세부 내용
피에조 일렉트로닉스 가속도계는 전원 공급 장치가 필요하지 않습니다. 마모되는 움직이는 부분이 없으며 마지막으로 가속도 비례 출력을 통합하여 속도 및 변위 비례 신호를 제공할 수 있습니다. 극한의 온도에서 작동할 수 있지만 신호를 조절하기 위해 저잡음 케이블과 전하 앰프가 필요한 높은 출력 임피던스로 인해 제약을 받습니다.
피에조 일렉트로닉스 가속도계의 핵심은 피에조 일렉트로닉스 재료 피스입니다. 일반적으로 독특한 피에조 일렉트로닉스 효과를 나타내는 인공적으로 분극된 강유전성 세라믹입니다. 인장, 압축 또는 전단에서 기계적으로 응력을 받으면 적용된 힘에 비례하는 극면을 가로질러 전하를 생성합니다.
가속도계 디자인
실제 가속도계 설계에서 피에조 일렉트로닉스 소자는 어셈블리가 진동할 때 질량이 진동 가속도에 비례하는 힘을 피에조 일렉트로닉스 소자에 가하도록 배열됩니다. 이것은 힘 = 질량 x 가속도의 법칙에서 볼 수 있습니다.
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가속도계 센서
완전한 스프링-질량 시스템의 공진 주파수 아래에 있는 주파수의 경우, 질량의 가속도는 베이스의 가속도와 같습니다. 따라서 출력 신호 크기는 픽업이 받는 가속도에 비례합니다.
두 가지 구성이 일반적으로 사용됩니다.
1. 질량이 피에조 일렉트로닉스 소자에 압축력을 가하는 압축형 2. 질량이 피에조 일렉트로닉스 소자에 전단력을 가하는 전단형
피에조 일렉트로닉스 가속도계 유형
대부분의 제조업체는 첫눈에 다양한 가속도계를 가지고 있으며 선택을 쉽게 하기에는 너무 많을 수 있습니다.
"범용" 유형의 소규모 그룹이 대부분의 요구 사항을 충족합니다. 이들은 상단 또는 측면 장착 커넥터와 함께 사용할 수 있으며 1 ~ 10mV 또는 m/s2당 pC 범위의 감도를 갖습니다. Brüel & Kjær Uni-Gain® 은 측정 시스템의 교정을 단순화하기 위해 1 또는 10 pC/ms-2와 같은 편리한 "원형"으로 감도를 정규화했습니다.
CCLD/DeltaTron® 또는 IEPE 가속도계
CCLD(Constant Current Line Drive) 가속도계 또는 IEPE(Integrated Electronics Piezo Electric) 가속도계는 통합 프리앰프가 있는 피에조 일렉트로닉스 가속도계로, 전원 공급 라인에서 전압 변조 형태로 출력 신호를 제공합니다.
Brüel & Kjær의 IEPE 가속도계는 출력 감도가 높고 신호 대 잡음비가 높으며 대역폭이 넓어 범용 및 고주파 진동 측정에 모두 적합합니다.
이 가속도계는 표준 피에조 일렉트로닉스 가속도계(통합 증폭기 없음)보다 출력 감도가 더 높은 고성능 기기입니다. 환경 오염으로부터 보호하기 위해 완전히 밀봉되어 있으며 무선 주파수 및 전자기 복사에 대한 민감도가 낮고 외부 정전류 전원으로 인한 임피던스 출력이 낮습니다. 낮은 임피던스 출력을 통해 가속도계에 저렴한 동축 케이블을 사용할 수 있습니다.
범용 범위를 벗어난 많은 가속도계는 특정 용도로 기울어진 특성을 가지고 있습니다. 예; 고레벨 또는 고주파수 측정을 위한 소형 가속도계로 무게가 ca. 0.5~2g.
다른 특수 목적 유형은 서로 수직인 세 방향에서 동시 측정에 최적화되어 있습니다. 고온; 매우 낮은 진동 수준; 높은 수준의 충격; 비교에 의한 다른 가속도계의 보정; 산업 기계에 대한 영구 모니터링.
가속도계 감도, 질량 및 동적 범위
감도는 일반적으로 고려되는 첫 번째 특성입니다. 이상적으로는 높은 출력 수준을 원하지만 일반적으로 높은 감도에는 상대적으로 큰 피에조 일렉트로닉스 어셈블리가 수반되고 결과적으로 상대적으로 크고 무거운 장치가 수반되기 때문에 여기서 타협해야 합니다.
일반적인 상황에서 감도는 최신 프리 앰프가 이러한 낮은 수준의 신호를 수용하도록 설계되었기 때문에 중요한 문제가 아닙니다. 가벼운 테스트 대상을 측정할 때 가속도계의 질량이 중요해집니다. 추가 질량은 측정 지점에서 진동 수준과 주파수를 크게 변경할 수 있습니다.
일반적으로 가속도계 질량은 장착된 진동 부품의 동적 질량의 1/10을 넘지 않아야 합니다.
비정상적으로 낮거나 높은 가속 수준을 측정하려면 가속도계의 동적 범위를 고려해야 합니다. 도면에 표시된 하한은 일반적으로 가속도계에 의해 직접 결정되는 것이 아니라 연결 케이블과 증폭기 회로의 전기적 노이즈에 의해 결정됩니다. 이 한계는 일반적으로 범용 기기의 경우 m/s2의 100분의 1만큼 낮습니다.
상한은 가속도계의 구조적 강도에 의해 결정됩니다. 일반적인 범용 가속도계는 최대 50000 ~ 100000 m/s2까지 선형이며 이는 기계적 충격 범위에 속합니다. 기계적 충격 측정을 위해 특별히 설계된 가속도계는 최대 1000km/s2(100000g)까지 선형일 수 있습니다.
가속도계 주파수 범위
기계 시스템은 10Hz에서 1000Hz 사이의 비교적 좁은 주파수 범위에 포함된 진동 에너지의 대부분을 갖는 경향이 있지만 이러한 더 높은 주파수에서 흥미로운 진동 성분이 종종 있기 때문에 측정은 종종 10kHz로 이루어집니다. 따라서 가속도계를 선택할 때 가속도계의 주파수 범위가 관심 범위를 포함할 수 있는지 확인해야 합니다.
가속도계가 실제 출력을 제공하는 주파수 범위는 실제로 저주파 끝에서 두 가지 요인에 의해 제한됩니다. 첫 번째는 뒤에 오는 앰프의 저주파 차단입니다. 한계는 일반적으로 1Hz 미만이므로 일반적으로 문제가 되지 않습니다.
두 번째는 가속도계가 민감한 주변 온도 변동의 영향입니다. 최신 전단형 가속도계를 사용하면 이 효과가 최소화되어 일반 환경에서 1Hz 미만까지 측정할 수 있습니다.
상한은 가속도계 자체의 질량 스프링 시스템의 공진 주파수에 의해 결정됩니다. 일반적으로 주파수 상한을 가속도계 공진 주파수의 1/3로 설정하면 구성 요소의 주파수 상한에서 측정된 진동이 +12% 이하로 오차가 발생한다는 것을 알 수 있습니다.
질량이 작은 소형 가속도계의 경우 공진 주파수가 180kHz까지 높을 수 있지만 다소 크고 더 높은 출력의 범용 가속도계의 경우 20~30kHz의 공진 주파수가 일반적입니다.
가속도계 공진 오류
가속도계는 일반적으로 공진으로 인해 고주파수 끝에서 감도가 증가하므로 출력은 이러한 고주파수에서 측정 지점의 진동을 제대로 나타내지 못합니다.
진동 신호를 주파수 분석할 때 고주파 피크가 가속도계 공진에 의한 것임을 쉽게 인지하고 무시할 수 있습니다. 그러나 가속도계 공진을 포함하는 전체 광대역 판독값을 취하면 동시에 측정할 진동에 공진 주파수 주변의 구성 요소가 있는 경우 부정확한 결과를 얻을 수 있습니다.
이 문제는 가능한 한 넓은 주파수 범위의 가속도계를 선택하고 일반적으로 진동 미터 및 프리 앰프기에 포함된 저역 통과 필터를 사용하여 가속도계 공진으로 인한 원치 않는 신호를 차단함으로써 극복됩니다.
측정이 저주파로 제한된 곳. 전자 장치의 과부하와 같은 고주파 진동 및 가속도계 공진 효과는 기계적 필터로 제거할 수 있습니다. 가속도계와 장착 표면 사이에 장착된 두 개의 장착 디스크 사이에 접착된 탄성 매체(일반적으로 고무)로 구성됩니다. 일반적으로 주파수 상한을 0.5kHz ~ 5kHz 사이로 줄입니다.
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BY BRÜEL & KJÆR
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