Алан Беннеттс

Алан Беннеттс (Bay Systems)
13 февраля 2007
(перевод)

Резюме

AP19 – один из самых миниатюрных акселерометров в мире. Его принципиальное использование – измерение ускорения, где дополнительная масса преобразователя должна придерживаться абсолютного минимума. Общая масса AP19 (исключая кабель) – 0,14 грамм. Корпус акселерометра меньше, чем головка обыкновенной спички, следовательно, не существует возможного (по сравнению с корпусом акселерометра) соединителя для кабеля; поэтому, он интегрирован в акселерометр и, как прямое следствие, невозможно снижение механических напряжений на соединении. Будучи очень маленьким преобразователем, AP19 является относительно малочувствительным, поэтому он производит очень маленькие сигналы на низких уровнях ускорения. Это делает AP19 идеальным для применения при сильных ударах, где более чувствительный акселерометр будет перегружать любой стандартный усилитель заряда.
Исследованы влияния паразитного заряда, возникающие вследствие движения кабеля и механические напряжения корпуса, вызванные кабелем. Выяснено, что AP19 способен отслеживать реальный сигнал, когда кабель подвергается большим перемещениям.

Влияние соударения кабеля AP19, находящегося на калибраторе 10MS-2
Введение

Электрический заряд возникает в кабеле при его движении через электромагнитные поля и от механических напряжений, произведенных в диэлектрическом материале кабеля при его деформации. Движение кабеля может привносить основное механическое напряжение в акселерометре, а это, в свою очередь, может снова вызвать электрический заряд.
Вопрос, на который надо ответить следующий: влияют ли эти паразитные заряды на измеряемый сигнал?

Методика испытаний (поверки)

На калибраторе акселерометров было установлено три акселерометра следующим образом:
посредством резьбовой шпильки 10-32 UNF – большой 12-граммовый акселерометр B&K 4368,
посредством пчелиного воска на крышке B&K 4368 – трехкомпонентный AP20, вес 5 г,
посредством пчелиного воска на крышке B&K 4368 – сверхминиатюрный AP19, 0,14 г.

Когда три акселерометра возбуждались калибратором, кабель AP19 перемещался вверх и вниз на +/- 20 см. Временная диаграмма на Рисунке 1 показывает: на 1 канале – B&K имеет ожидаемый уровень ускорения. На 4 канале – Z-направление AP20 находится, в значительной степени, в согласии с B&K. Кажется, что AP19 также должен находиться в согласии с ними, но так ли это?

ris_op_bay_1
Рисунок 1. Временная диаграмма трех акселерометров.

Результат, когда кабель лежит свободно на калибровочном столе в произвольной форме, можно увидеть на Рисунке 1a.

ris_op_bay_1a
Рисунок 1а. Все кабели свободны и нет никакого преднамеренного колебания кабеля AP19.

Замечание: Канал 2 – это АР19; смещение постоянной составляющей вызвано начальными движениями кабеля и высоким входным импедансом усилителя заряда. Некоторые усилители заряда, более старые, оборудованы кнопкой сброса для избавления от перегрузки.
Быстрое преобразование Фурье всех каналов, для случая колебания кабеля, дает результаты, показанные на Рисунке 2.

ris_op_bay_2
Рисунок 2. Диапазон быстрого преобразования Фурье трех акселерометров при колебании кабеля AP19.

Значения с этих трех каналов одинаковые. Влияние волнового движения кабеля должно было наложить большую низкую частоту, псевдо составляющую постоянного тока на достоверные данные. Этот псевдо постоянный ток не имеет влияния на амплитуду реальных данных.

Влияние на фазовую характеристику

Единственное место для рассмотрения в тестируемом спектре где есть хороший сигнал по отношению к шуму – приблизительно 159 Гц, частота калибратора. Влияние воскового монтажа AP20 и AP19 может представлять собой изменение по амплитуде и/или фазе, поскольку воск не является очень жёстким. AP20 и AP19 также смещены на стороны (от оси) B&K 4368, и, таким образом, есть вероятность некоторого вызванного качающегося движения, но в целом, фазовые характеристики всех акселерометров должны быть близки. Результат, изображенный на Рисунке 3 показывает, что различия по фазе меньше 5 градусов. В пределах вероятных экспериментальных ошибок, выделенных выше, это хороший результат.

ris_op_bay_3
Рисунок 3. Фаза отклика 3 акселерометров с кабелем AP19, колеблющимся при 159 Гц.

Замечание. Какой бы акселерометр не был выбран, опорная фаза будет иметь фазовую характеристику установленную в нуле.

Заключения

Вызванные колебанием кабеля низко-частотные сигналы, являются нежелательными, но не влияют на данные. Они являются прямым и неизбежным следствием при использовании очень маленького преобразователя. Отношение по чувствительности 210:1 между B&K 4368 и AP19 почти прямо пропорционально отношению в массах (150:1). Увеличенный в 200 раз коэффициент передачи, необходимый усилителю заряда, будет означать, что изменение на 0,05g при приближении уровня сигнала к постоянному току, вызванное движением кабеля большого акселерометра, приведет к изменению на 1g в сверхминиатюрном акселерометре. Следствие этого – ответ, приближенный к постоянной составляющей тока (<10 Гц, зависит от частоты колебания кабеля), когда видимый диапазон частот будет загрязнен кабельными эффектами, если эти кабели не будут хорошо связаны. Поскольку сверхминиатюрные акселерометры главным образом не предназначены для использования при этих низких частотах, то последствия обычно минимальны. Если же низкие частоты представляют интерес, тогда движение кабеля должно быть сведено к минимуму. Когда кабель AP19 не колеблется, сигнал не загрязняется. © Bay Systems 2007

Каталог

  • en
  • +7 (831-30) 6-77-77