Auswahl von Piezoelektrischen Beschleunigungssensoren

„PIEZOELEKTRISCHER BESCHLEUNIGUNGSSENSOR UND SCHWINGUNGSVORVERSTÄRKER“ HANDBUCH, VERÖFFENTLICHT IM NOVEMBER 1987.

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Die Auswahl eines Beschleunigungssensors kann ein komplexer, oft langwieriger Prozess sein, der eine sorgfältige Abwägung zahlreicher Parameter erfordert – einschließlich des Leistungsgrads des von Ihnen vorgesehenen Schwingungsvorverstärkers. Doch um was genau handelt es sich bei diesen beiden Geräten und warum sind sie in Bezug auf die Messung der Beschleunigung miteinander verknüpft?

WAS IST EIN PIEZOELEKTRISCHER BESCHLEUNIGUNGSSENSOR?

Der piezoelektrische Effekt ist die Fähigkeit einiger Materialien, als Reaktion auf eine mechanische Belastung elektrische Ladungen zu erzeugen. Intrinsische piezoelektrische Einkristalle wie z. B. Quarz entwickeln eine Ladung, wenn eine Kraft auf sie ausgeübt wird, wie z. B. Verformung durch Kompression oder Scherung. Ingenieure machen sich diesen Effekt zunutze, indem sie piezoelektrische Aufnehmer in komplexe Sensoren wie z. B. Beschleunigungssensoren integrieren.

Ein piezoelektrischer Beschleunigungssensor besteht aus mehreren aktiven piezoelektrischen Elementen, die mit seismischen Massen gekoppelt sind. Diese Massen beschleunigen mit der gleichen Amplitude wie die Basis des Beschleunigungssensors über einen breiten Frequenzbereich. Das bedeutet, dass die piezoelektrischen Aufnehmer Ladungen erzeugen können, die proportional zur Beschleunigung der Oberfläche sind, auf der der Beschleunigungssensor montiert ist.

WAS IST EIN SCHWINGUNGSVORVERSTÄRKER?

Aber was haben nun piezoelektrische Beschleunigungssensoren mit Schwingungsverstärkern zu tun? Im Gegensatz zu den meisten anderen Schwingungssensoren werden piezoelektrische Beschleunigungssensoren zur Messung jeglicher Form von Schwingungen eingesetzt – unabhängig von Frequenz und Zeit. Somit sind sie die genauesten, zuverlässigsten und vielseitigsten Schwingungssensoren auf dem Markt. Dennoch sind sie auf Schwingungsvorverstärker zur direkten Signalübertragung an Datenerfassungs- und Analysegeräte angewiesen.

Tatsächlich können Schwingungsvorverstärker mehrere wichtige Funktionen in der Messkette für piezoelektrische Aufnehmer übernehmen. So können sie z. B. Folgendes:

1. Anpassen der Eingangsempfindlichkeit des Messgeräts an den Ausgang des Beschleunigungssensors;
2. Verstärken des Schwingungssignals, um eine gewünschte Gesamtempfindlichkeit zu erzielen;
3. Integrieren des Beschleunigungssensorausgangs, um Weg- und Schwinggeschwindigkeitssignale zu erfassen;
4. Warnen vor Überlastung am Eingang und am Ausgang;
5. Unterdrücken unerwünschter Signale durch Nieder- und Hochfrequenzfilterung.

Bei der Auswahl eines Schwingungsvorverstärkers können Sie sich entweder für einen Ladungs- oder einen Spannungsvorverstärker entscheiden. Da die Empfindlichkeit nicht von der Kabellänge beeinflusst wird, wird normalerweise die erste Option bevorzugt. (Produktbild/er für Schwingungsvorverstärker einfügen)

AUSWAHL EINES PIEZOELEKTRISCHEN BESCHLEUNIGUNGSSENSORS

Den besten Schwingungsvorverstärker für die meisten Anwendungen haben wir bereits eingegrenzt. Allerdings haben wir noch nicht die Parameter erläutert, die bei der Auswahl eines piezoelektrischen Beschleunigungssensors zu beachten sind.

Genaue Schwingungsmessungen können durch verschiedene äußere Einflüsse wie extreme Temperaturen, Temperaturwechsel, Feuchtigkeit, Querschwingungen, hohe Schallpegel usw. beeinträchtigt werden. Einen Schwingungssensor, der immun gegen widrige Umgebungsbedingungen ist, gibt es schlichtweg nicht. Deshalb sollten Sie ein System wählen, das diese Einflüsse berücksichtigt und ihre Auswirkungen so weit wie möglich minimiert.

UMGEBUNGSEINFLÜSSE

Piezoelektrische Beschleunigungssensoren können innerhalb eines weiten Temperaturbereichs eingesetzt werden. Ihre Ladungs- bzw. Spannungsempfindlichkeit ist jedoch temperaturabhängig, weshalb oberhalb und unterhalb von Referenzpunkten Impedanzen auftreten.

Die akustische Empfindlichkeit ist ein weiterer kritischer Faktor für piezoelektrische Aufnehmer, da die meisten Schwingungsmessungen in Umgebungen mit hohen Schalldruckpegeln durchgeführt werden, die die Genauigkeit der Ergebnisse beeinträchtigen können.

Wenn Ihr piezoelektrischer Beschleunigungssensor nicht vollständig abgedichtet ist, kann es in feuchten Umgebungen zu Veränderungen des niederfrequenten Antwortverhaltens durch eindringende Feuchtigkeit kommen. Dies sind nur einige wenige der Umgebungseinflüsse, die die Leistung Ihres Beschleunigungssensors drastisch beeinträchtigen können.

Jeder piezoelektrische Beschleunigungssensor von Brüel & Kjaer wird mit einer umfassenden Liste von Spezifikationen hinsichtlich seiner Empfindlichkeit gegenüber bestimmten Umgebungsbedingungen geliefert. Die Methoden zur Messung dieser Einflüsse sind in der internationalen Norm ISO 5347 (Verfahren zur Kalibrierung von Schwingungs- und Stoß-Aufnehmern) und der amerikanischen Norm ANSI S2.11-1969 (Selection of Calibrations and Tests for Electrical Transducers Used for Measuring Shock and Vibration) beschrieben.

Wir können eine optimale Leistung des Beschleunigungssensors garantieren – mit zuverlässigem Betrieb selbst bei sehr hohen Schwingungswerten und ohne Einschränkung des Temperaturbereichs durch die Montage. Möchten Sie mehr erfahren? Dann kontaktieren Sie noch heute ein Mitglied des Brüel & Kjaer-Vertriebsteams.

 

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