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詳解ICP加速度傳感器用途原理及使用環境

來源:www.oqsjk.com    發布時間:2017-06-23

一、 ICP加速度傳感器用途及特點

  ICP傳感器是内裝微型IC放大器的壓電加速度傳感器,它将傳統的壓電加速度傳感器與電荷放大器集于一體,能直接和記錄、顯示和采集設備連接,簡化了測試系統,提高了測試精度和可靠性。廣泛應用于核爆炸、航空航天、鐵路、橋梁、建築、車船、機械、水利、電力、石油、化工、環保、地震等領域。


  ICP加速度傳感器4大特點:


  1、結構合理,電路優化。主要元器件和插接件均為美國或台灣生産,精度高、噪音低、漂移小,确保産品質量穩定可靠。


  2、輸出可配長電纜而不影響測量精度。


  3、輸出可以直接用數字萬用表、示波器或輸出給數據采集器。


  4、傳感器為全封閉結構有效防塵、防潮、防有害氣體。


  二、ICP加速度傳感器的原理


  ICP傳感器内部是由壓電加速度傳感器和微型IC放大器組成。壓電加速度傳感器内部結構采用目前世界先進的隔離剪切結構;内部關鍵IC均為美國原裝進口。傳感器的輸出具有兩線聯接特征;即傳感器的信号輸出和内置IC放大器所需的恒流激勵為同一根線,另一根線為地線。傳感器标配電纜為STYV-Ⅰ、和STYV-Ⅱ兩款型号的低噪音電纜。


  三、ICP加速度傳感器的選擇


  ICP加速度傳感器有許多種規格,每種傳感器都有其特别适用的場合。因此,為獲得高保真的測試數據,需要用戶根據自己的測試要求選擇最适合的壓電加速度傳感器。通常加速度傳感器的選用主要權衡因素有三點:重量、頻率響應、和靈敏度。


  1、重量:


  傳感器作為被測物體的附加重量,必然會影響其運動狀态。如果傳感器的的重量接近被測物體的動态質量,則被測物體的振動就會受到影響而明顯減弱。特别是有些物體雖然其本身質量較大,但是傳感器安裝在其局部,例如一些薄壁結構,傳感器的質量已經和被測物體的局部質量相近了,也會明顯影響其局部的振動狀況。因此要求傳感器的被測質量Ma遠小于傳感器安裝點的動态質量M。


  由于傳感器的質量的影響,會使被測構件的加速度a降低,因此其降低的加速度△a可用下式估算:△a=a[1-M/(M+Ma)]。


  2、頻率選擇


  制造商給出的加速度傳感器的頻響曲線是用螺釘剛性連接安裝的。


  一般将曲線分成二段:諧振頻率和使用頻率。使用頻率是按靈敏度偏差給出的,有±10%、±5%、±3dB。諧振頻率一般是避開不用的,但也有特例,如軸承故障檢測。選擇加速度傳感器的頻率範圍應高于被測試件的振動頻率。有倍頻分析要求的加速度傳感器頻率響應應更高。土木工程一般是低頻振動,加速度傳感器頻率響應範圍可選擇0.2Hz~1kHz,機械設備一般是中頻段,可根據設備轉速、設備剛度等因素綜合估算振動頻率,選擇0.5Hz~5kHz的加速度傳感器。如發電機轉速在3000rms時,除以60s此時它的主頻率為50Hz。碰撞、沖擊測量高頻居多。


  加速度傳感器的安裝方式不同也會改變使用頻響(對振動值影響不大)。


  安裝面要平整、光潔,安裝選擇應根據方便、安全的原則。我們給出同一隻AD100S加速度傳感器(傳感器靈敏度為100mV/g)不同安裝方式的使用頻率:螺釘剛性連接(±10%誤差)10kHz;環氧膠或“502”粘接安裝6kHz;磁力吸座安裝2kHz;雙面膠安裝1kHz。由此可見,安裝方式的不同對測試頻率的響應影響很大,應注意選擇。加速度傳感器的質量、靈敏度與使用頻率成反比,靈敏度高,質量大,使用頻率低,這也是選擇的技巧。


  3、靈敏度


  靈敏度越高,系統信噪比就越大,而抗幹擾能力和分辨率也就越好。但就特定結構的傳感器而言,靈敏度越高,傳感器的重量越高,量程和諧振頻率越低。因此靈敏度受到重量、頻率響應、和量程的制約。一般,用戶在滿足重量、頻響和量程的情況下,應該選擇靈敏度較大的傳感器。這樣可以降低信号調理器的增益,提高系統的信噪比。


  四、環境影響


  某些測試現場的環境較為惡劣,考慮的因素較多,如防水、高溫、安裝位置、強磁電場及地電回路等,均會給測量帶來很大的影響。


  防水:防水有兩個概念,淺層防水和深層防水,尤以深層防水為難,如三峽工程永久船閘閘門的振動監測,水深近百米,它涉及地回路幹擾、高壓滲水、導線防護、長期可靠性等諸多問題。


  高溫:多數廠商給出的傳感器溫度範圍為可用值,而不是高溫狀況的靈敏度,實際上,高溫時靈敏度偏差較大,特殊用戶應向廠商索取專用的高溫時的靈敏度指标,靈敏度指标是保證測試準确的關鍵。


  位置限制:加速度傳感器永久安裝在現場會受到人為碰撞,應選擇工業型長期監測加速度傳感器,它采用外加防護罩,三角法蘭安裝,具有對地絕緣、防塵的作用。對出線方向有要求的可向制造商提出。對于不能觸及的部位,可用手持式加速度傳感器(帶長探針)。


  絕緣、地電回路及磁電場:對磁電場較強的測試現場,應選擇特殊外殼材料的加速度傳感器和專用導線,此類研究國内還比較少見。對于兩點接地、潮濕等現場,要解決好測試幹擾則可采用浮地或絕緣型加速度傳感器,同時要考慮導線接頭的防護。為了克服兩點或多點接地産生地電回路電流對測試的影響,可以選用浮地或絕緣傳感器。沒有特殊要求且幹擾不大的工況,可用絕緣型加速度傳感器,而永久型監測或幹擾大的工況則應采用浮地型。這二種命名的區别在于絕緣型産品的外殼為信号地,而浮地型産品的外殼為屏蔽層。


  附加質量:在振動結構上安裝的加速度傳感器的質量要小于被測點的自身動态質量的1/10即可,認為對被測信号的影響可以忽略。


  五、配套儀器


  壓電類加速度傳感器如是電荷輸出的,可與任何一種高阻輸入的電荷放大器或具有電荷前置功能的采集器相配,電荷放大器種類較多,有單台、多路、積分、準靜态,這都要根據測量要求來确定。也有特例,如直接将壓電傳感器的輸出信号接入具有一定高阻性能的三次儀表(如示波器),同樣可測得信号,但因阻抗匹配不夠,隻能是定性了解動态狀況。内裝IC放大器加速度傳感器(ICP型)專門有恒流适配器,一台恒流适配器可供多隻加速度傳感器的恒流供電及信号輸出。對于提供恒流源供電的數據采集儀器,可以将該類型傳感器直接接入數據采集儀器。雙電源供電的加速度傳感器可由采集器提供雙電源或用雙路直流穩壓電源供電。

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