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科普知識
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振動傳感器

IEPE振動傳感器與PE振動傳感器的區別與對比

發布日期:2022-10-11 點擊率:177

PE振動傳感器是指電荷輸出型壓電式振動傳感器,IEPE振動傳感器是指內置處理電路的壓電式振動傳感器,本文將對PE振動傳感器 和 IEPE振動傳感器 各自的特點進行對比與闡述。 

什么是壓電效應?

壓電式振動傳感器的工作原理是以某些物質(例如:壓電陶瓷)的壓電效應為基礎的。當這些物質在某一方向上因受到拉力或壓力的作用而產生變形時,其表面上會產生電荷;當去掉外力時,它們又會回到不帶電的狀態,這種現象就是壓電效應。常用的壓電材料有陶瓷、石英、鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛等等。實際上,當壓電材料受到剪切力、橫向拉力或壓力時,也會產生壓電效應。

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什么是PE振動傳感器?

PE壓電振動傳感器的工作原理是:將質量塊的振動轉換為其對壓電材料所施加的力,通過測得該力的大小從而換算出振動或者加速度的值。

壓電式振動的結構原理如下圖所示。兩片壓電片組成了其壓電元件,表面有鍍銀層,中間夾有一金屬片,并焊有輸出引線,另一輸引線直接與基座相連。壓電片上放有一個比重較大的質量塊,并用一硬彈簧或螺栓對其施加預載荷。整個組件封裝在一個金屬殼體內部,基座一般較為厚重且剛度大。

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測量時,傳感器與被測物剛性固定在一起,當被測物振動時,傳感器與基座也會產生相同的振動。由于質量塊的質量相對較小,而彈簧的剛度相對很大,所以可認為質量塊的慣性很小。因此質量塊感受到與傳感器基座相同的振動,并受到與加速度方向相反的慣性力的作用。于是,質量塊就有一正比于加速度的交變力作用在壓電片上,使其兩個表面產生交變電荷。當振動頻率遠低于傳感器的固有頻率時,傳感器的輸出電荷與作用力成正比,亦即與被測物的加速度成正比。

由于PE振動傳感器傳感器的輸出量為電荷,因此其后端必須與電荷放大器或電壓放大器連接(如:森瑟科技的三通道電荷放大器IN-06 和 單通過電荷放大器 IN-07和 單通道高溫電荷放大器 IN-17),才能將電荷信號轉換為電壓信號,此電壓信號經過后級放大、濾波等調理電路即可送入示波器等設備。由于PE振動傳感器傳感器的輸出阻抗較高,易受輸出的電荷信號易受噪聲干擾,因此必須使用特殊的低噪聲電纜(例如:森瑟科技的 11-系列低噪聲電纜、11P-高溫系列低噪聲電纜、13-系列三軸一體的低噪聲電纜)。

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什么是IEPE振動傳感器?

由于PE振動傳感器有必須配接外部電荷放大器使用,并且信號在長距離傳輸過程中容易受干擾等一些缺點,因此出現了IEPE振動傳感器,即恒流源供電,恒源源輸出的壓電振動傳感器。

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IEPE壓電振動傳感器的結構原理如上圖所示,它其實就是將PE振動傳感器所需的處理電路集成到傳感器內部,這樣就可以直接輸出一個高電平、低阻抗的電壓信號,也有一些IEPE振動傳感器傳感器可以輸出電流信號甚至是數字信號。它可以用普通的同軸電纜來輸出信號,并且不需要后續的放大電路,直接連至示波器等設備;IEPE壓電振動傳感器還有一個特別重要的特點是,由于它采用的是恒流供電,恒壓輸出,所以在供電與輸出上只需要使用一根同軸電纜,即可以實現信號的傳輸與供電,這個減少了接線的數量,可以大大的降低由于接線不良造成的信號丟失。但是有些實難測試的客戶在使用時,不大會用這種IEPE振動傳感器,森瑟科技為其單獨配備了 恒流源供電裝置,三通道恒流源供電模塊 IN-03。

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但是,IEPE振動傳感器在將處理電路集成到內部的同時,也帶來了一些問題,下表顯示了這兩種振動傳感器的主要特性區別。

比較項

PE振動傳感器

IEPE振動傳感器

后級電路

外部必須配接電荷放大器

可直接與內置恒流源的數據采集器連接

輸出能力

長電纜(>20米時)會引起高電容負載增加,從而引起電荷放大器噪聲增大

低阻抗輸出,抗干擾能力強,可以進行長電纜輸出,而不致引起噪聲增加

電纜

必須使用特殊的低噪聲電纜

可以使用普通的同軸電纜或扁平線

安裝使用

由于是高阻抗輸出,在安裝和使用時,要特別小心和注意保護

安裝方便,使用簡單,接線方便

量程

可以通過調節電荷放大器/阻抗轉換器,來調節滿量程輸出,

量程在傳感器內已固定,不可調

放電時間常數

(影響頻率下限)

可以通過調節電荷放大器/阻抗轉換器,來調節放電時間常數

放電時間常數在傳感器內已固定,不可調

溫度范圍

結構簡單,溫度范圍寬,高溫可達250(特殊設計的可達700)

溫度范圍較窄,一般使用溫度≤125(特殊設計的≤175)

可靠性

電荷放大器遠離被測物,測試環境對其影響小;內部無IC電路,可靠性高,故障率低;對ESD不敏感;適合于高溫等場合

內部的IC電路與傳感器承受同樣的測試條件,受到與被測物相同的熱循環、振動力等,更容易出現故障;對ESD敏感;適合于環境多變的工業場合

主要型號

310P、372P、311P、510P、512P、531P、573P、574P、710P等

310A、311A、512A、533A、514A、731A、733A、577A、334A、331A等



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