Пьезоэлектрические датчики ускорения. Вибродатчики/Акселерометры.

ВведениеПрименениеОсобенности

датчики вибрации 4394-4397 высокочастотные
Представленные на странице вибродатчики входят в группу 439Х-439У. Передача данных и электрическое питание у датчиков этой группы осуществляется по двухпроводной линии, и обеспечивается внешним источником стабилизированного постоянного тока. Датчики вибрации этой группы известны под  марками Delta Tron или CCLD (Constant Current Line Drive). Экономичный и помехозащищенный способ обмена информацией по цепи питания  не является инновацией. Он давно и повсеместно применяется, отличаясь лишь в деталях. Кратко проиллюстрировать его можно на таком примере. На оборудовании, являющемся объектом непрерывного мониторинга состояния, установлен вибродатчик, выходной сигнал которого подается  на базу транзистора. В результате изменяется сопротивление постоянному току между эмиттером и коллектором и при подаче постоянного стабилизированного тока через переходы между  эмиттером и коллектором напряжение между ними будет управляться сигналом вибродатчика. Величина этого напряжения может быть измерена в любой паре точек в том числе удаленной  в цепи питания и передана на вход интерфейса измерительной системы.
Как и у остальных датчиков вибрации группы 439Х-439У верхняя граница рабочего частотного диапазона у моделей 4394-4397 ограничивается половиной частоты собственного резонанса в смонтированном на объекте состоянии, а не одной третью, что позволяет существенно повысить верхнюю частоту диапазона. У представленных здесь датчиков верхняя частота высока из-за их малой массы и дополнительно увеличена  с помощью встроенных в датчик однозвенных НЧ-фильтров.
Индивидуально измеренная  АЧХ (амплитудно-частотная характеристика) датчика вибрации заносится в его калибровочный паспорт.

Конструкция датчиков.
В качестве чувствительного к напряжению сдвига, вызванного ускорением, элемента используется пластинка из  пьезоэлектрического керамического материала на основе цирконат-титаната свинца PZ 23 . Три пластинки с тремя инерционными массами прочно сжаты специальным кольцом, так что пластины находятся в так называемом предварительно напряженном состоянии. Это сделано для улучшения линейности характеристики.
Конструкция металлического (титан) корпуса сварная. Основание датчика может быть обычным (4394), или электрически изолированным от корпуса (4397) прокладкой из не проводящих электричество керамических дисков.
Титан используется как более легкий и коррозионно-стойкий материал по сравнению с нержавеющей сталью.
Встроенный в акселерометр предусилитель преобразует заряд пьезоэлектричсеких сенсоров в электрическое напряжение. Он является интегральной микросхемой, выполненной по толстопленочной технологии. На входе применен  полевой (МОП) -транзистор, обеспечивающий   высокий входной импеданс, а выходной каскад работает на биполярном транзисторе и обеспечивает низкое значение выходного импеданса вибрационного  датчика.
Характеристики.
Чувствительность. При современном уровне развития аналоговой микросхемотехники чувствительность собственно пьезокерамических сенсоров  играет второстепенную роль, но практически важен разброс чувствительности.
При замене одного датчика в ходе измерений на другой того же типа предпочтительно  получить эффект типа Plug & Play, а не  обременительную процедуру настройки нового датчика. Свидетельством взаимозаменяемости является маркировка Uni-Gain, применяемая к DeltaTron-датчикам вибрации . Взаимозаменяемость достигается  корректировкой чувствительности  в процессе производства, чтобы не выйти из   2-х процентного интервала вокруг типовых значений 10 мВ/мс-2, или 1 мВ/мс-2.

Частотные параметры датчика вибрации.
Верхний предел частотного интервала высокоточных измерений ограничивается частотой собственного резонанса (в смонтированном на объекте состоянии) и  устанавливается таким, чтобы чувствительность датчика в этом интервале отклонялась от заявленной в паспорте величины (в данном случае  1 мв/мс-2) не больше, чем на 10%. Это примерно половина от резонансной частоты датчика. Предполагается, что его монтаж произведен в строгом соответствии с инструкцией, в противном случае можно ожидать значимого уменьшения резонансной частоты вибродатчика, смонтированного на исследуемом объекте.
Нижняя граница частотного диапазона измерений приемлемого  качества  определяется характеристиками встроенного в датчик предусилителя.
Выделить единственный четко выраженный максимум  на амплитудно-частотной кривой помогает небольшое демпфирование.
Характеристики вибродатчиков:

Характеристика
вибродатчика
Численные значения
(10%-ный) диапазон
измеряемых частот
вибрации
 1↔ 25000 Гц
 Диапазон измеряемых
ускорений вибрации
  ±7500 мс-2
при температуре
окружающей среды
не выше 100°С
 Номинальное значение
коэффициента преобразования
ускорения в электрическое
напряжение
 1 мв/мс-2
на частоте 159.6 Гц,
при ускорении 1g и
температуре
окружающей среды
25°С
 Разброс коэффициента
преобразования вокруг
заявленного номинального
значения
 ±2%
 Частота резонанса (вдоль оси)  52 кГц
 Относительное значение
коэффициента преобразования
в направлении, перпендикулярном
оси вибродатчика
 4%
 Диапазон допустимых
температур эксплуатации
 -50°С ↔ +125°С
 Масса датчика вибрации  2.9 г
 Габариты  ∅8х14   мм

 

  • Измерения высокочастотных вибраций, включая взрывные процессы, удар
  • Измерения параметров высокочастотной вибрации на стендах вибро-испытаний
  • Контроль качества продукции
  • Мониторинг (HUMS) состояния оборудования для предупреждения аварийных ситуаций по вибрационному портрету объекта
  • Анализ вибрационных процессов с высокочастотными компонентами
  • Экспериментальный модальный анализ легких конструкций (малая присоединенная масса датчика)

  • Индивидуальная для каждого экземпляра калибровка датчиков вибрации
  • Технология DeltaTron, или CCLD
  • Варианты с неизолированной и изолированной от корпуса базой
  • Низкая чувствительность к большинству внешних источников помех
  • Малая масса датчика
  • Обеспечиваемые технологией Delta Shear высокое качество измерений и стабильность
  • Обеспечиваемая технологией Uni-Gain взаимозаменяемость датчиков (в пределах одной модели/типа),

Подробнее об акселерометрах/вибродатчиках серии 4394-4397