PCB 685A29/685A39传感器等您来享 PCB加速度传感器

随着工厂的预测性维护团队力图更加全面掌握设备的健康状况，高频振动测量已成为识别电机和泵中的轴承缺陷、高速齿轮箱的轮齿不一致等故障的关键环节。因而，对具有高频响应的振动传感器的需求也与日俱增。

哪些因素决定了加速度传感器的谐振频率，从而决定了其高频响应呢？要寻求答案，需要先了解下物理学及弹簧-质量谐波隔振器的有关知识。

弹簧-质量谐波隔振器由弹簧、重物和支撑件组成。弹簧垂直悬挂在支撑件上，重物固定在弹簧的末端。将重物下拉一段距离，然后松开，重物和弹簧组成的系统将以平衡位置为中心，上下做正弦波振荡，速度和距离两方面都很平稳。

 理论上，振荡的幅值可以用牛顿的运动第二定律（F=ma）计算，但本文关心的主要是振荡的速度。振荡速度可以用Robert Hooke 于十七世纪七十年代晚期提出的胡克定律进行理论计算。按照胡克定律，固有/谐振频率是刚度和质量的函数，如下式所示。在上文的弹簧-质量谐波振荡器例子中，重物的质量以及弹簧刚度都是预设好的，因此，系统的振荡频率也就固定了。

根据上面的公式，可以看到：谐振频率和质量成反比关系，和刚度成正比关系。具体到加速度传感器，重物质量和加速度传感器的质量相关，弹簧质量和传感器的安装情况相关。为实现高频测量，加速度传感器的质量应尽可能小，安装刚度应尽可能大。下面的内容对这两个因素进行了详细的探讨。
第一个因素：传感器安装方式的刚度

振动传感器有几种常用的安装方式，包括：螺柱安装、粘接安装、使用安装垫安装以及磁座安装。下面将从最大频响、设备改动/安装永久性、能否在曲面上安装等三个方面描述每种安装方式的特性。

螺柱安装
最大频响：将加速度传感器通过螺柱直接安装到设备上，可提供最大的安装刚度，从而提供最高的频率响应。
设备改动/安装持久性：要把传感器通过螺柱安装到设备上，需要对安装面锪孔及对导向孔攻丝，以配合传感器的安装螺纹。移去传感器后，会留有安装痕迹。
可否在弯曲表面上安装：否。
粘接安装
最大频响：将加速度传感器通过粘接方式安装到设备上，可提供仅次于螺柱安装方式的安装刚度。和螺柱安装方式相比，频率响应有轻微的下降（大约10-15%）。
设备改动/安装持久性：借助合适的溶解剂，粘接安装的加速度传感器可以轻松地从设备上移除。移除后，没有明显的安装痕迹。
能否在弯曲表面上安装：否。
使用安装垫安装
最大频响：安装垫可以粘接或焊接到设备表面上，然后，通过安装垫上的螺纹孔，将传感器以螺柱安装的形式安装到安装垫上。这种安装方式被认为是大刚度的螺柱安装方式和灵活的磁座安装方式的折中之举。和螺柱安装相比，频响范围大约下降35%。
设备改动/安装持久性：焊接的安装垫是相对比较持久的安装，而对于粘接安装的安装垫，借助合适的溶解剂，可以轻松地从设备上移去。
可否在弯曲表面上安装：否。
磁座安装
最大频响：通过磁座安装加速度传感器是一种非常灵活的安装方式。磁座安装的传感器的频响有显著下降，下降量可达80-85%。
设备改动/安装持久性：不需对设备进行改动以及安装的临时性是磁座安装被广泛应用的重要原因。磁座安装为基于路径的测量和数据采集提供了方便的传感器临时安装方法。
可否在弯曲表面上安装：使用双轨磁座，可以将传感器安装在弯曲表面上。

第二个因素：传感器质量
为满足客户对传感器高频测量能力的需求，传感器制造商一直在致力于生产越来越小的加速度传感器。由于传感器经常用于恶劣环境，因而还对传感器的坚固性提出了要求。因此，制造商必须兼顾传感器的小型化和坚固性，这使得他们的工作极具挑战性

多数工业界的客户要求：

坚固的壳体
对于工业加速度传感器，其壳体的坚固程度不是取决于单个因素，而是取决于多个因素，包括：壳体材料、壳体提供的密封等级以及壳体的电气隔离等。针对化学物质的侵蚀及工作温度的范围大等情况， 多数工业加速度传感器的壳体采用304或316不锈钢，并气密封装。壳体隔离使得加速度传感器可以安装在电气接地不好的设备上，而不会影响传感器输出的信号。隔离方法通常是采用法拉第笼，将传感器的电气部分包裹起来，达到排除噪声的目的。
坚固的接头
传感器的电气接头必须能够经受起在恶劣环境下重复使用的考验。推荐使用接头，因为它们和配套电缆都能够用于极端环境下。

尽管存在各种挑战，但传感器制造商，比如PCB®压电公司，已经成功地将工业加速度传感器的尺寸缩小到了 接近1英寸（约2.54厘米）  。PCB®最新的高频加速度传感器型号为 639A91，是一款三轴ICP® 加速度传感器，尺寸仅为0.95英寸x0.95英寸（不包括侧出接头），三个轴向上的频响均达13kHz。它的壳体采用316L不锈钢，壳体隔离，接头为坚固的4针M12接头。
结论：
随着预防性维护从业者力图更加全面掌握设备的健康状况，高频测量的重要性日益凸显。传感器的尺寸和安装方式的刚度是决定传感器高频测量能力的两个主要因素

ADP063、HVM100-L1、CBL222-XX、ADP020、CBL181、CBL166、ADP097、CBL006、
HVM200-UPG、HVM200-ALL-41F、ADP008、ADP110、HVM200-OB3、SWW-BLAZE、HVM100-HA-8、ADP066、
CBL222-08、CBL235、CBL203-XX、CBL233-12、ADP010、CBL190、HVM200-ALL-40F、CBL218

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