مقياس التسارع الكوارتزي ومقياس التسارع ذو الحزمة الاهتزازية الكوارتزية في بعض جوانب مبادئ عملهما، لكنهما يختلفان اختلافًا جوهريًا في بنيتهما وطرق قياسهما. يعتمد كلاهما على مستشعرات مصنوعة من مادة الكوارتز، إلا أن تصميماتهما ومجالات تطبيقهما متباينة.
مقياس تسارع كوارتز
كما ذكرنا سابقاً، يعتمد مقياس التسارع الكوارتزي التأثير الكهروإجهادي لقياس التسارع. فعندما يتعرض بلور الكوارتز لتسارع أو قوة، فإنه يتعرض لتشوه طفيف، مما يولد شحنة كهربائية. وتُستخدم هذه التغيرات في الشحنة لقياس مقدار التسارع واتجاهه.
مبدأ التشغيل الأساسي:
- عندما يتسارع جسم ما، ينزاح هيكله الداخلي، الذي يتضمن نابضًا وكتلة. ويستشعر هذا الانزياح مستشعر كهرضغطية مثبت على مادة الكوارتز. ويتم تحويل استجابة الشحنة من بلورة الكوارتز إلى إشارة تسارع.
- ثم تتم معالجة هذه الإشارات وتحويلها إلى مخرجات قابلة للاستخدام (عادةً ما تكون إشارات جهد أو تيار).
مقياس تسارع شعاعي اهتزازي كوارتزي
مقياس التسارع ذو الحزمة المهتزة المصنوعة من الكوارتز وفقًا لمبدأ الحزمة المهتزة . ويستخدم عادةً حزمة مهتزة مصنوعة من الكوارتز (عادةً ما تكون حزمة كوارتز صغيرة) لاستشعار التسارع. يتغير تردد الحزمة المهتزة بتغير التسارع، ويمكن لنظام إلكتروني رصد هذا التغير.
يوضح الشكل 1 مبدأ العمل. تقوم دائرة الإثارة بتطبيق إثارة كهرضغطية على عارضة الكوارتز المهتزة، مما يؤدي إلى اهتزازها عند تردد رنينها. يحول كتلة الثقل التسارع الخارجي المُدخل إلى قوة محورية تؤثر على العارضة المهتزة. وبدمج خصائص القوة والتردد للعارضة المهتزة، يتغير تردد الرنين بتغيير صلابة العارضة. يُقاس فرق التردد بين العارضتين المهتزتين لتحديد مقدار واتجاه التسارع.
مبدأ التشغيل الأساسي:
- الشعاع المهتز : يحتوي مقياس التسارع على شعاع كوارتز ثابت يهتز بتردد معين. عند تطبيق تسارع على مقياس التسارع، تتغير حركة الشعاع ويتغير تردد اهتزازه.
- تغير التردد : يتناسب تردد اهتزاز العارضة طرديًا مع التسارع المطبق. ومع تغير التسارع، يتسبب تشوه العارضة المهتزة في تغير تردد اهتزازها، والذي يتم رصده وتحويله بواسطة الدائرة الإلكترونية لحساب التسارع.
- طريقة القياس : تتميز مقاييس التسارع ذات الحزمة المهتزة المصنوعة من الكوارتز عادةً بحساسية واستقرار عاليين، مما يجعلها مناسبة لقياسات التسارع عالية الدقة.
الاختلافات الرئيسية:
| ميزة | مقياس تسارع كوارتز | مقياس تسارع شعاعي اهتزازي كوارتزي |
|---|---|---|
| مبدأ التشغيل | يعتمد على التأثير الكهروإجهادي لبلورات الكوارتز، للكشف عن تغير الشحنة | يعتمد على مبدأ الشعاع المهتز، الكشف عن تغيرات التردد |
| عنصر الاستشعار | بلورة الكوارتز (باستخدام التأثير الكهروإجهادي) | شعاع الكوارتز (مبدأ الشعاع المهتز) |
| إشارة الخرج | تغير الشحنة (يتحول إلى إشارة كهربائية) | تغير التردد (يتحول إلى إشارة تسارع) |
| مجال التطبيق | تُستخدم عمومًا لقياس التسارع عالي الدقة ومنخفض التردد | أكثر ملاءمة للقياسات عالية الدقة، وذات النطاق الديناميكي الواسع، والحساسة للتردد |
| استقرار | ثبات حراري ممتاز ومقاومة للتداخل | كما أنها تتمتع بثبات عالٍ، وهي مناسبة بشكل خاص لقياس التغيرات الصغيرة |
ملخص:
- مقياس التسارع الكوارتزي بشكل أساسي على التأثير الكهروإجهادي ، حيث يستشعر التسارع عن طريق قياس تغيرات الشحنة في بلورة الكوارتز. وهو مناسب لقياسات التسارع العامة، وخاصة في نطاقات الترددات المنخفضة.
- مقياس التسارع ذو الحزمة المهتزة الكوارتزية على مبدأ الحزمة المهتزة ، حيث يحسب التسارع عن طريق قياس تغيرات التردد في حزمة الكوارتز. يتميز هذا المقياس بحساسية عالية، وهو مثالي للتطبيقات التي تتطلب دقة أكبر واستجابة ترددية واسعة.
على الرغم من اختلافهما في المبادئ والبنية والتطبيق، إلا أن كليهما يعتمد على الخصائص الفريدة لمواد الكوارتز لتحقيق قياس تسارع عالي الدقة.
