アクセレロメーター選択の考慮事項®集積回路ピエゾ電気

充電 (PE) と集積回路ピエゾ電磁 (ICP®) 加速計は,さまざまな衝撃および振動測定アプリケーションで使用できます.選択基準には,加速計の電気的および物理的仕様が含まれなければならない.性能特性,環境と運用上の考慮事項この2つのシステムの利点と限界を比較すると,特定の実験室に最も適した加速計と測定システムを選択するのに役立つかもしれません.この論文では,2つの一般的なタイプのピエゾ電気センサーを含むセンサー選択の考慮事項を検討します.高インペダンスセンサーの電気的および物理的特性に加えて,電源の電源は,電源の電源が電源の電源の電源の電源の電源の電源の電源の電源の電源の電源の電源の電源の電源の電源の電源の電源に特定の用途のための加速計の選択には,いくつかの要因が役割を果たします.これらの要因には,環境,運用,チャンネル数,システム互換性が含まれます.

紹介
この論文では,2つの一般的なタイプのピエゾ電気センサーを含むセンサー選択の考慮事項をレビューします.
センサーの電気的および物理的特性に加えて,いくつかの要因が影響しています.
これらの要因には,環境,運用,チャネル数などが含まれます.
システム互換性

ピエゾ電気 (PE) 型加速計

PE型加速計は,そのピエゾセラミックまたは結晶感知要素に施された機械的ストレスの反応として,高阻力,静電電荷出力を生成する.高い電荷感度があるためピエゾセラミックは,電荷と電圧モードの加速計の両方で広く使用されています.クォーツは,一般的にすべてのピエゾ電気材料の中で最も安定していると認識されています.一般的なICPでもよく使われます®アクセレロメーター,校正転送規格,PE圧力および力センサー. 充電出力システムは約40年間利用可能でした.PE加速計は低騒音ケーブルを介して高インプットインピーダンスの電荷増幅器に動作する充電信号を低阻力電圧信号に変換する. 充電増幅器は信号阻力変換,正常化,増幅/範囲調整選択には,フィルタリング,速度および/または移動の統合,低周波応答を決定する入力時間定数の調整が含まれます.現代 の 充電 増幅 器 は,より 効率 的 な 低 騒音 回路 を 用い て 設計 さ れ,簡易化 さ れ た LCD ディスプレイ や デジタル コントロール を 組み込む こと が でき ますPE と ICP の両方で動作する"双モード"モデルもあります.®PE加速計の電磁電荷出力を調整し制御する柔軟性です.固体電荷増幅器一般的に固定特性を有し,空中での用途のために歴史的に使用されています.PE加速計は,内蔵電子機器を搭載したICP®加速計よりも高温でも動作できます.PE充電システムの主な制限は,システムの複雑性,操作の困難,汚い不利な環境で高インパデンス回路の維持,および騒音の増加を含む.長い入力ケーブルで動作する高インピーダンスの回路は一般的に電気干渉に敏感です.

統合回路ピエゾエレクトリック (ICP)®) アクセロメーター

ICP®アクセレロメーターにはマイクロ電子充電器や電圧増幅器が組み込まれていますPEセンサーエレメントから低インピーダンスの電圧信号に高インピーダンスの電磁電荷を変換する機能密封式溶接設計では,すべての高インピーダンスの回路は,加速計の内部で密封され,電気的に遮断されます.®加速計は1960年代半ばに初めて製造されました®加速計は低コストで恒常電流の電源から 2本の電線回路で動作し,1本の電線で信号/電力を伝送し,もう1本の電線が接地として機能する.ケーブルは普通の同軸線またはリボンワイヤで低騒音ケーブルは必要ありません.加速計を動作させる恒常電流は,別々の電源ユニットから来るか,FFT分析器やデータコレクターなどの読み取り装置内に組み込まれることができる統合電子加速計は,ICPなどのいくつかの異なる商標名で利用できます.®(PCBピエゾトロニクス) イソトロン®(エンデブコ) デルタ・トラン®(B&K) とピエゾトロン®組み込み電子機器は"共通点"であるものの,すべての組み込み電子加速計は必ずしも互換可能または互換性がない.MOSFET回路を含んでいるJFETS.一部はハイブリッド,マイクロ電子,電荷増幅器,他の電圧追跡器を使用する.ほとんどの統合電子加速器は2〜4mAの常流で動作するものの,ゼロから稼働する人もいます.5 mA 低消費電力,他の電源は 20 mA までの運転高周波の長いケーブル.互換性を仮定する前に,ICP®センサーと電源仕様を確認することが推奨されます.低阻力操作の主な利点は,ICP®加速計が不利な環境で継続的に動作する能力である.低騒音ケーブルや充電増幅器を必要としないため,チャンネルごとにコストは低くなっています.主な制限は高温での動作ですICP®加速計は,クォーツセンサー要素と特殊電子機器で構成されており,冷凍温度でもうまく動作します.表 1 は PE と ICP® 加速計 の 利点 と 限界 の 包括 的 な リスト です.このリストは,衝撃および振動技術における長年の経験を持つ外部コンサルタントによってレビューされ,インプットが提供されました.このリストは"ダイナミック"とみなされるべきです.利点と制限の相関で追加的なインプットの対象である.

表I PEとICP®加速計の選択に関する考慮事項

PEセンサー

利点

-加速計の電源出力特性を適切に調整する柔軟性

- 広範囲の動力

-高温操作>500°F

-既存の充電システムにおける互換性

-低周波応答の延長

制限

-高インピーダンスの回路を理解し操作するには訓練と専門知識が必要です

- 加速計とケーブルからの容量効果はノイズを増やし解像度を低下させる

- 高インピーダンスの回路は乾燥して清潔に保たなければなりません (センサー,低騒音ケーブル,充電増幅器)

- 特殊用途の低騒音ケーブルを必要とします トリボ電気騒音を最小限にするために

- 高インピーダンスのシステムは,電気やRFの干渉により敏感です

-PE加速器の大きさと感度は直接関係している - 感度/サイズ/質量負荷の考慮

-ICPよりチャネル1回あたり高いコスト®タイプ (必要な低騒音ケーブルと充電増幅器による)

これらの考慮事項は,PEとICPの両方について,より詳細に検討されます.®アクセレロメーター

PE加速計の利点

柔軟性-実験室の"ベンチ型"電荷増幅器には,通常,PE加速器からの出力信号を調整し,修正するための制御装置があります.最低でも,感度を正常化する制御装置があります.増幅と全スケール範囲を設定する充電増幅器は,低周波応答を決定する放電時間定数をフィルタリング,統合,調整する機能も備えている.双モードの電荷増幅器も恒常電流を供給するICPの両方の操作を可能にします®充電出力PEセンサー

動的範囲-通常,高感度PE加速計は,広いダイナミック範囲 (>100 dB) で動作する.最大範囲内の任意のgレベルに設定できます.. ダイナミックレンジは,センサーが仕様のまま残る最大範囲までの解像度から動作範囲として定義できます. しかし,ほとんどのセラミック結晶構造PE加速計には動力範囲も解像度も指定されていない.最大範囲は,より高い範囲での動作に関連した最大許容可能な非線形によって決定される.非線形は,しばしばgの数"X"のパーセントとして表現される..解像度はシステムノイズに基づいており,これはアンプの増幅と入力ケーブルと電荷アンプの入力への加速計からの容量負荷によって決定される.

高温操作-PE加速計には電子機器が組み込まれていないため,動作温度はセンサー要素と構造に使用された材料によってのみ制限されます.PE加速計は通常500°Fで動作する最適な精度のために,加速計は動作温度で校正されるべきである.

交換可能性 ほぼすべてのPE加速計は,高温での絶縁抵抗が非常に低いいくつかのモデルを除いて,電荷出力システムで交換可能である.特殊な電荷増幅器は,低抵抗入力で動作するために利用できます..

低周波応答の延長-クォーツ力センサーは,通常,力制御シェイカーのアプリケーションで使用される.高インプットインピーダンスの静電電荷増幅器 (> 1012オーム) に結合すると,クォーツ力センサーは,数百の順序の放電時間定数を持っています.,または数千秒,優れた低周波応答と静的校正の能力を与える

PE加速計の限界

専門知識-高阻力回路,低騒音ケーブル,センサー pC/g 感度,容量負荷効果システム騒音,充電増幅器の制御を設定し,システムを清潔で湿気のない状態に保つ必要があります.感度入力と設定範囲を簡素化する.

決議-PE加速計の解像度は無限と考えられるが,解像度はシステムノイズによって決定されるため,一般的にはデータシートに指定されない.センサーと入力ケーブルの長さの容量値が決定され,アンプの増幅が設定されるまで長いケーブルを伴う低レベルの測定では不確実性がある可能性があります.ケーブルの長さが増加しても,感度に影響しません.システムノイズと解像度に影響しますPE加速計の電荷出力システムの主要な限界の一つは,長いケーブルを駆動する能力の欠如です.この問題を最小限に抑える入力ケーブルの動きによって発生する"トリボ電気"騒音も解像度を低下させる可能性があります.

操作環境-高阻力PE加速計および電荷増幅器は,清潔な実験室環境での動作に最も適しています.彼らは不利な工場,船,または水中環境でうまく動作しません.すべての高阻力部品加速計,低騒音ケーブル,充電増幅器を含む電源は,清潔で乾燥しなくてはなりません.高インピーダンスの回路の汚染は,低抵抗,低周波応答の喪失を引き起こします.ベースラインの変動.

ケーブルと接続器-PE加速計には高隔熱耐性,低ノイズ,同軸ケーブルが使用される.低騒音ケーブルは,摩擦を最小限に抑え",トライボ電気"静電を生成するために,ダイエレクトリック層に埋め込まれたグラフィット潤滑剤を持っていますケーブル運動によって発生する静電電荷は,ピエゾ要素から発生する電荷と同じである.電荷増幅器は両者を区別できない.ケーブルコネクタは一般的にマイクロドット®10-32同軸線 ケーブルとコネクタの選択は限られている

サイズ vs 感度-PE加速計の大きさ,感度,周波数応答は,直接関係しています.加速計が大きいほど,感度が高いが,周波数応答が低いほど,そして逆にも低質量負荷の考慮のために,測定アプリケーションにミニチュアアクセロメーターが必要な場合,十分な感度を提供するより大きな加速計を選択する際に妥協する必要があるかもしれません..

費用-PE加速計のコストは,実質的に同等なICPと同じです®しかし,PE加速計は低騒音ケーブルと充電増幅機の使用を必要とするため,チャネルごとにコストはICPよりも高い.®ケーブルとアンプは,多チャンネル測定システムにおける主要なコスト考慮事項です.

ICP® 加速計 の 利点

単純化された操作ICP®アクセロメーターシステムは操作を簡素化し,操作者の専門知識,訓練,注意を要せず,固定,mV/g,低インペダンス出力信号で,ケーブルタイプによってほとんど影響を受けない,長さ,環境操作条件

決議- ICP®加速計の解像度は,ケーブルの種類や長さにほとんど影響を受けません.解像度は標準データシート仕様です.解像度の喪失超高周波のデータに LPフィルターとして機能します しかし,これは通常,マイクロ秒衝撃と波圧測定に使用されるICP®圧力センサーのみに関わります..

操作環境- 密封されたICP®加速計は,不快な環境でもうまく動作します.すべての高インピーダンスの回路が加速計内に安全に密封されているため,汚染に耐えています.溶接された密閉型設計は,エポキシ密封型設計よりも一般的に汚染に耐える不利な環境との互換性により,ICP®加速計は,産業機械の健康監視,水中,船舶,車両およびフィールド試験アプリケーションの好ましい選択となっています.

ケーブルと接続器- ICP®加速計の低阻力出力は,ケーブルタイプとコネクタに完全な柔軟性を提供します.高温または低温を含む特定のアプリケーションでは,ケーブルとコネクタの考慮が重要です圧,真空,腐食性流体,および質量負荷が懸念される場合.ミニチュアICP®加速計の設計は,しばしば溶接端接続を組み込む.軽量で柔軟なケーブルの使用を許可し,ストレッチと質量負荷効果を最小限に抑える産業用加速計は,大型の頑丈なコネクタや/または火熱化された接続を使用して,不利な環境でも信頼性を達成します.大規模なチャンネル数システムにおける標準ケーブルとコネクタの使用は,効率的なケーブル管理を促進し,コスト削減の重要な要因です.

サイズ と 感受 性- ミニチュア ICP® 加速計に加速を組み込むことで,低質量,高感度,高周波応答を持つ加速計を必要とするアプリケーションを解決することが可能になります.内益はまた,ハイブリッド電荷を組み込むセラミック構造ICP®加速計の解像度を向上させる増幅器や ICP®加速計には電圧増強回路が組み込まれています 記録やケーブル運転目的のために信号レベルが向上していますが 騒音レベルも上がっています

動的範囲-ICP®加速計には非常に広い動力範囲があります. "限られたまたは固定動力範囲"は,時にはICPの"制限"として引用されています.®アクセレロメーターです®加速計は100,000〜1 (>100 dB) 以上の動的範囲を有する.特殊な低騒音回路を組み込んだいくつかの地震モデルは>500,000〜1範囲を有する.ICPの動的範囲と解像度の両方®さらに重要なことは,ICPは,®ケーブルの長さやシステム構成の追加により システムには動的範囲が失われない.

ICPの電源供給®アクセロメーター-特定のモデルによって,ICPは®加速計は,3~30VDCの任意の位置で0.5mAから20mAの常流で動作することができる.拡張動力範囲のために,35VDCまで動作するいくつかの特殊モデルが供給されている.前述したようにすべてのICP®加速計には同じ内部電路がないため,必ずしもすべての恒流電源と互換性がない.センサーバイアスと電源電圧の両方が動的範囲に影響します供給電流は,特に高周波の高電圧信号を動かすとき,ケーブル駆動能力に影響します. 常流電源ユニットは,電池またはライン電源で今日利用できます.利益があるか否かICPは,手動またはコンピュータ制御による操作です.®センサーライン電源ユニットは一般的に2〜4mAの電流を供給する.しかし,通常は20mAに調節可能で,高周波で長いケーブルを動かすときに必要である可能性があります.多くの商業用読み取り装置FFT分析機や振動データ収集機など,ICPへの直接接続のための恒常電流電源を組み込む®アクセレロメーター.ダブルモードの電荷増幅器は,PEとICPの両方で動作できるように常流電力を組み込む®アクセレロメーター

ケーブル障害モニター ICP で®信号/電源が1本のワイヤを通過し,信号が他のワイヤを通過して返ってくる.信号/電源のワイヤに存在する特徴的なDC"バイアス"電圧をモニタリングすることによって,ケーブルが開いているかショートサーキットを検知できるICP®センサー電源ユニットには通常 赤,緑,黄色の色でコードされたメーター,またはLEDが組み込まれていて,正常な動作やケーブルの故障を示す.

スリップリングによる操作-ICP の特徴的な低阻力出力電圧は,電磁気回路から電磁気回路に移動し,電磁気回路から電磁気回路に移動し,®アクセロメーターはスリップリングで操作できます

"TEDS"トランスデューサー電子データシート "TEDS"メモリー回路をICPに組み込む®加速計は,製造者の名前,センサーの種類,モデル,シリアル番号,感度,校正日,チャンネルID,センサーの位置などの自己識別情報を保存することができます.その他情報TEDS加速計"混合"アナログまたはデジタルモードで動作する.TEDS信号コンディショナーは,通常アナログ測定に使用される同じワイヤーでデジタルメモリにアクセスするために使用されます.メモリデータにアクセスされたら費用- ICP® と PE 加速計のほとんどは本質的に同じ価格ですが,ICP® システムのチャネル毎のコストは,特殊な低騒音ケーブルや充電増幅器を必要としないため,大幅に低い多チャネルシステムのコストを比較すると,節約は相当である.運用的観点から,低インピーダンスのシステムを操作し,維持するには,より少ない注意,注意,努力が必要である..

ICP®加速計の限界
固定出力感度,範囲,解像度,放電時間の常数などの電気特性がICP®加速計内に固定されます.固定放電時間定数は,クォーツ圧力および力センサーよりも加速計では制限が少ない準静止校正目的で長時間定常モードで操作できる.温度範囲- ほとんどの一般用 ICP® 加速計は,約 -65 ° F から +250 ° F までの温度範囲を制限しています特殊な冷凍モデルでは -320°Fまで,高温設計では +325°Fまで動作する.

概要充電増幅装置は,PE加速計の非常に広いダイナミック範囲から恩恵を受け,感度や範囲などの電気出力特性を調整する柔軟性を提供します.高温で動作するのに適しています現代の充電システムは,低騒音操作,簡素化されたデジタル制御,充電またはICPで動作するための二重出力操作を備えています.®高インパデンス回路は,不利なフィールドや工場環境での動作に適していません.PE加速計の解像度は,ケーブル長さとアンプの増幅によって決定されるシステム考慮事項であるため,指定または知られていない場合があります.ICP®恒常電流の電源で動作し,高電圧,低阻力,固定mV/g出力を供給します.信号品質の劣化なく,不利な環境での同軸ケーブル高温範囲が限られている®センサーは操作が簡単です.解像度と動作範囲の両方が定義された仕様です. PEシステムと比較して1チャネルあたりのコストは低く,低騒音ケーブルと充電増幅器は必要ないので.