Bir ivmeölçer , ivme bilgilerini elektrik sinyallerine dönüştüren bir sensördür. Genellikle bir kütle blok, sönümleme mekanizması, elastik gövde, algılama elemanı ve hata ayıklama bileşenlerinden oluşur.
İlke
Sensörün hızlanması ve ölçülen nesnenin, kütle bloğuna etki eden atalet kuvveti ölçülür ve ivme değeri A = fma = \ frac {f} {m} {m} a = mf (Newton'un ikinci yasası) formülü kullanılarak hesaplanır.
Türler (algılama öğelerine dayalı)
- Piezoelektrik ivmeölçer
- Kapasitif ivmeölçer
- Gerinim ölçer ivmeölçer
- Piezoresistif ivmeölçer
- Endüktif ivmeölçer
- Servo ivmeölçer
Piezoelektrik ivmeölçer
Piezoelektrik ivmeölçer (piezoelektrik ivmeölçer):
Prensip: Piezoelektrik seramiklerin veya kuvars kristallerinin piezoelektrik etkisini kullanır. İvmeölçer hareket ettiğinde, kütle bloğu değişerek piezoelektrik elementine uygulanan kuvvet, piezoelektrik seramik veya kuvars kristalinin deforme olmasına ve bir elektrik sinyali üretmesine neden olur. Elektrik sinyali, hızlanmada değişiklikleri gösteren hızlanma ile orantılıdır. Not: Ölçülen nesnenin titreşim frekansı, ivmeölçerin rezonans frekansından çok daha düşük olmalıdır.
Avantajları : Yüksek hassasiyet, yüksek sinyal-gürültü oranı, büyük dinamik aralık, geniş frekans aralığı, basit yapı, kolay kurulum, uzun ömür.
Dezavantajlar : ses parazitine duyarlı yüksek rezonant frekans; Yüksek çıkış empedansı, zayıf çıkış sinyali, tespit için amplifikasyon devreleri gerektirir.
Piezoelektrik kesme tipi IEPE ivmeölçer profili
MEMS kapasitif ivmeölçer
Kapasitif ivmeölçer (değişken kapasitif ivmeölçer):
İlke: Elektrotlar arasındaki mesafenin değiştiği kapasitans prensibine dayanmaktadır. Bir elektrot sabitlenirken, diğeri esnek bir diyaframdır. Dış kuvvetler altında (örneğin, hava basıncı, hidrolik basınç), diyafram hareket ederek kapasitansta bir değişikliğe neden olur. Bu tip sensör, hava veya sıvı akışında titreşim hızını (ivme) ölçebilir ve ayrıca basıncı ölçebilir.
MEMS değişken kapasitif ivmeölçer:
Prensip: Hassas element, birbirine bağlanmış üç monokristalin silikon gofretinden oluşur. Üst ve alt gofretler iki sabit elektrot oluştururken, sert bir merkezi kütleyi destekleyen esnek bir membran oluşturmak için kimyasal olarak kazınmış orta gofret, hassas eleman olarak hareket eder. Membranın kalınlığı sensörün aralığını belirler. Membranda küçük delikler kazınmıştır. Membran kütle ile hareket ederken, hava deliklerden akar ve sönüm kuvveti sağlar. Kapasitanstaki değişiklik, ivmeyi gösteren bir akım varyasyonu üretir.
Avantajlar : İyi düşük frekanslı özellikler, yüksek hassasiyet, mükemmel çevresel uyarlanabilirlik, minimum sıcaklık etkisi. Hem dinamik hem de kararlı durum hızlanmalarını, düşük frekanslı düşük G ölçümlerini ölçmek için uygundur ve yüksek G şoklarını tolere edebilir.
Dezavantajları : Doğrusal olmayan giriş-çıktı ilişkisi, yüksek çıkış empedansı, zayıf yük kapasitesi, kablo kapasitansından önemli ölçüde etkilenir.
Uygulamalar : Asansörlerde ivme ve yavaşlama testi, uçaklarda çırpınma testi, uzay aracının fırlatma ve uçuş testleri, hava yastıkları ve mobil cihazlar gibi alanlarda yeri doldurulamaz.
Gerinim ölçer ivmeölçer
Gerinim ölçer ivmeölçer:
Prensip: Kütle bloğu, bir konsol ışınının bir ucunda sabitlenir ve diğer ucu sensör tabanına sabitlenir. Konsol kirişinin her iki tarafı da bir buğday taşı köprüsü oluşturan gerinim göstergeleri ile tutturulur. Kütle bloğunun ve konsolun çevresi, gerekli sönüm kuvvetini üretmek için sönümlü sıvı (örn. Silikon yağı) ile doldurulur. Ölçülen nesnenin hareketi, sensörün hareket etmesine neden olur ve taban hareketi konsol ışını aracılığıyla kütle bloğuna iletir. Atalet kuvveti konsolunu deforme ederek gerinim göstergelerinin direncinde bir değişikliğe neden olur. Sabit uyarma altında, buğday taşı köprüsü, hızlanma değerini gösteren hızlanma ile orantılı bir voltaj çıkış sinyali üretir.
Avantajları : Yüksek hassasiyet, geniş ölçüm aralığı, basit yapı, iyi frekans yanıtı, kolay minyatürleştirme ve entegrasyon.
Dezavantajlar : Yüksek suşlar için büyük doğrusal olmama, tazminat gerektiren zayıf çıkış sinyali; Daha yüksek ölçüm doğruluğu, kırılganlığın artmasına neden olur.
Piezoresistif ivmeölçer
MEMS piezoresistif ivmeölçer:
Prensip: Yarı iletken malzemelerin (monokristalin silikon) piezoresistif etkisine dayanarak, çekirdek bileşenler (kütle bloğu, konsol ışını ve braket) tek bir kristal silikon gofretten kazınır ve dirençler bir buğday taşı köprüsü oluşturmak için konsol ışınının tabanında yayılır.
Avantajlar : Düşük çıkış empedansı, yüksek çıkış sinyal seviyesi, düşük içsel gürültü, elektromanyetik ve elektrostatik parazite düşük duyarlılık, kolay sinyal koşullandırma; yüksek şok hızlanması altında minimal sıfır sürüklenme; Geniş frekans bandı.
Dezavantajları : Düşük hassasiyet, önemli sıcaklık etkileri.
Uygulamalar : Titreşim ve şok ölçümünde yaygın olarak kullanılan çeşitli analog ve dijital devrelere entegre edilmiş, otomotiv çarpışma testleri, test ekipmanı ve titreşim izleme gibi.
Endüktif ivmeölçer
Endüktif ivmeölçer ölçümü:
Prensip: Elektromanyetik indüksiyona dayanarak, sensörün kütle bloğu bir bobin içinde hareket eder, bobinin kendi endüktansını veya karşılıklı endüktansını değiştirir;
Avantajlar : Basit yapı, güvenilir çalışma, yüksek ölçüm doğruluğu, kararlı sıfır nokta, nispeten yüksek çıkış gücü.
Dezavantajlar : Duyarlılık, doğrusallık ve ölçüm aralığı birbirine bağlıdır; Sensörün çözünürlüğü ölçüm aralığı ile ilgilidir. Büyük bir ölçüm aralığı daha düşük çözünürlükle sonuçlanır ve bunun tersi; Uyarma frekansı ve genliğin yüksek stabilitesi gerektirir; Sensörün kendi frekans yanıtı düşüktür, bu da yüksek hızlı dinamik ölçümler için uygun değildir.
Servo ivmeölçer
Servo ivmeölçer:
Prensip: Sensörün titreşim sistemi, standart bir ivmeölçere benzer, ancak kütle bloğuna bağlı bir elektromanyetik bobin ile bir “MK” sisteminden oluşur. Tabana hızlanma girişi uygulandığında, kütle bloğu denge konumundan sapar. Bu yer değiştirme, bir yer değiştirme sensörü tarafından tespit edilir, bir servo amplifikatörü ile amplifiye edilir ve bir akım çıkışına dönüştürülür. Bu akım, kalıcı bir manyetik alandaki elektromanyetik bobinden akar ve kütle bloğunu kapalı bir döngü durumda çalışan orijinal denge pozisyonuna geri getirmeye çalışan bir geri yükleme kuvveti üretir.
Avantajları : Mükemmel dinamik performansa, büyük dinamik aralık ve iyi doğrusallığa sahip bir kapalı döngü test sistemi. Geri bildirim eylemi, parazite karşı direnci artırır, ölçüm doğruluğunu artırır ve ölçüm aralığını genişletir. Servo ivmeölçer teknolojisi, atalet navigasyon ve rehberlik sistemlerinin yanı sıra yüksek hassasiyetli titreşim ölçümü ve kalibrasyonunda yaygın olarak kullanılmaktadır.
Dezavantajlar : Yüksek maliyet.
Teknik Göstergeler
etkili yanıt ve sahte yanıtlara ayrılır .
Etkili Yanıt : Mekanik titreşim veya şok girişi nedeniyle hassas eksen yönündeki sensörün yanıtı. Güvenilir veri ölçümü için bu yanıt istenir.
Sahte Yanıt : Mekanik titreşimleri veya şokları ölçerken mevcut diğer fiziksel faktörlerin neden olduğu sensörün yanıtı. Bu yanıt doğru ölçüme müdahale eder ve istenmeyendir.
Etkili Yanıt Ana Teknik Göstergeler : Hassasiyet, Genlik-Frekans Yanıtı ve Faz-Frekans Yanıtı; doğrusal olmama.
Sahte Yanıt Ana Teknik Göstergeler : Sıcaklık yanıtı, geçici sıcaklık duyarlılığı, enine hassasiyet, dönme hareket duyarlılığı, baz gerginliği duyarlılığı, manyetik duyarlılık, kurulum tork duyarlılığı ve özel ortamlara yanıt.
Sensör seçimi
Birincil odak noktası aşağıdaki göstergelerdir:
- Sensör tipi
- Menzil
- Duyarlılık
- Frekans yanıtı bant genişliği
- Ağırlık
