Accelerometre er vigtige transducere, der bruges til at måle vibrationer og acceleration i forskellige applikationer, herunder bilsikkerhed, forbrugerelektronik og industrimaskiner. Denne vejledning dækker udvælgelse, montering, kalibrering, dataindsamling og analyseteknikker, der er nødvendige for effektivt at bruge accelerometre til præcise vibrationsmålinger.

Hvad er et accelerometer?

Et accelerometer er en transducer, der måler vibrationer ved at detektere accelerationen af ​​bevægelse i en struktur. Det konverterer vibrationen til et proportionalt elektrisk signal, efter Newtons anden lov om bevægelse, som siger, at acceleration (m/s²) er direkte proportional med nettokraften (Newton), der virker på en krop og omvendt proportional med dens masse (kilogram). Accelerometre måler typisk acceleration indirekte ved at detektere kraften påført en af ​​deres akser. En almindelig sansetilgang er kapacitansføling, hvor accelerationen er relateret til ændringer i kapacitans forårsaget af en masses bevægelse. Forskellige typer accelerometre, såsom piezoelektriske og MEMS, bruger forskellige mekaniske konstruktioner til transduktion.

Hvilke typer accelerometre er der?

De vigtigste typer accelerometre inkluderer:

• Piezoelektriske accelerometre: Brug en følekrystal, hvortil en seismisk masse er knyttet. Når sensoren oplever acceleration, udøver massen kraft på krystallen og genererer en elektrisk ladning proportional med accelerationen. Dette højimpedanssignal kan måles direkte eller konditioneres af elektroniske kredsløb. Piezoelektriske accelerometre er almindeligt anvendt i industrielle vibrationsmålinger og højfrekvente applikationer.
• MEMS (Microelectromechanical Systems) accelerometre: Disse accelerometre er bygget ved hjælp af mikrofabrikationsteknologi og består af bittesmå mekaniske komponenter på en siliciumchip. De registrerer acceleration ved at registrere ændringer i kapacitans forårsaget af bevægelsen af ​​en mikrobearbejdet masse. MEMS accelerometre er meget udbredt i forbrugerelektronik, bilsikkerhed og lavfrekvente vibrationsmålinger.
• Piezoresistive accelerometre: Disse accelerometre bruger materialer, der ændrer elektrisk modstand under mekanisk belastning. De ligner strain gauges og bruges ofte i applikationer med høj båndbredde, såsom crashtest, hvor de måler kortvarige, højfrekvente hændelser.
• Strain gauge accelerometre: Disse enheder bruger strain gauges fastgjort til en struktur, der deformeres under acceleration. Denne deformation ændrer modstanden af ​​strain gauges, som måles ved hjælp af et brokredsløb. Strain gauge accelerometre er ideelle til måling af statiske og lavfrekvente accelerationer og bruges almindeligvis i bilsikkerhedssystemer som ABS og traction control.

Hvad er de vigtigste anvendelser af accelerometre?

Accelerometre er afgørende for design, drift og vedligeholdelse af systemer på tværs af forskellige industrier. Forskellige typer accelerometre vælges baseret på deres specifikke egenskaber og kravene til applikationen:

• Design: I R&D-fasen bruges accelerometre til at teste og validere designs. Til bilsikkerhedssystemer tester MEMS og piezoresistive accelerometre komponenter som airbags, blokeringsfrie bremsesystemer (ABS) og traktionskontrolsystemer. Piezoresistive accelerometre håndterer højfrekvente stød i kollisionstest. Inden for forbrugerelektronik muliggør MEMS-accelerometre funktioner som skærmrotation, bevægelsesspil og fitnesssporing, hvilket giver kritiske data til design af brugergrænseflader. I rumfart og forsvar hjælper piezoelektriske og MEMS-accelerometre med at designe navigationssystemer, stabilitetskontrol og strukturel sundhedsovervågning ved at måle højfrekvente vibrationer og inerti-navigationsparametre.
• Betjening: Under drift giver accelerometre real-time funktionalitet og sikkerhedsfunktioner. I bilapplikationer registrerer MEMS accelerometre hurtig deceleration for at udløse airbags. Inden for forbrugerelektronik roterer MEMS-accelerometre skærme i smartphones og tablets og måler kropsvibrationer til sundheds- og ergonomiske vurderinger. Til overvågning af seismisk aktivitet registrerer og registrerer MEMS og kapacitive accelerometre jordbevægelser, hvilket giver høj følsomhed og målinger med bredt frekvensområde. I industrimaskiner overvåger og analyserer piezoelektriske accelerometre vibrationer for driftsstabilitet, detekterer ubalancer og potentielle fejl.
• Vedligeholdelse: Til løbende vedligeholdelse overvåger accelerometre systemernes sundhed og ydeevne. Ved forudsigelig vedligeholdelse analyserer piezoelektriske og strain gauge-accelerometre vibrationer for at forudsige og forhindre udstyrsfejl og planlægge vedligeholdelse før katastrofale fejl opstår. I strukturel sundhedsovervågning vurderer strain gauge og kapacitive accelerometre integriteten af ​​strukturer som broer, bygninger og dæmninger ved at måle lavfrekvente vibrationer og deformationer. Inden for sundhedsovervågning af køretøjer overvåger MEMS og piezoresistive accelerometre konstant vibrationer og stød og identificerer problemer, der kræver vedligeholdelse, såsom ubalancer eller slidte komponenter.

Hvordan bruger man accelerometre til vibrationsmålinger?

Brug af accelerometre til vibrationsmålinger kræver specifik ekspertise. Ingeniører, teknikere og forskere skal sikre korrekt montering, kalibrering og dataindsamlingsmetoder. Accelerometeret er forbundet til en vibrationsmåler, og miljøfaktorer som temperatur og fugtighed skal tages i betragtning for at sikre nøjagtige aflæsninger.

Hvilke enheder bruger accelerometre?

Accelerometre er en del af en målekæde af vibrationsmålere, der inkluderer strømforsyning, kabler og stik. Korrekt strømforsyning af accelerometeret er afgørende for at opnå nøjagtige aflæsninger. Brugen af ​​passende kabler og stik sikrer pålidelig signaltransmission og minimerer datatab. Vibrationsmålere kan være enkelt- eller flerkanals, og derfor fås accelerometre i enkelt- og treaksede versioner.

Hvordan vælger man det rigtige accelerometer?

Når du vælger et accelerometer til en given applikation, skal du overveje følgende nøglekarakteristika:

1. Frekvensområde (Hz): Angiver det område af vibrationsfrekvenser, som accelerometeret reagerer på. F.eks. skal målefrekvensområdet for måleinstrumentet for vibrationsstyrke være fra 10 Hz til 1.000 Hz, men kan omfatte andre områder. (I nogle dele af ISO 20816 bruges en lavere afskæringsfrekvens på 2 Hz eller endnu lavere.)
2. Dynamisk område (g): Området mellem den mindste detekterbare amplitude og den største amplitude før forvrængning eller klipning af udgangssignalet.
3. Følsomhed (mV/g eller mV/ms²): Definerer det mindste detekterbare signal eller ændringen i det elektriske udgangssignal pr. ændring i den mekaniske inputændring. Leveres normalt ved én frekvens; følsomheden er relateret til driftsområdet.
4. Temperatur: Det driftstemperaturområde accelerometeret kan modstå.
5. Masse: Vægten af accelerometeret, som kan påvirke dets montering og målenøjagtigheden.
6. Monteringstype: Metoden, hvorved accelerometeret fastgøres til måleoverfladen.
7. Kompatibilitet med vibrationsmåleren: At sikre, at accelerometeret fungerer problemfrit med den vibrationsmåler, der bruges.

Hvordan indsamler man vibrationsdata fra accelerometrene?

Opsætning af et dataopsamlingssystem involverer konfiguration af udstyret (vibrationsmåler) til at registrere vibrationsdata nøjagtigt. Valg af passende samplinghastighed og datalogningsparametre er afgørende for at fange de nødvendige detaljer og undgå datatab. Det er vigtigt at vælge resultater som PEAK, RMS, MAX, PEAK-PEAK, VDV eller frekvensspektrumanalyser såsom FFT eller 1/3 oktaver og optagelse af rådata (WAV-optagelse).

Databehandling og analyse

Når data er indsamlet, skal de behandles og analyseres. Specialiseret software, såsom SvanPC++-værktøjer, anvender filtre og algoritmer til de rå data og udtrækker meningsfuld information om vibrationsmønstre, frekvenser og amplituder.

Tolke data og foretage justeringer

Det sidste trin involverer fortolkning af de behandlede data for at forstå tilstanden af ​​maskineriet eller strukturen. Baseret på denne analyse kan ingeniører og teknikere foretage de nødvendige justeringer for at forbedre ydeevnen, forhindre fejl og sikre sikkerheden.

Nøgle takeaways

1. Accelerometre er alsidige transducere, der måler vibrationer og acceleration på tværs af en lang række industrier, herunder bilindustrien, rumfart og strukturel sundhedsovervågning.
2. Typer af accelerometre inkluderer piezoelektriske, MEMS, piezoresistive og strain gauge accelerometre, med hver type egnet til specifikke applikationer.
3. Korrekt brug af accelerometre involverer monteringsteknikker, kalibrering og dataindsamlingsekspertise. Nøjagtige målinger kræver korrekt installation og kalibrering samt avancerede databehandlingsmetoder.
4. Accelerometre øger sikkerheden og effektiviteten i applikationer såsom forudsigelig vedligeholdelse og strukturel overvågning, samtidig med at de muliggør hurtig registrering af hurtige bevægelsesændringer i sikkerhedskritiske systemer som bilairbags.
5. Nøjagtige vibrationsmålinger afhænger af en omfattende målekæde, som inkluderer de rigtige strømforsyningsmetoder, kabler, stik og robuste dataopsamlingssystemer. Regelmæssig kalibrering og in-situ-tjek er afgørende for at opretholde målenøjagtighed og pålidelighed.