Монтаж акселерометра: почему это важно?
Для точного измерения ускорения важно создать соответствующую механическую связь между акселерометром и контролируемой системой. В этой статье мы рассмотрим различные способы крепления акселерометра к тестируемому устройству.
Важно учитывать механическую связь акселерометра и системы. Распространенным источником ошибок при определении ускорения является резонанс монтажного приспособления. Например, при работе с акселерометрами на основе микроэлектромеханической системы (МЭМС) печатная плата, на которой установлен акселерометр, вместе с любым другим механическим интерфейсом между печатной платой и контролируемым объектом может создать механическую систему с множественными резонансами в интересующем диапазоне частот.
Если частота сигнала ускорения близка к резонансной частоте монтажной конструкции, датчик получит усиленную версию исходного ускорения. С другой стороны, если механическое соединение демонстрирует некоторое затухание из-за демпфирования, датчик будет измерять меньший сигнал, чем он есть на самом деле
Чтобы в полной мере воспользоваться полосой пропускания, обеспечиваемой акселерометром, следует применять надлежащие методы монтажа. Механическое крепление становится особенно важным при измерении сигналов ускорения выше 1 кГц.
Способы крепления акселерометра
В общем, существует три основных метода монтажа, а именно крепление винтами (шпильками), крепление на клей и магнитное крепление, каждый из которых мы кратко рассмотрим далее.
Крепление с помощью винтов
По возможности лучше всего просверлить в объекте отверстие и прикрепить датчик к тестируемому устройству с помощью винта. Такое крепление обеспечивает жесткое механическое соединение и способно передавать на датчик высокочастотные колебания объекта. На следующем рисунке показано, как можно использовать винтовое соединение для крепления пьезоэлектрического акселерометра к тестируемому устройству.
При использовании винтового соединения поверхности соединения должны быть как можно более плоскими и чистыми. Рекомендуется использовать тонкий слой консистентной смазки, масла или аналогичной контактной жидкости между контактными поверхностями, особенно на частотах выше 2 кГц. Добавление связующей жидкости заполняет небольшие пустоты в монтажной поверхности и улучшает передачу вибрации и жесткость монтажа. На следующем рисунке представлен график влияния использования пленки смазки на частотную характеристику акселерометра, закрепленного на винтах.
Как вы можете видеть, когда не используется соединительная жидкость (желтая кривая), резонансная частота возникает при относительно более низкой частоте по сравнению с розовой кривой, в которой используется пленка смазки. На рисунке также показано влияние другого важного фактора: затяжки винта с рекомендуемым моментом затяжки, указанным в техническом паспорте. Для затягивания винта в соответствии со спецификациями производителя следует использовать динамометрический ключ. Недостаточно затянутый винт может неадекватно соединить датчик с объектом и еще больше снизить резонансную частоту системы (голубая кривая на рисунке). Чрезмерная затяжка также может привести к повреждению устройства.
Клейкое крепление
Иногда невозможно просверлить отверстие в конструкции или конструкция некоторых акселерометров не позволяет использовать винты. В этих случаях мы можем использовать клей для крепления датчика к контролируемому объекту. Подходящий клей, такой как эпоксидная смола, усиленный клей или воск, должен быть выбран в соответствии с требованиями применения. Имейте в виду, что некоторые клеи хорошо подходят для временных креплений, в то время как другие обеспечивают более постоянное крепление. Другой альтернативой является использование клеевого монтажного основания или монтажной площадки, где одна сторона основания приклеивается к тестируемому объекту, а другая сторона обеспечивает качественную поверхность для крепления акселерометра на шпильках. Это решение можно увидеть на следующем рисунке.
Поскольку монтажная площадка обеспечивает гладкую поверхность и перпендикулярное монтажное отверстие для акселерометра, она может улучшить частотную характеристику акселерометра. Кроме того, клейкие монтажные основания также предотвращают повреждение дорогих акселерометров клеем из-за закупоривания резьбы крепления датчика.
Магнитное крепление
Третий метод установки акселерометра – с помощью магнитов. Магнитное крепление можно использовать, когда контролируемый объект имеет ферромагнитную поверхность. В случае немагнитных или шероховатых поверхностей мы можем приварить или нанести эпоксидную смолу на стальную прокладку, чтобы принять магнитное основание. На следующем рисунке показано использование двухстороннего магнита на круглой поверхности.
Несмотря на потенциально подразумеваемую простоту монтажа, магнитный монтаж обычно тяжелый, а дополнительная масса снижает резонансную частоту измерительной системы.
Частотные характеристики для способов крепления акселерометра
По сравнению с методом крепления на винтах клеевое и магнитное крепление обеспечивают относительно более слабое соединение и, следовательно, подходят для измерения низкочастотных сигналов ускорения. Эти методы обычно используются в приложениях, в которых используются сигналы ускорения ниже нескольких килогерц. На следующем рисунке показана АЧХ конкретного акселерометра для разных типов крепления.
При монтаже на винтах (синяя кривая) резонансная частота системы возникает на относительно более высоких частотах. Однако при использовании клея (черная кривая) и магнитного крепления (зеленая кривая) частотная характеристика начинает достигать пика на относительно более низких частотах. В следующей таблице приведены типичные пределы частоты при использовании различных способов монтажа.
Таким образом, винтовое крепление обеспечивает наивысшую точность при измерении с наиболее высокой резонансной частотой.
© digitrode.ru