選擇加速度計(jì)時(shí)要考慮的因素

文章出處：新聞資訊責(zé)任編輯：深圳市廣陵達(dá)科技有限公司發(fā)表時(shí)間：2024-12-06 10:24:42

加速度計(jì)是測(cè)量作用在物體上的加速力的機(jī)電設(shè)備。它們具有不同的尺寸、形狀和技術(shù)，可以測(cè)量低至 2g 級(jí)到 200,000g 級(jí)的振動(dòng)水平。使用正確的工具為工程應(yīng)用中的測(cè)試和測(cè)量活動(dòng)獲取準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)至關(guān)重要。選擇合適的加速度計(jì)需要詳細(xì)了解測(cè)量應(yīng)用和預(yù)期結(jié)果，例如用戶是否需要計(jì)算速度或位移數(shù)據(jù)。

加速度計(jì)的類型

加速度計(jì)有兩種類型：交流響應(yīng)加速度計(jì)和直流響應(yīng)加速度計(jì)。交流響應(yīng)加速度計(jì)通常采用壓電材料設(shè)計(jì)，產(chǎn)生與加速度成比例的電輸出。傳感元件看起來像一個(gè)具有有限內(nèi)阻的源電容器，形成 RC 時(shí)間常數(shù)。因此，交流加速度計(jì)不適合測(cè)量重力或離心加速度等靜態(tài)加速度。直流響應(yīng)加速度計(jì)可以響應(yīng)零赫茲，使其成為測(cè)量靜態(tài)和動(dòng)態(tài)加速度的理想選擇。

無線振動(dòng)加速度傳感器

交流響應(yīng)加速度計(jì)

交流加速度計(jì)通常使用壓電元件作為其傳感機(jī)制。壓電元件移動(dòng)電荷，產(chǎn)生與加速度成比例的電信號(hào)。交流壓電加速度計(jì)有電荷型壓電式或電壓型 IEPE 壓電式。

電荷型壓電加速度計(jì) 提供寬廣的動(dòng)態(tài)范圍和高于 10kHz 的可用帶寬。它通常與電荷放大器連接，以避免與電纜電容相關(guān)的問題。由于其工作溫度范圍為 -200 o C 至 +750 o C，充電型壓電加速度計(jì)通常被考慮用于極端環(huán)境中的振動(dòng)測(cè)量應(yīng)用，例如渦輪機(jī)或燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)測(cè)。

電壓型 IEPE 加速度計(jì)具有微電子電路，可將電荷放大器合并到加速度計(jì)外殼內(nèi)。因此，它只能在最高工作溫度僅為175 o C的環(huán)境中使用。與電荷式壓電加速度計(jì)不同，IEPE加速度計(jì)的滿量程測(cè)量范圍是由內(nèi)部放大器預(yù)先確定的。該放大器已在工廠預(yù)設(shè)，用戶無法更改。

直流響應(yīng)加速度計(jì)

壓阻式和 MEMS（微機(jī)電傳感）電容式傳感技術(shù)是直流響應(yīng)加速度計(jì)設(shè)計(jì)中最常用的技術(shù)。

壓阻式加速度計(jì)可以是氣體阻尼（MEMS 類型）或流體阻尼（應(yīng)變計(jì)類型）。它易于連接，但對(duì)溫度變化極其敏感。因此，有必要通過板載信號(hào)調(diào)節(jié)或外部來補(bǔ)償溫度變化。壓阻式加速度計(jì)的輸出信號(hào)具有出色的信噪比，僅受橋式放大器質(zhì)量的限制。由于這些固有特性及其寬帶寬能力，壓阻式加速度計(jì)最適合測(cè)量高 g 加速度，例如汽車沖擊測(cè)試和武器測(cè)試。

MEMS電容式加速度計(jì)采用 MEMS 制造技術(shù)來適應(yīng)大批量制造應(yīng)用。由于其設(shè)計(jì)和氣體阻尼，電容式加速度計(jì)的帶寬較低，僅為幾百赫茲，測(cè)量范圍有限，小于 200g。然而，它們?yōu)?OEM 設(shè)備中的可靠應(yīng)用提供了高信號(hào)穩(wěn)定性和良好的線性度。 MEMS電容式加速度計(jì)最適合測(cè)量低頻和低g加速度，例如建筑結(jié)構(gòu)和地震監(jiān)測(cè)。

測(cè)量不同類型的加速度

選擇加速度計(jì)的主要問題是了解用戶是否需要測(cè)量動(dòng)態(tài)加速度（例如振動(dòng)）或靜態(tài)加速度（例如沖擊、重力或運(yùn)動(dòng)）。根據(jù)用戶的偏好，他們可以使用交流或直流響應(yīng)加速度計(jì)來測(cè)量動(dòng)態(tài)加速度。然而，他們只能使用直流響應(yīng)加速度計(jì)來測(cè)量低頻或靜態(tài)加速度，以便根據(jù)加速度數(shù)據(jù)準(zhǔn)確計(jì)算位移或速度。

加速度計(jì)屬性

靈敏度

加速度計(jì)靈敏度用設(shè)備加速度（輸入）的變化與輸出信號(hào)的差值之比來表示。它在特定的電源電壓下指定并以 mV/ g表示。通常，低靈敏度加速度計(jì)測(cè)量高幅度信號(hào)，高靈敏度加速度計(jì)測(cè)量低幅度信號(hào)。例如，MEMS 電容式等直流響應(yīng)加速度計(jì)通常具有高靈敏度，可在地震和地震測(cè)量等巖土測(cè)試應(yīng)用中測(cè)量超低頻振動(dòng)。它們與低噪聲電纜連接，以最大限度地減少測(cè)量鏈的測(cè)量誤差。

測(cè)量軸數(shù)

工業(yè)振動(dòng)測(cè)量常常需要在多個(gè)測(cè)量軸和坐標(biāo)上進(jìn)行復(fù)雜的測(cè)量。確定正確的軸以定義加速度計(jì)的安裝方式至關(guān)重要。不正確的安裝配置將產(chǎn)生不代表實(shí)際情況的無關(guān)數(shù)據(jù)。

用戶可以選擇安裝多個(gè)單軸加速度計(jì)或多軸加速度計(jì)，用于多坐標(biāo)的測(cè)量應(yīng)用。然而，在一個(gè)測(cè)量鏈中使用多個(gè)加速度計(jì)需要每個(gè)傳感器分階段輸出，以準(zhǔn)確評(píng)估機(jī)器狀況。這種配置使振動(dòng)分析過程變得復(fù)雜，并增加了輸出數(shù)據(jù)出錯(cuò)的風(fēng)險(xiǎn)。此外，如果測(cè)量空間有限，安裝三個(gè)獨(dú)立的單元可能不切實(shí)際。在這種情況下，使用三軸加速度計(jì)等多軸振動(dòng)傳感器是理想的解決方案。三軸加速度計(jì)可以同時(shí)測(cè)量三個(gè)正交軸上的振動(dòng)，提供單個(gè)集成輸出以進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的相位分析。

結(jié)束語

加速度計(jì)采用各種傳感技術(shù)設(shè)計(jì)，每種技術(shù)對(duì)于利基測(cè)量應(yīng)用都有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。在設(shè)計(jì)新的測(cè)量系統(tǒng)時(shí)，我們需要確保傳感器收集正確的數(shù)據(jù)。我們只能通過了解每種技術(shù)和我們的測(cè)試要求才能實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，然后再做出正確的選擇。

一般來說，靜態(tài)或低頻加速度只能使用直流響應(yīng)加速度計(jì)來測(cè)量。 MEMS 電容式加速度計(jì)具有良好的信號(hào)穩(wěn)定性和低噪聲，是 OEM 制造商的理想低成本選擇。它們的測(cè)量范圍和測(cè)量帶寬受到限制。壓阻式加速度計(jì)提供寬帶寬和高 g 加速度測(cè)量能力，適用于沖擊測(cè)試和沖擊測(cè)試應(yīng)用

另一方面，用戶可以選擇直流響應(yīng)或交流響應(yīng)加速度計(jì)（例如電荷型壓電加速度計(jì)或 IEPE 加速度計(jì)）來測(cè)量動(dòng)態(tài)加速度或振動(dòng)。對(duì)于此應(yīng)用，選擇直流響應(yīng)或交流響應(yīng)加速度計(jì)取決于偏好問題。如果用戶需要在高溫環(huán)境下進(jìn)行測(cè)量，電荷式加速度計(jì)是唯一可行的選擇。電壓型 IEPE 加速度計(jì)由于其緊湊的尺寸以及與幾乎所有現(xiàn)代信號(hào)調(diào)節(jié)器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的直接接口，在其他應(yīng)用中更受歡迎。