压电式加速度传感器的安装

 

2020-05-09 03:25

  (1)振动系统振动参数的测试,包括测量振动物体 上某点的位移、振动速度、振动加速度、效率和相位等参数,了解被测对象的振动状态,评定等级和寻找振源,对设备进行监测、分析、诊断和预测。

  (2)振动系统特性参数的测试。以某种激振力作用在被测对象上,使它产生受迫振动,测量输入(激励)和输出(被测对象振动响应),从而确定被测对象的振动力学参数或动态性能,如固有频率、阻尼、刚度、频率响应和模态等参数。

  (3)机械动力强度和模拟环境振动试验,即按规定的振动条件,对设备进行振动例行试验,用以检查设备的耐振寿命、性能稳定性以及设计、制造、安装的合理性。

  不同的振动测试系统,使用不同类型的振动加速度传感器,如磁电式速度传感器配用微积分放大器进行测试;压电式加速度传感器,配用电荷放大器进行振动参数测试。

  本篇只介绍目前最常用的压电式加速度传感器与电荷放大器组成的振动测试系统。压电式加速度传感器的工作原理是基于压电效应。

  某些电介质,当沿着一定方向对其施力使它变形时,其内部就产生极化现象,同时在它的表面上便产生符号相反的电荷,当外力去掉后,又重新恢复到不带电状态,这种现象称为压电效应。当作用力方向改变时,电荷的极性也随之改变。有时人们把这种机械能转化为电能的现象,称为“正压电效应”。相反,当在电介质极化方向施加电场时,这些电介质也会产生变形,这种现象称为“逆压电效应”(电致伸缩放应)。压电材料能实现机电能量的相互转换。

  晶体的压电效应可用图1加以说明。图1(a)所示是晶体具有压电效应的示意图。一些晶体不受外力作用时,晶体的正负电荷中心相重合,单位体积中的电矩(极化强度)等于零,晶体对外不呈现极性。而在外力作用下晶体变形时,正负电荷的中心发生分离,这时单位体积的电矩不再为零,晶体表现出极性。图1(b)中,另外一些晶体由于具有中心对称的结构,无论外力如何作用,晶体正负电荷的中心总是重合在一起,因此这些晶体不会出现压电效应。

  压电材料可以分为两大类:压电晶体和压电陶瓷。压电材料的主要特性参数如下。

  ① 压电常数。它是衡量材料压电效应强弱的参数,直接关系到压电输出的灵敏度。

  ② 弹性常数。压电材料的弹性常数、刚度决定着压电器件的固有频率相动态特性。

  ③ 介电常数。对于一定形状、尺寸的压电元件,其固有电容与介电常数有关,而固有电容又影响着压电传感器的频率下限。

  ④ 机械耦合系数。在压电效应中,其值等于转换输出能量(如电能)与输入能量(如机械能)之比的平方根,它是衡量压电材料电能量转换效率的一个重要参数。

  ⑤电阻。压电材料的绝缘电阻将减少电荷泄漏,从而改善压电传感器的低频特性。

  压电式加速度传感器是基于某种晶体材料的压电效应而制成的惯性传感器。传感器受振时,质量块加在压电元件上的力随之变化,当被测振动频率远低于传感器的固有频率时,这个力的变化与被测振动的加速度成正比。由于压电效应。在压电元件中便产生了与被测加速度成正比的电荷量。

  如图2所示,压电式加速度传感器主要由压电元件P、质量块M、压紧弹簧S和基座B等组成。压电式加速度传感器形式较多,图(a)为外缘固定型,其弹簧外缘固定在壳体上,此结构因底座与壳体构成了弹簧质量系统的一部分,故易受到外界温度与噪声的影响,以及安装紧固时底座变形引起的影响,这些都直接影响加速度的输出;图(b)为中间固定型,压电元件、质量块和压紧弹簧固定在一个中心杆上,压电元件的预紧力由中心杆上部的蝶形弹簧调整,壳体仅起屏蔽作用,消除了壳体变形带来的影响;图(c)为倒置中间固定型,这种结构的中心杆不直接与基座相连接,可以避免基座变形带来的影响,但其壳体壁部分也容易产生弹性变形,故其共振频率较低;图(d)为剪切型,它是将一个圆筒状压电元件粘结在中心架上,并在压电元件的外圆又粘结一个圆筒状质量块,当传感器受到沿轴向的振动时,压电元件受到剪切应力而产生电荷,这种结构有利于降低基座变形及外界温度变化与噪声的影响,有很高的共振频率和灵敏度,且横向灵敏度小。

  ① 灵敏度。压电式加速度传感器既可看成一个电荷源,又可以看成一个电压源,故其灵敏度也可以分别用电荷灵敏度和电压灵敏度来表示。电荷灵敏度是指单位加速度所产生的电荷量值大小,可表示为:

  对于某一给定压电材料的压电式加速度传感器,其灵敏度随质量块的增大而增大。一般说来,加速度传感器尺寸越大,灵敏度越高,其固有频率越低。

  ② 频率响应范围。由惯性式加速度传感器的响应条件的分析可知,加速度传感器的使用频率上限取决于其共振频率。由于压电式加速度传感器的阻尼甚小(一般ξ ≤0.1),上限频率约为共振频率的30%时,幅值误差可小于10%;上限频率约为共振频率的20%时,幅值误差可小于5%;所以,压电式加速度传感器的固有频率越高,其可用的频率范围越宽。质量小的传感器,其固有频率高,则高频性能好,但由于其灵敏度低,故低频性能差;质量大的传感器则相反。振动测试时可根据实际测试要求选择。

  压电式加速度传感器可测量的下限频率不取决于传感器本身,而取决于所采用测量系统的低频特性。压电元件工作时产生的电荷量是极其微弱的,而测量系统不可避免地要产生电荷泄漏,从而造成测量误差。关键是要测定这样微弱的电荷(或电压),以及如何把电荷泄漏减少到测量准确度所要求的限度以内。电压放大器实际就是一个高输入阻抗的比例放大器,其电路比较简单,但输出受连接电缆对地电容的影响,适用于一般振动测量。电荷放大器以电容作负反馈,使用中基本上不受电缆电容的影响,输入阻抗也更高,其下限截止频率更低。一般电荷放大器可达到0.01Hz数量级,最低的可达到准静态的程度。

  图3所示是某压电式加速度传感器的幅频特性曲线,其可用的频率范围在特性曲线平直段。对于某些测试项目,如结构传递函数的测量、现场动平衡测试等,不仅要求满足幅值测量精度,而且要求相移也在容许范围内。考虑相移后,使用频率范围要比只考虑幅值时更窄些。

  ③ 横向灵敏度。由于压电材料本身的下均匀性与不规则性,所以当压电式加速度传感器横向受振时,也会产生一定的输出,其大小用横向灵敏度表示。一般规定,横向灵敏度不得大于主灵敏度的3%。

  压电式加速度传感器的使用上限频率受其共振频率的限制,所以出厂时均给出频率响应曲线。由于频率响应曲线与安装方法关系很大,所以若安装方法不当,如结合力不够、组合面粗糙、安装螺钉孔与安装面不垂直等,都会使共振频率下降,从而降低传感器的使用上限频率。常用于固定加速度传感器的安装方法很多,如图4所示,用钢制双头螺栓将传感器固定于光洁平面上是最好的方法,拧紧螺栓时,应防止基座变形而影响输出。在结合面之间涂一薄层硅脂,可以增加安装刚度,有利于高频响应。需要绝缘时,可用绝缘螺栓和极薄的云母垫圈来固定传感器。用粘接螺栓和粘接剂固定传感器的方法也很方便,其可测的上限频率不得高于5kHz。在低温条件下可用一层薄蜡来黏附传感器。用双面胶纸替代粘接剂来固定传感器也是行之有效的办法。手持探针测振的方法只能用于1kHz以下的近似探测,多测点时比较方便。采用专用永久磁铁来固定传感器使用方便,多在低频测量中使用。当然,探针与磁铁会形成附加质量,在轻小系统上测试时要注意其影响。

  因为振动基本参数的测量其被测对象是振动的,所以这类测试的振动传感器可根据测试的要求安装在被测对象测点上。常用测振系统原理如图5所示。

  对于压电加速度传感器,工作受振后直接有电荷或电压输出,但由于传感器输出的电信号均较微弱,所以为了能够推动记录设备,必须对信号进行放大。测振放大器是测试系统中传感器与记录器的中间环节,其输入特性必须满足传感器的要求,而其输出特性又必须与记录仪器相匹配。压电式加速度传感器,其输出电信号必须进行预放大再输入放大器,因为压电式加速度传感器是一个能产生电荷的高内阻发电元件,但由于产生的电荷的总量级较小,难以直接传输;同时,一般测量仪器的输入阻抗不可能很高,此微弱电荷又极易在测量电路的输入电阻上被释放掉,所以要求连接压电式加速度传感器的测量或放大装置(如电压放大器或电荷放大器)必须有较高的输入阻抗,并且将压电式加速度传感器的高输出阻抗变换为低输出阻抗,以便与主放大器连接。由于这类预放大装置都是作为测量系统的前级放大,故统称为前置放大器。测振放大器除了有放大作用外,常兼有积分、微分和滤波等功能。

  根据振动测试的目的和要求,可以把经过放大的电信号直接输入指示记录仪器,将振动的时间历程记录显示出来;也可以把该信号先输入到分析仪器进行必要的参数统计分析,如频谱分析、相关分析及功率谱分析等,然后再记录显示。

  在振动加速度测试中合理选择测振仪器与测试系统十分重要,选择不当往往会得出错误的结果。这里主要考虑以下几个方面。

  ① 频率范围。根据被测对象振动的频率范围确定各测试环节(振动传感器、前置放大器、主放大器及指示记录仪器等)的频率响应特性。选用加速度传感器时,传感器固有频率应该是被测振动信号中最高频率的3~5倍,其他各测试环节中,不同的测试仪器其频率响应特性不同,可以测量的频率范围也不一样,选择仪器时应注意。相位有要求的测试项目(如作虚实频频谱、幅相图、振型等测量),除了应该注意传感器的相频特性外,还要注意放大器,特别是带微积分网络的放大器的相频特性和测试系统中所有其他仪器的相频特性,因为所测得的激励和响应之间的相位已包括了测试系统中所有仪器的相移。

  ② 振级大小和测试精度要求。根据被测振动幅值的最大值和最小值确定各环节的动态范围,并确定各环节及总的测试精度;不能片面选用高灵敏度的仪器,加速度传感器灵敏度随质量块的增大而增大。但是其固有频率却随之降低,这就意味着使用上限频率的降低,对试件而言附加质量也增大了。此外,仪器的灵敏度越高,量程范围也越小,抗干扰能力越差,选用时应特别注意。

  此外,还应该考虑测试系统内各个环节之间的配合关系,包括各环节间的阻抗匹配关系、灵敏度匹配关系、测试精度匹配关系等。

  新款手表采用的RE产品家族控制器基于瑞萨独有SOTB™制程工艺,在工作和待机模式下均达到业界领先的超....

  加速度传感器是一种能够测量加速力的电子设备。加速力就是当物体在加速过程中作用在物体上的力,就好比地球....

  低频加速度传感器的技术原理及特点 振动量值的物理参数常用位移、速度和加速度来表示。 由于在通常的频率....

  工业自动自动化中传感器有很多提及防爆这个概念,首先爆炸可以大致的描叙为是物质从一种状态,经过物理或化....

  加速度传感器的失真问题 加速度传感器,运用其内部的加速度构成晶体变形,这个变形会发作电压,只需计算出....

  现在,加速度传感器广泛应用于游戏控制、手柄振动和摇晃、汽车制动启动检测、地震检测、工程测振、地质勘探....

  压电式加速度传感器的传感元件为压电晶体。 压电加速度计的工作原理是沿压电晶体的极化方向施加一外力使其....

  为了克服现有线加速度传感器的上述缺陷,研制出一种新型线加速度传感器。该传感器用气体代替固体作为质量块....

  Android平台应用的传感器技术有姿态传感器技术、光电传感器技术、磁场传感器技术和加速度传感器技术....

  建立引信系统环境识别(如多向加速度)与参数估计的多维信息处理理论产生新的引信原理是当前重要的研究方向。如对硬目标...

  加速度传感器是一种能够测量加速度力的电子设备,当前在很多领域都在使用。加速度传感器工作原理是什么呢?....

  工业操作振动的测量一般的灵敏度考虑在50mV/g, 100mV/g 和 200 mV/g的加速度传感....

  这个是最先需要考虑的。这个取决于你系统中和加速度传感器之间的接口。一般模拟输出的电压和加速度是成比例....

  请问大佬,如图芯片LGA-12封装芯片批量贴上板子后,有个别芯片脱落,脱落后芯片的焊盘或者说是焊脚留板子上面(如...

  本文主要介绍了压电加速度传感器的4种安装方式及安装注意事项。随着科学技术、工农业生产、国防建设事业的....

  作为交流响应的加速度传感器,正如它的名称,它的输出是交流耦合的。此类传感器不能用来测试静态的加速度,....

  压电式加速度传感器是利用某些物质如石英晶体的压电效应,在加速度计受振时,质量块加在压电元件上的力也随....

  压电式加速度传感器的传感元件为压电晶体。若沿压电晶体的极化方向施加一外力使其变形,则压电晶体内部发....

  压电式加速度传感器是是一种典型的自发电式传感器,它是以某些晶体受力后在其表面产生电荷的压电效应为转换....

  加速度传感器是用来将加速度这一物理信号转变成便于测量的电信号的测试仪器。它是工业、国防等许多领域中进....

  本文介绍了MEMS谐振式加速度传感器工作原理,阐述了MEMS谐振式加速度计技术的发展历程及现状,以综....

  如果你使用的微控制器只有数字输入,比如BASICStamp,那你就只能选择数字输出的加速度传感器了,....

  加速度传感器是一种能够测量加速力的电子设备。加速力就是当物体在加速过程中作用在物体上的力,就好比地球....

  请问用加速度计积分得到位移,能测量厘米级别(精度不要求太高)的位移测量吗

  问题如上,加速度传感器是否不靠谱?如果是的话那应该是用那种传感器? ...

  全球知名半导体制造商ROHM集团旗下的Kionix, Inc.,(总部位于美国纽约州伊萨卡)开发出两....

  安全、节能、环保和智能已经成为汽车发展四个永恒的主题。空调器已成为汽车不可缺少的装置,然而汽车发动机作为空调器...

  科瑞安全继电器可向用户提供普通安全继电器、延时安全继电器、带噪音抑制的安全继电器、测量安全继电器以及....

  本方案采用飞思卡尔半导体的MMA7260Q三轴低量级加速度传感器实现了笔触的空间定位。无线USB器件为电子笔提供了...

  随着定位导航技术的飞速发展和日臻成熟,电子罗盘在相关领域得到了越来越广泛的应用。车载电子罗盘的功能是帮助用户确...

  本文首先介绍了三轴加速度传感器原理,其次介绍了三轴加速度传感器优点,最后介绍了三轴加速度传感器应用。

  根据基本的物理原理,在一个系统内部,速度是无法测量的,但却可以测量其加速度。如果初速度已知,就可以通....

  在现代生产生活中被应用于许许多多的方面,如手提电脑的硬盘抗摔保护,目前用的数码相机和摄像机里,也有加....

  倾角传感器的理论基础就是牛顿第二定律,根据基本的物理原理,在一个系统内部,速度是无法测量的,但却可以....

  汽车传感器装备的目的不同,可以分为提升单车信息化水平的传统微机电传感器(MEMS)和为无人驾驶提供支....

  本文将为读者详细介绍Android中增强现实应用程序的两个关键元素:GPS与加速度传感器。 ...

  高冲击条件下的动态参数指标对于现代武器系统的研制具有重要的现实意义。压阻式加速度计具有线性度好、外围电路简单、...

  以前传感器主要应用于温度控制和水平控制系统,现在它们的功能也提高了:①基本上在所有的温度测量中都使用....

  随着科技的高速发展,智能手机的功能也越来越强大,很多手机中都有计算步数的功能,为什么手机能计算出我们....

  压电加速度传感器使用压电片直接将振动信号转换为电信号输出。市场上销售的普通压电片的谐振频率都在音频段....

  压电式加速度传感器又称压电加速度计。它也属于惯性式传感器。它是利用某些物质如石英晶体的压电效应,在加....

  三菱电机开发出预计可用于气囊的新结构加速度传感器。并在“第20届微机械/MEMS展”上展示。 ...

  此外,ISP作为AR相关的重要模块,可能会有新的模块和功能加入。例如为了实现AR中需要的定位、位置关....

  如果汽车驾驶中代理和责任都变得越来越少依赖于驾驶员的个人表现,而是越来越多的依赖于汽车中ADAS以及....

  当给传感器施加閾値以上的加速度时,可向微控制器输出中断信号的功能。通过使微控制器间歇工作来降低系统功....

  系统设计方案非常简单。一般来讲火车车厢全长26.6 m ,而无线传感器网络(wireless sen....

  对MEMS工艺技术的投资加上设计创新,已大大改善MEMS性能,使得MEMS足以成为更广泛状态监控应用....

  陀螺仪能够测量沿一个轴或几个轴运动的角速度,是补充MEMS加速计功能的理想技术。事实上,如果组合使用....

  单电容传感器的一个极板固定,称为静极板,另一极板与被测物体连接为动极板。差分电容传感器的上下极板均固....

  本系统采用飞思卡尔MC9S08QG8单片机作为控制器,使用飞思卡尔加速度传感器MMA7260QT判断....

  人们在跌倒后会面临双重危险。显而易见的是跌倒本身可能对人体产生伤害;另外,如果跌倒后不能得到及时的救....

  博世有一个Local to Global战略,我们很多产品首先是符合当地市场的需求的,可是我们越来越....

  核心技术,传感器可通过微小的电容变化来进行相关测量,该模式特别适合被用于检测传感器的细微运动,且性能....

  在导航仪上,目前已经配备有用于检测上、下坡时车身倾斜的加速度传感器。主要用于算出车辆所在位置的高度数....

  新一代高G值加速度传感器SMA7xy系列可以显著提升驾驶员和乘客的安全。当加速度传感器检测到碰撞时,....

  三菱(Mitsubishi电子公司)正在开发一种车用离子检测系统。这个系统能够通过检测离子来监控发动....

  智慧传感器是整合了硅显微机械加工(MEMS)技术制作的压力传感器、加速度传感器芯片和一个包含温度传感....

  如果我们仔细注意的话,在接电话的时候,手机一般都会自动黑屏,防止耳朵触碰到屏幕。这么贴心的功能当然少....

  “要保证动车组高速平稳行驶,首先要由加速度传感器对来自X(轴)、Y(径)和Z(垂)向的应力进行实时监....

  有一种特殊的材料,叫压电陶瓷材料,这种材料制备成的加速度传感器可根据作用在上面的力的大小产生不同的形....

  工作状态模态分析(Operational Modal Analysis)是从来自于工作运行状态的结构....

  在消防人员定位设备中,目前多采用加速度传感器、陀螺仪、磁传感器和气压传感器等感应元器件,以惯性运动测....

  智能手机指南针功能是利用地磁场与手机内置地磁传感器,来实现地理方向定位的,指南针指针方向有变化,说明....

  加速传感器顾名思义就是一种能够测量出产品加速度的一种设备。生活中我们一般常用的主要是两种加速度计,分....

  电容式加速度传感器是基于电容原理的极距变化型的电容传感器。电容式加速度传感器/电容式加速度计是对比较....

  这有两方面的原因:加速度传感器低频响应的截至频率不够低;与传感器配套使用的恒流电压源或电荷放大器的截....

  空气流量传感器常见故障之一:发动机怠速不稳定,局部会出现负荷冒黑烟状况,并且会有换挡熄火情况出现;故....

  加速度传感器自然是对自身器件的加速度进行检测。其自身的物理实现方式咱们就不去展开了,可以想象芯片内部....

  横向加速度传感器的测量原理基于带电容探测器的偏移/延伸和质量系统,电压通过ESP控制单元提供,转弯过....

  振动加速度传感器主要是用于测量轴承的振动,个别情况下也会用于测量转轴振动,它主要是安装在各种旋转机....

上一篇:机构的运动学和动力学分析    下一篇:22动力学法测弹永乐国际性模量
关于我们
产品展示
新闻中心
技术中心
联系我们
在线QQ

1231239 (24小时在线)

Copyright © 2002-2018 永乐国际 版权所有蜀ICP备14021494号