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    行業(yè)新聞

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    工業(yè)級加速度傳感器解析-傳感器產(chǎn)品技術(shù)

      傳感器是獲得*準有效數據的**一觸點(diǎn);它們在將原始物理量轉換為便于測量計算的數據量的過(guò)程中,發(fā)揮著(zhù)重要作用。
      伴隨著(zhù)電力、船舶、航空、航天等多種工程技術(shù)的迅猛發(fā)展,對相關(guān)應用場(chǎng)景越來(lái)越需要更精*的動(dòng)態(tài)數據。航空發(fā)動(dòng)機、燃氣輪機、蒸汽機等高能動(dòng)力裝置,對工業(yè)級傳感器都提出了更加嚴苛的要求。
      在眾多傳感器里,筆者以工業(yè)級加速度傳感器為例,結合應用和相關(guān)產(chǎn)品數據,將一些體會(huì )和經(jīng)驗做一個(gè)簡(jiǎn)單的分享。

      1.什么是加速度傳感器?

      加速度傳感器(Accelerometer),又稱(chēng)加速規、加速計,是用于測量加速度的一種感應裝置,該裝置在加速過(guò)程中對自身所受慣性力進(jìn)行測量,通過(guò)牛頓*二定律得出加速度值。從感應機理上分為壓電式、電容式、電感式、應變式、壓阻式等。

      2.汽車(chē)平順性試驗應用

      將加速度傳感器安裝在車(chē)輛座椅上,測量XYZ三個(gè)軸向上的振動(dòng)加速度過(guò)程,用以評價(jià)汽車(chē)行駛平順性的道路試驗。

      3.工業(yè)級加速度傳感器

      選擇加速度傳感器時(shí),用戶(hù)大多基于加速度量程范圍,同時(shí)結合實(shí)際應用。如傾斜角度測量,±1.5g的量程已經(jīng)足夠。±2g的加速度傳感器可以用于大多數消費電子和商業(yè)應用。但對于急停、多方向劇烈變化以及振動(dòng)烈度較大的測量應用,至少要選擇±10g以上或者更大量程的加速度傳感器。
      在眾多工業(yè)應用場(chǎng)景中,都需要對沖擊和振動(dòng)進(jìn)行監控和測量,因應用環(huán)境溫度的高低溫波動(dòng)范圍大,對加速度計的量程、靈敏度、精度要求高,對于常規加速度傳感器來(lái)說(shuō),*全不能勝任這種嚴苛惡劣的工作環(huán)境?;诖斯I(yè)級加速度傳感器應運而生,它們*全能夠在這種惡劣的應用環(huán)境中保持高可靠性的持續測量和穩定輸出。

      4.工業(yè)級加速度傳感器的品牌和產(chǎn)品性能

      在傳感器市場(chǎng)中,工業(yè)級加速度傳感器品牌眾多,其中歐、美、日品牌占據了此類(lèi)產(chǎn)品較大比例的市場(chǎng)份額。但隨著(zhù)中國近年來(lái)工程技術(shù)的迅猛發(fā)展,中國的自主品牌也正在這一細分產(chǎn)品領(lǐng)域中逐步跟上,并在高、中、低幾個(gè)技術(shù)維度上與歐、美、日同臺角逐。
      從產(chǎn)品技術(shù)和可靠性?xún)蓚€(gè)維度上來(lái)看,進(jìn)口品牌美國PCB、丹麥B&K和中國自主品牌西人馬(FATRI)的工業(yè)級加速度傳感器能夠比較全*的詮釋這兩個(gè)維度。
      PCB Piezotronics, Inc. “PCB”是PicoCoulomB的縮寫(xiě),PicoCoulomB屬于技術(shù)術(shù)語(yǔ),定義了由PCB制造的壓電傳感器產(chǎn)生的電荷類(lèi)型,也成了該公司的注冊商標。PCB 于1967年成立,是美國老牌的家族企業(yè)。擁有加速度測量、振動(dòng)、沖擊、聲學(xué)、負載等產(chǎn)品線(xiàn)。
      Brüel & Kj?r簡(jiǎn)稱(chēng)B&K,名稱(chēng)與商標源于創(chuàng )始人Per VilhelmBrüel和ViggoKj?r的名字,二人緣起于哥本哈根理工學(xué)院(現丹麥工業(yè)大學(xué)),這是個(gè)歷史悠久的公司,成立于1942年,擁有加速度測量、傳聲器、聲學(xué)全息陣列等產(chǎn)品線(xiàn)。
      西人馬(廈門(mén))科技有限公司- FATRI,創(chuàng )始人聶泳忠博士,這是一個(gè)歷久彌新的中國自主品牌,“久”在于其創(chuàng )始人聶博士一直深耕于*密先進(jìn)傳感器的研發(fā)和設計的前沿,“新”是因為該公司*成立了5年多的時(shí)間。雖然成立時(shí)間短,但擁有先進(jìn)材料、芯片制造、*密傳感器(加速度、溫度、壓力等)、測量設備等豐富和扎實(shí)的產(chǎn)品研發(fā)和制造能力。
      筆者從三個(gè)品牌的產(chǎn)品中揀選出工業(yè)級加速度傳感器的同類(lèi)產(chǎn)品,通過(guò)產(chǎn)品技術(shù)規格來(lái)解析工業(yè)級傳感器的一些特性和關(guān)鍵技術(shù)指標。

      5.工業(yè)級加速度傳感器的關(guān)鍵技術(shù)指標

      靈敏度
      電壓靈敏度在滿(mǎn)足諧振頻率的前提下越大越好,后端采樣調理的回路就越容易。
      工作溫度
      在工業(yè)現場(chǎng)環(huán)境中,隨時(shí)會(huì )出現溫度的驟升驟降,能否有效進(jìn)行測量,直接影響測量的效率,所以工作溫度范圍要盡量夠寬。
      響應時(shí)間
      當被測量物體發(fā)生變化時(shí),傳感器并不能立刻反應,普遍存在滯后,滯后的時(shí)長(cháng)即響應時(shí)間,響應時(shí)間越短越好。
      沖擊*限
      指1秒內,傳感器及殼體所能承受的*大加速度沖擊,一般在可承受沖擊的范圍內,傳感器仍能保持正常工作,沖擊*限上限越高越好。
      橫向靈敏度
      測量某個(gè)方向時(shí),信號輸出理論上應全為感知方向,但實(shí)際上在該方向垂直的方向也會(huì )有信號輸出,這是橫向效應造成的,所以橫向靈敏度越低,性能越好。國標要求≤5*。
      非線(xiàn)性度
     
     在固定的頻率和幅值范圍內,輸出量與輸入量成正比時(shí),成為線(xiàn)性變卦。實(shí)際傳感器的校準結果與線(xiàn)性偏離的程度稱(chēng)為傳感器的非線(xiàn)性度。該指標越小越好。
      頻率響應
      一般加速度傳感器的工作頻率上限為自身諧振頻率的1/3左右,通常加速度傳感器低頻特性較差,信號衰減嚴重,而在高頻段線(xiàn)性度差,非線(xiàn)性影響較大。在實(shí)際應用中,土木工程結構的頻率范圍在0.2~1kHz左右,通用機械設備大多屬于中頻段,頻率范圍在0.5~5kHz左右。高能動(dòng)力裝置由低頻至高頻段,頻率范圍會(huì )大于5kHz。另外,傳感器安裝的剛性對傳感器測量的頻率范圍也有一定影響。工業(yè)級加速度傳感器的頻率響應范圍直接影響其在不同應用場(chǎng)景中的測量效率。
      從上面的指標我們可以看出,工業(yè)級加速度傳感器的量程范圍相較于非工業(yè)級傳感器更加寬大,工作溫度區間能經(jīng)受住較大范圍高低溫的循環(huán)轉換,并在這樣的工況下可以保證相對較好的靈敏度,且能夠將橫向靈敏度控制在盡可能小的范圍內,同時(shí)要能夠承受住上千g的沖擊。這些要素的集合,等于對傳感器的研發(fā)設計與生產(chǎn)制造提出了*高的要求。在實(shí)際制造過(guò)程中每一個(gè)微小的工藝上的誤差,都會(huì )對傳感器本身帶來(lái)巨大的影響。
      PCB與B&K作為國際知名的傳感器*業(yè)制造商在產(chǎn)品技術(shù)規格上的要求是嚴謹和苛刻的,在實(shí)際應用中有口皆碑。值得一提的是,西人馬(FATRI)作為一個(gè)中國自主傳感器品牌,在這樣短的時(shí)間內能將產(chǎn)品做到這樣的高度,不得不說(shuō)這是一個(gè)具備*強技術(shù)實(shí)力的企業(yè)。畢竟在傳感器制造這個(gè)行業(yè)里,在工程技術(shù)中,技術(shù)實(shí)力與研發(fā)設計能力是**生產(chǎn)力。
      筆者從多方了解到,西人馬(FATRI)是一家擁有材料、傳感器芯片設計制造、封裝、測試、*密傳感器制造等*方位能力的硬核科技公司。這家公司在短短5年時(shí)間里注冊**多達600多項,如自主研發(fā)了用于壓電類(lèi)傳感器的基座楔形自鎖剪切結構,*全不同于文獻中可見(jiàn)的傳統結構,綜合了傳統壓縮和診斷壓縮,具有較好的線(xiàn)性、剪切性和高靈敏度等特點(diǎn),其工藝性*其簡(jiǎn)單且可靠,產(chǎn)品自適應性好,由于采用了自鎖緊結構,因此其接觸剛度大大提高了諧振頻率,能夠保持良好的線(xiàn)性。
      目前這種技術(shù)被西人馬廣泛應用在通用振動(dòng)測量和高溫振動(dòng)測量領(lǐng)域,各項指標都達到或者優(yōu)于目前流行的各項設計。在先進(jìn)傳感器制造這樣一個(gè)重資產(chǎn)、技術(shù)門(mén)檻高、研發(fā)周期長(cháng)的行業(yè)里,做出這樣具備競爭力的工業(yè)級傳感器,在當下浮躁、投機的環(huán)境中,更顯得難能可貴。作為行業(yè)中的一員,筆者能夠想象,在這個(gè)過(guò)程中不知要經(jīng)歷多少艱辛與磨難。但這種付出與堅守是值得的,我們需要更多這種能夠耐得住寂寞,具備工匠精神的科技創(chuàng )新企業(yè)。
      當前,各種工程技術(shù)與前沿科技高速發(fā)展的趨勢下,在工業(yè)傳感器的領(lǐng)域里,歐、美、日產(chǎn)品仍*具競爭力。但隨著(zhù)*球市場(chǎng)需求的發(fā)展,相信未來(lái)會(huì )有更多中國傳感器自主品牌走向世*,與國際廠(chǎng)商同臺角逐,一爭高下。國際局勢的風(fēng)云激蕩,時(shí)刻牽動(dòng)著(zhù)市場(chǎng)格局變化。作為后發(fā)者,需要秉持初心,堅定不移的走自主研發(fā)制造的正確路線(xiàn)。筆者希望能有更多像西人馬(FATRI)這樣具備核心技術(shù)實(shí)力的中國傳感器自主品牌廠(chǎng)商能夠在更多的應用領(lǐng)域與歐、美、日等國外傳感器企業(yè)同臺角逐。
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