Quarz -Beschleunigungsmesser und Quarz-Schwingungsbalken-Beschleunigungsmesser weisen zwar einige Ähnlichkeiten in ihren Funktionsprinzipien auf, unterscheiden sich jedoch grundlegend in ihrer Struktur und ihren Messmethoden. Beide basieren auf Sensoren aus Quarzmaterial, ihre Bauweise und Anwendungsgebiete sind jedoch verschieden.
Quarz-Beschleunigungsmesser
Wie bereits erwähnt, nutzt der Quarz-Beschleunigungsmesser primär den piezoelektrischen Effekt zur Beschleunigungsmessung. Wird ein Quarzkristall beschleunigt oder einer Kraft ausgesetzt, erfährt er eine leichte Verformung, wodurch eine elektrische Ladung entsteht. Diese Ladungsänderungen werden genutzt, um Betrag und Richtung der Beschleunigung zu messen.
Grundlegendes Funktionsprinzip:
- Beschleunigt ein Objekt, dehnt sich die innere Struktur, bestehend aus einer Feder und einem Massenblock, aus. Diese Auslenkung wird von einem am Quarzmaterial angebrachten piezoelektrischen Sensor erfasst. Die Ladungsänderung des Quarzkristalls wird in ein Beschleunigungssignal umgewandelt.
- Diese Signale werden dann verarbeitet und in nutzbare Ausgänge (üblicherweise Spannungs- oder Stromsignale) umgewandelt.
Quarz-Schwingstrahl-Beschleunigungsmesser
Der Quarz-Schwingbalken-Beschleunigungsmesser basiert auf dem Prinzip des Schwingbalkens . Er verwendet typischerweise einen Schwingbalken aus Quarzmaterial (meist einen kleinen Quarzbalken) zur Beschleunigungsmessung. Die Frequenz des Schwingbalkens ändert sich mit der Beschleunigung, und diese Änderung kann von einem elektronischen System erfasst werden.
Das Funktionsprinzip ist in Abbildung 1 dargestellt. Die Erregerschaltung regt den Quarz-Schwingbalken piezoelektrisch an und versetzt ihn so in Schwingung bei seiner Resonanzfrequenz. Der Massenblock wandelt die externe Beschleunigung in eine axiale Kraft um, die auf den Schwingbalken wirkt. Durch die Kombination der Kraft-Frequenz-Kennlinie des Schwingbalkens wird dessen Resonanzfrequenz durch Änderung der Steifigkeit des Balkens verschoben. Die Frequenzdifferenz zwischen den beiden Schwingbalken wird gemessen, um Betrag und Richtung der Beschleunigung zu bestimmen.
Grundlegendes Funktionsprinzip:
- Schwingbalken : Der Beschleunigungsmesser enthält einen feststehenden Quarzbalken, der mit einer bestimmten Frequenz schwingt. Wird der Beschleunigungsmesser beschleunigt, ändert die Bewegung des Balkens seine Schwingungsfrequenz.
- Frequenzänderung : Die Schwingungsfrequenz des Balkens ist proportional zur aufgebrachten Beschleunigung. Ändert sich die Beschleunigung, so bewirkt die Verformung des schwingenden Balkens eine Änderung seiner Schwingungsfrequenz. Diese Änderung wird von der elektronischen Schaltung erfasst und zur Berechnung der Beschleunigung genutzt.
- Messmethode : Quarz-Schwingbalken-Beschleunigungsmesser bieten typischerweise eine hohe Empfindlichkeit und Stabilität und eignen sich daher für hochpräzise Beschleunigungsmessungen.
Hauptunterschiede:
| Besonderheit | Quarz-Beschleunigungsmesser | Quarz-Schwingstrahl-Beschleunigungsmesser |
|---|---|---|
| Funktionsprinzip | Auf der Grundlage des piezoelektrischen Effekts von Quarzkristallen, Detektion von Ladungsänderungen | Auf dem Prinzip des schwingenden Balkens basierend, werden Frequenzänderungen erfasst |
| Sensorelement | Quarzkristall (unter Nutzung des piezoelektrischen Effekts) | Quarzstrahl (Schwingungsbalkenprinzip) |
| Ausgangssignal | Ladungsänderung (umgewandelt in ein elektrisches Signal) | Frequenzänderung (umgewandelt in ein Beschleunigungssignal) |
| Anwendungsgebiet | Wird im Allgemeinen für hochpräzise, niederfrequente Beschleunigungsmessungen verwendet | Besser geeignet für hochpräzise Messungen mit großem Dynamikbereich und frequenzempfindlichen Messungen |
| Stabilität | Ausgezeichnete Temperaturstabilität und Störfestigkeit | Außerdem sehr stabil, besonders geeignet zur Messung kleiner Abweichungen |
Zusammenfassung:
- Der Quarz-Beschleunigungsmesser basiert primär auf dem piezoelektrischen Effekt und erfasst Beschleunigungen durch Messung von Ladungsänderungen im Quarzkristall. Er eignet sich für allgemeine Beschleunigungsmessungen, insbesondere im Niederfrequenzbereich.
- Der Quarz-Schwingbalken-Beschleunigungsmesser basiert auf dem Prinzip des Schwingbalkens und berechnet die Beschleunigung durch Messung der Frequenzänderungen im Quarzbalken. Er bietet eine höhere Empfindlichkeit und eignet sich ideal für Anwendungen, die eine höhere Präzision und einen breiten Frequenzgang erfordern.
Obwohl sie sich in ihren Prinzipien, ihrer Struktur und ihrer Anwendung unterscheiden, beruhen beide auf den einzigartigen Eigenschaften von Quarzwerkstoffen, um eine hochpräzise Beschleunigungsmessung zu erreichen.
