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振动加速度传感器的选型
发布时间:2011-09-05   点击次数:15972次

 

加速度传感器选型

压电加速度传感器因其频响宽、动态范围大、可靠性高、使用方便, 受到广泛应用。

在一般通用振动测量时,用户主要关心的技术指标为: 灵敏度、频率范围,内部结构、内

置电路型与纯压电型的区别,现场环境与后续仪器配置等。

一、灵敏度的选择

制造商在产品介绍或说明书中一般都给出传感器的灵敏度和    考量 程范围,目的是让

用户在选择不同灵敏度的加速度传感器时能方便地选 出合适的产品,zui小加速度测量值也

称zui小分辨率,考虑到后级放大电 路噪声问题,应尽量远离zui小可用值,以确保zui佳信噪

比。zui大测量极限要考虑加速度传感器自身的非线性影响和后续仪器的zui大输出电压。

估算方法:zui大被测加速度×传感器电荷(电压)灵敏度,其数值是否 超过配套仪器的

zui大输入电荷(电压)值。建议如已知被测加速度范围 可在传感器指标中的"    考量程范围"

中选择(兼顾频响、重量  ,)    时,在频响、质量允许的情况下,尽量选择高灵敏度的传感

器,以提高后续仪器输入信号,提高信噪比。在兼顾频响、质量的同时,可    照以下范围选

择传感器灵敏度:以电荷输出型压电加速度传感器为例:

1、土木工程和超大型机械结构的振动在 0.1g-10g  (1g=9.81m/s  2左右,可选电荷灵敏度在

300pC/ms  -2  30pC/ms  -2  的压电加速度传感器,属于电荷输出型压电加速度传感器

2、特殊的土木结构(如桩基)和机械设备的振  动在   100ms  -2  1000ms  -2,可选择

20pC/ms  -2  2pC/ms  -2  的加速度传感器。

3、冲击,碰撞测量量程一般   10000ms-2

0.2pC/ms  -2  0.002pC/ms  -2 的加速度传感器。

 

二、频率选择

1000000ms  -2,可选则传感器灵敏度是

制造商给出的加速度传感器的频响    线是用螺钉刚性连接安装的。

一般将    线分成二段:谐振频率和使用频率。使用频率是按灵敏度偏差 给出的,有

±10%±5%±3dB。谐振频率一般是避开不用的,但也有 特例,如轴承故障检测。选择加

速度传感器的频率范围应高于被测试件的振动频率。有倍频 分析要求的加速度传感器频率

响应应更高。土木工程一般是低频振动, 加速度传感器频率响应范围可选择 0.2Hz1kHz

机械设备一般是中频 段,可根据设备转速、设备刚度等因素综合估算振动频率,选择

0.5Hz  5kHz  的加速度传感器。如发电机转速在  3000rms  时,除以  60s  此时它的 主频率

  50Hz。碰撞、冲击测量高频居多。

加速度传感器的安装方式不同也会改变使用频响对振动值影响不

安装面要平整、光洁,安装选择应根据方便、安全的原则。我们给 出同一只  AD500S 

速度传感器不同安装方式的使用频率:螺钉刚性连接 ±10%误差)10kHz;环氧胶或"502"

粘接安装  6kHz;磁力吸座安装 2kHz;双面胶安装  1kHz。由此可见,安装方式的不同对测

试频率的响应 影响很大,应注意选择。加速度传感器的质量、灵敏度与使用频率成反比,

灵敏度高,质量 大,使用频率低,这也是选择的技巧。

三、内部结构

内部结构是指敏感材料晶体片感受振动的方式及安装形式。有压缩 和剪切两大类,常见的

有中心压缩、平面剪切、三角剪切、环型剪切。

中心压缩型频响高于剪切型,剪切型对环境适应性好于中心压缩型。如 配用积分型电

荷放大器测量速度、位移时,选用剪切型产品,这样      得的信号波动小,稳定性好。

四、内置电路

内置的概念是将放大电路置于加速度传感器内,成为具有电压输出 功能的传感元件。

它可分双电源四线和单电源二线、带偏置,又称  ICP)  两种,下面所指内装电路专指 ICP

型。目前,内置电路传感器一般是与 数据采集仪配套,在国内使用较多的方面是用于机械

故障、桩基检测,  不少在线监测项目上也在使用该类产品。    ICP  型加速度传感器的供电

和信号输出共用一根线。其特点是:低阻 抗输出,抗干扰,噪声小,性能价格比高,安装

方便,尤其适于多点测量, 稳定可靠、抗潮湿、抗粉尘、抗有害气体。  内置电路传感器灵

敏度的选型计算:

被测加速度值(g=zui大输出电压(mV/传感器灵敏度(mV/g)如 选用目前zui为通用的

100mV/g,  可测 50g  以内振动,如测量 100g,则用 50mV/g  的加速度计,其余以此类推。

五、环境影响

某些测试现场的环境较为恶劣,考虑的因素较多,如防水、高温、  安装位置、强磁电

场及地电回路等,均会给测量带来很大的影响。

防水:防水有两个概念,浅层防水和深层防水,尤以深层防水为难,  如三峡工程*

船闸闸门的振动监测,水深近百米,它涉及地回路干扰、 高压渗水、导线防护、长期可靠

性等诸多问题。

 

高温:多数厂商给出的传感器温度范围为可用值,而不是高温状况 的灵敏度,实际上,

高温时灵敏度偏差较大,特殊用户应向厂商索取的高温时的灵敏度指标,灵敏度指标是

保证测试准确的关键。

位置限制:加速度传感器*安装在现场会受到人为碰撞,应选择 工业型长期监测加速

度传感器,它采用外加防护罩,三角法兰安装,具 有对地绝    、防尘的作用。对出线方向

有要求的可向制造商提出。对于 不能触及的部位,可用手持式加速度传感器带长探针

    、地电回路及磁电场:对磁电场较强的测试现场,应选择特殊 外壳材料的加速度传

感器和导线,此类研究国内还比较少见。对于两点接 地、潮湿等现场,要解决好测试

干扰则可采用浮地或绝    型加速度传感 器,同时要考虑导线接头的防护。    为了克服两点

或多点接地产生地电回路电流对测试的影响,可以选 用浮地或绝    传感器。没有特殊要求

且干扰不大的工况,可用绝    型加 速度传感器,而*型监测或干扰大的工况则应采用浮

地型。这二种命 名的区别在于绝    型产品的外壳为信号地,而浮地型产品的外壳为屏

层。

附加质量:在振动结构上安装的加速度传感器的质量要小于被测点 的自身动态质量的

1/10  即可,认为对被测信号的影响可以忽略。

六、配套仪器

压电类加速度传感器如是电荷输出的,可与任何一种高阻输入的电 荷放大器或具有电

荷前置功能的采集器相配,电荷放大器种类较多,有 单台、多路、积分、准静态,这都要

根据测量要求来确定。   也有特例,如直接将压电传感器的输出信号接入具有一定高阻性

的三次仪表(如示波器  ,) 样可测得信号,但因阻抗匹配不够,只能 是定性了解动态状

况。   内装 IC  放大器加速度传感器(ICP  型)专门有恒流适配器,一台恒 流适配器可供多

只加速度传感器的恒流供电及信号输出。对于提供恒流 源供电的数据采集仪器,可以将该

类型传感器直接接入数据采集仪器。 双电源供电的加速度传感器可由采集器提供双电源或

用双路直流稳压电 源供电。

 

以上为我们多年测试工作中积累的经验,部分技术也 参   照了国内外厂商的

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