Introduzione agli accelerometri ^ICP

Un accelerometro ^ICP® è un sensore che genera un'uscita elettrica proporzionale all'accelerazione applicata. Gli accelerometri ^ICP® sono progettati per misurare le vibrazioni e gli urti in un'ampia gamma di applicazioni. Sono semplici da usare e precisi in un'ampia gamma di frequenze, il che li rende la scelta consigliata per molte situazioni di test.

^ICP® è un marchio registrato ^PCB® che sta per "Integrated Circuit Piezoelectric" (circuito integrato piezoelettrico) e identifica i sensori che incorporano una microelettronica. L'elettronica converte il segnale di carica ad alta impedenza generato da un elemento di rilevamento piezoelettrico in un segnale di tensione a bassa impedenza utilizzabile che può essere prontamente trasmesso, tramite normali cavi bifilari o coassiali, a qualsiasi sistema di acquisizione dati o dispositivo di lettura.

Per eseguire la trasduzione richiesta dagli accelerometri ^ICP® si utilizzano diversi modelli meccanici. I progetti consistono in cristalli di rilevamento fissati a una massa sismica. Un anello o un perno di precarico applica una forza al gruppo di elementi di rilevamento per creare una struttura rigida e assicurare un comportamento lineare. In accelerazione, la massa sismica provoca una sollecitazione sui cristalli di rilevamento che si traduce in un'uscita elettrica proporzionale. L'uscita viene raccolta su elettrodi e trasmessa tramite fili collegati ai circuiti microelettronici degli accelerometri ^ICP®.

Tutti gli accelerometri ^{ICP® PCB®} richiedono l'alimentazione da una sorgente di tensione continua a corrente costante. ^PCB® offre diversi tipi di condizionatori di segnale ^ICP® che forniscono da 2 a 20 mA di corrente a un livello di tensione CC da +18 a +30 volt. Non tentare di alimentare i sensori ^ICP® con gli alimentatori disponibili in commercio. La corrente non regolata danneggia e distrugge l'elettronica interna.

Alcuni sistemi di acquisizione dati includono l'alimentazione ^ICP®. In questo caso non è necessario un condizionatore di segnale separato.

Il livello di polarizzazione CC (tensione di accensione) dell'accelerometro è in genere compreso tra +8 e +12 volt. La tensione di polarizzazione CC misurata viene controllata durante la calibrazione e riportata sul foglio di calibrazione. Ulteriori informazioni sull'alimentazione degli accelerometri ^ICP® sono disponibili qui.

La maggior parte degli accelerometri ^ICP® ha una tensione di uscita a fondo scala di ±5 volt. L'uscita è direttamente correlata al campo di misura e alla sensibilità dell'accelerometro. Gli esempi 1 e 2 illustrano questo aspetto:

Esempio1

Il 352C33 ha una sensibilità di 100 mV/g e un intervallo di ±50 g di picco.
50 g's X 100 mV/g = 5000 mV = 5 volt

Esempio2

353B04 ha una sensibilità di 10 mV/g e un intervallo di ±500 g di picco.
500 g's X 10 mV/g = 5000 mV = 5 volt

La sensibilità dell'accelerometro rimane lineare dagli ingressi a scala ridotta fino al fondo scala. Ciò è illustrato nella Figura 4.

Figura 4: Linearità dell'ampiezza del modello 353B03 (fino a 500 g di fondo scala)

Gli accelerometri ^ICP® sono dispositivi accoppiati in corrente alternata e non misurano o rispondono a un'accelerazione uniforme (nota anche come accelerazione statica o in corrente continua). I valori di capacità e resistenza interni all'accelerometro determinano la costante di tempo di scarica (DTC) e la risposta a bassa frequenza. Se viene applicata un'accelerazione uniforme, il segnale di uscita decadrà in base alla DTC. Il segnale di uscita si scarica completamente dopo cinque costanti di tempo di scarica. Ulteriori informazioni sulla risposta a bassa frequenza degli accelerometri ^ICP® sono disponibili qui.

Ogni accelerometro ^ICP® ha una frequenza naturale che limita la gamma di frequenza di misura a un limite superiore. La frequenza naturale (risonanza) è una caratteristica meccanica imposta all'accelerometro dalle sue caratteristiche fisiche di progettazione. La sensibilità aumenta rapidamente con l'avvicinarsi alla frequenza naturale, il che può spesso portare a un sovraccarico del segnale in uscita. Un esempio di risonanza è illustrato nella Figura 5.

Figura 5: Accelerometro ^ICP® in risonanza

È importante notare che il montaggio gioca un ruolo importante nell'ottenere misure accurate ad alta frequenza. Consultare i disegni di installazione e i manuali dei prodotti per le tecniche di montaggio corrette dei modelli specifici. Ulteriori informazioni sulla risposta ad alta frequenza dell'accelerometro e sul montaggio sono disponibili qui. Ulteriori informazioni sulla risposta ad alta frequenza degli accelerometri ^ICP® sono disponibili qui.

^PCB® include un certificato di calibrazione con ogni accelerometro ^ICP®. Questo certificato documenta le caratteristiche di ogni accelerometro e fornisce i valori esatti per diverse specifiche chiave. Un esempio di certificato di calibrazione è riportato nella Figura 6.

Figura 6: Certificato di calibrazione degli accelerometri ^ICP®

La calibrazione back-to-back viene eseguita con l'accelerometro di prova montato su un accelerometro di riferimento. Questa tecnica fornisce un metodo rapido e semplice per determinare la sensibilità di un accelerometro in un'ampia gamma di frequenze.
L'accelerometro di riferimento è un dispositivo estremamente accurato con specifiche riconducibili a un laboratorio standard riconosciuto. È possibile far vibrare entrambi gli accelerometri e confrontare i dati in uscita montando saldamente l'accelerometro di prova sull'accelerometro standard di riferimento.

Il rapporto tra le tensioni di uscita è anche il rapporto tra le sensibilità degli accelerometri, perché l'accelerazione applicata è la stessa. La sensibilità dell'accelerometro di riferimento è nota, quindi è possibile calcolare la sensibilità dell'accelerometro di prova.
I servizi di ricalibrazione sono offerti per gli accelerometri prodotti da ^PCB® e per quelli di altri produttori. Il nostro laboratorio metrologico interno è certificato ISO 9001:2015 da DQS, Inc. e accreditato da A2LA. Le apparecchiature utilizzate durante la calibrazione sono direttamente riconducibili al NIST (National Institute of Standards and Technology).