传感器是获得精准有效数据的 一触点;它们在将原始物理量转换为便于测量计算的数据量的过程中,发挥着重要作用。伴随着电力、船舶、航空、航天等多种工程技术的迅猛发展,对相关应用场景越来越需要更精确的动态数据。航空发动机、燃气轮机、蒸汽机等高能动力装置,对工业级传感器都提出了更加严苛的要求。在众多传感器里,笔者以工业级加速度传感器为例,结合应用和相关产品数据,将一些体会和经验做一个简单的 。
什么是加速度传感器?
加速度传感器(Accelerometer),又称加速规、加速计,是用于测量加速度的一种感应装置,该装置在加速过程中对自身所受惯性力进行测量,通过牛顿 二定律得出加速度值。从感应机理上分为压电式、电容式、电感式、应变式、压阻式等。
汽车平顺性试验应用
将加速度传感器安装在车辆座椅上,测量XYZ三个轴向上的振动加速度过程,用以评价汽车行驶平顺性的道路试验。
工业级加速度传感器
选择加速度传感器时,用户大多基于加速度量程范围,同时结合实际应用。如倾斜角度测量,±1.5g的量程已经足够。±2g的加速度传感器可以用于大多数消费电子和商业应用。但对于急停、多方向剧烈变化以及振动烈度较大的测量应用,至少要选择±10g以上或者更大量程的加速度传感器。
在众多工业应用场景中,都需要对冲击和振动进行监控和测量,因应用环境温度的高低温波动范围大,对加速度计的量程、灵敏度、精度要求高,对于常规加速度传感器来说,完全不能胜任这种严苛恶劣的工作环境。基于此工业级加速度传感器应运而生,它们完全能够在这种恶劣的应用环境中保持高可靠性的持续测量和稳定输出。
工业级加速度传感器的品牌和产品性能
在传感器市场中,工业级加速度传感器品牌众多,其中欧、美、日品牌占据了此类产品较大比例的市场份额。但随着中国近年来工程技术的迅猛发展,中国的自主品牌也正在这一细分产品领域中逐步跟上,并在高、中、低几个技术维度上与欧、美、日同台角逐。从产品技术和可靠性两个维度上来看,进口品牌美国PCB、丹麦B&K和中国自主品牌西人马(FATRI)的工业级加速度传感器能够比较全面的诠释这两个维度。
PCB Piezotronics, Inc. “PCB”是PicoCoulomB的缩写,PicoCoulomB属于技术术语,定义了由PCB制造的压电传感器产生的电荷类型,也成了该公司的注册商标。PCB 于1967年成立,是美国老牌的家族企业。拥有加速度测量、振动、冲击、声学、负载等产品线。
Brüel & Kjær简称B&K,名称与商标源于创始人Per VilhelmBrüel和ViggoKjær的名字,二人缘起于哥本哈根理工学院(现丹麦工业大学),这是个历史悠久的公司,成立于1942年,拥有加速度测量、传声器、声学全息阵列等产品线。
西人马(厦门)科技有限公司- FATRI,创始人聂泳忠博士,这是一个历久弥新的中国自主品牌,“久”在于其创始人聂博士一直深耕于精密先进传感器的研发和设计的前沿,“新”是因为该公司仅成立了5年多的时间。虽然成立时间短,但拥有先进材料、芯片制造、精密传感器(加速度、温度、压力等)、测量设备等丰富和扎实的产品研发和制造能力。
笔者从三个品牌的产品中拣选出工业级加速度传感器的同类产品,通过产品技术规格来解析工业级传感器的一些特性和关键技术指标。
工业级加速度传感器的关键技术指标
灵敏度
电压灵敏度在满足谐振频率的前提下越大越好,后端采样调理的回路就越容易。
工作温度
在工业现场环境中,随时会出现温度的骤升骤降,能否有效进行测量,直接影响测量的效率,所以工作温度范围要尽量够宽。
响应时间
当被测量物体发生变化时,传感器并不能立刻反应,普遍存在滞后,滞后的时长即响应时间,响应时间越短越好。
冲击极限
指1秒内,传感器及壳体所能承受的 大加速度冲击,一般在可承受冲击的范围内,传感器仍能保持正常工作,冲击极限上限越高越好。
横向灵敏度
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