가속도 측정기 선택 고려 사항®융합 회로 피에조 전기

다양한 충전 및 진동 측정 응용 프로그램을 위해 다양한 충전 (PE) 및 통합 회로 피에조 전기 (ICP®) 가속도 측정기가 있습니다.선택 기준은 가속도 측정기의 전기 및 물리적 사양을 포함해야합니다., 성능 특성, 환경 및 운영 고려 사항두 시스템 의 장점 과 한계 를 비교 하는 것 은 특정 실험실 에 가장 적합 한 가속계 와 측정 시스템 을 선택 하는 데 도움 이 될 수 있다이 논문은 두 가지 일반적인 유형의 피에조 전기 센서를 포함하는 센서 선택 고려 사항을 검토합니다.높은 임피던스, 충전 출력 (PE) 유형 및 ICP® 특유의 낮은 임피던스 출력특정 애플리케이션에 대한 가속도 측정기의 선택에 몇 가지 요인이 작용합니다.이 요소는 환경, 운영, 채널 수 및 시스템 호환성

소개
이 논문은 두 가지 일반적인 유형의 피에조 전기 센서를 포함하는 센서 선택 고려 사항을 검토합니다.
(PE) 타입 및 ICP®는 특유의 낮은 임피던스 출력을 가지고 있습니다. 센서의 전기 및 물리적 특성에 더하여 여러 가지 요소가
특정 애플리케이션에 대한 가속도 측정기의 선택에 중요한 역할을 합니다. 이러한 요소에는 환경, 운영, 채널 수 등이 포함됩니다.
그리고 시스템 호환성

피에조 전기 (PE) 타입 가속계

PE형 가속도계는 피에조 세라믹 또는 크리스탈 센서 요소에 가해지는 기계적 스트레스에 반응하여 고저항성, 정전 전하 출력을 생성합니다.높은 충전 감수성 때문에, 피에조 세라믹은 전하 및 전압 모드 가속도 측정기 모두에서 광범위하게 사용되었습니다.일반용 ICP에서도 일반적으로 사용됩니다.®가속도계, 캘리브레이션 전송 표준, PE 압력 및 힘 센서. 충전 출력 시스템은 약 40 년 동안 사용되었습니다.PE 가속도계는 저소음 케이블을 통해 높은 입력 임피던스 충전 증폭기에 작동합니다., 충전 신호를 획득 목적으로 사용할 수 있는 낮은 저항 전압 신호로 변환합니다. 충전 증폭기는 신호 저항 변환, 정규화,그리고 이득/범위 조정옵션에는 필터링, 속도 및 / 또는 이동에 대한 통합 및 낮은 주파수 반응을 결정하는 입력 시간 상수의 조정이 포함 될 수 있습니다.현대 충전 증폭기 는 보다 효과적 인 소음 적 회로 로 설계 되어 있으며 단순화 된 LCD 디스플레이 와 디지털 제어 장치 를 포함 할 수 있다일부 "두 모드"모델은 PE와 ICP 모두와 함께 작동합니다.®가속도 측정기. 실험실 충전 시스템의 주요 장점은 PE 가속도 측정기의 정전전력 충전 출력을 조정하고 제어하는 유연성입니다.고체전하 증폭기, 일반적으로 고정된 특성을 가진, 역사적으로 공기 중 응용에 사용되었습니다.PE 가속도계는 내장 전자 장치가 있는 ICP® 가속도계보다 더 높은 온도에서도 작동할 수 있습니다.PE 충전 시스템의 주요 한계는 시스템 복잡성, 작동 어려움, 더러운 불리한 환경에서 높은 임피던스 회로 유지 및 소음 증가와 관련이 있습니다.긴 입력 케이블을 통해 작동합니다.높은 임피던스 회로는 일반적으로 전기 간섭에 더 민감합니다.

융합 회로 피에조 전기 (ICP)®) 가속계

ICP®가속계에는 내장된 마이크로 전자 충전 또는 전압 증폭기가 포함되어 있습니다.PE 감지 요소에서 높은 임피던스 전자기 전하를 낮은 임피던스 전압 신호로 변환하는 기능을 갖는다.. 헤르메틱 용접 설계에서, 모든 고 임피던스 회로는 가속계 내부에 밀폐되고 전기적으로 보호됩니다. ICP®가속도계는 1960년대 중반에 처음 만들어졌습니다.®가속도계는 저비용, 일정한 전류의 전원으로부터 2개의 전선 회로로 작동하며 신호/전력은 하나의 전선으로 전달되고 다른 전선이 지상 역할을 합니다.케이블은 일반 동축 또는 리본 와이어가 될 수 있습니다소음 적 케이블은 필요하지 않습니다.가속도계를 작동 하는 일정한 전류는 별도의 전력 단위에서 온다 또는 그것은 FFT 분석기 또는 데이터 수집기와 같은 판독 기기 내부에 통합 될 수 있습니다통합 전자 가속도계는 ICP와 같은 여러 가지 상표명으로 제공됩니다.®(PCB 피에조트로닉스), 아이소트론®(엔데브코), 델타-트론®(B&K), 피에조트론®(키슬러) 를 몇 가지 언급 할 수 있습니다. 내장 된 전자 장치가 "공용 스레드"임에도 불구하고, 모든 통합 된 전자 가속도계는 반드시 상호 교환되거나 "동용성"이 아닙니다.일부에는 MOSFET 회로가 포함되어 있습니다., 다른 JFETS. 일부 하이브리드, 마이크로 전자, 전하 증폭기를 사용, 다른 전압 추적자. 대부분의 통합 전자 가속도계는 2에서 4 mA 일정한 전류에서 작동하지만,일부는 0에서 작동합니다.저전력 소비용으로 5mA, 운전용으로 20mA까지 작동하는높은 주파수에서 긴 케이블. ICP® 센서와 전력 사양이 호환성을 가정하기 전에 확인하는 것이 좋습니다.낮은 임피던스 작동의 주요 장점은 ICP® 가속도 측정기가 불리한 환경에서 지속적으로 작동 할 수있는 능력입니다., 길고 평범한 동축 케이블을 통해 노이즈 증가 또는 해상도 손실없이 채널 당 비용은 낮습니다. 소음 낮은 케이블과 충전 증폭기가 필요하지 않기 때문입니다.주요 한계 는 높은 온도 에서 작동 하는 것 이다, 325 ° F 이상 ICP® 가속도계는 쿼츠 센서 요소와 특수 전자 장치로 구성되어 있으며 냉동 온도에서도 잘 작동합니다.표 1은 PE 및 ICP® 가속도 측정기의 장점과 한계점의 포괄적인 목록입니다.이 목록은 충격 및 진동 기술에서 오랜 경험을 가진 외부 컨설턴트가 검토하고 입력되었습니다. 목록은 "동적"으로 간주되어야합니다.이점과 제한에 대한 추가 입력에 따라.

표 I PE 및 ICP® 가속도 측정기 선택에 대한 고려 사항

PE 센서

장점

가속도 측정기의 전기 출력 특성을 적절하게 조정하는 유연성

- 넓은 동적 범위

- 500 °F 이상 높은 온도 작동

-기존 충전 시스템에서의 상호 교환성

-연장된 저주파 반응

제한

-높은 임피던스 회로를 이해하고 작동하기 위해 훈련과 전문 지식을 필요로 합니다.

가속도계와 케이블의 용량 효과는 소음을 증가시키고 해상도를 감소시킵니다.

-고저저항 회로는 깨끗하고 건조하게 유지되어야 합니다. (센서, 소음 적 케이블 및 충전 증폭기)

- 특수 목적의 낮은 소음 케이블을 필요로

- 높은 임피던스 시스템은 전기 및 RF 간섭에 더 민감합니다

-PE 가속도 측정기 크기와 민감도는 직접적으로 관련이 있습니다. - 감수성/대량/량 부하 고려

- ICP보다 채널당 높은 비용®타입 (필요한 소음 적 케이블과 충전 증폭기 때문에)

이 각 고려 사항은 이제 PE와 ICP를 위해 더 자세히 검토 될 것입니다.®가속도 측정기

PE 가속도 측정기의 장점

유연성-실험실 "판형"전하 증폭기는 일반적으로 PE 가속도계로부터의 출력 신호를 조정하고 수정하는 컨트롤이 있습니다. 최소한 민감도를 정상화하는 컨트롤이 있습니다.가이프와 풀 스케일 범위를 설정충전 증폭기는 또한 낮은 주파수 반응을 결정하는 방출 시간 상수를 필터링, 통합 및 조정 할 수있는 기능이있을 수 있습니다.듀얼 모드 충전 증폭기는 또한 일정한 전류를 제공합니다., 이 두 ICP와 작동을 허용®, 및 충전 출력 PE 센서.

동적 범위-일반적으로 고 민감성 PE 가속도계는 넓은 동적 범위 (> 100 dB) 에서 작동 할 수 있습니다. 실험실 전하 증폭기와 함께 사용하면최대 범위 내의 모든 g 레벨에 풀 스케일 출력을 설정할 수 있습니다.. 동적 범위는 센서가 사양에 남아있는 최대 범위까지 해상도에서 작동 범위로 정의 될 수 있습니다. 그러나,대부분의 세라믹 결정 구조 PE 가속도 측정기에는 동적 범위나 해상도가 지정되지 않습니다.최대 범위는 때로는 더 높은 범위에서 작동하는 것과 관련된 최대 허용되는 비선형성으로 결정됩니다. 비선형성은 종종 g의 "X" 수의 비율로 표현됩니다..해상도는 시스템 노이즈에 기초하고 있으며, 이는 입력 케이블과 충전 증폭기 입력에 대한 가속도계로부터 증폭기의 이득과 용량 부하에 의해 결정됩니다.

고온 작업-PE 가속계에는 전자 장치가 내장되어 있지 않기 때문에 작동 온도는 감지 요소와 구조에 사용되는 재료에 의해서만 제한됩니다.PE 가속도 측정기는 일반적으로 500 ° F에서 작동합니다.특수 모델은 > 1000 ° F에서 사용할 수 있습니다. 최고의 정확성을 위해 가속도계는 작동 온도에서 정정되어야합니다.

교환 가능성 거의 모든 PE 가속도계는 높은 온도에서 단열 저항이 매우 낮을 수있는 일부 모델을 제외하고 충전 출력 시스템에서 교환 할 수 있습니다.특수 충전 증폭기는 낮은 저항 입력으로 작동 할 수 있습니다..

연장된 낮은 주파수 반응-쿼츠 힘 센서는 일반적으로 힘 제어 쉐이커 응용 프로그램에서 사용됩니다. 높은 입력 임피던스 정전 전하 증폭기에 결합되면 (> 1012 오름),쿼츠 힘 센서는 수백의 순서에서 방출 시간 상수를 가지고 있습니다, 또는 수천 초, 뛰어난 낮은 주파수 반응과 정적 캘리브레이션 능력을 부여

PE 가속도 측정기의 한계

전문지식-충전 출력 시스템을 이해하고 작동하고 유지 관리하는 데 훈련과 전문 지식이 필요합니다. 높은 임피던스 회로, 낮은 소음 케이블, 센서 pC/g 감수성,용량 부하 효과, 시스템 노이즈, 충전 증폭기 컨트롤 설정 및 시스템을 깨끗하고 습기 없는 유지가 필요합니다. 일부 새로운 충전 증폭기에는 디지털 컨트롤이 있습니다.감수성 입력 및 설정 범위를 단순화.

결의-PE 가속도 측정기의 해상도는 무한한 것으로 간주 될 수 있지만, 해상도는 일반적으로 시스템 노이즈에 의해 결정되기 때문에 데이터 시트에 지정되지 않습니다.센서와 입력 케이블 길이 용량 값이 결정되고 증폭기 가이드 설정 될 때까지, 해상도는 알려져 있지 않습니다. 이것은 긴 케이블을 포함하는 낮은 수준의 측정에 불확실성을 나타낼 수 있습니다.시스템 노이즈와 해상도에 영향을 미칩니다.긴 케이블을 구동 할 능력이 부족하다는 것은 PE 가속도 측정기 충전 출력 시스템의 주요 한계 중 하나입니다.이 문제를 최소화입력 케이블의 움직임으로 인해 생성되는 "트리보 전기" 소음도 해상도를 저하시킬 수 있습니다.

운영 환경-고 임피던스 PE 가속도계 및 전하 증폭기는 깨끗한 실험실 조건에서 작동하기에 가장 적합합니다. 그들은 불리한 공장, 선박 또는 수중 환경에서 잘 작동하지 않습니다.모든 고저항성 부품가속도계, 소음 가속 케이블 및 충전 증폭기를 포함하여 깨끗하고 건조하게 유지해야합니다. 높은 임피던스 회로 오염은 낮은 저항, 낮은 주파수 응답 손실을 유발합니다.그리고 기준점의 이동.

케이블 및 커넥터-PE 가속도계는 고 단열 저항, 낮은 소음, 동축 케이블을 사용해야합니다.저소음 케이블은 마찰을 최소화하고 "트리보 전기" 정전기를 생성하기 위해 다이 일렉트릭 층에 녹화 된 그래피트 윤활료를 가지고 있습니다.케이블 운동에 의해 생성되는 정전 전하는 피에조 원소에서 생성되는 전하와 동일합니다. 전하 증폭기는 둘을 구별 할 수 없습니다.케이블 커넥터는 일반적으로 마이크로닷입니다.®10-32 동축 케이블과 커넥터 선택은 제한되어 있습니다.

크기와 감수성-PE 가속도 측정기의 크기와 감수성, 주파수 반응은 모두 직접적으로 상호 연관되어 있습니다. 가속도 측정기가 커질수록 감수성이 높지만 주파수 반응이 낮습니다.그리고 그 반대의 경우측정 응용 프로그램에 소형 가속도계가 필요한 경우 저량 부하 고려 사항적당한 감수성을 제공하는 더 큰 가속도계를 선택할 때 타협해야 할 수 있습니다..

비용-PE 가속도 측정기 비용은 본질적으로 동등한 ICP와 동일합니다.®그러나 PE 가속도계는 소음 적 케이블과 충전 증폭기를 사용해야 하기 때문에, 채널당 비용은 ICP보다 높습니다.®전압 출력 채널 케이블과 증폭기는 다채널 측정 시스템에서 주요 비용 고려 사항입니다.

ICP® 가속도 측정기의 장점

단순화 된 작업ICP® 가속도계 시스템은 조작 기술, 훈련 및 주의가 덜 필요한 간소화된 조작을 제공합니다.케이블 유형에 의해 거의 영향을 받지 않는 저저항 출력 신호, 길이, 환경 운영 조건

결의- ICP® 가속도 측정기의 해상도는 케이블 종류나 길이에 의해 거의 영향을 받지 않습니다. 해상도는 표준 데이터 시트 사양입니다.해상도 손실, 또는 신호 약화. 수백 피트 길이의 입력 케이블은 초고주파 데이터에 LP 필터 역할을 할 수 있습니다.이것은 일반적으로 마이크로 초초 충격 및 폭발 파동 압력 측정에 사용되는 ICP® 압력 센서에만 해당됩니다..

운영 환경- 헤르메틱 히어 된 ICP® 가속도계는 불리한 환경에서도 잘 작동합니다. 모든 고 임피던스 회로가 가속도 측정기 안에 안전하게 밀폐되어 있기 때문에 오염에 저항합니다.용접 된 허메틱 디자인은 일반적으로 에포시 밀폐 된 디자인보다 오염에 더 잘 저항합니다.불리한 환경과의 호환성은 ICP® 가속도계를 산업 기계 건강 모니터링, 수중, 선박, 차량 및 현장 테스트 응용 프로그램에서 선호되는 선택으로 만듭니다.

케이블 및 커넥터- ICP® 가속도 측정기의 낮은 저항 출력은 케이블 유형과 커넥터에 대한 완전한 유연성을 허용합니다.케이블 및 커넥터 고려 사항은 높은 또는 낮은 온도를 포함하는 특정 응용 프로그램에서 중요 할 수 있습니다소형 ICP® 가속도 측정기 디자인은 종종 용접 단말 연결을 통합합니다.가볍고 유연한 케이블을 사용하여 스트레인지 및 질량 부하 효과를 최소화 할 수 있습니다.산업용 가속도계는 거대하고 견고한 커넥터 및/또는 vulkanised 연결을 사용하여 불리한 환경에서 신뢰성을 달성합니다.큰 채널 수 시스템에서 표준 케이블과 커넥터의 사용은 효율적인 케이블 관리를 촉진하고 비용 절감의 중요한 요소입니다..

크기와 민감성- 소형 ICP® 가속도 측정기에 가이드를 통합함으로써, 저질량, 높은 민감도 및 높은 주파수 반응이 필요한 가속도 측정기를 필요로하는 응용 프로그램을 해결할 수 있습니다.내부 이득은 또한 하이브리드 전하를 통합 세라믹 구조 ICP® 가속도 측정기의 해상도를 향상증폭기, ICP®가속계에는 전압 증가 회로가 포함되어 있으며, 기록 및/또는 케이블 운전 목적으로 신호 수준이 증가하지만 소음 수준도 증가합니다.

동적 범위-ICP®가속도계는 매우 넓은 동적 범위를 가지고 있습니다. "한정 또는 고정 동적 범위"는 때때로 ICP의 "한정"으로 인용됩니다.®가속도계. 대부분의 ICP®가속도계는 100,000에서 1 (> 100 dB) 이상의 동적 범위를 가지고 있습니다. 특수 소음 낮은 회로를 포함하는 일부 지진 모델은> 500,000에서 1 범위를 가지고 있습니다.ICP의 동적 범위와 해상도®더 중요한 것은, ICP는®이 시스템은 추가 케이블 길이와 시스템 구성으로 인해 동적 범위를 잃지 않습니다.

ICP에 전원을 공급합니다®가속계-특정 모델에 따라 ICP®가속도계는 0.5mA에서 20mA 일정한 전류에서 3에서 30 VDC까지 작동 할 수 있습니다. 확장 된 동적 범위를 위해 일부 특수 모델은 35 VDC까지 작동 할 수 있습니다.앞서 경고했듯이모든 ICP®가속도계는 동일한 내부 전기 회로를 포함하지 않으므로 모든 일정한 전류 전원과 반드시 호환되지 않습니다.센서 편향과 공급 전압은 동적 범위에 영향을 미칩니다.공급 전류는 케이블 구동 능력에 영향을 미칩니다. 특히 높은 주파수에서 고전압 신호를 구동 할 때.이득이 있든 없든, 수동 또는 컴퓨터 제어 작동. ICP®센서 라인 전원 유닛은 일반적으로 2 ~ 4 mA 전류를 공급합니다. 그러나 일반적으로 20 mA로 조절 할 수 있습니다. 이는 높은 주파수에서 긴 케이블을 구동 할 때 필요할 수 있습니다.많은 상업용 판독기, 예를 들어 FFT 분석기 및 진동 데이터 수집기, ICP에 직접 연결을 위해 일정한 전류 전력 입력을 통합®가속도 측정기. 듀얼 모드 충전 증폭기는 PE와 ICP 모두와 함께 작동하도록 일정한 전류 전력을 통합합니다.®가속도 측정기

케이블 고장 모니터 ICP에서®두 개의 와이어 센서 회로, 신호/전력은 하나의 와이어를 통해 전달되고 신호가 다른 와이어를 통해 반환됩니다. 신호/전력 와이어에서 존재하는 특징적인 DC "bias" 전압을 모니터링함으로써,케이블 오픈 또는 단회로 감지 가능ICP®센서 전원 단위에는 일반적으로 적색, 녹색, 노란색 색상 코딩 미터 또는 LED가 포함되어 있습니다. 정상적인 작동이나 케이블 고장을 표시하기 위해서입니다.

미끄러짐 반지 를 통해 작동-회전 기계의 특정 진동 측정 응용 프로그램은 슬리프 링을 통해 작동해야합니다.®가속도계는 슬리프 링을 통해 작동하는 것과 호환됩니다.

"TEDS" 트랜스듀서 전자 데이터 시트 ICP에 "TEDS" 메모리 회로를 통합®가속도계는 제조업체의 이름, 센서 유형, 모델, 일련 번호, 감도, 캘리브레이션 날짜, 채널 ID, 센서 위치와 같은 자기 식별 정보를 저장할 수 있습니다.그리고 다른 정보TEDS 가속도계"믹스" 아날로그 또는 디지털 모드에서 작동합니다. TEDS 신호 컨디셔너는 아날로그 측정에 일반적으로 사용되는 동일한 케이블을 통해 디지털 메모리에 액세스하는 데 사용됩니다.메모리 데이터에 액세스 한 후, 디지털 메모리 회로는 켜져 가속도계는 정상적인 아날로그 동작에 사용할 수 있습니다. 비용- 대부분의 ICP® 및 PE 가속도계는 본질적으로 같은 비용이지만,ICP® 시스템의 채널별 비용은 특별한 소음 적 케이블과 충전 증폭기가 필요하지 않기 때문에 상당히 낮습니다.. 다채널 시스템의 비용을 비교할 때 절감은 상당할 수 있습니다. 운영 관점에서, 낮은 임피던스 시스템을 운영하고 유지 관리하는 데 더 적은 주의, 관심 및 노력이 필요합니다..

ICP® 가속도 측정기의 한계
고정 출력감수성, 범위, 해상도 및 방출 시간 상수와 같은 전기적 특성은 ICP® 가속도계 내에서 고정됩니다.고정 방출 시간 상수는 쿼츠 압력 및 힘 센서보다 가속도 측정기에는 제한이 없습니다., 이는 쿼시스타틱 캘리브레이션 목적으로 긴 시간 일정한 모드에서 작동할 수 있습니다.온도 범위- 대부분의 일반용 ICP® 가속도계는 약 -65 ° F에서 +250 ° F까지 제한된 온도 범위를 가지고 있습니다.특수 냉동 모델은 -320 ° F까지 작동하고 고온 디자인은 +325 ° F까지 작동합니다.

요약충전 증폭기 시스템은 민감도와 범위와 같은 전기 출력 특성을 조정하는 데 유연성을 제공함으로써 PE 가속도 측정기의 매우 넓은 역학적 범위에서 이익을 얻습니다.그들은 높은 온도에서 작동하기에 적합합니다.현대 충전 시스템은 향상된 소음 낮은 작동, 단순화된 디지털 제어 및 충전 또는 ICP와 작동을 위한 이중 출력 작동을 특징으로 합니다.®전압 모드 센서 고 임피던스 회로는 불리한 필드 또는 공장 환경에서 작동하기에 적합하지 않습니다.PE 가속도 측정기의 해상도는 케이블 길이와 증폭기 증가에 의해 결정되는 시스템 고려 사항이기 때문에 지정되거나 알려져 있지 않을 수 있습니다.ICP®가속도계는 일정한 전류 전원으로부터 작동하며, 고전압, 낮은 저항, 고정된 mV/g 출력을 제공합니다.신호 품질이 떨어지지 않는 부적절한 환경에서 동축 케이블높은 온도 범위가 제한되어 있습니다.®센서는 조작이 간단합니다. 해상도와 작동 범위 모두 정의된 사양입니다. PE 시스템에 비해 채널당 비용은 더 낮습니다.소음 적 케이블과 충전 증폭기가 필요하지 않기 때문에.