Akademia Svantek Logo
svantek.com

Akcelerometr: rodzaje i zastosowania w technikach pomiarów drgań

Akcelerometry są to podstawowe przetworniki służące do pomiaru wibracji oraz przyspieszeń, wykorzystywane w branżach takich jak motoryzacja, elektronika użytkowa czy maszyny przemysłowe. 

Co to jest akcelerometr?

Akcelerometr to przetwornik, który mierzy drgania w kategoriach przyspieszenia ruchu struktury. Działa, zamieniając drgania na proporcjonalny sygnał elektryczny, bazując na Drugim Prawie Ruchu Newtona, które mówi, że przyspieszenie (m/s²) jest bezpośrednio proporcjonalne do siły (Newton) działającej na ciało i odwrotnie proporcjonalne do jego masy (gram). W zasadzie, akcelerometr mierzy przyspieszenie pośrednio poprzez wykrywanie siły działającej na jedną z jego osi. Powszechnym podejściem pomiarowym stosowanym w akcelerometrach jest pomiar pojemnościowy, gdzie przyspieszenie jest związane ze zmianą pojemności poruszającej się masy. Metoda transdukcji zależy od typu akcelerometru, z różnymi konstrukcjami mechanicznymi dla akcelerometrów piezoelektrycznych i MEMS.

accelerometer
mems-accelerometer
hand-arm-vibration-accelerometer

Jakie są typy akcelerometrów?

Główne typy akcelerometrów obejmują:

  • Akcelerometry piezoelektryczne wykorzystują kryształ czujnikowy, do którego przymocowana jest masa sejsmiczna. Kiedy czujnik podlega przyspieszeniu, masa wywiera nacisk na kryształ, generując ładunek elektryczny proporcjonalny do siły, a więc i do przyspieszenia. Ten sygnał o wysokiej impedancji może być mierzony bezpośrednio lub wzmacniany i kondycjonowany przez układy elektroniczne. Są szeroko stosowane do pomiaru drgań maszyn.
  • Akcelerometry MEMS (mikrosystemy elektromechaniczne) są budowane z wykorzystaniem technologii mikrofabrykacji, składającej się z miniaturowych elementów mechanicznych na krzemowym chipie. Powszechnym mechanizmem pomiarowym jest pomiar pojemnościowy, gdzie zmiany w pozycji mikro-obrobionej masy powodują zmiany pojemności. Kiedy ciało akcelerometru jest poruszane przez zewnętrzną siłę, ruch masy sejsmicznej jest wykrywany przez elementy różnicowego pomiaru pojemnościowego. Sygnał wytworzony jest wzmacniany, kondycjonowany i filtrowany przez elementy układowe umieszczone wewnątrz tego samego pakietu IC. Akcelerometry MEMS są szeroko stosowane w elektronice konsumenckiej, do pomiaru drgań ludzkich i niskoczęstotliwościowych drgań gruntu.
  • Akcelerometry piezorezystancyjne wykorzystują materiały, które zmieniają oporność elektryczną pod wpływem naprężeń mechanicznych. Działają podobnie do tensometrów, mierząc naprężenie. Siła działająca na materiał piezorezystancyjny deformuje go, zmieniając jego oporność. Jest to mierzone za pomocą elementów oporowych ułożonych w układzie mostkowym. Akcelerometry piezorezystancyjne mają szerokie pasmo przenoszenia i niską czułość, co czyni je odpowiednimi do pomiarów wysokoczęstotliwościowych o krótkim czasie trwania, takich jak testy zderzeniowe lub testy broni. Są one kluczowe w zastosowaniach testów zderzeniowych w przemyśle motoryzacyjnym.
  • Akcelerometry tensometryczne wykorzystują tensometry przymocowane do struktury, która ulega deformacji pod wpływem przyspieszenia. Ta deformacja zmienia oporność tensometrów, co jest mierzone za pomocą obwodu mostkowego. Nowoczesny akcelerometr tensometryczny zwykle wykorzystuje krzemowy lub foliowy tensometr, naniesiony lub przyklejony do elementu, który wygina się pod wpływem ruchu masy sejsmicznej. Te akcelerometry mogą mierzyć przyspieszenia do zera Hz, co sprawia, że nadają się do pomiarów statycznych. Są szeroko stosowane w przemyśle motoryzacyjnym, w systemach bezpieczeństwa takich jak systemy przeciwblokujące, aktywacja poduszek powietrznych i systemy kontroli trakcji.

Akcelerometry są ważne, ponieważ dostarczają precyzyjnych pomiarów przyspieszenia i drgań, co zwiększa bezpieczeństwo, poprawia nawigację i kontrolę, umożliwia zaawansowane funkcje, wspiera predykcyjne utrzymanie maszyn, monitorowanie sejsmiczne i pomaga w zastosowaniach medycznych. Te zdolności czynią akcelerometry niezbędnymi w różnych branżach, zapewniając efektywne, niezawodne i bezpieczne działania w sektorach motoryzacyjnym, lotniczym, elektroniki konsumenckiej, maszyn przemysłowych, monitoringu stanu konstrukcji oraz w opiece zdrowotnej.

Akcelerometr drgań może mierzyć:

  • Przyspieszenie: Szybkość zmiany prędkości, co jest podstawowym pomiarem dostarczanym przez akcelerometry.
  • Prędkość: Integrując dane o przyspieszeniu, można wyznaczyć prędkość drgającego obiektu.
  • Przemieszczenie: Poprzez dalszą integrację danych o prędkości można obliczyć przemieszczenie drgającego obiektu. Jest to szczególnie przydatne przy ocenie zakresu drgań w systemach mechanicznych.
Zapytaj o ofertę na czujniki drgań

Jakie są główne zastosowania akcelerometrów?

Główne zastosowania akcelerometrów obejmują projektowanie, eksploatację i utrzymanie systemów w różnych branżach. Różne typy akcelerometrów są wybierane w zależności od ich specyficznych możliwości i wymagań danej aplikacji:

  • Projektowanie: W fazie badań i rozwoju akcelerometry są używane do testowania i weryfikacji projektów. W systemach bezpieczeństwa motoryzacyjnego, akcelerometry MEMS i piezorezystancyjne testują komponenty, takie jak poduszki powietrzne, systemy ABS i kontrolę trakcji. Akcelerometry piezorezystancyjne wykorzystywane są do pomiarów wysokoczęstotliwościowych w testach zderzeniowych. W elektronice konsumenckiej, akcelerometry MEMS umożliwiają takie funkcje jak obracanie ekranu, gry ruchowe i śledzenie aktywności fizycznej, dostarczając kluczowych danych do projektowania interfejsów użytkownika. W lotnictwie i przemyśle obronnym akcelerometry piezoelektryczne i MEMS pomagają projektować systemy nawigacyjne, kontrolę stabilności oraz monitorowanie stanu konstrukcji, mierząc drgania o wysokiej częstotliwości i parametry nawigacyjne bezwładnościowe.
  • Eksploatacja: Podczas fazy eksploatacji akcelerometry zapewniają funkcjonalność w czasie rzeczywistym i funkcje bezpieczeństwa. W aplikacjach motoryzacyjnych akcelerometry MEMS wykrywają gwałtowne spowolnienia, aby uruchomić poduszki powietrzne. W elektronice użytkowej akcelerometry MEMS obracają ekrany w smartfonach i tabletach oraz mierzą drgania ciała dla oceny zdrowia i ergonomii. W monitorowaniu aktywności sejsmicznej akcelerometry MEMS i pojemnościowe wykrywają ruchy gruntu, dostarczając pomiary o wysokiej czułości i szerokim zakresie niskich częstotliwości. W maszynach przemysłowych akcelerometry piezoelektryczne monitorują i analizują drgania w celu stabilizacji operacyjnej, wykrywając niewyważenia i potencjalne awarie.
  • Utrzymanie: W ramach bieżącego utrzymania akcelerometry monitorują stan i wydajność systemów. W konserwacji predykcyjnej akcelerometry piezoelektryczne i tensometryczne analizują drgania w celu przewidywania i zapobiegania awariom sprzętu, umożliwiając planowanie konserwacji przed wystąpieniem poważnych uszkodzeń. W monitorowaniu stanu konstrukcji tensometryczne i pojemnościowe akcelerometry oceniają integralność konstrukcji, takich jak mosty, budynki i tamy, mierząc niskoczęstotliwościowe drgania i odkształcenia. W monitorowaniu stanu pojazdów akcelerometry MEMS i piezorezystancyjne stale monitorują drgania i wstrząsy, identyfikując problemy wymagające konserwacji, takie jak niewyważenia lub zużyte komponenty.
vibraration-acceleration-measurement

Jak korzystać z akcelerometrów do pomiarów drgań?

Aby używać akcelerometrów do pomiarów drgań, potrzebna jest specyficzna wiedza i doświadczenie. Zwykle te urządzenia są stosowane przez inżynierów, techników i badaczy, którzy mają doświadczenie w obsłudze i interpretacji danych z akcelerometrów.

Jakie urządzenia używają akcelerometrów?

Akcelerometry są częścią łańcucha pomiarowego mierników drgań, który obejmuje zasilanie, kable i złącza. Prawidłowe zasilanie akcelerometru jest kluczowe dla uzyskania dokładnych odczytów. Zastosowanie odpowiednich kabli i złącz zapewnia niezawodną transmisję sygnału i minimalizuje straty danych. Mierniki drgań mogą być jedno- lub wielokanałowe, dlatego akcelerometry są dostępne w wersjach jednoosiowych i trójosiowych.

Jak wybrać odpowiedni akcelerometr?

Podczas wyboru akcelerometru do konkretnej aplikacji należy uwzględnić następujące kluczowe parametry:

  • Zakres częstotliwości (Hz): Wskazuje zakres częstotliwości drgań, na które akcelerometr reaguje. Na przykład, zakres pomiarowy instrumentu do pomiaru drgań może wynosić od 10 Hz do 1000 Hz, ale mogą być też inne zakresy (w niektórych częściach normy ISO 20816 używa się dolnej granicy nawet 2 Hz).

  • Zakres dynamiczny (g): To zakres między najmniejszą wykrywalną amplitudą a największą amplitudą przed zniekształceniem sygnału wyjściowego.

  • Czułość (mV/g lub mV/ms²): Określa minimalny wykrywalny sygnał lub zmianę sygnału elektrycznego na jednostkę zmiany mechanicznej. Zwykle podawana przy jednej częstotliwości, czułość jest związana z zakresem operacyjnym.

  • Temperatura: Zakres temperatury pracy, który akcelerometr może wytrzymać.

  • Masa: Waga akcelerometru, która może wpływać na jego montaż i dokładność pomiaru.

  • Typ montażu: Metoda, za pomocą której akcelerometr jest przymocowany do powierzchni pomiarowej.

  • Kompatybilność z miernikiem drgań: Upewnienie się, że akcelerometr działa bezproblemowo z używanym miernikiem drgań.

Prawidłowy dobór i konfiguracja tych elementów zapewniają dokładne i niezawodne pomiary drgań w różnych zastosowaniach.

Jak zagwarantować dokładność pomiaru z wykorzystaniem akcelerometru?

Aby zapewnić dokładność akcelerometru, wymagana jest początkowa kalibracja oraz weryfikacja w laboratorium co dwa lata. Proces ten polega na ustaleniu wartości odniesienia i dostosowaniu sygnału wyjściowego czujnika do znanych wartości wzorcowych. Regularne kontrole w terenie, zazwyczaj z użyciem przenośnych kalibratorów, takich jak SV110, są niezbędne, aby utrzymać dokładność pomiarów w dłuższym okresie czasu.

Jak montować akcelerometry?

Dokładność pomiarów drgań zależy od prawidłowych technik montażu. Prawidłowe zamocowanie akcelerometru do maszyny lub struktury minimalizuje zakłócenia i gwarantuje dokładne rejestrowanie drgań. Główne metody montażu akcelerometrów to:

  • Montaż za pomocą śruby
  • Montaż z użyciem kleju, cementu lub wosku
  • Montaż z użyciem magnesów

 

accelerometer accuracy

Jak zbierać dane o drganiach z akcelerometrów?

Skonfigurowanie systemu akwizycji danych wymaga prawidłowego ustawienia urządzenia (miernika drgań) do dokładnego rejestrowania danych. Ważne jest, aby wybrać odpowiednią częstotliwość próbkowania i parametry rejestrowania danych, aby uchwycić potrzebne szczegóły i uniknąć utraty danych. Należy wybrać odpowiednie wyniki, takie jak PEAK, RMS, MAX, PEAK-PEAK, VDV, czy analizę widma częstotliwości (FFT lub 1/3 oktawy), oraz zapisać dane surowe (nagrywanie WAV).

Przetwarzanie i analiza danych

Po zebraniu danych, konieczne jest ich przetworzenie i analiza. Specjalistyczne oprogramowanie, takie jak narzędzia SvanPC++, stosuje filtry i algorytmy do surowych danych, wyciągając istotne informacje o wzorcach drgań, częstotliwościach i amplitudach.

Interpretacja danych i wprowadzanie korekt

Ostateczny etap polega na interpretacji przetworzonych danych w celu zrozumienia stanu maszyny lub struktury. Na podstawie tej analizy inżynierowie i technicy mogą wprowadzać niezbędne zmiany, aby poprawić wydajność, zapobiegać awariom i zapewnić bezpieczeństwo.

Kluczowe Wnioski

  1. Akcelerometry to przetworniki do pomiaru drgań i przyspieszenia w różnych zastosowaniach, od bezpieczeństwa motoryzacyjnego i elektroniki użytkowej po przemysł lotniczy, maszyny przemysłowe i monitorowanie stanu konstrukcji.
  2. Istnieje wiele typów akcelerometrów, takich jak piezoelektryczne, MEMS, piezorezystancyjne oraz tensometryczne. Wybór odpowiedniego typu zależy od specyficznych wymagań aplikacji, w tym zakresu częstotliwości, zakresu dynamicznego, czułości i kompatybilności z systemem pomiarowym.
  3. Aby skutecznie korzystać z akcelerometrów, potrzebna jest specjalistyczna wiedza dotycząca technik montażu, kalibracji oraz akwizycji danych. Prawidłowa instalacja i kalibracja gwarantują dokładne pomiary, a zaawansowane techniki przetwarzania i analizy danych są kluczowe do interpretacji wyników i podejmowania odpowiednich działań.
  4. Akcelerometry zwiększają bezpieczeństwo i efektywność operacyjną, dostarczając dane w czasie rzeczywistym, które są wykorzystywane w predykcyjnej konserwacji, monitorowaniu stanu konstrukcji oraz wykrywaniu szybkich zmian ruchu, co może aktywować mechanizmy bezpieczeństwa, jak poduszki powietrzne w pojazdach.
  5. Dokładność i niezawodność pomiarów drgań zależą od kompletnego łańcucha pomiarowego, który obejmuje odpowiednie zasilanie, właściwe kable i złącza oraz solidne systemy akwizycji danych. Regularna kalibracja i kontrole w miejscu pracy są niezbędne do utrzymania dokładności i niezawodności pomiarów.

Zapytaj o więcej informacji
na temat akcelerometrów Svantek













    Podaj temat zapytania:

    Wyrażam zgodę na przetwarzanie moich danych osobowych w postaci imienia i nazwiska oraz adresu poczty elektronicznej przez SVANTEK Sp. z o.o. z siedzibą w Warszawie, ul. Strzygłowskiej 81 w celu przesyłania mi informacji marketingowych dotyczących produktów i usług oferowanych przez SVANTEK Sp. z o.o. za pomocą środków komunikacji elektronicznej, w szczególności poczty elektronicznej, stosownie do treści przepisu art. 10 ust. 1 i 2 ustawy o świadczeniu usług drogą elektroniczną.

    Wyrażam zgodę na przetwarzanie moich danych osobowych w postaci imienia i nazwiska oraz numeru telefonu przez SVANTEK Sp. z o.o. z siedzibą w Warszawie, ul. Strzygłowskiej 81 w celu prowadzenia działań marketingowych przy użyciu telekomunikacyjnych urządzeń końcowych oraz automatycznych systemów wywołujących w rozumieniu ustawy Prawo telekomunikacyjne.

    Wyrażam zgodę otrzymywanie od SVANTEK Sp. z o.o. z siedzibą w Warszawie, ul. Strzygłowskiej 81 drogą elektroniczną na wskazany przeze mnie adres e-mail newslettera i innych informacji handlowych, dotyczących produktów i usług oferowanych przez SVANTEK Sp. z o.o. w rozumieniu ustawy o świadczeniu usług drogą elektroniczną.


    Oświadczam, że zostałem poinformowany, że moje dane mogą być przekazywane podmiotom przetwarzającym dane osobowe w imieniu Administratora, w szczególności dystrybutorom – przy czym takie podmioty przetwarzają dane na podstawie umowy z administratorem i wyłącznie zgodnie z jego instrukcjami. W takich przypadkach Administrator wymaga od podmiotów trzecich zachowania poufności i bezpieczeństwa informacji oraz weryfikuje czy zapewniają odpowiednie środki ochrony danych osobowych.

    Niektóre spośród podmiotów przetwarzających dane osobowe w imieniu Administratora mają siedzibę poza terytorium EOG. W związku z przekazaniem Twoich danych poza terytorium EOG, Administrator weryfikuje, aby podmioty te dawały gwarancje wysokiego stopnia ochrony danych osobowych. Gwarancje te wynikają w szczególności ze zobowiązania do stosowania standardowych klauzul umownych przyjętych przez Komisję (UE). Masz prawo żądać przekazania kopii standardowych klauzul umownych kierując zapytanie do Administratora.

    Oświadczam, iż zostałem poinformowany, że przysługuje mi prawo cofnięcia wyrażonej zgody na przetwarzanie moich danych osobowych w każdym czasie oraz prawo dostępu do podanych danych osobowych, a także prawo do ich sprostowania, usunięcia, ograniczenia przetwarzania oraz wniesienia sprzeciwu wobec przetwarzania danych, jak też wniesienia skargi do Prezesa Urzędu Ochrony Danych Osobowych, w przypadku naruszeń przepisów RODO.

    svantek consultant

    Nasz profesjonalny konsultant pomoże Ci w ustaleniu wszelkich szczegółów, takich jak prawidłowy dobór sprzętu, wymagane akcesoria oraz opcje dodatkowe.

    processing...