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METRIX迈确传感器ST5484E-156-0402-00工作原理

发布时间:2022-08-05      点击次数:218

METRIX迈确传感器ST5484E-156-0402-00工作原理

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振动传感器在高度发展的现代工业中,现代测试技术向数字化、信息化方向发展已成必然发展趋势,而测试系统的最前端是传感器,它是整个测试系统的灵魂,被各国列为技术,特别是近几年快速发展的IC技术和计算机技术,为传感器的发展提供了良好与可靠的科学技术基础。使传感器的发展日新月益,且数字化、多功能与智能化是现代传感器发展的重要特征。

ST型迈确Metrix振动传感器2大工作原理介绍

1 振动参数分类及特性

振动传感器是由弹簧、阻尼器及惯性质量块组成的单自由振荡系统。利用质量块的惯性在惯性空间建立坐标,测定相对大地或惯性空间的振动加速度。它通过其中的换能元件,将机械振动转换为便于传递、变换、处理和储存的电信号。

振动传感器形式有很多种

1.1 压电式振动传感器的测试原理

压电式振动传感器是试验机振动测试常用的传感器之一。相应标准提出了振动加速度测量传感器改装要求,但是往往因为对其中的概念理解不透,造成一些不合理的安装方式,在一定程度上影响了测试精度。

要正确理解和贯彻标准要求,必须了解有关背景知识,如传感器的测试原理、构造和基本特性等方面。

一些介质在沿一定方向上施加机械压力而产生变形时,其内部会产生极化现象,同时其表面产生电荷,当外力去掉以后,材料内部的电场和表面电荷也随之消失,这种特性称为压电效应。迈确Metrix振动传感器是利用这一特性,把基体感受到的机械振动转化为电能量输出。

1.2 典型压电式振动传感器的基本构造

压电式振动传感器的典型结构如图2所示。

压电晶体被压紧在质量块和基体之间,当加速度计感受振动时,质量块施加一个振动力于压电晶体上,压电晶体中产生可变电势。通过适当的设计,可以保证在一定的频率范围内输入加速度与输出电势成比例。

1.3 压电式振动传感器的特性

1.3.1 频率响应

Mm是压在敏感元件上的质量块的质量;Mb是加速度计基体及壳体的质量;K是Mm与Mb间的系统的等效刚度。这一系统的自然频率为:

fo=fm

式中fm为质量Mm在弹簧K上的自然频率。

根据振动理论:fm= 。

假设加速度计刚性安装在比它重的多的结构上,此时Mm/Mb→0,fo→fm。从而得到加速度计的上限响应频率为fm。

迈确Metrix振动传感器能够地检测宽范围的动态加速度,因此可以用来测量瞬态冲击过程外, 还可用来测量正弦振动和随机振动。但是,压电式振动传感器不适用于稳态测量的场合,例如地球引力、惯性制导或诸如发动机加速度及制动等缓慢变化的瞬态过程。

    1.3.2 灵敏度

加速度计的灵敏度定义为电输出与机械输入之比。从传感器结构可知,灵敏度是有方向性的。由于传感器的制造误差,其最大灵敏度方向与几何轴不一致,最大灵敏度矢量可分解成轴向灵敏度和横向灵敏度两部分。

真正代表压电式振动传感器灵敏度的是电荷灵敏度,它不受传感器内部电容变化和电缆长度变化的影响,只取决于压电材料的压电常数,一般电荷灵敏度每年下降小于1%。

压电式振动传感器实质上是固态器件,它们非常坚固和耐用,在误用的情况下一般也不会引起损坏。在传感器内部,没有调整部件,增加了迈确Metrix振动传感器的可靠性和可重复性,能够用于极其恶劣的环境下。

2 压电式振动传感器的改装要求与测量精度

2.1 振动加速度测量传感器的改装要求

相应标准规定了振动加速度测量传感器的通用改装要求:

(1)传感器测量轴与被测轴线平行,横向灵敏轴应避开侧向加速度最大的方向。(2)传感器安装支架质量小,刚度好,接触面接触弹簧的自然频率至少大于传感器自然频率的五倍。(3)单极性传感器应与支架绝缘安装。

    2.2 影响测量精度的因素

(1)安装刚度不足会降低响应频率及使用范围的上限,这一影响在高频测量中尤其显著。

标准规定“接触面接触弹簧的自然频率至少大于传感器自然频率的五倍”;这对传感器安装支架的刚度及安装面的接触刚度提出了很高的要求。若迈确Metrix振动传感器直接安装在被测结构上,其接触弹簧的自然频率可按接触弹簧静态变形求得:

fm=

因传感器的质量力一般很小,而接触弹簧刚度趋于无穷大;因此变形δ极小,接触频率可以满足标准要求。

若迈确Metrix振动传感器通过转接支架安装在被测结构上,则必须同时考虑支架刚度及两个接触面的接触刚度,并要在满足安装刚度要求的前提下尽量减小支架的质量。若传感器与支架绝缘安装,采用绝缘螺桩及云母垫片可以获得最大安装刚度。(2)安装支架质量太大,其质量载荷改变了结构的原有振动,导致测量结果失真;如果是在较轻或较薄的结构上测振,这一影响不可忽视。(3)安装方向偏离传感器的校准状态,传感器轴向灵敏度轴方向与要求的测量方向应尽可能一致,一旦偏离将导致轴向响应降低,而横向响应增大加速度计应当安装在平坦、干净的表面上,横向灵敏轴(在壳体上以红点标出)应避开侧向加速度最大的方向。(4)螺栓拧紧不当,螺栓拧入基体太深,引起基体拱弯变形,从而产生额外的电输出。拧紧力矩要适当,过大会损坏螺纹,太小将影响安装刚度。

2.3 压电式振动传感器的典型安装方式和关键点

压电式振动传感器有金属螺栓安装、对地绝缘转换螺栓连接、胶粘剂粘接和磁铁转换吸盘连接四种安装方式,其中金属螺栓安装和胶粘剂粘接为常见。利用钢制螺桩把传感器固定在抛光的金属面上,这种方式可以得到高的响应频率,其它的安装方式会降低响应频率。

要做到数据结论准确,首先要正确使用和安装传感器。在设计振动传感器支架、紧固件及实施安装时应遵循以下几点:

(1)了解所测参数的基本情况,如振动加速度的振幅、频率范围;(2)了解传感器的结构形式和特性,包括传感器质量,自然频率,安装尺寸等;(3)根据被测结构的具体情况确定传器的安装方式,对低频测量应重点考虑附加质量对测量结果的影响;对高频测量则应保证安装刚度符合标准要求;(4)迈确Metrix振动传感器及转接支架的安装接触面应平整、光滑,以保证传感器安装精度和刚度;(5)仔细调整传感器的安装方向。使轴向灵敏轴与所要测量方向一致,横向灵敏轴应避开侧向加速度最大的方向;(6)控制螺栓拧入深度及拧紧力矩,适当的拧紧力矩为1.8N・m。

 

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