7.2 Пьезорезисторные акселерометры

Акселерометр АНЭ 211 – пьезорезистивный акселерометр с воздушным демпфированием. Чувствительный элемент выполнен в виде полного моста методом травления на кремниевой мембране. Такая схема обеспечивает возможность измерения постоянных ускорений одного направления. Имеет универсальное крепление: клеевое или при помощи шпильки М5. Предназначен для измерения вибрационных и ударных ускорений в широком диапазоне частот.

Технические данные Таблица 3

	АНЭ 211	АНЭ 211-01	АНЭ 211-02	АНЭ 211-03
Коэффициент преобразования по напряжению, мВ/g*В	0,6	0,3	0,1	0,06
Частотный диапазон, Гц	0 ... 2000	0 ... 2000	0 ... 2000	0 ... 2000
Собственная частота, кГц	4	4	4	4
Относительный коэффициент поперечного преобразования, не более, %	5	5	5	5
Нелинейность амплитудной характеристики, не более, %	5	5	5	5
Физические характеристики
Вид электрической схемы	мостовая
Тип чувствительного элемента	Кремниевая мембрана
Масса, (без кабеля), г	6	6	6	6
Материал корпуса	Сплав ВТ1-0
Соединитель (разъем)	РС7ТВ
Крепление	шпилька М5 или клеевое
Защита от внешней среды	пыле-, влагонепроницаемый корпус
Тип применяемого усилителя	ВТ-5518

	АНЭ 211	АНЭ 211-01	АНЭ 211-02	АНЭ 211-03
Эксплуатационные характеристики
Рабочий диапазон температур, оС	-50...+50	-50...+50	-50...+50	-50...+50
Верхний предел ускорений: вибрация, g удар, g	250 500	500 1000	1250 2500	2500 5000
Деформационная чувствительность (250 на  установочной плоскости), g/µstr	0,006	0,006	0,006	0,006
Электромагнитная чувствительность (50 Гц, 80 А/м), %	0,00002	0,00002	0,00002	0,00002
Акустическая  чувствительность (6 кПа), % /кПа	0,05	0,05	0,05	0,05

+10 % +5 0 -5 -10 0,1 1 10 100 1000 10к Гц

Рис. 19. Типовая частотная зависимость

+10 % +5 0 -5 -10 -50 -25 0 +25 +50 tºC

Рис. 20. Типовая температурная зависимость

Заключение

1. Повышение эксплуатационной надежности ГТД невозможно без развития систем мониторинга их текущего состояния. Одним из перспективных направлений оценки состояния объекта является контроль уровня вибрации. При диагностике двигателя измеряют акустический шум, пульсации давлений в газовоздушном тракте, динамические деформации и вибрации деталей и корпусов ГТД.

2. Вибрация – протекающий во времени сложный колебательный процесс, характеризующийся, как правило, отдельными гармоническими составляющими. При этом используют как абсолютные величины для оценки вибрационных смещений, скоростей и ускорений, так и относительные – коэффициент вибрационной нагрузки, уровень интенсивности скорости и др.

3. В основу большинства математических моделей вибрации положены представления их в виде узкополосного процесса с медленно изменяющейся во времени амплитудой и фазой. Моделирование широкополосной вибрации основывается на линейном наложении основных гармонических составляющих и вибрационного шума.

4. Измерительная система вибрации должна быть многоканальной и дистанционной.

5. Каждый измерительный канал является единой физической системой, преобразующей входной сигнал – вибрацию выходной сигнал – вибродиаграмму. Форма вибрации при этом не должна искажаться. Для этого частотная характеристика канала должна быть равномерной во всем частотном диапазоне вибрации от низшей до высшей частоты. Амплитудная характеристика канала должна быть линейной в пределах измеряемых значений амплитуд вибрации.

6. В настоящее время считают приемлемыми и технически реализуемыми следующие пределы измерительной аппаратуры:

– общий частотный диапазон от 10 до 10000 Гц;

– вибрационные перемещения от 0,001 до 2 мм;

– вибрационные скорости от 2 до 400 мм/с;

– коэффициент вибрационной нагрузки от 0,25 до 1000g.

7. Различают линейные и нелинейные преобразования вибрационных сигналов.

Линейные системы обладают фильтрующими свойствами, благодаря которым отдельные составляющие входного сигнала могут быть ослаблены или усилены свойствами нескольких составляющих спектра и сохранением фазовых отношений между ними, что позволяет получить выходной сигнал одинаковым по форме со входным. Если закон распределения случайного стационарного процесса отличается от нормального распределения, то линейное преобразование вызывает изменение закона распределения.

Нелинейным преобразованиям вибрационный сигнал подвергается при детальной обработке в ограниченных частотных диапазонах и временных интервалах. Основные виды нелинейных преобразований – преобразования частоты, различные способы модуляции, детектирование и стробирование отдельных участков реализации вибрационного процесса длительностью, соответствующей одному периоду или части периода вращения ротора двигателя.

8. При измерении параметров вибраций ГТД используют пьезоэлектрические, индукционные, индуктивные и емкостные вибропреоб­разователи. Среди них для решения диагностических задач наибо­лее широко используют пьезоэлектрические вибропреобразователи, которые по своим техническим характеристикам превосходят дру­гие типы вибропреобразователей, так как имеют достаточно высо­кий коэффициент преобразования, широкий частотный и динами­ческий диапазоны измерений, относительно простую и надежную конструкцию, небольшие размеры и массу. Главный недостаток пьезоэлектрических преобразователей — их высокое выходное соп­ротивление, из-за которого предъявляют повышенные требования к помехоустойчивости и изоляционным характеристикам соедини­тельного кабеля и входных цепей усилительно-преобразующей ап­паратуры.

9. Погрешности измерений в значительной степени связаны с типами используемых датчиков и их конструктивными особенностями.

На погрешности измерений влияют масса датчика, резонансные колебания датчиков, наличие промежуточных элементов крепления, контактная податливость в области закрепления датчика.

10. В настоящее время для измерения параметров вибрационного процесса используют высокотемпературные и пьезорезистивные акселерометры.

11. Дальнейшее развитие датчиков первичной информации, использование достижений электроники и проведение анализа сигналов с помощью совершенствующихся экспертных компьютерных систем позволяют повысить надежность и безопасность ГТД.

38