كيفية اختيار حساسية ونطاق المستشعر؟

الحساسية ونطاق المدى

حساسية

 حساسية المستشعر هي أحد أهم المؤشرات الأساسية للمستشعر، حيث يؤثر حجم الحساسية بشكل مباشر علىجهاز استشعارقياس إشارة الاهتزاز. ليس من الصعب أن نفهم أن حساسية المستشعر يجب أن يتم تحديدها وفقًا لكمية الاهتزاز المقاسة (قيمة التسارع)، ولكن لأن الإضافة الكهرضغطية هي قيمة تسارع الاهتزاز المقاس، وقيمة التسارع تتناسب مع مربع تردد الإشارة، وبالتالي فإن حجم إشارة التسارع لنطاقات التردد المختلفة يختلف كثيرًا.

 قد تكون قيمة تسارع الاهتزاز صغيرة جدًا، على سبيل المثال، عندما يكون إزاحة الاهتزاز 1 مم، تكون قيمة تسارع تردد 1 هرتز 0.04 م/ث2 فقط (0.004 جم)؛ ومع ذلك، يمكن أن يصل تردد 10 كيلو هرتز إلى 4 × 105 م/ث2 (40000 جم).

لذلك، على الرغم من أن مستشعر التسارع الكهرضغطي له نطاق قياس كبير، فإن حساسية مستشعر التسارع تختار إشارة الاهتزاز المستخدمة لقياس ترددات كلا الطرفين. حساسية مقياس التسارع الكهرضغطي الأكثر استخدامًا لقياس الاهتزاز، نوع خرج الجهد (نوع IEPE) هو 50 ~ 100 مللي فولت / جم، نوع خرج الشحنة هو 10 ~ 50 بيكو كولوم / جم.

القدرة على المدى

يشير نطاق قياس مستشعر قيمة التسارع إلى أقصى قيمة قياس يقيسها المستشعر ضمن نطاق خطأ غير خطي معين. الخطأ غير الخطي لمستشعر التسارع الكهرضغطي العالمي هو في الغالب 1%. كمبدأ عام، كلما زادت الحساسية، كان نطاق القياس أصغر، وكلما كانت الحساسية أصغر، كان نطاق القياس أكبر.

 نوع خرج الجهد / الشحن

 يتم تحديد نطاق قياس مستشعر التسارع الكهرضغطي لإخراج جهد IEPE من خلال أقصى جهد إشارة خرج مسموح به ضمن نطاق الخطأ الخطي، وتكون قيمة جهد الخرج الأقصى عمومًا ± 5 فولت. يمكن للتحويل الحصول على أقصى نطاق للمستشعر، وهو ما يساوي نسبة أقصى جهد خرج إلى الحساسية. يجب الإشارة إلى أن نطاق مستشعر التسارع الكهرضغطي IEPE لا يتأثر فقط بحجم الخطأ غير الخطي، بل إنه مقيد أيضًا بجهد مصدر الطاقة وجهد تحيز المستشعر. عندما يكون الفرق بين جهد الإمداد وجهد التحيز أقل من جهد النطاق المعطى بواسطة المؤشر، فإن إشارة خرج المستشعر القصوى تكون مشوهة. لذلك، فإن استقرار جهد التحيز لمستشعر التسارع IEPE لا يؤثر فقط على قياس التردد المنخفض ولكنه يتسبب أيضًا في تشويه الإشارة؛ تتطلب هذه الظاهرة اهتمامًا خاصًا في قياس درجات الحرارة العالية والمنخفضة. عندما تكون الدائرة المدمجة للمستشعر غير مستقرة في ظل ظروف غير درجة حرارة الغرفة، فمن المرجح أن ينحرف جهد تحيز المستشعر ببطء ويتسبب في تقلب إشارة القياس بشكل كبير وصغير.

ومع ذلك، فإن نطاق قياس نوع خرج الشحنة مقيد بالصلابة الميكانيكية للمستشعر. في ظل نفس الظروف، يكون الحد الأقصى لإخراج الإشارة من النواة الحساسة للاستشعار تحت القيد غير الخطي للنطاق المرن الميكانيكي أكبر بكثير من مستشعر نوع IEPE، ويجب تحديد معظم قيمته بالتجربة. بشكل عام، عندما تكون حساسية المستشعر عالية، تكون كتلة الكتلة للنواة الحساسة أكبر، ويكون نطاق المستشعر صغيرًا نسبيًا. في الوقت نفسه، نظرًا لأن تردد الرنين لكتلة الكتلة منخفض، فمن الأسهل تحفيز إشارة الرنين للنواة الحساسة للاستشعار، ويتم فرض موجة الرنين على الإشارة المقاسة للتسبب في تشويه إشارة الإخراج. لذلك، في اختيار نطاق القياس الأقصى، يجب أيضًا مراعاة تركيبة تردد الإشارة المقاسة وتردد الرنين التلقائي للمستشعر نفسه، وذلك لتجنب المكون الرنان للمستشعر. في الوقت نفسه، يجب أن تكون هناك مساحة آمنة كافية في النطاق لضمان عدم تشويه الإشارة.

 معايرة الحساسية

يتم تحديد طريقة معايرة حساسية مستشعر التسارع عادةً بطريقة المقارنة. نسبة خرج اهتزاز المستشعر المصحح عند تردد معين (عادةً 159 هرتز أو 80 هرتز) إلى قيمة التسارع التي يقرأها المستشعر القياسي هي حساسية المستشعر. ويتم قياس حساسية مستشعر التأثير عن طريق قياس استجابة خرج سلسلة من قيم تسارع التأثير المختلفة، والمستشعر ضمن نطاق قياسه والعلاقة المقابلة بين الناتج الكهربائي، ثم من خلال الحساب العددي والحد الأدنى للفرق بين الخط الأدنى، ومنحدر الخط هو حساسية تأثير المستشعر.

 يتم تمثيل الأخطاء غير الخطية

يمكن التعبير عن الخطأ غير الخطي لمستشعر التأثير بطريقتين: انحراف النطاق الكامل أو الخطأ الخطي. يشير الأول إلى النسبة المئوية لخطأ خرج النطاق الكامل للمستشعر، أي أن الخطأ هو قيمة الخطأ المحسوبة وفقًا لنسبة النطاق الكامل. يكون الخطأ الخطي لنطاق المقطع هو نفسه انحراف النطاق الكامل، لكن المعيار لا يحسب قيمة الخطأ بدلاً من النطاق الكامل. على سبيل المثال، بالنسبة للمستشعر بنطاق 20000g، إذا كان انحراف النطاق الكامل 1%، فإن الخطأ الخطي هو 200g؛ ولكن عندما يتم قياس الخطأ الخطي للمستشعر بنطاق 5000g و10000g و20000g، فإن الخطأ لا يزال 1%، والخطأ الخطي للمستشعر في نطاقات مختلفة هو 50g و100g و200g على التوالي.

 قياس مدى التردد

 يشير نطاق قياس التردد للمستشعر إلى نطاق التردد الذي يمكن للمستشعر قياسه ضمن خطأ سعة استجابة التردد المحددة (± 5%، ± 10%، ± 3dB). تسمى الحدود العالية والمنخفضة لنطاق التردد ترددات النهاية العالية والمنخفضة على التوالي. نظرًا لأن التردد مرتبط مباشرة بالخطأ، وإذا كان نطاق الخطأ المسموح به كبيرًا، يكون نطاق التردد واسعًا.

كمبدأ عام، تعتمد استجابة التردد العالي للمستشعر على الخصائص الميكانيكية للمستشعر، في حين يتم تحديد استجابة التردد المنخفض من خلال المعلمات الكهربائية المتكاملة للمستشعر والدائرة اللاحقة. يجب أن يكون المستشعر ذو تردد القطع العالي صغير الحجم وخفيف الوزن. بخلاف ذلك، يكون المستشعر عالي الحساسية المستخدم في قياس التردد المنخفض كبيرًا نسبيًا في الحجم وثقيل الوزن.

 نطاق قياس التردد العالي

 عادة ما يتم تحديد مؤشر قياس التردد العالي للمستشعر من خلال تردد القطع العالي، ويرتبط تردد القطع المحدد بخطأ السعة المقابل. لذلك، لا يمكن لاختيار المستشعر النظر إلى التردد النهائي فحسب، بل يجب أن يفهم قيمة خطأ السعة المقابلة. لا يهدف خطأ سعة التردد الصغير للمستشعر إلى تحسين دقة القياس فحسب، بل والأهم من ذلك أنه يعكس القدرة على التحكم في انحراف دقة التثبيت في عملية تصنيع المستشعر.

 بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لأن نطاق تردد إشارة الاهتزاز لجسم القياس واسع، أو أن تردد الرنين الجوهري للمستشعر ليس مرتفعًا بدرجة كافية، فقد تتراكم موجات إشارة الرنين المثارة على الإشارة في نطاق تردد القياس، مما يؤدي إلى خطأ قياس كبير. لذلك، بالإضافة إلى نطاق القياس عالي التردد للمستشعر، يجب أيضًا مراعاة تأثير تردد الرنين على إشارة القياس. بالطبع، يمكن أيضًا القضاء على هذه الإشارة خارج نطاق القياس بواسطة مرشح في نظام القياس.

 بشكل عام، يكون تردد القطع عالي التردد للمستشعر مستقلاً عن شكل إشارة الخرج (أي نوع الشحنة أو نوع جهد المقاومة المنخفضة)؛ والتصميم الهيكلي، والتصنيع، وشكل التركيب وجودة تركيب المستشعر.

إخلاء المسؤولية: تم إعادة إنتاج هذه المقالة بغرض نقل المزيد من المعلومات. إذا كان هناك أي خطأ في تسمية المصدر أو انتهاك لحقوقك ومصالحك المشروعة، فيرجى الاتصال بنا، وسنقوم بتصحيحه وحذفه في الوقت المناسب، شكرًا لك.