În articol sunt luate în considerare metode de estimare a jitterului în canalul de transmisie. Se remarcă avantajele și dezavantajele fiecărei abordări.
Dezvoltatorii se confruntă cu unele dificultăți în implementarea funcțiilor sensibile la căldură în sistemele încorporate cu ajutorul termistorilor, senzorilor de temperatură rezistivi și termocuplurilor. Articolul ia în considerare criteriile-cheie pentru dezvoltarea fiecăreia dintre aceste soluții, care sunt comparate cu senzorii de temperatură pentru semiconductori. Discuția privind crearea unor sisteme flexibile și economice pentru controlul termic, utilizarea funcțiilor încorporate care îmbunătățesc caracteristicile sistemelor.
În căutarea unui accelerometru pentru o anumită aplicație, nu numai începătorii, ci și utilizatorii experimentați pot fi confundați atunci când studiază catalogul producătorilor de accelerometru sau site-ul Web. Metoda descrisă în acest articol va permite dezvoltatorului să navigheze în mijlocul opțiunilor și să selecteze cel mai bun accelerometru pentru aplicația sa. Publicația este o traducere a [1].
În prima etapă a procesului de selecție, este necesar să se determine tipul măsurătorilor preconizate. Pentru măsurarea cu ajutorul unui accelerometru, se utilizează trei tehnologii cunoscute.
Piezoelectric accelerometers (PEA) sunt dispozitivele cele mai utilizate în aplicații de testare și măsurare. Aceste dispozitive funcționează într-un domeniu de frecvențe foarte larg (de la câteva Hz la 30 kHz) și au o sensibilitate diferită, greutate, dimensiune și formă. PEA au o sarcină de ieșire sau o tensiune de ieșire și sunt utilizate pentru a măsura vibrațiile și șocurile.
Accelerometrele piezorezistente (PRA), de regulă, au sensibilitate foarte scăzută, astfel încât acestea sunt utilizate pentru măsurarea accelerației șocului și, într-o mai mică măsură, pentru măsurarea vibrațiilor. Ele sunt, de asemenea, utilizate pe scară largă în teste de impact atunci când se ciocnesc cu un obstacol. Balastul care funcționează într-o bandă largă de frecvențe (de la câteva sute de Hz la mai mult de 130 de kHz), în timp ce lor caracteristică amplitudine-frecvență (AFC) poate începe de la 0 Hz (așa numitele DC-senzori) sau rămân neschimbate, ceea ce permite semnalelor de măsurare durată mare.
Aparatele de accelerație capacitive (EA) se referă la dispozitivele care utilizează cea mai recentă tehnologie. La fel ca accelerometrele piezorezistente, AFC începe de la 0 Hz. Astfel de accelerometre au sensibilitate ridicată, lățime de bandă îngustă (15 ... 3000 Hz) și stabilitate ridicată la temperatură. Eroarea de sensibilitate în intervalul de temperatură de funcționare de până la 180 ° C nu depășește 1,5%. EA sunt utilizate pentru a măsura vibrațiile cu frecvență joasă, mișcarea și accelerația la starea de echilibru.
Înainte de a discuta despre tehnologie și despre specificul aplicării acestora, vom da câteva definiții de natură generală.
Răspunsul de frecvență este dependența semnalului electric de ieșire al accelerometrului de acțiunea mecanică externă în domeniul de frecvență cu o amplitudine fixă. Acesta este unul dintre principalii parametri pe care depinde alegerea acestei sau acelei componente. Intervalul de frecvență este de obicei determinat printr-o serie de experimente și este specificat în specificație. Ca regulă, acest parametru este indicat cu o precizie de ± 5% din frecvența de referință (100 Hz).
Multe componente sunt specificate ± 1 dB, iar în unele cazuri ± 3 dB. Aceste valori determină precizia accelerometrului în domeniul de frecvență specificat. În multe descrieri tehnice, sunt prezentate curbele tipice de răspuns ale frecvenței care ilustrează modul în care se schimbă acuratețea componentei în intervalele de frecvență specificate.
Un alt parametru important al accelerometrului este numărul de axe de măsurare. În prezent sunt fabricate dispozitive cu una și trei axe de măsurare. Într-o variantă de realizare alternativă a sistemului triaxial, sunt instalate trei accelerometre într-un bloc de măsurare. Ambele metode permit măsurători simultane pe trei axe ortogonale.
Accelerometrele piezoelectrice sunt cea mai bună alegere atunci când măsoară vibrațiile în majoritatea aplicațiilor datorită răspunsului la frecvență largă, sensibilității bune, rezoluției mari și ușurinței instalării. În funcție de tipul de semnal de ieșire, ele sunt împărțite în dispozitive cu ieșire de încărcare și accelerometre cu convertizor de semnal intern (IEPE intern) cu ieșire de tensiune.
Recent, accelerometrele IEPE sunt utilizate pe scară largă, deoarece sunt convenabile de utilizat. În ciuda diversității mărcilor și a modificărilor, toți producătorii acestor dispozitive aderă la un singur standard industrial (dar nu este aprobat) și, prin urmare, accelerometrele sunt interschimbabile. În mod tipic, accelerometrul IEPE încorporează un amplificator de încărcare, astfel încât nu sunt necesare componente externe suplimentare și se utilizează un cablu ieftin. Pentru conectarea accelerometrului este necesară o sursă de curent continuu. Pentru măsurarea vibrațiilor în domeniul cunoscut și în intervalul de temperatură de funcționare de -55 ... 125 ° C (până la 175 ° C pentru modelele cu temperatură ridicată) se recomandă utilizarea accelerometrelor piezoelectrice de tip IEPE.
Avantaje accelerometrele cu ieșire de încărcare manifestă capacitatea de a lucra la temperaturi ridicate și gama de amplitudine extrem de largă, care este determinată în mare măsură de o configurație de amplificator de încărcare (accelerometre tip IEPE au fixat gama de amplitudine). Intervalul tipic de temperatură de funcționare a accelerometrelor cu ieșire de sarcină este de -55 ... 288 ° C, iar dispozitivele specializate pot funcționa într-un interval mai larg: -269 ... 760 ° C.
Spre deosebire de accelerometrele IEPE, senzorii cu ieșire de sarcină necesită cabluri speciale cu zgomot redus, ale căror prețuri depășesc considerabil prețul cablurilor coaxiale standard. Pentru conectarea senzorilor, sunt necesare amplificatoare de încărcare sau convertoare de încărcare liniară încorporate. Astfel, accelerometrele capacitive sunt preferate pentru măsurători la temperaturi ridicate (peste 175 ° C) sau în cazurile în care accelerația necunoscută este necunoscută.
În aplicațiile în care este necesară măsurarea vibrațiilor de frecvență foarte joasă, se recomandă utilizarea accelerometrelor capacitive. Răspunsul lor la frecvență variază în intervalul 0 Hz ... 1 kHz, în funcție de sensibilitatea necesară. Atunci când se măsoară vibrațiile cu frecvență joasă, un accelerometru capacitiv oferă o sensibilitate de 1 V / g. Astfel de senzori sunt indispensabili în agitatoarele electrohidraulice, în aplicațiile de transport auto, în testarea mașinilor și structurilor, în sistemele de suspensie, în transportul feroviar.
Aparatele de accelerație capacitive servesc la măsurarea oscilațiilor mici de joasă frecvență, dând un semnal de ieșire suficient de mare. Aceste dispozitive asigură o stabilitate ridicată pe o gamă largă de temperaturi de funcționare.
Când poziția accelerometrului capacitiv, în care axa sa de sensibilitate este paralelă cu direcția vectorului gravitațional, semnalul de ieșire este egal cu forța de 1 g. Acest fenomen se numește "răspuns DC". Datorită acestei caracteristici, accelerometrele capacitive sunt adesea folosite pentru măsurarea forței centrifuge sau pentru accelerarea stivuitoarelor.
Sunt utilizate accelerometre capacitive pentru a măsura vibrațiile cu frecvență joasă, date privind faza de raportare. În plus, acești senzori sunt utilizați cu succes pentru măsurarea detonărilor vehiculelor și a echipamentelor feroviare datorită unor caracteristici de joasă frecvență bune.
Tabelul 1. Valorile standard ale temperaturii accelerometrului
În caracteristicile dinamice ale unui accelerometru piezoelectric de tip încărcare, nu este specificat intervalul de funcționare. depinde în mare măsură de amplificatorul de încărcare. În secțiunea parametrilor dinamici este indicată liniaritatea caracteristicilor de amplitudine. Ca și în cazul precedent, intervalul maxim de măsurare, în anumite condiții de funcționare, caracterizează capacitatea de accelerare a accelerometrului.
Pentru funcționarea senzorilor într-un mediu umed, diferite tipuri de carcase sunt utilizate pentru a asigura etanșeitatea dispozitivelor. Dacă accelerometrele sunt utilizate în vehiculele spațiale, sub apă sau expuse expunerii prelungite la medii excesiv de umede, se recomandă închiderea închisă. Cu toate acestea, o schimbare continuă a condițiilor de temperatură poate întrerupe izolarea epoxidică a carcasei senzorului.
Deoarece tehnologiile moderne pentru producerea de accelerometre utilizează materiale nemagnetice, sensibilitatea magnetică este rar indicată în specificația componentelor.
Dacă senzorul este proiectat să funcționeze pe o suprafață flexibilă, este necesar să se stabilească parametrii de îndoire ai bazei sale. Îndoirea suprafeței poate duce la funcționarea eronată a senzorului, astfel încât, în astfel de cazuri, ar trebui evitată utilizarea accelerometrelor de compresie.
Când accelerometrul intră în contact cu obiectul, accelerația măsurată se modifică. Efectul acestui efect poate fi parțial evitat dacă greutatea senzorului este optimizată. În conformitate cu regulile de bază, trebuie să se asigure că greutatea accelerometrului depășește greutatea obiectului de încercare cu nu mai mult de 10%.
Există o serie de metode pentru instalarea unui accelerometru pe dispozitivul testat. Vom enumera unele dintre cele mai comune.
Fixarea prin șurub a senzorului pe suprafața obiectului oferă cea mai bună posibilitate de transmitere a datelor la frecvențe înalte, deoarece Accelerometrul formează o singură unitate cu dispozitivul testat. Caracteristica senzorului din regiunea de înaltă frecvență poate fi îmbunătățită prin picurarea unor uleiuri între el și obiect. Când alegeți această metodă, ar trebui să achiziționați un senzor cu capacitatea de a atașa suprafața.
Montarea adezivă a senzorului este adesea efectuată pe suprafețe cu o suprafață mică și pe plăci de circuite imprimate. Ca adeziv este preferabil să se utilizeze adeziv cianoacrilat, deoarece poate fi îndepărtat cu ușurință dacă este necesar. Multe accelerometre sunt special concepute pentru montajul adeziv, care este indicat în datele tehnice. Senzorul montat cu șurub poate fi, de asemenea, instalat pe suprafața obiectului pentru a fi monitorizat cu adeziv, dar trebuie avut grijă ca adezivul să nu intre în găurile filetate.
Problema de împământare devine foarte importantă în acele cazuri în care suprafața obiectului măsurat este conductivă și are un potențial zero. Diferența dintre tensiunea de împământare dintre echipamentul electronic și accelerometru poate conduce la formarea unei bucăți de masă și la apariția datelor cu erori.
Accelerometrele oferite pe piață sunt izolate de un circuit de împământare sau de o locuință împământată. Accelerometrele cu schimb de pământ au de obicei o bază de montare izolată și, dacă este posibil, un șurub de fixare izolat. În unele cazuri, întregul corp al accelerometrului are o decuplare pe circuitul de împământare.
Dacă într-o anumită aplicație sunt necesare accelerometre cu un semnal de ieșire mic sau un interval dinamic larg, parametrii precum rezoluția și sensibilitatea devin decisivi.
Accelerometrul convertește energia mecanică într-un semnal electric, exprimat în unități de mV / g sau în pC / g (pentru senzori cu ieșire de sarcină). Linia de accelerometru este reprezentată de mai multe modele cu sensibilitate diferită, valoarea optimă a acestora depinzând de nivelul semnalului măsurat. De exemplu, când se măsoară unde puternice de șoc, se utilizează senzori cu sensibilitate scăzută.
La măsurarea semnalelor mici, cea mai bună soluție este utilizarea unui accelerometru cu sensibilitate ridicată, al cărui semnal de ieșire este mai mare decât nivelul de zgomot al amplificatorului. De exemplu, dacă nivelul vibrațiilor este de 0,1g și sensibilitatea senzorului este de 10mV / g, tensiunea de ieșire este de 1mV și este necesar un accelerometru cu o sensibilitate mai mare.
Rezoluție descrie semnalul minim detectabil de accelerometru. Acest parametru este determinat de nivelul de zgomot al accelerometrului, în timp ce în cazul IEPE-accelerometru - și zgomot convertor de semnal firmware - și este exprimată în GRMS.
Informațiile de mai sus ne permit să luăm o decizie preliminară cu privire la ce accelerometre sunt capabile să efectueze o anumită sarcină de măsurare. Cu toate acestea, există alți parametri la fel de importanți care ar trebui discutate cu furnizorii. Acești parametri includ următoarele:
- condiționarea semnalului și alimentarea cu energie electrică;
- sensibilitate transversală relativă;
- caracteristica de temperatură;
- tipul de cablu.
Întrebări suplimentare dincolo de domeniul de aplicare al acestui articol ar trebui discutate cu producătorul.
1. Bruce Lent. Pași simpli pentru a Selectarea accelerometrul dreapta // www.sensorsmag.com / senzori de accelerare / vibrații / simplu pași-selectarea-dreapta-accelerometru-1557.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: