рекомендации по выбору - ЗАО Радиант-Элком

Низкочастотная характеристика — для низкочастотных измерений, датчики со связью попостоянному току, такие как PR, VC, SERVO, являются очевидным выбором. В дополнение котсутствию фазового сдвига на низких частотах, такие акселерометры так же пригодны к измерениюмедленного движения объекта (см. выше пункт «Измерение движения»). Для измерения ускорения отнескольких герц и выше, могут использоваться датчики со связью по переменному току, имеющиедостаточную для этого типа измерений низкочастотную характеристику.Погрешность, вносимая механизмом крепления — на низких частотах погрешность измерения,вносимая механизмом крепления, мало отличается от измеряемой вибрации. В идеале, акселерометрдолжен обладать очень малой чувствительностью к таким паразитным вибрациям. Клеевой монтаж,если его возможно использовать, способен значительно ослабить воздействие этой погрешности надатчик.Чувствительность к температурным колебаниям — погрешность от внешнего изменениятемпературы складывается со значащим сигналом низкочастотных колебаний и практическинеотличима от него. Применение термо-изоляции значительно уменьшает эту проблему.Низкочастотная фильтрация — когда полезный сигнал является низкочастотным,высокочастотные гармоники могут сильно повлиять на диапазон измеряемыхвибраций. В этом случае, рекомендуется применять внешний низкочастотныйфильтр.Примеры имеющихся моделей акселерометров для таких приложений:7290A-2, 7290D, 7593A, 7265A, 86, 87-1.ИЗМЕРЕНИЕ УДАРНЫХ НАГРУЗОКИзмерения нагрузок в таких областях, как испытания на падения, автомобильные краш-тесты,моделирование пироударов, требуют специальных акселерометров. Случайное падение мобильноготелефона с высоты человеческого роста может вызвать ударную нагрузку до 10 000 g.Новички в испытаниях на ударные нагрузки ошибочно считают идеальной аппроксимацию на жесткоймодели, и совсем забывают об отличиях в поведении материала в отдельных точках. При измерениизначительных ускорений ударных нагрузок структурное поведение материала часто нелинейно итрудноописываемо. В таких случаях крайне важно выбрать верный акселерометр.Основные условия по выбору акселерометров для этого применения:Смещение нуля — смещение нуля или постоянной составляющей, внезапное изменение опорногоуровня при измерениях значительных ускорений, такая ошибка часто ассоциируется с PE/ISOTRONдатчиками. Этот параметр не стандартизируется, поэтому не включен в характеристики датчика.Датчики PR, спроектированные для измерений значительных ускорений, обычно защищены от такогосмещения нуля. Акселерометры 7255А, 71-60К, со встроенным механическим фильтром,спроектированы для значительного ослабления этого эффекта. На эту тему написан ряд научныхработ, ссылки на них приведены в технической документации Endevco TP290 и TP308.Выживаемость — большинство акселерометров могут без каких-либо деформаций пережитьиспытание с малыми ускорениями. В случаях, когда ускорение велико, физический ущерб уже реален.Рекомендуется при выборе диапазона измерений датчика несколько завышать предельный уровеньускорений. Общее правило должно быть таким: чем ближе датчик находится к источнику (взрыва илиудара), тем выше должен быть уровень воспринимаемого ускорения. Выживаемость также зависит откабелей и разъемов. В условиях больших ускорений даже небольшая масса, предварительно незакрепленная, может создавать немалую силу, вызывая рассоединение, нарушение контакта илитрибоэлектрический шум в полезном сигнале даже при использовании обычного коаксиальногокабеля. Для таких применений рекомендуется установка контактов пайкой и шлейфовые проводники.Диапазон — диапазон ускорений, которые выдерживает акселерометр, это важный параметр вданном виде испытаний. Например, акселерометр может быть предназначен для измеренияноминального ускорения до 100 g, но при этом должен выдерживать кратковременные удары до 10000 g. Также необходимо различать предельный ожидаемый уровень спектра реакции на удар иреальный входной спектр акселерометра.

Низкочастотная фильтрация — низкочастотный фильтр может устанавливаться на входе усилителяво избежание перегрузки от неожиднных ударных пиков.Чувствительность к постоянному значению — при исследовании длительного удара или движениятвердого тела, необходимы акселерометры с чувствительностью к постоянному значению, так как ониточно интерпретируют низкочастотную вибрацию. Если данные об ускорении предполагаетсяинтегрировать для получения выходной скорости или информации оперемещении, то необходимо наличие чувствительности датчика к постоянномузначению.Примеры имеющихся моделей акселерометров для таких приложений:2225М5А, 2255В-01, 7255А-01, 71-60К, 7264D.ИЗМЕРЕНИЕ МИКРОВИБРАЦИЙЗадачи по измерению вибрации в космосе на телескопе Хаббл или мониторинг шума на атомнойподводной лодке требуют чрезвычайно чувствительных акселерометров. Уровень шума идинамический диапазон таких приборов должны быть на высочайшем уровне. Шумовыехарактеристики обычно даются в широкополосных среднеквадратичных единицах, этого достаточнодля большинства применений. Но иногда более наглядно использовать единицы, выраженные корнемквадратным из спектральной плотности мощности (g деленный на корень квадратный из Hz).При этом, шумовые характеристики всей системы детектирования (включая источник питания,формирователь сигнала) гораздо важнее, чем отдельно характеристики датчика. В большинствеслучаев предпочтительно питание от аккумуляторных батарей. Также при возможности лучшеиспользовать акселерометр с соответствующим формирователем сигнала, в этом случаечуствительность к шуму будет минимальна.Основные условия по выбору акселерометров для этого применения:Соотношение сигнал-шум — высокая чувствительность и низкий уровень шума являютсянеобходимыми условиями для измерения вибрации микроускорений. Эти условия, однако, влияют наразмер и вес датчика. В этом отношении, при всех прочих равных параметрах, датчики ISOTRONимеют преимущество перед PE, PR и VC типами.Чувствительность к изменениям внешней среды — все акселерометры с высоким уровнемсигнала сильно подвержены влияюнию внешних помех — погрешности от механизма крепления,температурное смещение, акустический шум. В датчиках вибраций микроускорений должен бытьпредусмотрен барьер от этих помех.Существует ряд акселерометров типов PE, ISOTRON, VC и SERVO, которые были специальноразработаны для измерения вибраций малых ускорений. Цена на них варьируется взависимости от размера, веса и требований к формированию сигнала.При использовании в измерениях малых ускорений акселерометров, чувствительныхк постоянным значениям (PR, VC, SERVO), следует обращать внимание на векторземной гравитации. Датчики с высокой чувствительностью могут перейти внасыщение из-за наличия постоянного фонового ускорения земной гравитации. Вдатчиках с разомкнутой петлей обратной связи, например PR, проблема практическине решаема. В датчиках с замкнутой петлей ОС (SERVO), смещение постояннойсоставляющей может быть приведено к нулю, но при этом ограничениединамического диапазона останется. Акселерометры типа PE не имеют такойпроблемы, так как связаны по переменному току.Примеры имеющихся моделей акселерометров для таких применений:86, 87-10, 752A13, 7703A-1000, 7290A-2

ИЗМЕРЕНИЕ ВИБРАЦИИ МИНИАТЮРНЫХ ОБЪЕКТОВСуществует множество тестов, в которых испытуемый объект не крупнее теннисного мяча.Проведение измерений вибраций и ударных нагрузок в таких услових требует особых датчиков суникальными характеристиками.Основные условия по выбору акселерометров для этого применения:Эффект утяжеления — эффект утяжеления может значительно изменитьдинамические характеристики результата измерения. Вес и размеракселерометра относительно измеряемого объекта не должны выходить зарамки определенной пропорции. Рекомендуется, чтобы это соотношение не превышало 10:1.Существуют датчики PE, ISOTRON, PR, обладающие малыми размером и весом (например, 0.14 г).Метод установки — в случае работы с маломерным объектом, сверление отверстий для монтажашпилькой не практично. Единственное решение — клеевая установка. Важно в точности следоватьинструкциям по установке, так как при неправильном обращении возможно повреждение корпусадатчика.Кривизна поверхности — необходимо обеспечить плоскую поверхность для монтажаакселерометра. В некоторых случаях может потребоваться изготовление специальных монтажныхплощадок, повторяющих кривизну базовой поверхности.Резонанс — обычно малые объекты тестируются на больших частотах. Поэтому могут потребоватьсяакселерометры с большой резонансной частотой (более 50 кГц).Кабель — при работе с миниатюрными объектами даже упругость кабеля может вносить погрещностив выходную динамическую характеристику, поэтому следует использовать гибкие малокалиберныекабели.Примеры имеющихся моделей акселерометров для этой области задач:22, 23, 2222C, 25A, 25B, 27AM1-10, 35A, 2250A-10, 7253C-10, 7264B-500ИЗМЕРЕНИЕ ВИБРАЦИИ В ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ СРЕДАХИзмерение ударных нагрузок и вибрации на реактивных двигателях, силовых генераторах требуетдатчиков, способных выдерживать присущую таким испытаниям высокую температуру. Притемпературе выше 200 0 С единственный вариант — акселерометры типа PE. На температуры до 200 0С рассчитаны некоторые датчики семейства ISOTRON. Датчики ISOTRON обладают малым выходнымсопротивлением, что улучшает шумовые характеристики системы. Недостаток акселерометровISOTRON заключается в том, что конструктивно у датчиков этого типа усилитель встроен, поэтому привысоких температурах среды уменьшается срок эксплуатации, ухудшаются электрические инадежностные характеристики.Основные условия по выбору акселерометров для этого применения:Выживаемость — температуры порядка 400 0 С являются рабочими при вибрационных испытанияхдвигателей, поэтому акселерометр должен выдерживать такие условия достаточно длительное время,без потери качества характеристик и чувствительности.Чувствительность к изменению температуры — характеристики датчика на максимальнодопустимой температуре должны быть четко определены. Важно сохранять точность повторяемостихарактеристики чувствительности на высоких температурах. Некоторые модели типа PE имеюткомпенсацию температурного дрейфа, что дает достаточно ровную выходную характеристику.Большинство акселерометров типа PE при высоких температурах демонстрируют значительноепадение внутреннего сопротивления, нарушая работу формирователей сигнала (усилителей заряда).Были разработаны специальные формирователи сигнала для работы при высоких температурах снизкоимпедансным сигналом (2721В).

Стойкость кабеля — кабель датчика должен иметь тот же температурный диапазон, что и самдатчик. Обычно, такие огнеупорные кабели делают с керамической изоляцией, хрупкой и не гибкой.Примеры имеющихся моделей акселерометров для этой области задач:2276, 2248, 6233C-10, 6237M70, 6240C-10ИЗМЕРЕНИЯ В НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ СРЕДЕИзмерения, проводимые в среде, близкой к криогенной, такой как в системах охлаждения ракетныхдвигателей или при тестировании космической техники требуют датчиков, способных работать притемпературах близких к абсолютному нулю.Многие разработанные модели акселерометров могут успешно работать при температуре до -100 0 C,но ниже этой точки могут работать только некоторые, специально разработанные для этих условий.При подобных условиях близких к нулевой температуре необходимо рассмотреть все плюсы и минусыприменения акселерометров со встроенной электроникой (см. также в описании измерений привысоких температурах).Важными моментами для данных измерений являются:Температурный отклик — при достижении температур, близких к абсолютному нулу, показанияпреобразователей различных конструкций резко падают. Конструкция пьезоэлектрических датчиков,основанных на кварце имеет наилучшую линейность и повторяемость при низких температурах ипредпочтительна для подобных измерений.Температурная переходная чувствительность — внезапные изменения температуры при условиях,близких к температуре абсолютного нуля, могут изменить граничные условия чувствительногоэлемента из-за теплового расширения, которые в результате вызывают генерацию нежелательноговыходного сигнала. Когда среда измерений содержит очень широкий температурный градиент (кпримеру охлаждение струей жидкого азота), лучшие модели низкотемпературных акселерометровдолжны обладать низкой чувствительностью к таким инструментальным воздействиям. Дляобеспечения необходимой точности измерений внимательно относитесь к обзору датчиков и особеннок характеристикам их переходной чувствительности.Живучесть - проблемы надежности при температурах, близких к абсолютному нулю, и многократныхтермоударах, в таких условиях присутствуют не только у акселерометров, их воздействие вредноотражается и на кабелях и электронных схемах, вызывая температурные расширения, поэтому втаких условиях предпочтительнее использовать виброакселерометры без встроенных электронныхсхем.Долговечность кабеля — большинство кабелей в условиях криогеники становятся очень ломкими.Очень важно правильно подобрать кабель для таких условий. Приборы с низкоимпеданснымвыходным сигналом допускают наиболее широкий выбор кабелей в зависимости от содержащихся вних материалов.Примеры акселерометров для применения в области криогеники:2271A, 2271AM20 2272 7722, 7724

ИЗМЕРЕНИЯ В РАДИАЦИОННОЙ СРЕДЕИзмерения, производимые вблизи радиоактивных источников, таких как ядерный реактор и егонасосная система, требуют защищенных от радиации датчиков. Так как уровень радиации изменяетсяв зависимости от места проведения измерений, существует ряд радиационностойких акселерометровс разными степенями защиты. Как правило, пьезоэлектрические акселерометры имеют болеевысокое сопротивление действию радиации, чем приборы со встроенной электроникой.Важными характеристиками при таких измерениях являются:RAD рейтинг (степень радиационной защиты) — Предпочтение при измерениях врадиационной среде следует отдавать PE (пьезоэлектрическим) преобразователям.Имеются модели пьезоэлектрических акселерометров со степенью защиты от 1E8 до6E10 от интегрального гамма излучения. Для передачи по кабелю измеряемого сигналана большое расстояние (в удаленное от эксперимента защищенное помещение) можноприменять присоединяемые радиационностойкие преобразователи заряда.Устойчивость кабеля — основные материалы кабелей, включая общеупотребимую тефлоновуюизоляцию, разрушаются после длительного радиационного облучения. Кабельные сборки дляядерных измерений должны обеспечивать их длительное использование. Компания Endevcoпредлагает кабельные сборки для подобных условий измерения.Промышленный стандарт — несмотря на наличие большого числа моделей пьезоэлектрическихакселерометров, имеющих радиационную стойкость, только несколько моделей семейства 2273Aприменяются в атомной энергетике.Примеры моделей акселерометров для радиационной среды:7703A-50 7704A-100 2248 2273A, 2273AM1, 2273AM20, 2276ИЗМЕРЕНИЯ ВО ВРЕМЯ МОНИТОРИНГА СОСТОЯНИЯ МЕХАНИЗМОВИзмерения вибрации, производимые в промышленных условиях имеют требования, отличные оттребований при лабораторных измерениях. Многие приложения требуют наличия преобразователядля сертификации на соответствие нормам безопасности.Определяющими соображениями в таком применении являются:Прочность — физическое окружение внутри работающего агрегата требует прочной конструкциикорпуса датчика. Кабельный разъем, кабель и крепление должны быть в состоянии выдерживатьежедневное воздействие промышленного окружения.Герметичная заливка — промышленная среда допускает попадание влаги и других жидких веществна поверхность. Герметичный корпус должен защищать датчик от таких воздействий, обеспечивая егоработу в течение длительного периода времени.Низкая стоимость — не являясь технической характеристикой, стоимость датчиков является важнымпараметром в данном варианте применения, при котором в одно и тоже время применяются сотниединиц датчиков.Для промышленного применения разработано множество PE/ISOTRON преобразователей, хотянаиболее подходящими для этих целей являются именно ISOTRON из-за их низкой стоимости испособности работать в очень грязной среде. Датчики других типов менее широко применяются вэтой области, в первую очередь из-за их более высокой стоимости.

Примеры текущих моделей акселерометров для промышленного применения:5220A-100 5221 6222S-100 6237M71МНОГОКАНАЛЬНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯИзмерения на крупных объектах, таких как космические аппараты или автомобили могут потребоватьиспользования множества каналов датчиков. В большинстве случаев более половины времени,занимаемого многоканальными измерениями занимает установка и настройкауправления — составление записей об идентификаторах датчиков, кабелей,каналов и занесение базы данных датчиков в программное обеспечение.Минимизировать эти затраты времени призвана технология TEDS (TransducerElectronic Data Sheet – электронная запись параметров сенсора), установленнаястандартом IEEE1451.4 .Преимущества использования преобразователей с TEDS:Отсутствие необходимости в поверочной таблице датчика — вся обновляемая информация одатчике загружается в микросхему TEDS памяти. То есть нет необходимости хранения отклоненийпараметров сенсора от стандартной заводской калибровки — все данные автоматическиподгружаются в микросхему памяти после каждой перекалибровки датчика.Отсутствие ошибок неправильного кабельного подключения — при обычной многосенсорнойустановке для испытаний большое количество времени бесполезно тратится на маркировку номеровдатчиков на соответствующих кабелях и прослеживании правильности их прокладки доизмерительного оборудования через всю систему (трассировку кабелей). В таком процессевероятность человеческой ошибки возрастает по мере увеличения числа каналов. С TEDS,встроенными в датчики, прослеживание правильности соединений может не потребоваться.Идентификация датчиков всегда понятна системе независимо от того, как выполнено соединение.Идентификация месторасположения — к примеру, при модальных тестах для исследователя важноместорасположение датчика.Такая информация, как идентификатор места установки, ориентация иполярность акселерометра обычно записывается вручную на листе бумаги, после чего вводится впрограммное обеспечение тестового оборудования. При использовании TEDS датчиков подобнаяспециальная для данного приложения информация может быть записана в TEDS вместе с основнойинформацией датчиков. Далее она в любой момент может быть считана программой, управляющейиспытаниями. Короче говоря, вся информация о параметрах датчика и о его месте расположениястановится известной системе сразу после введения данных об установке датчиков в TEDS память.Ручной программатор Endevco модель 36004 позволяет пользователю записывать (считывать)информацию о месторасположении датчиков в цифровую память прямо на месте. Также этаинформация может быть записана в компьютер/терминал. Но этот метод требует ручной записиидентификаторов датчиков и соответствующих им идентификаторов месторасположения на листебумаги с последующим их вводом в программное обеспечение компьютера.Быстрая замена датчика — поскольку TEDS датчика содержит информацию обо всех параметрахприбора, как например его чувствительность и поправочный коэффициент, его можно легко заменить,не заботясь об изменениях настроек всей системы. Интеллектуальный формирователь сигнала(обработчик) на приемном конце определит что датчик заменен и автоматически изменит настройкиканала или свою передаточную характеристику по реальному сценарию plug-and-play.Повышение качества конечного изделия и ускорение выхода на рынок.Сегодня пользователи предъявляют повышенные требования к качеству продукции. Модальноетестирование с использованием встроенных спецификаций TEDS ускоряет выход новой продукции нарынок и создает условия для повышения качества продукции за счет повышения точности инадежности тестовой информации. Специализированные программы поддерживают импорт данных и

сопоставления их в соответствие с каналами датчиков. В результате пользователь получаетвозможность хранить всю информацию в одном месте, выводить ее на печать и использовать приповторном проведении тестов. Подобная база данных позволяет использовать и обычные датчикипочти как интеллектуальные.Применение технологии TEDS в многоканальных измерениях детально описано в техническомдокументе TP315 компании Endevco.Примеры текущих моделей со встроенным TEDS:27A12 752A13 61C12 66A11СИСТЕМА СОПРЯЖЕНИЯ ДАТЧИКОВЯдром системы сопряжения компании Endevco является восьмиканальная плата усилителя сигналовинтеллектуальных датчиков OASIS 2000 вместе с программным обеспечением, имеющиминтегрированную базу данных для управления поступающей от TEDS-датчиков информацией.Устанавливаемые в приборную стойку, платы Endevco 482 используются для подключения TEDSакселерометрови обладают обратной совместимостью со стандартными неинтеллектуальнымидатчиками ISOTRON и удаленными преобразователями напряжения RCC (Remote Charge Converters).Для ускорения установления связи и передачи данных каждая плата имеет собственныймикропроцессор.В одну стойку может быть установлено до 16 плат семейства 482, что в общей сложности дает 128каналов; при этом один компьютер может управлять 16-ю такими стойками. Максимальное числоканалов интеллектуальных датчиков ISOTRON в результате равно 2048.Платы формирователя сигналов серии 482 обладают следующими основными характеристиками ивозможностями:• определение обрывов и коротких замыканий в датчиках;• настройка коэффициентов усиления каналов;• программируемое усиление (с коэффициентами от 0 до 100);• компьютерная настройка фильтров низких частот Баттерворта;• полоса пропускания — от 0,015 до 100 Гц (по уровню -3 дБ);• стандартные входные и выходные разъемы типа "D"; выходной разъем BNC для групповойкоммутации.Стандарт IEEE P1451.4 — это реальная замена предыдущим технологиям измерений. Вкрупномасштабных многоканальных испытательных системах будут преобладать распределенныеархитектуры сбора данных на базе интерфейсов Ethernet, RS-232 или беспроводных систем.Высокие темпы развития в области интеллектуальных датчиков и вспомогательного оборудованияпозволят упростить организацию динамических испытаний и анализ полученных результатов, иповысить скорость многоканального тестирования, сделав его более подходящим для применения впромышленных условиях. Задача производителей датчиков и испытательной аппаратуры заключаетсяв разработке соответствующего инструментария, обеспечивающего внедрение новых сенсорныхтехнологий и результирующее повышение эффективности тестирования.«Радиант-Элком» (http://www.radiant.su) +7 495 725 04 04