加速度計 是看起來簡單的設備,但是復雜的機電系統(tǒng)。但是當使用加速度計時,有許多機械、環(huán)境、電子和應用相關的因素需要考慮。

頻率范圍和共振誤差

加速度計的振動能通常在10赫茲至1千赫茲的頻率范圍內較高。有兩個主要因素可以限制加速度計在較低頻率的操作。一個可以是低頻截止放大器,但這只是一個問題,在極端情況下測量振動遠低于1赫茲。另一種是環(huán)境溫度波動的影響,在低頻率時,這種影響尤其成問題。使用剪切式加速度計可以最大限度地減小低頻率溫度變化的影響。

有些應用可能需要10千赫或更高的測量,并可能需要特殊處理。上限由加速度計的共振頻率決定。一般的規(guī)則是,將加速器的共振頻率設置在大約三分之一的上射頻限制將消除與共振引起的測量誤差有關的擔憂。對于能夠產(chǎn)生高達175千兆赫的共振頻率的小型加速度計來說,這就不那么重要了。

對于輸出量較高的大型通用加速計,共振頻率可低至20千赫。由于加速度計固有的共振,這些加速度計可能會在高頻發(fā)生共振誤差。當進行寬帶讀取時,這可能會導致測量錯誤。選擇一個頻率范圍較寬的設備,加上一個低通濾波器,通常包括在振動傳感器和預放大器中,可以減少加速度計共振引起的問題。另一個選擇是,當測量在低頻率時,高頻共振效應可以通過機械濾波器來減輕,比如加速度計和安裝表面之間的橡膠層。

敏感性

靈敏度是加速計的一個關鍵規(guī)格。它在參考頻率下量化振動和電壓之間的轉換,并在mv/g中指定,通常是頻率相關的。例如,如果一個加速度計的靈敏度為100mv/g,它在測量10g加速度時產(chǎn)生1V的輸出。在校準過程中測量單個加速度計的靈敏度。由于它可能與頻率有關,因此需要在可用頻率范圍內進行全面的靈敏度校準。低靈敏度加速度計一般用于測量高亮度振動,而高靈敏度單元用于低亮度應用 .

殘余噪音

殘余噪聲水平?jīng)Q定了傳感器能夠測量的最低幅值.使用具有最佳測量范圍的加速度計是很重要的。測量范圍更廣的加速度計也會受到更大的殘余噪聲水平的影響。集成電子壓電加速度計中的內部電子可提供非常高的動態(tài)范圍。電荷傳感器可以提供類似的動態(tài)范圍,但它們可以敏感地處理與布線和其他因素有關的噪音問題。電容和MEMS加速度計的動態(tài)范圍通常較窄。

重量

由于質量負荷效應,加速度計重量是一個重要的考慮因素.任何添加到結構中的質量都會增加組合結構的整體質量,并改變其動態(tài)(振動)行為。一般而言,加速度計的重量不應超過所安裝的振動元件重量的10%。

安裝

如何安裝加速度計會影響它的運行,特別是它的頻率限制。有許多正在增加的選擇,其中最常見的四個是:

· 手持或探測器提示

· 磁的

· 粘著的

· 支柱

手持式、磁性和粘合劑通常只用于短期或現(xiàn)場加速度測量。附件安全性越低,可測量頻率限制就越低。此外,添加質量,如粘合劑或磁性安裝底座降低共振頻率,限制可用頻率范圍,并可降低準確性的加速度計。大多數(shù)為各種安裝風格設計的加速計包括數(shù)據(jù)表中關于安裝如何影響性能的信息。錨桿安裝是最堅固和生產(chǎn)最佳的整體性能,但需要一個孔被鉆到安裝表面,一般用于永久安裝。

環(huán)境限制

操作溫度范圍、濕度和接觸化學品等環(huán)境因素會影響加速度計的性能。在具有挑戰(zhàn)性的工業(yè)環(huán)境中,用不銹鋼包裝的加速度計可以處理腐蝕和化學物質。

許多加速度計中使用的壓電材料都與溫度有關,環(huán)境溫度的變化將引起設備靈敏度的變化。當受溫度波動時,壓電加速度計的輸出量會有所不同。這些溫度瞬態(tài)對于低頻振動或低級別傳感器輸出來說特別麻煩。將傳感元件連接在中心柱和地震質量之間的剪切式加速度計通常對溫度瞬態(tài)的敏感性較低。

沒有集成電子的充電模式加速度計最適合高溫操作。其工作溫度范圍僅受傳感技術和包裝材料的限制.但由于缺乏集成電子設備,這些設備可能需要外部放大器或電荷轉換器,需要低噪聲布線,以最大限度地降低對噪聲的敏感性。iepe加速度計可以消除對低噪音電纜的需求,但由于集成放大器,它們的最大工作溫度較低。

當加速度計連接到高溫表面時,熱管理是很重要的。例如,在基座和加速度計之間可以安裝帶有熱潤滑脂的散熱器和云母清洗機,使傳感器保持在250℃左右,即使測量表面超過350℃。強制氣流可以提供額外的冷卻。MEMS和Eepe的工作溫度受內部電子設備的限制,通常從-40℃到125℃。

電纜的

電纜可能是一個問題,加速度計,特別是具有高輸出阻抗的壓電加速度計。例如,當同軸電纜彎曲、扭曲或壓縮時,電容中的局部機會會由于摩擦電效應而產(chǎn)生電荷傳輸。感應電荷傳輸干擾了用電荷傳感器測量低振動。低噪聲電纜,如玻璃化加速度計電纜,可以用來緩解這個問題。此外,電纜應該用夾子、膠帶或膠水固定,以降低移動的可能性。

強電磁場也會導致錯誤信號,特別是電荷傳感器。電纜應遠離電磁干擾源,如發(fā)電機、電動機和開關式電源轉換器。

iepe加速度計通常不需要特別的低噪音電纜,可以與標準的同軸布線一起使用。第三種選擇是使用鄰近探測器。與傳統(tǒng)的加速度計相比,這些探針是非接觸設備。它們測量到目標的距離,可以用來監(jiān)測振動。近距離探測器通常被用來測量像旋轉軸這樣的結構中的振動,在那里不可能附加傳統(tǒng)的加速度計。

TEDS兼容性

智能傳感器可以采用ISO/IC/IEEE214-51-4:2010"信息技術-傳感器和執(zhí)行器的智能傳感器接口-第4部分:混合模式通信協(xié)議和傳感器電子數(shù)據(jù)表格式"中概述的技術。這個標準是基于IEEE1451開放標準系列智能傳感器通信。

TEDS使諸如加速度計之類的傳感器能夠以一種插裝和使用的方式使用,從而無需手動安裝和安裝。一個典型的TEDS芯片是一個小型的EPROM,包括如下數(shù)據(jù):

· 傳感器類型

· 序列號

· 型號名稱

· 校正數(shù)據(jù)

· 制造商名稱

該標準定義了兩類TEDS設備:

第一類 設備對模擬信號和TEDS數(shù)字通信都使用相同的電線。在讀取TEDS數(shù)據(jù)時,傳感器輸出會被逆轉,以防止任何干擾。

第2類 設備使用單獨的電線進行模擬信號和TEDS數(shù)字通信.這是常見的在翻新情況下,當一個TEDS芯片添加后,傳感器已經(jīng)生產(chǎn)。

總結

使用加速度計作為振動傳感器,需要仔細注意與環(huán)境、機械裝配、電纜、信號調節(jié)電子和其他因素有關的許多細節(jié),以確?？煽亢蜏蚀_的操作。加入TEDS技術可以加速這些傳感器的部署。