PCB 685B4301A21/686B02傳感器開(kāi)展業(yè)務(wù) PCB加速度傳感器

隨著工廠的預(yù)測(cè)性維護(hù)團(tuán)隊(duì)力圖更加全面掌握設(shè)備的健康狀況，高頻振動(dòng)測(cè)量已成為識(shí)別電機(jī)和泵中的軸承缺陷、高速齒輪箱的輪齒不一致等故障的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。因而，對(duì)具有高頻響應(yīng)的振動(dòng)傳感器的需求也與日俱增。

哪些因素決定了加速度傳感器的諧振頻率，從而決定了其高頻響應(yīng)呢？要尋求答案，需要先了解下物理學(xué)及彈簧-質(zhì)量諧波隔振器的有關(guān)知識(shí)。

彈簧-質(zhì)量諧波隔振器由彈簧、重物和支撐件組成。彈簧垂直懸掛在支撐件上，重物固定在彈簧的末端。將重物下拉一段距離，然后松開(kāi)，重物和彈簧組成的系統(tǒng)將以平衡位置為中心，上下做正弦波振蕩，速度和距離兩方面都很平穩(wěn)。

 理論上，振蕩的幅值可以用牛頓的運(yùn)動(dòng)第二定律（F=ma）計(jì)算，但本文關(guān)心的主要是振蕩的速度。振蕩速度可以用Robert Hooke 于十七世紀(jì)七十年代晚期提出的胡克定律進(jìn)行理論計(jì)算。按照胡克定律，固有/諧振頻率是剛度和質(zhì)量的函數(shù)，如下式所示。在上文的彈簧-質(zhì)量諧波振蕩器例子中，重物的質(zhì)量以及彈簧剛度都是預(yù)設(shè)好的，因此，系統(tǒng)的振蕩頻率也就固定了。

根據(jù)上面的公式，可以看到：諧振頻率和質(zhì)量成反比關(guān)系，和剛度成正比關(guān)系。具體到加速度傳感器，重物質(zhì)量和加速度傳感器的質(zhì)量相關(guān)，彈簧質(zhì)量和傳感器的安裝情況相關(guān)。為實(shí)現(xiàn)高頻測(cè)量，加速度傳感器的質(zhì)量應(yīng)盡可能小，安裝剛度應(yīng)盡可能大。下面的內(nèi)容對(duì)這兩個(gè)因素進(jìn)行了詳細(xì)的探討。
第一個(gè)因素：傳感器安裝方式的剛度

振動(dòng)傳感器有幾種常用的安裝方式，包括：螺柱安裝、粘接安裝、使用安裝墊安裝以及磁座安裝。下面將從最大頻響、設(shè)備改動(dòng)/安裝永久性、能否在曲面上安裝等三個(gè)方面描述每種安裝方式的特性。

螺柱安裝
最大頻響：將加速度傳感器通過(guò)螺柱直接安裝到設(shè)備上，可提供最大的安裝剛度，從而提供最高的頻率響應(yīng)。
設(shè)備改動(dòng)/安裝持久性：要把傳感器通過(guò)螺柱安裝到設(shè)備上，需要對(duì)安裝面锪孔及對(duì)導(dǎo)向孔攻絲，以配合傳感器的安裝螺紋。移去傳感器后，會(huì)留有安裝痕跡。
可否在彎曲表面上安裝：否。
粘接安裝
最大頻響：將加速度傳感器通過(guò)粘接方式安裝到設(shè)備上，可提供僅次于螺柱安裝方式的安裝剛度。和螺柱安裝方式相比，頻率響應(yīng)有輕微的下降（大約10-15%）。
設(shè)備改動(dòng)/安裝持久性：借助合適的溶解劑，粘接安裝的加速度傳感器可以輕松地從設(shè)備上移除。移除后，沒(méi)有明顯的安裝痕跡。
能否在彎曲表面上安裝：否。
使用安裝墊安裝
最大頻響：安裝墊可以粘接或焊接到設(shè)備表面上，然后，通過(guò)安裝墊上的螺紋孔，將傳感器以螺柱安裝的形式安裝到安裝墊上。這種安裝方式被認(rèn)為是大剛度的螺柱安裝方式和靈活的磁座安裝方式的折中之舉。和螺柱安裝相比，頻響范圍大約下降35%。
設(shè)備改動(dòng)/安裝持久性：焊接的安裝墊是相對(duì)比較持久的安裝，而對(duì)于粘接安裝的安裝墊，借助合適的溶解劑，可以輕松地從設(shè)備上移去。
可否在彎曲表面上安裝：否。
磁座安裝
最大頻響：通過(guò)磁座安裝加速度傳感器是一種非常靈活的安裝方式。磁座安裝的傳感器的頻響有顯著下降，下降量可達(dá)80-85%。
設(shè)備改動(dòng)/安裝持久性：不需對(duì)設(shè)備進(jìn)行改動(dòng)以及安裝的臨時(shí)性是磁座安裝被廣泛應(yīng)用的重要原因。磁座安裝為基于路徑的測(cè)量和數(shù)據(jù)采集提供了方便的傳感器臨時(shí)安裝方法。
可否在彎曲表面上安裝：使用雙軌磁座，可以將傳感器安裝在彎曲表面上。

第二個(gè)因素：傳感器質(zhì)量
為滿足客戶對(duì)傳感器高頻測(cè)量能力的需求，傳感器制造商一直在致力于生產(chǎn)越來(lái)越小的加速度傳感器。由于傳感器經(jīng)常用于惡劣環(huán)境，因而還對(duì)傳感器的堅(jiān)固性提出了要求。因此，制造商必須兼顧傳感器的小型化和堅(jiān)固性，這使得他們的工作極具挑戰(zhàn)性

多數(shù)工業(yè)界的客戶要求：

堅(jiān)固的殼體
對(duì)于工業(yè)加速度傳感器，其殼體的堅(jiān)固程度不是取決于單個(gè)因素，而是取決于多個(gè)因素，包括：殼體材料、殼體提供的密封等級(jí)以及殼體的電氣隔離等。針對(duì)化學(xué)物質(zhì)的侵蝕及工作溫度的范圍大等情況， 多數(shù)工業(yè)加速度傳感器的殼體采用304或316不銹鋼，并氣密封裝。殼體隔離使得加速度傳感器可以安裝在電氣接地不好的設(shè)備上，而不會(huì)影響傳感器輸出的信號(hào)。隔離方法通常是采用法拉第籠，將傳感器的電氣部分包裹起來(lái)，達(dá)到排除噪聲的目的。
堅(jiān)固的接頭
傳感器的電氣接頭必須能夠經(jīng)受起在惡劣環(huán)境下重復(fù)使用的考驗(yàn)。推薦使用接頭，因?yàn)樗鼈兒团涮纂娎|都能夠用于極端環(huán)境下。

盡管存在各種挑戰(zhàn)，但傳感器制造商，比如PCB?壓電公司，已經(jīng)成功地將工業(yè)加速度傳感器的尺寸縮小到了 接近1英寸（約2.54厘米）  。PCB?最新的高頻加速度傳感器型號(hào)為 639A91，是一款三軸ICP? 加速度傳感器，尺寸僅為0.95英寸x0.95英寸（不包括側(cè)出接頭），三個(gè)軸向上的頻響均達(dá)13kHz。它的殼體采用316L不銹鋼，殼體隔離，接頭為堅(jiān)固的4針M12接頭。
結(jié)論：
隨著預(yù)防性維護(hù)從業(yè)者力圖更加全面掌握設(shè)備的健康狀況，高頻測(cè)量的重要性日益凸顯。傳感器的尺寸和安裝方式的剛度是決定傳感器高頻測(cè)量能力的兩個(gè)主要因素

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