مقياس التسارع هو مستشعر يحول معلومات التسارع إلى إشارات كهربائية. يتكون عادة من كتلة جماعية ، وآلية التخميد ، والجسم المرن ، وعنصر الاستشعار ، ومكونات تصحيح الأخطاء.
مبدأ
أثناء تسارع المستشعر والكائن الذي يتم قياسه ، يتم قياس القوة بالقصور الذاتي على الكتلة ، ويتم حساب قيمة التسارع باستخدام الصيغة A = FMA = \ frac {f} {m} a = mf (Newton's Second قانون).
الأنواع (بناءً على عناصر الاستشعار)
- مقياس التسارع الكهروضوئي
- مقياس التسارع بالسعة
- إجهاد مقياس التسارع
- مقياس التسارع piezoresistive
- مقياس التسارع الاستقرائي
- مقياس التسارع المؤازر
مقياس التسارع الكهروضوئي
مقياس التسارع الكهروضوئي (مقياس التسارع الكهروضوئي):
المبدأ: يستخدم التأثير الكهروإجهادي للسيراميك الكهروضوئي أو بلورات الكوارتز. عندما يتحرك مقياس التسارع ، يتم تطبيق القوة على العنصر الكهروضوئي بواسطة تغيير الكتلة ، مما تسبب في تشوه السيراميك الكهربي أو الكوارتز لتشويه وتوليد إشارة كهربائية. تتناسب الإشارة الكهربائية مع التسارع ، مما يشير إلى تغييرات في التسارع. ملاحظة: يجب أن يكون تردد الاهتزاز للكائن المقاس أقل بكثير من تردد الرنين في مقياس التسارع.
المزايا : الحساسية العالية ، نسبة الإشارة إلى الضوضاء العالية ، نطاق ديناميكي كبير ، نطاق تردد واسع ، بنية بسيطة ، تسهيل التثبيت ، عمر طويل.
العيوب : تردد رنين عالي ، عرضة للتداخل السليم ؛ مقاومة الإخراج عالية ، إشارة الخرج الضعيفة ، والتي تتطلب دوائر التضخيم للكشف.
piezoelectric-type-type eepe profile profile
مقياس التسارع السعوي MEMS
مقياس التسارع بالسعة (مقياس التسارع السعوي المتغير):
المبدأ: بناءً على مبدأ السعة ، حيث تتغير المسافة بين الأقطاب الكهربائية. يتم إصلاح قطب قطبي واحد ، في حين أن الآخر هو حاجز مرن. تحت القوى الخارجية (على سبيل المثال ، ضغط الهواء ، الضغط الهيدروليكي) ، يتحرك الحجاب الحاجز ، مما يسبب تغيير في السعة. يمكن لهذا النوع من المستشعر قياس سرعة الاهتزاز (التسارع) في الهواء أو التدفق السائل ويمكن أيضًا قياس الضغط.
مقياس التسارع السعوي المتغير MEMS:
المبدأ: يتكون العنصر الحساس من ثلاثة رقائق سيليكون أحادية البلورة مرتبطة ببعضها البعض. تشكل الرقاقات العلوية والسفلية قطبين ثابتتين ، في حين أن الرقاقة الوسطى ، محفورة كيميائيًا لتشكيل غشاء مرن يدعم الكتلة المركزية الصلبة ، بمثابة العنصر الحساس. يحدد سمك الغشاء نطاق المستشعر. الثقوب الصغيرة محفورة في الغشاء. بينما يتحرك الغشاء مع الكتلة ، يتدفق الهواء عبر الثقوب ، ويوفر قوة التخميد. يولد التغيير في السعة تباينًا حاليًا يشير إلى التسارع.
المزايا : خصائص جيدة للتردد ، حساسية عالية ، قابلية للتكيف البيئي الممتازة ، تأثير درجة الحرارة الحد الأدنى. مناسبة لقياس كل من تسارع الحالة الديناميكية والثابتة ، والقياسات المنخفضة التردد المنخفضة ، ويمكن أن تتسامح مع الصدمات عالية G.
العيوب : العلاقة غير الخطية للإدخال والمخرجات ، والمعاوقة العالية للإخراج ، وسعة الحمل الضعيفة ، تتأثر بشكل كبير بحركة الكبل.
التطبيقات : اختبار التسارع وتباطاع في المصاعد ، واختبار الرفرفة على الطائرات ، وإطلاق اختبارات الطيران للمركبة الفضائية ، ولا يمكن تعويضها في حقول مثل الوسائد الهوائية والأجهزة المحمولة.
إجهاد مقياس التسارع
إجهاد مقياس التسارع:
المبدأ: يتم إصلاح الكتلة الكتلة في أحد طرفي شعاع ناتئ ، مع الطرف الآخر ثابت إلى قاعدة المستشعر. يتم إرفاق جانبي شعاع الكابولي مع مقاييس الإجهاد ، وتشكيل جسر Wheatstone. تمتلئ المحيطة بكتلة الكتلة واللابقين بسائل التخميد (على سبيل المثال ، زيت السيليكون) لتوليد قوة التخميد اللازمة. تتسبب حركة الكائن الذي يتم قياسه في تحريك المستشعر ، وتنقل القاعدة حركة الكتلة عبر شعاع الكابولي. تشوه القوة بالقصور الذاتي الكابولي ، مما تسبب في تغيير في مقاومة أجهزة قياس الإجهاد. تحت الإثارة المستمرة ، يولد جسر Wheatstone إشارة خرج الجهد تتناسب مع التسارع ، مما يشير إلى قيمة التسارع.
المزايا : الدقة العالية ، نطاق قياس واسع ، بنية بسيطة ، استجابة للتردد الجيد ، التصغير السهل والتكامل.
العيوب : عدم الخطية الكبير للسلالات العالية ، إشارة الخرج الضعيفة التي تتطلب تعويضًا ؛ دقة قياس أعلى تؤدي إلى زيادة الهشاشة.
مقياس التسارع piezoresistive
مقياس التسارع piezoresistive:
المبدأ: استنادًا إلى التأثير piezoresistive لمواد أشباه الموصلات (السيليكون أحادي البلورة) ، يتم حفر المكونات الأساسية (الكتلة الكتلة ، شعاع الكابولي ، والقوس) من رقاقة من السيليكون البلوري ، وتنتشر المقاومات في قاعدة شعاع الكابولي لتشكيل جسر ويتستون.
المزايا : مقاومة الإخراج المنخفض ، ومستوى إشارة الخرج العالي ، والضوضاء الجوهرية المنخفضة ، وحساسية منخفضة للتداخل الكهرومغناطيسي والكهربائي ، وتكييف إشارة سهلة ؛ الحد الأدنى من الصفر الانجراف تحت تسارع صدمة عالية. نطاق تردد واسع.
العيوب : حساسية منخفضة ، آثار كبيرة في درجة الحرارة.
التطبيقات : مدمجة في مختلف الدوائر التناظرية والرقمية ، وتستخدم على نطاق واسع في قياس الاهتزاز والصدمة ، ودراسات الرفرفة ، وما إلى ذلك ، مثل اختبارات تصادم السيارات ، ومعدات الاختبار ، ومراقبة الاهتزاز.
مقياس التسارع الاستقرائي
قياس التسارع الاستقرائي:
المبدأ: استنادًا إلى الحث الكهرومغناطيسي ، تتحرك كتلة كتلة المستشعر داخل الملف ، وتغيير الحث الذاتي أو الحث المتبادل لللف ، الذي يتم تحويله بعد ذلك إلى جهد أو تغيير تيار بواسطة دائرة القياس ، مما يشير إلى تغييرات في التسارع.
المزايا : بنية بسيطة ، تشغيل موثوق ، دقة قياس عالية ، نقطة صفر مستقرة ، طاقة إخراج عالية نسبيا.
العيوب : الحساسية والخطية ونطاق القياس مترابطون ؛ يرتبط دقة المستشعر بمدى القياس. ينتج عن نطاق قياس كبير أقل دقة ، والعكس صحيح ؛ يتطلب استقرار عالية من تواتر الإثارة والسعة. استجابة التردد الخاصة بالمستشعر منخفضة ، مما يجعلها غير مناسبة للقياسات الديناميكية عالية السرعة.
مقياس التسارع المؤازر
مقياس التسارع المؤازر:
المبدأ: يتكون نظام اهتزاز المستشعر من نظام "MK" ، على غرار مقياس التسارع القياسي ، ولكن مع ملف كهرومغناطيسي متصل بكتلة الكتلة. عندما يتم تطبيق إدخال التسارع على القاعدة ، تنحرف الكتلة من موضع التوازن. يتم اكتشاف هذا الإزاحة بواسطة مستشعر إزاحة ، يتضخم بواسطة مضخم مضاعف ، ويتم تحويله إلى إخراج تيار. يتدفق هذا التيار عبر الملف الكهرومغناطيسي في حقل مغناطيسي دائم ، مما يولد قوة استعادة تحاول إعادة الكتلة إلى وضعها في التوازن الأصلي ، تعمل في حالة حلقة مغلقة.
المزايا : نظام اختبار الحلقة المغلقة مع أداء ديناميكي ممتاز ونطاق ديناميكي كبير وخطي جيد. يعمل إجراء التغذية المرتدة على تعزيز مقاومة التداخل ، ويحسن دقة القياس ، ويوسع نطاق القياس. تستخدم تقنية التسارع المؤازرة على نطاق واسع في أنظمة التنقل والإرشاد بالقصور الذاتي ، بالإضافة إلى قياس الاهتزاز عالي الدقة والمعايرة.
العيوب : تكلفة عالية.
المؤشرات الفنية
تنقسم مؤشرات التشغيل الأولية للمستشعرات إلى استجابة فعالة واستجابة زائفة .
استجابة فعالة : استجابة المستشعر في اتجاه المحور الحساس بسبب الاهتزاز الميكانيكي أو إدخال الصدمة. هذه الاستجابة مطلوبة لقياس البيانات الموثوق بها.
استجابة زائفة : استجابة المستشعر الناتجة عن عوامل مادية أخرى موجودة أثناء قياس الاهتزازات الميكانيكية أو الصدمات. تتداخل هذه الاستجابة مع القياس الصحيح وغير مرغوب فيها.
الاستجابة الفعالة المؤشرات الفنية الرئيسية : الحساسية ، استجابة التردد السعة ، والاستجابة التردد الطور ؛ عدم الخطي.
الاستجابة الزائفة المؤشرات الفنية الرئيسية : استجابة درجة الحرارة ، حساسية درجة الحرارة العابرة ، الحساسية العرضية ، حساسية الحركة الدورانية ، حساسية السلالة الأساسية ، الحساسية المغناطيسية ، حساسية عزم الدوران التثبيت ، والاستجابة للبيئات الخاصة.
اختيار المستشعر
ينصب التركيز الأساسي على المؤشرات التالية:
- نوع المستشعر
- يتراوح
- حساسية
- عرض تردد التردد النطاق الترددي
- وزن
