters zijn vaak soldeerterminalverbindingen opgenomen.het gebruik van lichtgewicht flexibele kabels om de spannings- en massabelasting te minimaliserenIndustriële versnellingsmeters maken gebruik van grote, robuuste connectoren en/of gevulcaniseerde verbindingen om betrouwbaarheid te bereiken in ongunstige omgevingen.Het gebruik van standaardkabels en -connectoren in systemen met een groot aantal kanalen bevordert een effectief kabelbeheer en is een belangrijke factor in de kostenbesparing.

Grootte en gevoeligheid- Door het in miniatuur ICP®-versnellingsmeters te integreren, is het mogelijk toepassingen op te lossen waarvoor versnellingsmeters met een lage massa, hoge gevoeligheid en hoge frequentie nodig zijn.Interne winst verbetert ook de resolutie van keramische gestructureerde ICP® versnellingsmeters met hybride ladingEen paar ICP.®Accelerometers bevatten spanningsverhogingskringes en hoewel het signaalniveau wordt verhoogd voor registratie- en/of kabelvervoerdoeleinden, is het geluidsniveau ook verhoogd.

Dynamisch bereik-ICP®Accelerometers hebben een zeer breed dynamisch bereik.®De meeste ICP's®Accelerometers hebben een dynamisch bereik van meer dan 100.000 tot 1 (>100 dB).Zowel het dynamische bereik als de resolutie van een ICP®De ICP is een van de belangrijkste kenmerken van de ICP.®Het systeem verliest geen dynamisch bereik door de toegevoegde kabellengte en systeemconfiguratie.

ICP aansteken®Accelerometers-Afhankelijk van het specifieke model wordt het ICP®Accelerometers kunnen werken van 0,5 mA tot 20 mA constante stroom bij overal van 3 tot 30 VDC. Voor een uitgebreid dynamisch bereik zijn er speciale modellen geleverd die werken vanaf 35 VDC.Zoals eerder gezegd, alle ICP®versnellingsmeters bevatten niet hetzelfde interne elektrische circuit en zijn bijgevolg niet noodzakelijkerwijs compatibel met alle stroombronnen met constante stroom.Sensor bias en voedingsspanning beïnvloeden beide het dynamische bereik. Voedingsstroom beïnvloedt de kabeldrijfvermogen, vooral bij het sturen van hoogspanningssignalen bij hoge frequenties.met of zonder winst, en handmatig of computergestuurd bedienen.®De sensoren leveren over het algemeen 2 tot 4 mA stroom, maar zijn meestal verstelbaar tot 20 mA.Veel commerciële afleesapparaten, zoals FFT-analysatoren en trillingsgegevensverzamelaars, een constante stroomtoevoer bevatten voor directe aansluiting op ICP®Dual-mode ladingversterkers bevatten een constant stroomvermogen om zowel met PE als ICP te werken®versnellingsmeters.

Kabelfoutmonitor. In ICP®twee-draad sensor circuits, signaal/vermogen wordt over de ene draad en signaal terugkeer (aarde) over de andere. Door het monitoren van de karakteristieke DC "bias" spanning die bestaat op de signaal/vermogen draad,het is mogelijk om kabel open of kortsluitingen te detecteren. ICP®Sensorvermogenseenheden bevatten gewoonlijk meters met rode, groene of gele kleurcodes, of LED's, om normale werking of kabelfouten aan te geven.

Operatie door slip ringen-Voor bepaalde trillingsmetingstoepassingen op roterende machines is het nodig dat deze door middel van slip ringen worden uitgevoerd.®de versnellingsmeters zijn compatibel met het gebruik van slip ringen.

"TEDS" Transducer Electronic Data Sheet Integratie van een "TEDS"-geheugencircuit in ICP®versnellingsmeters kunnen zelfidentificatie-informatie opslaan, zoals de naam van de fabrikant, het type sensor, het model, het serienummer, de gevoeligheid, de kalibratiedatum, de kanaal-ID, de locatie van de sensor,en andere informatie. TEDS versnellingsmetersEen TEDS-signaalconditioner wordt gebruikt om toegang te krijgen tot het digitale geheugen via dezelfde draden die normaal worden gebruikt voor analoge metingen.Zodra de geheugengegevens zijn geopendKosten: Hoewel de meeste ICP®- en PE-versnellingsmeters in wezen hetzelfde kosten, zijn de snelheidsmeters in de meeste gevallen niet te gebruiken.de kosten per kanaal van het ICP®-systeem zijn aanzienlijk lager omdat er geen speciale geluidsvrije kabels en ladingversterkers nodig zijn. De besparingen kunnen aanzienlijk zijn bij het vergelijken van de kosten van meerkanaalsystemen. Vanuit operationele perspectief is minder zorg, aandacht en inspanning vereist om systemen met lage impedantie te bedienen en te onderhouden.

Beperkingen van ICP®-versnellingsmeters
Vaste output-Elektrische kenmerken zoals gevoeligheid, bereik, resolutie en ontladingstijdconstante worden vastgelegd in de ICP®-versnellingsmeter.Vaste ontladingstijdconstante is minder beperkend bij versnellingsmeters dan bij kwartsdruk- en krachtsensoren, die kan worden bediend in de lange tijdconstante modus voor quasi-statische kalibratie.Temperatuurbereik- De meeste ICP®-versnellers voor algemeen gebruik hebben een beperkt temperatuurbereik van ongeveer -65 °F tot +250 °FSpeciale cryogene modellen werken tot -320 °F en hoge temperatuurontwerpen tot +325 °F.

SamenvattingLaadversterkersystemen profiteren van het zeer brede dynamische bereik van PE-versnellingsmeters door flexibiliteit te bieden bij het aanpassen van de elektrische uitgangskenmerken zoals gevoeligheid en bereik.Ze zijn goed geschikt voor gebruik bij hoge temperaturen.Moderne laadsystemen zijn voorzien van verbeterde geluidsvrije werking, vereenvoudigde digitale besturing en een dubbele uitgang voor werking met lading of ICP.®Hoog-impedantie circuits zijn niet geschikt voor werking in ongunstige velden of fabrieksomgevingen.De resolutie van de PE-versnellingsmeter kan niet worden gespecificeerd of bekend, aangezien lawaai een systeemoverweging is die wordt bepaald door de kabellengte en de versterking van de versterker.. ICP®versnellingsmeters werken met een constante stroombron, leveren een hoge spanning, lage impedantie, vaste mV/g-uitgang.coaxkabel in ongunstige omstandigheden zonder afname van de signaalkwaliteitZe hebben een beperkt temperatuurbereik.®de sensoren zijn eenvoudig te bedienen. Zowel de resolutie als het werkbereik zijn gedefinieerde specificaties. De kosten per kanaal zijn lager in vergelijking met PE-systemen,omdat er geen geluidsvrije kabel en ladingversterkers nodig zijn.