Ein Beschleunigungsmesser ist ein Sensor, der Beschleunigungsinformationen in elektrische Signale umwandelt. Es besteht typischerweise aus einem Masseblock, einem Dämpfungsmechanismus, einem elastischen Körper, einem Sensorelement und Debugging-Komponenten.
Prinzip
Während der Beschleunigung des Sensors und des gemessenen Objekts wird die auf den Massenblock wirkt Gesetz).
Typen (basierend auf Erfassungselementen)
- Piezoelektrisches Beschleunigungsmesser
- Kapazitiver Beschleunigungsmesser
- Beschleunigungsmesser der Dehnungsanzeige
- Piezoresistiver Beschleunigungsmesser
- Induktiver Beschleunigungsmesser
- Servo Beschleunigungsmesser
Piezoelektrisches Beschleunigungsmesser
Piezoelektrisches Beschleunigungsmesser (piezoelektrisches Beschleunigungsmesser):
Prinzip: Verwendet den piezoelektrischen Effekt von piezoelektrischen Keramik oder Quarzkristallen. Wenn sich das Beschleunigungsmesser bewegt, ändert sich die auf das piezoelektrische Element angewendete Kraft, wodurch der piezoelektrische Keramik- oder Quarzkristall ein elektrisches Signal verformt und erzeugt wird. Das elektrische Signal ist proportional zur Beschleunigung und weist auf Änderungen der Beschleunigung hin. Hinweis: Die Schwingungsfrequenz des gemessenen Objekts sollte viel niedriger sein als die Resonanzfrequenz des Beschleunigungsmessers.
Vorteile : Hohe Empfindlichkeit, hohes Signal-Rausch-Verhältnis, großer Dynamikbereich, breiter Frequenzbereich, einfache Struktur, einfache Installation, lange Lebensdauer.
Nachteile : hohe Resonanzfrequenz, anfällig für Schallmischung; Hohe Ausgangsimpedanz, schwaches Ausgangssignal, das Verstärkungsschaltungen zur Erkennung erfordert.
Piezoelektrisches Iepe-Beschleunigungsmesserprofil vom Typ Schertyp
MEMS -Kapazitive Beschleunigungsmesser
Kapazitiver Beschleunigungsmesser (variabler kapazitiver Beschleunigungsmesser):
Prinzip: Basierend auf dem Kapazitätsprinzip, bei dem sich der Abstand zwischen den Elektroden ändert. Eine Elektrode ist fixiert, die andere ist ein flexibler Membran. Unter externen Kräften (z. B. Luftdruck, Hydraulikdruck) bewegt sich das Zwerchfell, was zu einer Änderung der Kapazität führt. Diese Art von Sensor kann die Schwingungsgeschwindigkeit (Beschleunigung) im Luft- oder Flüssigkeitsstrom messen und auch den Druck messen.
MEMS variable kapazitive Beschleunigungsmesser:
Prinzip: Das empfindliche Element besteht aus drei miteinander verbundenen monokristallinen Siliziumwafern. Die oberen und unteren Wafer bilden zwei feste Elektroden, während der mittlere Wafer, der chemisch so eingraviert ist, dass sie eine flexible Membran bilden, die eine starre zentrale Masse stützt, als empfindliches Element fungiert. Die Dicke der Membran bestimmt den Bereich des Sensors. Kleine Löcher sind in der Membran geätzt. Während sich die Membran mit der Masse bewegt, fließt Luft durch die Löcher und sorgt für Dämpfungskraft. Die Änderung der Kapazität erzeugt eine aktuelle Variation, die die Beschleunigung anzeigt.
Vorteile : Gute Niederfrequenzeigenschaften, hohe Empfindlichkeit, hervorragende Umweltanpassungsfähigkeit, minimaler Temperatureffekt. Geeignet, um sowohl dynamische als auch stationäre Beschleunigungen zu messen, niedrige Frequenzmessungen mit niedrigem G-G-Messungen und mit hohen G-Schocks zu tolerieren.
Nachteile : Nichtlineare Input-Output-Beziehung, hohe Ausgangsimpedanz, schlechte Belastungskapazität, signifikant beeinträchtigt durch die Kabelkapazität.
Anwendungen : Beschleunigung und Verzögerungstests in Aufzügen, Flatter -Tests an Flugzeugen, Start- und Flugtests von Raumfahrzeugen, unersetzlich in Feldern wie Airbags und mobilen Geräten.
Beschleunigungsmesser der Dehnungsanzeige
Beschleunigungsmesser der Dehnungsanzeige:
Prinzip: Der Massenblock ist an einem Ende eines Auslegerstrahls fixiert, wobei das andere Ende an der Sensorbasis befestigt ist. Beide Seiten des Auslegerbalkens sind mit Dehnungsmessgeräten befestigt und bilden eine Weizensteinbrücke. Die Umgebung des Massenblocks und des Auslegers ist mit Dämpfungsflüssigkeit (z. B. Silikonöl) gefüllt, um die notwendige Dämpfungskraft zu erzeugen. Die Bewegung des gemessenen Objekts bewirkt, dass sich der Sensor bewegt, und die Basis überträgt die Bewegung über den Ausleger Strahl an den Massenblock. Die Trägheitskraft verformt den Ausleger, was zu einer Änderung des Widerstands der Dehnungsmessgeräte führt. Bei konstanter Anregung erzeugt die Weizensteinbrücke ein Spannungsausgangssignal, das proportional zur Beschleunigung ist und den Beschleunigungswert anzeigt.
Vorteile : hohe Präzision, breitem Messbereich, einfache Struktur, guter Frequenzgang, einfache Miniaturisierung und Integration.
Nachteile : große Nichtlinearität für hohe Stämme, ein schwaches Ausgangssignal, das eine Kompensation erfordert; Eine höhere Messgenauigkeit führt zu einer erhöhten Fragilität.
Piezoresistiver Beschleunigungsmesser
MEMS Piezoresistive Beschleunigungsmesser:
Prinzip: Basierend auf der piezoresistiven Wirkung von Halbleitermaterial Eine Weizensteinbrücke.
Vorteile : Niedrige Ausgangsimpedanz, hoher Ausgangssignalpegel, niedriges intrinsisches Rauschen, niedrige Empfindlichkeit gegenüber elektromagnetischen und elektrostatischen Interferenzen, einfache Signalkonditionierung; minimale Nulldrift unter hoher Schockbeschleunigung; breites Frequenzband.
Nachteile : Niedrige Empfindlichkeit, signifikante Temperatureffekte.
Anwendungen : In verschiedene analoge und digitale Schaltungen integriert, die bei Vibrations- und Schockmessungen, Flutterstudien usw. häufig verwendet werden, wie z. B. Autounfalltests, Testgeräte und Vibrationsüberwachung.
Induktiver Beschleunigungsmesser
Messung der induktiven Beschleunigungsmesser:
Prinzip: Basierend auf der elektromagnetischen Induktion bewegt sich der Massenblock des Sensors innerhalb einer Spule und ändert die Selbstinduktivität oder die gegenseitige Induktivität der Spule, die dann durch den Messkreis in eine Spannung oder Stromänderung umgewandelt wird, was auf Änderungen der Beschleunigung hinweist.
Vorteile : Einfache Struktur, zuverlässiger Betrieb, Genauigkeit mit hoher Messung, stabiler Nullpunkt, relativ hohe Ausgangsleistung.
Nachteile : Empfindlichkeit, Linearität und Messbereich sind voneinander abhängig; Die Auflösung des Sensors hängt mit dem Messbereich zusammen. Ein großer Messbereich führt zu einer geringeren Auflösung und umgekehrt. erfordert eine hohe Stabilität der Anregungsfrequenz und -amplitude; Der eigene Frequenzgang des Sensors ist niedrig, was ihn für dynamische Hochgeschwindigkeitsmessungen ungeeignet macht.
Servo Beschleunigungsmesser
Servo Beschleunigungsmesser:
Prinzip: Das Schwingungssystem des Sensors besteht aus einem „MK“ -System, ähnlich einem Standardbeschleunigungsmesser, jedoch mit einer elektromagnetischen Spule, die am Massenblock befestigt ist. Wenn die Beschleunigungseingabe auf die Basis angewendet wird, weicht der Massenblock von der Gleichgewichtsposition ab. Diese Verschiebung wird durch einen Verschiebungssensor erkannt, der durch einen Servoverstärker verstärkt und in einen Stromausgang umgewandelt wird. Dieser Strom fließt in einem permanenten Magnetfeld durch die elektromagnetische Spule und erzeugt eine Wiederherstellungskraft, die versucht, den Massenblock zurück in seine ursprüngliche Gleichgewichtsposition zu bringen und in einem Zustand mit geschlossenem Schleife zu arbeiten.
Vorteile : Ein Testsystem mit geschlossenem Kreislauf mit hervorragender dynamischer Leistung, großer Dynamikbereich und guter Linearität. Die Rückkopplungswirkung verbessert die Resistenz gegen Interferenz, verbessert die Messgenauigkeit und erweitert den Messbereich. Die Servo-Beschleunigungsmessertechnologie wird in Trägheitsnavigations- und Leitsystemen sowie in der Messung und Kalibrierung mit hoher Präzisionsvibrationen häufig eingesetzt.
Nachteile : hohe Kosten.
Technische Indikatoren
Die primären Betriebsindikatoren für Sensoren werden in eine effektive Reaktion und falsche Reaktion .
Effektive Reaktion : Die Reaktion des Sensors in Richtung der empfindlichen Achse aufgrund der mechanischen Schwingung oder des Schockeingangs. Diese Antwort ist für eine zuverlässige Datenmessung erwünscht.
Störreaktion : Die Reaktion des Sensors, die durch andere physikalische Faktoren verursacht wird, während mechanische Schwingungen oder Schocks gemessen werden. Diese Antwort beeinträchtigt die korrekte Messung und ist unerwünscht.
Effektive technische Indikatoren für effektive Antwort : Empfindlichkeit, Amplitudenfrequenzantwort und Phasenfrequenzantwort; Nichtlinearität.
Spuriode Reaktion Haupttechnische Indikatoren : Temperaturreaktion, Transientenempfindlichkeit, Querempfindlichkeit, Rotationsbewegungsempfindlichkeit, Basisdehnungsempfindlichkeit, Magnetempfindlichkeit, Installationsdrehmomentemomentempfindlichkeit und Reaktion auf spezielle Umgebungen.
Sensorauswahl
Der Hauptaugenmerk liegt auf den folgenden Indikatoren:
- Sensortyp
- Reichweite
- Empfindlichkeit
- Frequenzgangbandbreite
- Gewicht
