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详解ICP加速度传感器用途原理及使用环境

来源:www.hangxingongsi.com    发布时间:2017-06-23

一、 ICP加速度传感器用途及特点

  ICP传感器是内装微型IC放大器的压电加速度传感器,它将传统的压电加速度传感器与电荷放大器集于一体,能直接和记录、显示和采集设备连接,简化了测试系统,提高了测试精度和可靠性。广泛应用于核爆炸、航空航天、铁路、桥梁、建筑、车船、机械、水利、电力、石油、化工、环保、地震等领域。


  ICP加速度传感器4大特点:


  1、结构合理,电路优化。主要元器件和插接件均为美国或台湾生产,精度高、噪音低、漂移小,确保产品质量稳定可靠。


  2、输出可配长电缆而不影响测量精度。


  3、输出可以直接用数字万用表、示波器或输出给数据采集器。


  4、传感器为全封闭结构有效防尘、防潮、防有害气体。


  二、ICP加速度传感器的原理


  ICP传感器内部是由压电加速度传感器和微型IC放大器组成。压电加速度传感器内部结构采用目前世界先进的隔离剪切结构;内部关键IC均为美国原装进口。传感器的输出具有两线联接特征;即传感器的信号输出和内置IC放大器所需的恒流激励为同一根线,另一根线为地线。传感器标配电缆为STYV-Ⅰ、和STYV-Ⅱ两款型号的低噪音电缆。


  三、ICP加速度传感器的选择


  ICP加速度传感器有许多种规格,每种传感器都有其特别适用的场合。因此,为获得高保真的测试数据,需要用户根据自己的测试要求选择最适合的压电加速度传感器。通常加速度传感器的选用主要权衡因素有三点:重量、频率响应、和灵敏度。


  1、重量:


  传感器作为被测物体的附加重量,必然会影响其运动状态。如果传感器的的重量接近被测物体的动态质量,则被测物体的振动就会受到影响而明显减弱。特别是有些物体虽然其本身质量较大,但是传感器安装在其局部,例如一些薄壁结构,传感器的质量已经和被测物体的局部质量相近了,也会明显影响其局部的振动状况。因此要求传感器的被测质量Ma远小于传感器安装点的动态质量M。


  由于传感器的质量的影响,会使被测构件的加速度a降低,因此其降低的加速度△a可用下式估算:△a=a[1-M/(M+Ma)]。


  2、频率选择


  制造商给出的加速度传感器的频响曲线是用螺钉刚性连接安装的。


  一般将曲线分成二段:谐振频率和使用频率。使用频率是按灵敏度偏差给出的,有±10%、±5%、±3dB。谐振频率一般是避开不用的,但也有特例,如轴承故障检测。选择加速度传感器的频率范围应高于被测试件的振动频率。有倍频分析要求的加速度传感器频率响应应更高。土木工程一般是低频振动,加速度传感器频率响应范围可选择0.2Hz~1kHz,机械设备一般是中频段,可根据设备转速、设备刚度等因素综合估算振动频率,选择0.5Hz~5kHz的加速度传感器。如发电机转速在3000rms时,除以60s此时它的主频率为50Hz。碰撞、冲击测量高频居多。


  加速度传感器的安装方式不同也会改变使用频响(对振动值影响不大)。


  安装面要平整、光洁,安装选择应根据方便、安全的原则。我们给出同一只AD100S加速度传感器(传感器灵敏度为100mV/g)不同安装方式的使用频率:螺钉刚性连接(±10%误差)10kHz;环氧胶或“502”粘接安装6kHz;磁力吸座安装2kHz;双面胶安装1kHz。由此可见,安装方式的不同对测试频率的响应影响很大,应注意选择。加速度传感器的质量、灵敏度与使用频率成反比,灵敏度高,质量大,使用频率低,这也是选择的技巧。


  3、灵敏度


  灵敏度越高,系统信噪比就越大,而抗干扰能力和分辨率也就越好。但就特定结构的传感器而言,灵敏度越高,传感器的重量越高,量程和谐振频率越低。因此灵敏度受到重量、频率响应、和量程的制约。一般,用户在满足重量、频响和量程的情况下,应该选择灵敏度较大的传感器。这样可以降低信号调理器的增益,提高系统的信噪比。


  四、环境影响


  某些测试现场的环境较为恶劣,考虑的因素较多,如防水、高温、安装位置、强磁电场及地电回路等,均会给测量带来很大的影响。


  防水:防水有两个概念,浅层防水和深层防水,尤以深层防水为难,如三峡工程永久船闸闸门的振动监测,水深近百米,它涉及地回路干扰、高压渗水、导线防护、长期可靠性等诸多问题。


  高温:多数厂商给出的传感器温度范围为可用值,而不是高温状况的灵敏度,实际上,高温时灵敏度偏差较大,特殊用户应向厂商索取专用的高温时的灵敏度指标,灵敏度指标是保证测试准确的关键。


  位置限制:加速度传感器永久安装在现场会受到人为碰撞,应选择工业型长期监测加速度传感器,它采用外加防护罩,三角法兰安装,具有对地绝缘、防尘的作用。对出线方向有要求的可向制造商提出。对于不能触及的部位,可用手持式加速度传感器(带长探针)。


  绝缘、地电回路及磁电场:对磁电场较强的测试现场,应选择特殊外壳材料的加速度传感器和专用导线,此类研究国内还比较少见。对于两点接地、潮湿等现场,要解决好测试干扰则可采用浮地或绝缘型加速度传感器,同时要考虑导线接头的防护。为了克服两点或多点接地产生地电回路电流对测试的影响,可以选用浮地或绝缘传感器。没有特殊要求且干扰不大的工况,可用绝缘型加速度传感器,而永久型监测或干扰大的工况则应采用浮地型。这二种命名的区别在于绝缘型产品的外壳为信号地,而浮地型产品的外壳为屏蔽层。


  附加质量:在振动结构上安装的加速度传感器的质量要小于被测点的自身动态质量的1/10即可,认为对被测信号的影响可以忽略。


  五、配套仪器


  压电类加速度传感器如是电荷输出的,可与任何一种高阻输入的电荷放大器或具有电荷前置功能的采集器相配,电荷放大器种类较多,有单台、多路、积分、准静态,这都要根据测量要求来确定。也有特例,如直接将压电传感器的输出信号接入具有一定高阻性能的三次仪表(如示波器),同样可测得信号,但因阻抗匹配不够,只能是定性了解动态状况。内装IC放大器加速度传感器(ICP型)专门有恒流适配器,一台恒流适配器可供多只加速度传感器的恒流供电及信号输出。对于提供恒流源供电的数据采集仪器,可以将该类型传感器直接接入数据采集仪器。双电源供电的加速度传感器可由采集器提供双电源或用双路直流稳压电源供电。

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