Accelerometre er essentielle transducere, der bruges til at måle vibration og acceleration i forskellige applikationer, herunder bilsikkerhed, forbrugerelektronik og industriel maskineri. Denne guide dækker valg, montering, kalibrering, datainsamling og analyseteknikker, der er nødvendige for effektivt at bruge accelerometre til præcise vibrationsmålinger.

Hvad er en accelerometer?

En accelerometer er en transducer, der måler vibration ved at registrere accelerationen af bevægelse i en struktur. Den omdanner vibrationerne til et proportionalt elektrisk signal, i overensstemmelse med Newtons anden lov om bevægelse, som siger, at acceleration (m/s²) er direkte proportional med den nettokraft (Newton), der virker på en krop, og omvendt proportional med dens masse (kilogram). Accelerometre måler typisk acceleration indirekte ved at registrere den kraft, der anvendes på en af deres akser. En almindelig målemetode er kapacitansmåling, hvor accelerationen relateres til ændringer i kapacitans forårsaget af bevægelsen af en masse. Forskellige typer af accelerometre, såsom piezoelektriske og MEMS, bruger varierende mekaniske konstruktioner til transduktion.

Hvilke typer accelerometre findes der?

De vigtigste typer af accelerometre inkluderer:

• Piezoelektriske accelerometre: Bruger en sensorkrystal, hvortil en seismisk masse er fastgjort. Når sensoren oplever acceleration, udøver massen kraft på krystallen, hvilket genererer en elektrisk ladning, der er proportional med accelerationen. Dette højimpedanssignal kan måles direkte eller behandles af elektroniske kredsløb. Piezoelektriske accelerometre bruges almindeligvis i industrielle vibrationsmålinger og højfrekvente applikationer.
• MEMS (Mikroelektromekaniske systemer) accelerometre: Bygget med mikroproduktions teknologi, disse accelerometre består af små mekaniske komponenter på en siliciumchip. De registrerer acceleration ved at registrere ændringer i kapacitans forårsaget af bevægelsen af en mikromaskineret masse. MEMS accelerometre anvendes bredt i forbrugerelektronik, bilsikkerhed og lavfrekvente vibrationsmålinger.
• Piezoresistive accelerometre: Disse accelerometre bruger materialer, der ændrer elektrisk modstand under mekanisk stress. De ligner strækfølere og bruges ofte i høj-båndbredde applikationer, såsom crash tests, hvor de måler kortvarige, højfrekvente begivenheder.
• Strækføler accelerometre: Disse enheder bruger strækfølere, der er fastgjort til en struktur, der deformeres under acceleration. Denne deformation ændrer modstanden af strækfølerne, som måles ved hjælp af en brokreds. Strækføler accelerometre er ideelle til at måle statiske og lavfrekvente accelerationer og bruges ofte i bilsikkerhedssystemer som ABS og trækkontrol.

Hvad er de vigtigste anvendelser af accelerometre?

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

• Design: I FøR-fasen bruges accelerometre til at teste og validere designs. Til bilsikkerhedssystemer tester MEMS- og piezoresistive accelerometre komponenter som airbags, antiblokeringssystemer (ABS) og trækkontrolsystemer. Piezoresistive accelerometre håndterer højfrekvente stød i crash-test. I forbrugerelektronik muliggør MEMS-accelerometre funktioner som skærmrotation, bevægelsesspil og fitnesssporing, hvilket giver kritiske data til design af brugergrænseflader. I luftfart og forsvar hjælper piezoelektriske og MEMS-accelerometre med at designe navigationssystemer, stabilitetskontrol og strukturel sundhedsovervågning ved at måle højfrekvente vibrationer og inertiale navigationsparametre.
• Drift: Under drift giver accelerometre real-time funktionalitet og sikkerhedsfunktioner. I bilapplikationer registrerer MEMS-accelerometre hurtig deceleration for at aktivere airbags. I forbrugerelektronik roterer MEMS-accelerometre skærme i smartphones og tablets og måler kropsvibrationer til sundheds- og ergonomiske vurderinger. Til overvågning af seismisk aktivitet registrerer MEMS- og kapacitive accelerometre og registrerer jordbevægelser, hvilket giver høj følsomhed og målinger over et bredt frekvensområde. I industriel maskineri overvåger piezoelektriske accelerometre vibrationer for operationel stabilitet, opdager ubalancer og potentielle fejl.
• Vedligeholdelse: Til løbende vedligeholdelse overvåger accelerometre sundheden og ydeevnen af systemer. I prædiktiv vedligeholdelse analyserer piezoelektriske og strain gauge-accelerometre vibrationer for at forudsige og forhindre udstyrssvigt, og planlægger 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. I overvågning af køretøjs sundhed overvåger MEMS- og piezoresistive accelerometre kontinuerligt vibrationer og stød, 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 tilsluttet en vibrationsmåler, og miljøfaktorer som temperatur og fugtighed skal tages i betragtning for at sikre nøjagtige målinger.

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 målinger. Brug af passende kabler og stik sikrer pålidelig signaloverførsel og minimerer datatab. Vibrationsmålere kan være enkelt- eller multikanals, og derfor er accelerometre tilgængelige i enkelt- og treaks 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 området for vibrationsfrekvenser, som accelerometeret reagerer på. For eksempel skal målefrekvensområdet for vibrationssværhedsgradsmåleinstrumentet være fra 10 Hz til 1.000 Hz, men kan inkludere andre områder. (I nogle dele af ISO 20816 anvendes en lavere skæringsfrekvens på 2 Hz eller endda lavere.)
2. Dynamisk område (g): Området mellem den mindste detekterbare amplitude og den største amplitude før forvrængning eller clipping af outputsignal.
3. Følsomhed (mV/g eller mV/ms²): Definerer det mindste detekterbare signal eller ændringen i output elektrisk signal pr. ændring i input mekanisk ændring. Normalt angivet ved én frekvens; følsomheden er relateret til driftsområdet.
4. Temperatur: Det operationelle temperaturområde, som accelerometeret kan modstå.
5. Masse: Vægten af accelerometeret, som kan påvirke dets montering og målenøjagtighed.
6. Monteringsmetode: Metoden, hvormed accelerometeret er fastgjort til målefladen.
7. Kompatibilitet med vibrationsmåleren: Sikre at accelerometeret fungerer problemfrit med den anvendte vibrationsmåler.

Hvordan indsamles vibrationsdata fra accelerometrene?

Opsætning af et datainsamlingssystem involverer konfiguration af udstyret (vibrationsmåler) for nøjagtigt at registrere vibrationsdata. Valg af den passende samplingsfrekvens og dataloggerparametre er afgørende for at fange de nødvendige detaljer og undgå datatab. Det er essentielt at vælge resultater som PEAK, RMS, MAX, PEAK-PEAK, VDV eller frekvensspektralanalyser som FFT eller 1/3 oktaver, samt optagelse af rådata (WAV-optagelse).

Databehandling og analyse

Når data er indsamlet, skal det behandles og analyseres. Specialiseret software, såsom SvanPC++ værktøjer, anvender filtre og algoritmer på rådataene for at udtrække meningsfuld information om vibrationsmønstre, frekvenser og amplituder.

Fortolkning af data og 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 nødvendige justeringer for at forbedre ydeevnen, forhindre fejl og sikre sikkerhed.

Nøglepunkter

1. Accelerometre er alsidige transducere, der måler vibration og acceleration på tværs af en bred vifte af industrier, herunder bilindustrien, luftfart og overvågning af strukturel sundhed.
2. Typer af accelerometre inkluderer piezoelektriske, MEMS, piezoresistive og strain gauge accelerometre, hvor hver type er velegnet til specifikke anvendelser.
3. Ordentlig brug af accelerometre involverer monteringsmetoder, kalibrering og datainsamlingskompetence. Præcise målinger kræver korrekt installation og kalibrering samt avancerede databehandlingsmetoder.
4. Accelerometre forbedrer sikkerhed og effektivitet i anvendelser som prædiktiv vedligeholdelse og strukturel overvågning, samtidig med at de muliggør hurtig registrering af hurtige bevægelsesændringer i sikkerhedskritiske systemer som bilairbags.
5. Præcise vibrationsmålinger afhænger af en omfattende målekæde, som inkluderer de rigtige strømforsyningsmetoder, kabler, stik og robuste datainsamlingssystemer. Regelmæssig kalibrering og in-situ kontroller er afgørende for at opretholde målenøjagtighed og pålidelighed.