Inginerii care proiectează echipamente grele, cum ar fi tractoarele puternice, macaralele, concasoarele de lemn și alte instalații mari și puternice, ar trebui să le furnizeze indicatoare și senzori de înclinare. Acest lucru este necesar pentru a îmbunătăți siguranța în timpul funcționării, deoarece prezența acestor senzori nu va permite lucrătorilor să opereze mașini în locuri periculoase și, de asemenea, pentru a preveni răsturnarea în timpul funcționării mașinii. Când alegeți un senzor, trebuie să vă asigurați că acesta poate funcționa, în ciuda vibrațiilor și a șocurilor (condiții generale pentru vehiculele de teren).
Acum cele mai frecvente sunt două tipuri de accelerometre (se bazează pe senzori de înclinare) - capacitivi și termici. Ambele dispozitive se bazează pe sisteme microelectromecanice (MEMS). Care este diferența dintre ele?
Pentru selectarea corectă a accelerometrului pentru mecanismul de inginerii trebuie să ia în considerare mai mulți factori, cum ar fi - structura, rezonanta, fiabilitate, productivitate, consumul de energie, costul. De asemenea, este necesar să se înțeleagă dispozitivul și principiul de funcționare al fiecărui senzor.
Accelerometru și rulou
Accelerometrele de pe echipamentele grele măsoară panta și rola, la fel ca în avioane. Dispozitivele pot folosi două axe ortogonale (2D sau 2 axe) sau trei (axiale orizontale sau triaxiale). Ele măsoară accelerația în raport cu gravitatea și apoi calculează panta din suma accelerațiilor în raport cu gravitația măsurată de axele ortogonale.
Un accelerometru 2D poate măsura accelerația, rotirea și înclinarea pe axa înclinată descrisă de funcția sinusoidală. Teoretic, limita de măsurare a intervalelor de lucru de la 0 ± 90 0 la 0. În realitate, acest interval este mai mică și se află în intervalul de la 0 ± 70 0 la 0. Acest lucru se datorează faptului că funcția de sine ca se apropie de 0 90 începe să se stabilizeze. Cu toate acestea, accelerometrul 2D este capabil să măsoare înclinarea și rotirea în intervalul de la 0 0 la ± 180 0.
Pentru a măsura rola sau înclinarea obiectului de-a lungul unei serii de orientări cu privire la gravitate folosind două 2D sau 3D accelerometru, adică 0 0 - ± 90 0 0 Inclinarea 0 - ± 0 180 roll. În majoritatea cazurilor, utilizarea a două dispozitive 2D este mai bună decât 3D, deoarece multe accelerometre 3D au o performanță redusă pe axa Z.
Senzori capacitivi și termici
Accelerometrul 3D capacitiv conține un fascicul de consolă și calculează accelerația prin măsurarea gravitației pe care o are. Accelerarea gravitației duce la îndoirea și schimbarea poziției față de doi electrozi fixați. Aceasta duce la o schimbare a capacității între electrozii, care va fi proporțională cu accelerația.
Accelerometrul termic 2D folosește o abordare monolitică care combină un senzor și electronice pe circuite integrate care sunt ambalate ermetic. Cipul (figura de mai sus) include un element de încălzire și o pereche de termocupluri suspendate deasupra suprafeței special realizate a cipului. Elementele termoelectrice măsoară mișcarea moleculelor unui gaz încălzit pentru a măsura accelerația. Când se accelerează, moleculele încălzite încep să se deplaseze către accelerație și, în repaus, gazul este distribuit simetric pe încălzitor.
Diferențe cheie între senzorii capacitivi și cei termici
Senzorii capacitivi utilizează un fascicul de consolă cu componente în mișcare. Prin natura lor, au o lățime de bandă largă (> 5 kHz), cu o frecvență de rezonanță mecanică de aproximativ 2 kHz pentru joasă g de dispozitive utilizate pentru detectarea și măsurarea înclinației. Atunci când energia vibrațiilor este mai mare decât senzorul se poate manipula sau este aproape de frecvența de rezonanță, senzorul însuși poate fi tăiat sau rezonat. În unele cazuri, acest lucru poate duce la o polarizare mare a DC, în special la axa Z, ceea ce face imposibilă obținerea unui semnal adecvat la vibrații ridicate. Acesta este unul dintre principalele dezavantaje ale accelerometrelor capacitive. Pentru a compensa vibrațiile mari, inginerii folosesc diferite tehnici, dar destul de des vibrațiile sunt atât de puternice încât nu produc nici un efect.
Abordarea cea mai comună pentru atenuarea vibrațiilor accelerometrului este plasarea pe tufișuri din cauciuc, arcuri, amortizoare și așa mai departe. Uneori recurge la utilizarea unor dispozitive mai puțin sensibile, cu grinzi mai consistente, care permit senzorului să reziste la frecvențe mari de rezonanță, precum și la șocuri mecanice și vibrații mai puternice. Dar aceste metode conduc la creșterea costurilor, reducerea productivității, creșterea timpului de proiectare și reducerea fiabilității senzorului.
Chiar dacă nivelul vibrațiilor poate fi redus la un nivel acceptabil, un alt dezavantaj al dispozitivelor capacitive devine impunerea de spectre. Lărgimea de bandă largă a senzorului permite ca frecvențele de vibrații mai mari să afecteze calitatea măsurătorilor. Pentru a evita acest lucru, inginerii sunt obligați să recurgă la algoritmi mai sofisticați pentru suprasamintarea și utilizarea microprocesoarelor mai puternice. Impacturile mecanice și coliziunile contribuie și ele la impunerea spectrelor și la rezonanța senzorilor capacitivi. Impactul mecanic cu o magnitudine mare, deși un fenomen și un termen scurt, dar conține o gamă largă de frecvențe. Dacă, la impact, apare o frecvență apropiată de rezonanță sau rezonanță, atunci senzorul va intra în rezonanță și nu va afișa datele exacte.
Un șoc mecanic, dacă este suficient de puternic, poate provoca lipirea fasciculelor console de dispozitive capacitive (o proprietate a structurilor extrem de mici). În cazul lipirii, ieșirea senzorului va rămâne constantă tot timpul. De asemenea, șocurile mecanice pot duce la defecțiuni la calibrare (schimbarea deplasării zero) și la sensibilitate.
Senzorii termici folosesc un efect termic pentru a calcula accelerația și înclinarea, iar acest lucru acționează ca un filtru frontal cu trecere inferioară care atenuează șocurile și vibrațiile. Aceasta duce la o măsurare mai precisă a unghiului de înclinare și la o scădere a consumului de putere de calcul de la procesor.
Senzorul termic combină un dispozitiv de măsurare și electronice pe un singur cip, care la rândul său crește fiabilitatea și reduce dimensiunile globale.
Construcția monolitică și absența consolelor pentru senzorii termici conduc la sporirea fiabilității șocurilor. Datorită absenței pieselor în mișcare, dispozitivele termice nu prezintă dispersie datorată impactului și vibrațiilor, care pot afecta negativ calibrarea. De asemenea, senzorii de căldură nu intră în rezonanță, oferă rezistență la vibrații, nu au histereză de temperatură.
Este de remarcat faptul că dispozitivele de măsurare capacitive consumă o putere semnificativ mai mică și au un avantaj mai mare atunci când lucrează cu sisteme alimentate de baterii. Ei consumă un ordin de mărime mai puțină energie decât senzorii termici, care de obicei au o putere de aproximativ 3 mW. Acest lucru este cauzat de necesitatea de a genera căldură în interiorul dispozitivului de măsurare termică.
Trimiteți-le prietenilor: