Indukcyjne przetworniki prędkości

Czujniki elektromagnetyczne

1- trwały magnes, 2 - cewka, 3 - zwora

Ruch drgający obserwowanego obiektu przenosi się na zworę (3) powodując zmianę odległości y(t) a tym samym zmianę strumienia magnetycznego, który w uzwojeniu cewki 2 indukuje SEM.

Czujniki generacyjne nie wymagające zasilania.

W wersji bezkontaktowej rolę zwory odgrywa drgający obiekt.

• Pomiar drgań względnych.

• Możliwe tylko pomiary dynamiczne

• W przypadku czujnika bezkontaktowego silne zniekształcenie sygnału wyjściowego dla amplitud drgań większych od 10% szczeliny statycznej.

• Czułość jest funkcją odległości od obiektu oraz jego parametrów magnetycznych

• Czułość zwykle rzędu 20[mV]/[cm/s]

Czujnik indukcyjny prędkości z masą sejsmiczną

(elektrodynamiczny)

Ruch magnesu będącego jednocześnie masą sejsmiczną indukuje SEM w uzwojeniach cewki. Mogą być rozwiązania z ruchomą cewką lub ruchomym magnesem trwałym.

Na tej zasadzie opiera się działanie sejsmografu.

Właściwości:

• Zakres częstotliwości 10 < f < 1000 Hz (rezonans poniżej 10 Hz)

• Pomiar prędkości względnej

• Zakres dynamiczny 1000:1

• Czułość zwykle rzędu 300 [mV]/[cm/s]

• Czujniki generacyjne nie wymagające zasilania.

• Duży rozmiar (wielokrotnie większe od piezoelektrycznych czujników przyspieszeń)

• Zużywanie się ruchomych części

• Wrażliwość na zewnętrzne pola magnetyczne

• Pewna wrażliwość w kierunkach poprzecznych (trudność w zapewnieniu wyłącznie jednego stopnia swobody dla masy sejsmicznej)

• Czujniki pracują w zakresie nadrezonansowym co wymaga dużej masy sejsmicznej, wiotkiej sprężyny.

• Możliwy tylko pomiar dynamiczny

Układ względny i bezwzględny czujnika elektrodynamicznego

Tachogeneratory (prądnice tachometryczne) - odwrócenie zasady silnika elektrycznego U=f( ω)

Przykładowe parametry:

• Generowane napięcie przy 1000 obr. / min. 30 V (max. prędkość obrotowa 6000 obr. /min.

• Generowane napięcie przy 1000 obr. / min. 200V (max. prędkość obrotowa 2000 obr. /min.

• Błąd liniowości 0,5 %.

Pomiary optyczne

Optyczne systemy pomiaru korelacji

Wykonywanie zdjęć (obrazów cyfrowych) co pewien odstęp czasu i analiza intensywności światła determinująca położenie obiektu w czasie (dwa obrazy analizowane pod względem intensywności funkcją korelacji wzajemnej pozwalają na jednoznaczne określenie drogi). Przy znajomości czasu pomiędzy zdjęciami określana jest średnia prędkość.

Pomiar prędkości obrotowej za pomocą lampy

stroboskopowej

Pomiary przyspieszeń

Pomiary w oparciu o efekt piezoelektryczny - powstawanie ładunków elektrycznych na zewnętrznych powierzchniach kryształów na skutek odkształcenia siatki krystalicznej pod wpływem obciążenia (tytanian baru, kwarc).

Podłużny efekt piezoelektryczny lub efekt piezoelektryczny

pod wpływem naprężeń tnących

Do pomiaru przyspieszeń stosuje się czujniki z masą sejsmiczną (pomiary bezwzględne).

U=f (F(a))

Właściwości:

• Czujniki piezoelektryczne nie mogą być z zasady stosowane do pomiarów statycznych.

• Zakres od 0,1 Hz do kilkunastu kHz (zależy od masy sejsmicznej i sprężystości elementów mocujących)

• Zakresy mierzonych przyspieszeń nawet do 1000g

• Pewna czułość w kierunku poprzecznym

• Czułość 10-100 mV/g

• Czujniki generacyjne

• Mogą być realizowane także jako trójosiowe.

Charakterystyka dynamiczna

Zakres użyteczny 0,3-0,5 fr

Charakterystyka statyczna

Dolna granica wynika z szumów przedwzmacniacza

Górna z wytrzymałości mechanicznej czujnika

Pomiary w oparciu o efekt piezooporu (czujniki piezorezystancyjne, piezooporowe mikromechaniczne czujniki przyspieszenia ) - zmiana przewodnictwa elektrycznego pod wpływem naprężeń wywołanych siłami zewnętrznymi powodującymi odkształcenia.

Czujniki z masą sejsmiczną pracujące ze zwykłym mostkiem tensometrycznym. Zmiana oporności wywołana obciążeniem moduluje amplitudę sygnału nośnego (przetwornik przyspieszeń bezwzględnych, parametryczny wymagający zasilania).

Właściwości:

• Czułości rzędu 1mV/g (konieczność stosowania nowoczesnych mostków tensometrycznych)

• Dostępne zakresy od 1g do 106g.

• Pasmo przenoszenia od 0Hz nawet do kilkuset kHz (limitowane częstotliwością nośną mostka)

• Możliwość pomiaru statycznego i kwazistatycznego (bardzo powolne procesy przyspieszeń). Wynika stąd zależność pomiaru od kierunku działania czujnika (przyspieszenie ziemskie)

• Możliwość zintegrowania czujnika i mostka w jednym układzie.

• Możliwość realizacji czujników dwu i trójosiowych.

• Zastosowanie w poduszkach powietrznych („crash sensors”)

Pomiary w oparciu o zmianę pojemności (pojemnościowe mikromechaniczne czujniki przyspieszenia)

Czujniki pojemnościowe przyspieszeń z masą sejsmiczną.

Masa sejsmiczna umocowana sprężyście stanowiąca jednocześnie dielektryk zmienia położenie pomiędzy okładkami kondensatora

Właściwości:

• Dostępne zakresy od 1g do 106g.

• Pasmo przenoszenia od 0Hz

• Możliwość pomiaru statycznego i kwazistatycznego (bardzo powolne procesy przyspieszeń). Wynika stąd zależność pomiaru od kierunku działania czujnika (przyspieszenie ziemskie)

• Możliwość łatwego zintegrowania czujnika i elektroniki w jednym układzie

• Możliwość realizacji czujników dwu i trójosiowych.

• Zastosowanie w poduszkach powietrznych („crash sensors”)

---