加速度傳感器的選型、安裝、排障
加速度傳感器的選型要求
靈敏度
傳感器的靈敏度是傳感器的最基本指標(biāo)之一。傳感器的靈敏度應(yīng)根據(jù)被測振動量(加速度值)大小而定,但由于壓電加速度傳感器是測量振動的加速度值,而在相同的位移幅值條件下加速度值與信號的頻率平方成正比,所以不同頻段的加速度信號大小相差甚大。
大型結(jié)構(gòu)的低頻振動其振動量的加速度值可能會相當(dāng)小,例如當(dāng)振動位移為 1mm, 頻率為1 Hz 的信號其加速度值僅為0.04m/s2(0.004g);然而對高頻振動當(dāng)位移為0.1mm,頻率為10 kHz的信號其加速度值可達(dá)4 x 10 5m/s2(40000g)。因此盡管壓電式加速度傳感器具有較大的測量量程范圍,但對用于測量高低兩端頻率的振動信號,選擇加速度傳感器靈敏度時(shí)應(yīng)對信號有充分的估計(jì)。
最常用的振動測量壓電式加速度計(jì)靈敏度,電壓輸出型(IEPE 型)為50~100 mV/g,電荷輸出型為10 ~ 50 pC/g。
量程范圍
加速度值傳感器的測量量程范圍是指傳感器在一定的非線性誤差范圍內(nèi)所能測量的最大測量值。通用型壓電加速度傳感器的非線性誤差大多為1%。作為一般原則,靈敏度越高其測量范圍越小,反之靈敏度越小則測量范圍越大。
IEPE電壓輸出型壓電加速度傳感器的測量范圍是由在線性誤差范圍內(nèi)所允許的最大輸出信號電壓所決定。而電荷輸出型測量范圍則受傳感器機(jī)械剛度的制約,在同樣的條件下傳感敏感芯體受機(jī)械彈性區(qū)間非線性制約的最大信號輸出要比IEPE型傳感器的量程大得多,其值大多需通過實(shí)驗(yàn)來確定。
一般情況下當(dāng)傳感器靈敏度高,其敏感芯體的質(zhì)量塊也就較大,傳感器的量程就相對較小。同時(shí)因質(zhì)量塊較大其諧振頻率就偏低這樣就較容易激發(fā)傳感器敏感芯體的諧振信號,結(jié)果使諧振波疊加在被測信號上造成信號失真輸出。因此在最大測量范圍選擇時(shí),也要考慮被測信號頻率組成以及傳感器本身的自振諧振頻率,避免傳感器的諧振分量產(chǎn)生。同時(shí)在量程上應(yīng)有足夠的安全空間以保證信號不產(chǎn)生失真。
測量頻率范圍
傳感器的頻率測量范圍是指傳感器在規(guī)定的頻率響應(yīng)幅值誤差內(nèi)(±5%, ±10%, ±3dB)傳感器所能測量的頻率范圍。頻率范圍的高,低限分別稱為高,低頻截至頻率。截至頻率與誤差直接相關(guān),所允許的誤差范圍大則其頻率范圍也就寬。作為一般原則,傳感器的高頻響應(yīng)取決于傳感器的機(jī)械特性,而低頻響應(yīng)則由傳感器和后繼電路的綜合電參數(shù)所決定。高頻截止頻率高的傳感器必然是體積小,重量輕,反之用于低頻測量的高靈敏度傳感器相對來說則一定體積大和重量重。
選擇加速度計(jì)的頻率應(yīng)高于被測物的振動頻率,有倍頻分析要求的加速度計(jì)頻響應(yīng)更高。土木工程是低頻,加速度計(jì)可選擇0.2Hz~1kHz左右,機(jī)械設(shè)備一般是中頻段,可根據(jù)設(shè)備轉(zhuǎn)速、設(shè)備剛度等因素綜合估計(jì)頻率,選擇0.5Hz~5kHz的加速度計(jì)。沖擊測量高頻居多。
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