Meetsystemen

Meetsystemen: Meetprincipes
Piëzo-elektrische sensoren
Dit verband benadrukt de twee nadelen van dit elementair meetsysteem:
De spanningsgevoeligheid S V
= S/(C N
+ C k
). De gevoeligheid hangt bijgevolg af van de
kabelcapaciteit C k
en dus ook van de lengte van de kabel.
Het dynamisch gedeelte van de TF (met verwaarlozing van de opnemer-dynamica) is:
G(p)=
τp 1
(1 +τp) ⎛
⎝ 1 2
p 2 + 2ζ
ω
ω n
p + 1 ⎞
n ⎠
Het tweede orde systeem is eigen aan alle elastische elementen en kan niet vermeden worden.
Dit stelt echter geen probleem indien de hoogste signaalfrequentie ω max
(veel) kleiner blijft
dan ω n
. De eerste factor τp/(1+τp) geeft aan dat het systeem niet gebruikt kan worden voor het
meten van DC en langzaam variërende krachten.
Als illustratie geeft figuur 2.93.a de frequentieresponsie van G(jω) weer.
Versterking [dB]
50
0
-50
b)
Met ladingsversterker
a)
Oorspronkelijk systeem
(spanningsmeting)
-100
-1 0 1 2 3 4 5 6
10 10 10 10 10 10 10 10
Fase [°]
90
45
0
-45
-90
-135
Met ladingsversterker
Oorspronkelijk systeem
(spanningsmeting)
-180
-1 0 1 2 3 4 5 6
10 10 10 10 10 10 10 10
Frequentie [rad/sec]
Figuur 2.93: Frequentierespons van piëzo-elektrisch meetsysteem: a) als spanningsmeting, b) met
ladingsversterker. De gebruikte variabelen zijn: f n
= 27 kHz, ω n
= 1,7.10 5 rad/s, ζ= 0,01, C N
= 1600 pF,
C k
=600 pF, R L
= 10 6 Ω, τ = 2,2 ms en voor de ladingsversterker τ F
= R F
C F
= 1 sec.
Het nuttig meetbereik voor de spanningsmeting ligt tussen 3/τ en 0,2 ω n
, met de gegeven
parameters is dit tussen 216 Hz en 5,4 kHz, waar 0.95 ≤ ⎜G(jω)⎜ ≤ 1,05 en de faseverschuiving
bijna nul is. Voor veel toepassingen is dit echter onvoldoende.
__________ - II.77 -
Johan Baeten