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如何正确使用压电型加速度传感器

嘉峪检测网        2022-04-17 00:19

有条件的振动试验室,建议多准备几种类型(压缩型、剪切型、悬垂型)的加速度传感器,且最好都有小(零点几pC/(m/s2))、中(2-3 pC/(m/s2))、大(5-7 pC/(m/s2))灵敏度对应。压缩型对应的最大加速度比较大且比较适合高频试验或冲击试验,剪切型比较适合三综合试验,悬垂型灵敏度比较高,比较适合低频微振动测量。

 

   下面就个人多年的试验经验,简单的谈一下压电型加速度传感器的使用方法,主要针对电荷型加速度传感器,因为本人工作的试验室三综合设备比较多,考虑到温度对其影响,个人不是很喜欢电压型加速度传感器(有一段时间深受其害,三综合试验中温度交变时经常报警。),敬请谅解!

 

   首先,必须知道试验条件内容,尤其是针对试验的最大加速度值,选择合适灵敏度的加速度传感器。量级小(加速度值小)的试验尽量选择灵敏度大的加速度传感器;量级大(加速度值大)的试验尽量选择灵敏度小的加速度传感器。

 

例:正弦定频试验 加速度0.35G、频率33Hz,振动次数100万次。

 

 选用灵敏度0.4pC/m/s2的加速度传感器,当在通道中选择电荷输入1mV/pC时,此时对应的加速度电压值为0.4×0.35×9.81=1.3734mV,和0mV非常接近。振动台虽然能够运行,但是有时候由于试验体的结构影响导致电压值下降和工频干扰等,从而导致闭环断开,振动控制仪无法正确检测到传感器振动信号(开环报警),电源功放报警。

 

如何正确使用压电型加速度传感器

 

针对以上问题,对策:

 

1  选择大灵敏度的压电传感器。

 

2  通道输入选择10mv/pC。

 

3  满足控制仪输入电压几十mV左右。

 

 由此可见,对应振动量级选择合适的灵敏度很重要。灵敏度太低,信号不能充分拾取,如上例;灵敏度太高,信号饱和不能正确的读取,有的控制仪直接报警,有的控制仪曲线显示峰值处被截平。建议,适合灵敏度≦输出信号/振动试验条件中的最大值。通常,检测系统(前置功放或电荷放大器)的输入信号为±10V,若试验条件加速度最大值为1000m/s²(100G),则10/1000 = 10mV/m/s²,若对应档位选择在1mV/pC,即灵敏度在10pC/(m/s2)以下的加速度传感器比较合适。对于随机试验还需要考虑削波系数,PSD有效值乘以削波系数才是试验中出现的最大加速度值。若感觉到信号有点奇怪,可通过示波器检查信号波形。干扰太大?信号太低?信号饱和截止?

 

 其次,就是要考虑环境对加速度传感器的影响。尤其在温湿度环境下,一定要考虑温度等对其产生的影响。有时候,三综合试验下,振动台的功放会经常出现【过电压】或【过电流报警】现象,很多都是由于高温低温或温度突变对灵敏度的影响造成的,还有就是温度对传感器的固定胶水硬化软化,导致传感器固定不牢等。具体内容请参考下面链接文章。此时,剪切型加速度传感器可以派上用场。

 

 第三,就是传感器的固定方式。传感器需要安装在平整且光滑的面上,安装面和传感器底面之间完美吻合,尽量不要有间隙且尽量垂直于振动方向。安装面不平整光滑的话,安装面和加速度传感器之间发生共振,导致加振波形凌乱,不能准确测定加速度值。可以的话最好通过螺丝固定,用胶水固定的时候,仅限短时间(1-2小时)振动试验。现实试验中,基本上满足上述条件的很少,尽可能选用质量好且持久的胶水进行对应。

 

如何正确使用压电型加速度传感器

 

 第四,加速度传感器的安装位置。通常,加速度传感器安装在动圈台面上面比较好,但是,在使用夹具的场合,由于加振夹具的振动特性,动圈台面上的振动会有所不同。此时,最好固定在一个受夹具振动特性影响最小的地方。如果,振动控制的传感器安装在试验体或夹具的不安定地方,试验体等的共振特性(或者松动造成的干扰等)传递到传感器上,导致不能进行有效的振动控制,试验便不能正确地进展下去。对于控制点、检测点、固定点等的内容别文赘述,敬请期待!

 

如何正确使用压电型加速度传感器

 

 第五,加速度传感器的绝缘。传感器的外壳(含底面)是信号的地线。所以不绝缘处理的话,有时候安装上传感器,振动台功放开启,就会有【咚】的一声。还有即使振动台不加振,由于市电等地回路干扰,振动控制仪对应传感器会显示加速度值(一般1m/s2以下比较正常,超过的话对试验还是有一定的影响。)。对于绝缘方法,可以采用绝缘螺柱或贴上一层薄薄的粘结力强的绝缘胶带。

 

如何正确使用压电型加速度传感器

 

第六,就是传感器用线(低噪声电缆)的固定问题。传感器和线是通过接口相连的,接口处绝对不可以处于受力状态,一旦受力,信号线摇动的话,信号便不能稳定传送,最坏情况便是线断裂或接口破损,如下图7。另外,还要防止传感器用线的摇动,线一旦摇动有可能会产生干扰,混入杂音,受到额外冲击,导致线内导线和介质分离,形成电容,电容通过摩擦产生电荷,混入信号中。所以,需要对线进行摇动防止,如图8所示。还有就是线在振动台面(垂直扩展台或水平台)或夹具上排布时,记得尽可能地用胶带将线固定住,避免振动过程中导致线晃动。最后还是要提一下在接线时,要保证电缆接头的良好绝缘和导电性,避免使用带有锈斑、污物、汗迹等的接头。因为这些都会影响传感器的绝缘和电阻值,容易产生漏电阻和输出信号衰减现象。需要我们平时维护清洁传感器,最好是使用盖子将接头罩上,在维护清洁时,切记不要带线操作,且避免传感器落地等。图9显示的是传感器与电线接头接触不良导致的试验效果,即控制曲线不稳定,与控制目标不吻合,最后报警。

 

如何正确使用压电型加速度传感器

如何正确使用压电型加速度传感器

如何正确使用压电型加速度传感器

 

    第七,就是传感器的拆除问题。试验结束后,用胶水粘接的传感器拆除起来还是比较麻烦的,切记不可使用榔头等进行敲击拆除,必要时使用专门的拆除工具。尤其是超小型加速度传感器,很容易损坏,切不可使用蛮力拆除。拆除后,进行及时清扫,以便下次使用。传感器底面附带的胶水痕迹,拆除起来很不方便,必要时使用刮刀也未尝不可,但注意不要受伤,如条件允许可使用陶瓷刮刀,如图10。第7项与试验内容基本上没有多大关系,属于试验室管理的内容,但还是要提一下,因为加速度传感器是比较昂贵的,一个月的工资都赔偿不起,切记珍惜。

 

总结:

 

振动试验的异常原因中,个人经验,加速度传感器的问题估计占了1/3,希望引起重视。花了几篇文章进行说明,并通过本文来进行总结说明,难免还有遗漏和不足之处,还请见谅。若能在工作中帮助到一点,即感欣慰!

 

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来源:振动试验学习笔记