Piezo Accelerometer Tutorial
Accelerometer Design
Montage eines Vibrationssensors
Dieses Video ist nicht als wirkliche Montageanleitung für ein Accelerometer gedacht, es soll vielmehr die grundlegenden Teile und deren Zusammenspiel aufzeigen. Die eigentlichen Montageverfahren wurden weder erläutert noch genannt. Die Fügeverfahren der Teile müssen für die vorgesehene Umgebung wie die Temperatur, aber auch für die Vibrationsumgebung geeignet sein. Wir wollen sicherstellen, dass sich nichts löst. Eine gängige Praxis ist daher das Schweissen oder Löten zum Verbinden der Teile. Für niedrigere Temperaturen kann auch Weichlöten oder Kleben geeignet sein. Die äußeren Gehäuseteile werden normalerweise zusammengeschweißt, um einen vollständig hermetischen Schutz und eine durchgehende elektrische Abschirmung zu gewährleisten.
Wir haben gesehen, dass die Zeitkonstante (eine sehr wichtige Eigenschaft) vom Widerstand und von der Kapazität des Piezoelements abhängt. Hinsichtlich der Kapazität können wir während der Montage nicht viel tun, da sie durch Design-Parameter vorgegeben ist. Der Widerstand ist jedoch stark von der direkten Umgebung des Piezoelements abhängig. Er ist sehr empfindlich gegenüber Verschmutzung und Feuchtigkeit.
Daraus leiten wir für den Zusammenbau ab, dass alle Teile extrem sauber sein müssen und dass keine Feuchtigkeit im Gehäuse eingeschlossen werden darf.
Bauteile-Design
Typische Teile des Beschleunigungsmessers
Die Details der Teilekonstruktion sind natürlich ein wichtiger Teil des Know-hows der Hersteller piezoelektrischer Sensoren. Hier wollen wir einige prinzipielle Überlegungen anstellen, die allgemein bekannt und veröffentlicht sind
Der Sensor, den wir uns ansehen, ist ein Accelerometer im Kompressionsmodus.
Basis
Die Hauptfunktion der Basis besteht darin, das interne Sensorelement zu tragen, die Montage des gesamten Sensors zu ermöglichen und den Stecker zu fixieren.Die Grösse und Form der Basis hängt stark vom Zweck des Accelerometers ab.
Die Montagefläche muss flach und glatt sein, besonders wenn wir Messungen bei hohen Frequenzen durchführen wollen.
Isolation
Die Isolationsringe dienen zur elektrischen Isolation des Piezoelements vom Gehäuse.
Es gibt Ausführungen ohne elektrische Isolierung. In diesem Fall ist ein Pol des Piezoelements direkt mit dem Gehäuse verbunden.
Piezo-Element
Das Piezoelement in unserem Fall ist ein Kompressionsring. Es hat im Allgemeinen oben und unten eine Elektrode (grün), auf der die elektrische Ladung erscheint, wenn der Ring in axialer Richtung komprimiert wird.
Trägheitsmasse
Die Trägheitsmasse bestimmt zusammen mit dem Piezomaterial die Empfindlichkeit des Accelerometers
es wird oft aus einem Material mit hoher Dichte wie Wolfram hergestellt.
Alle Anlageflächen des Sensorelements müssen eben und glatt sein, um die Schwingung korrekt zu übertragen
Bolzen
Die Teile werden durch einen Bolzen zusammengehalten.
Bei einigen Konstruktionen werden die Teile einfach nur miteinander verklebt oder verlötet.
Deckel
Die Abdeckung muss zusammen mit dem Sockel eine hermetische Umhüllung des Sensorelements bilden. Gleichzeitig benötigen wir Schutz vor mechanischen, thermischen und elektromagnetischen Einflüssen
