الفوائد والتطبيقات

على مر السنين ، كان هناك قدر كبير من النقاش حول مزايا اختيار الكوارتز أو السيراميك كعنصر استشعار لمقياس التسارع الكهرضغطية.سنراجع هذا الشهر فوائد كل منها ، جنبًا إلى جنب مع ذكر بعض التطبيقات التي يتفوق فيها أحدهما أو الآخر .... التورية؟

أولاً ، تم التعرف على الكوارتز منذ فترة طويلة لفائدته لكونه كهرضغطية بشكل طبيعي.على هذا النحو ، فإنه يعرض أفضل استقرار طويل الأجل لأي مادة استشعار كهرضغطية.لا يظهر الكوارتز أي ناتج حراري كهربائي وله معامل حراري صغير مستقر.السعة المنخفضة للكوارتز تعطيه ناتج جهد عالي (V = Q / C).هذا الناتج المرتفع ، في الواقع ، هو السبب في أن معظم مستشعرات قوة الكوارتز الديناميكية يتم إضعافها فعليًا من حساسية الدائرة المفتوحة (أكثر من 1.3 فولت / رطل).

غالبًا لا يتم تشغيل الكوارتز في درجات حرارة أعلى نظرًا لوجود مواد خزفية أخرى كهرضغطية أكثر ملاءمة نظرًا لارتفاع إنتاجها من الشحنات.في وقت ما ، يوجد أيضًا أرضية ضوضاء أعلى قليلاً في تشغيل الجهد بسبب مضخم MosFET المستخدم في تحويل المعاوقة الداخلية الذي يحتوي على أرضية ضوضاء أعلى من مضخم J-FET المعتاد لتحويل الشحنة الداخلية.يمكن أن تكون الضوضاء أيضًا أعلى قليلاً نظرًا لحقيقة أن المقاومات المستخدمة لضبط ثابت الوقت تكون عادةً أكبر من أنظمة تضخيم الشحن.تتركز القيود النهائية في الكوارتز حول القطع المحدود والهندسة للاستقطاب الطبيعي ، أي لا يوجد كوارتز قص حلقي.

تجد عناصر استشعار الكوارتز تطبيقات رائعة في ما يلي:

• المعايير المرجعية للمعايرة الديناميكية بسبب الثبات الفائق على المدى الطويل
• العديد من البيئات الحرارية النشطة والمدورة مثل فحص الإجهاد المبرد ، وكذلك فحص الإجهاد البيئي (ESS) / اختبار الحياة المتسارع للغاية (HALT) / شاشة الإجهاد عالية السرعة (HASS)
• مجسات القوة الديناميكية ذات التكوين الفردي وثلاثي المحاور
• الضغط الديناميكي في البيئات النشطة مثل عدم استقرار احتراق التوربينات وتدفق الهواء في أنفاق الرياح فوق الجنيحات.

عندما يتعلق الأمر بمواد الاستشعار الكهروإجهادية الخزفية ، فإن الفوائد الرئيسية تكمن في عملية الاستقطاب التي يمكن التحكم فيها ، (أي متعدد البلورات يمكن تحويل العناصر إلى مجموعة متنوعة من الأشكال / الأشكال الهندسية) والإخراج المضخم عالي الشحنة.يوفر اقتران السيراميك البيزو مع مكبرات الصوت الداخلية J-FET منخفضة الضوضاء دقة رائعة مع أرضيات ضوضاء منخفضة مثل تلك الموجودة في مقاييس تسارع الشحن المقترنة بأطوال الكابلات النموذجية المتصلة بمضخم شحن من الدرجة المختبرية.عندما يكون كل شيء متساويًا ، فإن ضوضاء مستشعرات الشحن مع الإلكترونيات المدمجة ستكون أقل من مضخم الشحن الخارجي.تعتمد الضوضاء على السعة الكلية مقسومة على سعة التغذية المرتدة.ستزداد السعة الإجمالية لنظام بمضخم شحن خارجي بسبب سعة الكابل بين المستشعر ومضخم الشحن الخارجي.في الآونة الأخيرة ، تم تقديم السيراميك المتخصص لبيئات التشغيل ذات درجات الحرارة العالية مثل تلك الموجودة في تشغيل محرك التوربينات.

بالنسبة للقيود ، هناك استقرار أقل على المدى الطويل ومعامل حراري أعلى مع السيراميك من الكوارتز (على الرغم من أن بعض السيراميك عالي الحرارة يقترب من الكوارتز).بالإضافة إلى ذلك ، فإن الحساسية الكهروحرارية للسيراميك تحد من استخدامه في بعض تطبيقات الانفجار / الصدمات.نظرًا لأن العناصر مستقطبة كجزء من عملية التصنيع ، فمن الضروري مراجعة بائع أجهزة الاستشعار والثقة فيه من حيث الجودة والموثوقية.

نظرًا للجمع بين الضوضاء المنخفضة والوزن الخفيف والهندسة المرنة ، تجد عناصر الاستشعار القائمة على السيراميك تطبيقات رائعة في:

• ضجيج منخفض في الأرضية الداخلية لعملية تضخيم شحن ICP
• قياس اهتزاز الأغراض العامة
• أجهزة قياس تسارع مصفوفة ذات مصفوفة NVH / Aircraft GVT منخفضة التكلفة حيث تكون مستويات الإشارة المنخفضة مع تشغيل الكابلات الطويلة هي العملية القياسية
• تطبيقات فضائية متخصصة تعمل في درجات حرارة عالية (تصل إلى 900 درجة فهرنهايت)

في حين أن هذه بعض إرشادات الاختيار ، في النهاية ، هناك دائمًا تفاصيل دقيقة لتطبيقاتك الديناميكية وأنواع الاستشعار المختلفة.إن التشاور مع مهندس تطبيق ميداني ذي خبرة أو أخصائي تطبيقات المصنع هو أفضل طريقة للتأكد من أنك تختار المستشعر المناسب لاحتياجاتك.