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IEPE输出型压电加速度计

添加人:admin 发布时间:2018/5/2 7:06:02 来源:中国传感器网

1. 概述 压电式传感器是利用弹簧质量系统原理。敏感芯体质量受振动加速度作用后产生一个与加速度成正比的力,压电材料受此力作用后沿其表面形成与这一力成正比的电荷信号(压电晶体的正压电效应)。压电式加速度传感器具有结构简单、敏感件无源、无活动部件、刚度大、动态范围宽、频响宽、工作可靠、安装方便等一系列优点,目前已成为冲击振动测量技术中使用广泛的一种传感器。是被最为广泛使用的振动测量传感器压电式加速度传感器。 内装IEPE压电式传感器是机电一体化的测量传感器。它将传统的压电传感器与电荷放大器集合为一体,输出与被测机械量成正比的低阻电压信号,直接进入读数、显示、记录仪表。除了能带来使用方便、操作简化的优越性外,还有如下优点: ●低阻抗输出允许在恶劣环境中使用超长电缆传输信号;适合远距离测量。 ●作为二线制系统,能适配通用的廉价的同轴电缆或双芯电缆; ●噪声小,抗干扰能力强,适合长期监测。 ●归一化输出,不用单独设置灵敏度,互换性好,适合多点集群式测量。 ●低阻抗的电压输出与通用的读数、记录、处理仪器相兼容匹配; ●体积小、刚度大、频响宽、灵敏度高 IEPE压电式加速度计通过装在传感器内部的前置放大器将压电加速度传感器输出的电荷量转换成低阻抗的电压值。IEPE 型传感器通常为二线输出形式,即采用恒流源供电;供电和信号使用同一根线。通常直流电部分在恒流源的输出端通过高通滤波器滤去。IEPE 型传感器的最大优点是测量信号质量好、噪声小、抗外界干扰能力强和远距离测量,特别是新型的数采系统很多已配备恒流源接口,因此,IEPE 传感器能与数采系统直接相连而不需要任何其它二次仪表。在振动测试中IEPE 传感器已逐渐取代传统的电荷输出型压电加速度计。 2. 工作原理 2.1. 压电效应 某些晶体,当沿着一定方向作用力时,其内部会产生极化现象,同时在两个表面产生符号相反的电荷;当去掉外力时,又恢复到不带电状态;当作用力改变,电荷的极性也随之改变,晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比,上述现象为正压电效应。反之,如对晶体施加一交变电场,晶体本身将产生机械变形,这种现象称为逆压电效应。 压电式加速度传感器一般是利用正电压效应原理。其工作原理简图如下: 晶体 振 动 + - 底座 图一:压电加速度计原理 由上图可知,这是一个典型的惯性式传感器,压电加速度传感器的敏感芯体一般由压电晶体和附加质量块组成,由牛顿定律F = Ma可知,当质量块受到加速度作用后便转换成一个与加速度成正比并加载到压电材料上的力。利用晶体材料在承受一定方向的应力或形变时,其极化面会产生与应力相应的电荷,在电元件表面产生的电荷正比于使用力,因此有Q = d f。其中,Q为电荷量,d为压电元件的压电常数,f为作用力。 用适当的测试系统检测出电荷量即可实现对振动加速度的测量。 F=ma 其中m为质量,a为加速度 将此公式带入上式,在晶体的两端即可得到与加速度成正比的电荷量,这就实现了加速度的测量。 为提高环境性能,国际上大都使用先进的剪切敏感原理。 2.2IEPE电路工作原理: IEPE电路实际上就是采用恒流源供电的微型电荷放大器。 其等效电路如下: 图二:电荷放大器原理 Q——电荷源 C1——敏感件电容 C2——放大器反馈电容 R——放大器反馈电阻 A——运放的开环增益 因此电荷放大器实际上是一个具有深度负反馈的高增益运放。 为防止传感器在实际现场测量时地回路干扰,我们可以在其内部对敏感件及电路进行了隔离悬浮处理,这样,传感器的外壳仅是一个屏蔽外壳直接接地回路,从结构设计上保证减少地回路影响。 由于二线制恒电流电压源供电,其输出是一带直流偏置的交流动态信号,其直流偏置电压为11VDC±1.5V(可根据客户要求),这样在不感受振动加速度时传感器亦应有11VDC±1.5V的直流电压(零点输出),以此为参考点,其交流输出幅度为±5Vp。 3. 使用方法及注意事项 正确使用和安装加速度计,将有助于提高测试精度和可靠性。 3.1 螺栓安装: 3.1.1传感器的底座与被测物体的表面要完全紧密的接触。在他们之间涂一层薄薄的硅脂,可以提高传感器的高频性能。 3.1.2.按传感器合格证上推荐安装力矩安装传感器,不要超限,否者会造成螺栓断裂,损坏传感器。 3.1.3.必须保证螺栓的长度合适,螺栓不能顶到传感器安装螺纹的底端,否者会对传感器产生应力,导致输出错误。 由于传感器安装底端面光洁度、平面度均<1.6μm,所以要求被测构件与传感器结合面应具有一定的光洁度及平整度,以保证安装面及构件的结合面刚性接触,有效地保证传感器的频响特性。 3.2 粘接剂安装 3.2.1.传感器与被测物体之间的粘合剂越多,传导性就越差,会延迟固化时间以及在传感器周围造成堆积,小的点胶可以达到精密附着。 3.2.2.拆除用粘合剂粘合的传感器应该使用溶剂去软化粘合剂,减少胶的剪切力,使传感器不要受到冲击。 3.2.3.使用不同的粘合剂时,必须评估这种粘合剂的使用频率和幅度范围以及传感器的重量。 3.2.4.对于极端温度,可以使用市面上的高温或低温粘合剂。 3.2.5.粘合剂硬化之后的硬度对整个系统的测试性能起到很关键的作用。 3.2.6.使用粘接剂之前要对被测物体的表面进行清洁处理。同时要注意安装过程中粘接剂的凝固时间。 3.3磁座安装 3.3.1.传感器与磁座之间以及磁座与被测物体之间涂上薄薄的硅脂可以改善高频响应。 3.3.2.隔离型的磁座可以实现传感器与被测物体之间的电气绝缘 3.3.3.马蹄形磁座可以进行弯曲表面的振动测试,不过频率范围与表面半径曲率成正比地减小。 3.3.4.磁座和传感器链接后,将传感器滚动移动到被测物体上,避免快速紧扣连接,否者会产生大冲击,这个冲击会损坏传感器芯片或者是里面的电子元器件。 3.4 传感器极性 敏感轴为中心轴,感受轴向为沿安装螺孔M6的上下振动冲击。极性是指安装面指向传感器本体方向,输出为正。 3.5传感器的测试方法 典型IEPE传感器测试系统一: YMCIEPE传感器内置微型电荷放大器,需要2-10mA,18-30VDC的恒流电源供电。YMC的IEPE传感器信号调理器不仅为IEPE传感器提供适当的恒流电源,还可以去除IEPE传感器输出信号的偏置电压,并指示IEPE传感器连接情况。 典型IEPE传感器测试系统二: 传感器激励电源及中心偏置电压: YMCIEPE加速度计的中心偏置电压正常设置在11V±1VDC,为确保传感器的动态范围不小于±5Vp,通常为传感器供电的激励电压范围为+18VDC~+28VDC;激励电流2~10mA均可正常工作;在长电缆工作状态下,建议提高激励电流值,以增大驱动能力,避免和减少信号传输过程的衰减;(可定制特殊要求的中心偏置电压) 在某些场合,如手持式分析仪,提供的激励电压较低,必须事先与我们联系,以降低中心偏置电压,确保信号的完整性。可提供激励电压低至5VDC的IEPE传感器(如:YMC152A100)。需要注意的是,激励电压的高低和中心电位的设置,直接影响到IEPE传感器的输出动态范围,也影响到传感器的最大测试量程; 3.7产品的安全、使用和维护须同时严格遵守GB3836.13-1997“爆炸性气体环境用电气设备第13部分:爆炸性气体环境用电气设备的检修”、GB3836.15-2000“爆炸性气体环境用电气设备第15部分:危险场所电气安装(煤矿除外)”、GB3836.16-2006“爆炸性气体环境用电气设备第16部分:电气装置的检查和维护(煤矿除外)”和GB50257:1996“电气装置安装工程爆炸和火灾危险环境电气装置施工及验收规范”的有关规定。 3.7 输出方式检查:接线后,加电源,测输出端的直流偏置电压,应符合11VDC±1V为正常。 3.8 使用步骤: 检查 安装 紧固 接线 模拟、敲击、观察 使用 3.9 友情提醒 YMCIEPE传感器是一种高可靠性和稳定性的工业检测型加速度计;根据国家相关标准和检定规程,建议每年对传感器的灵敏度进行一次例行校准,重大试验前进行检定;可选择计量部门或生产厂用比较法进行检定。 3.10 用户不得自行随意拆卸、更换产品的电气元件。正确使用和安装加速度计,将有助于提高测试精度和可靠性。 4. 成套性(装箱单) 4.1. YMC加速度计: 1只 4.2. 信号输出电缆: 1根 (线质、长度可根据要求确定) 4.3. 安装螺栓 1只 4.4. 产品合格证 1份 4.5. 使用说明书 1份

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