فناوری ICP/IEPE

فناوری IEPE (مدار یکپارچه-پیزوالکتریک) توسط شرکت PCB Piezotronics توسعه یافته و برای ساخت سنسورهای لرزش، شوک، کشش، قدرت و فشار استفاده می شود. اما سوالاتی امکان دارد ذهن ما را درگیر کند این است که: سنسور IEPE چیست؟ ویژگی و مزایای این سنسور چیست؟ عملکرد آن چگونه سنسور IEPE چگونه است؟ در این سری از مقالات آموزشی برنا پایش قصد داریم فناوری ICP/IEPE را توضیح داده و به سوالات فوق پاسخ دهیم.

سنسور IEPE چیست؟

سنسور ICP وسیله ای برای اندازه گیری فشار دینامیکی، توان، تغییر شکل یا شتاب است. این سنسور حاوی یک سلول حساس ساخته شده از مواد پیزوالکتریک است که بار مکانیکی را به سیگنال الکتریکی و مدار میکروالکترونیک تبدیل می کند تا سیگنال را تقویت کرده و به دستگاه های خارجی منتقل کند.

از آنجایی که سلول‌های پیزوالکتریک تنها تحت تأثیر نیروهای دینامیکی سیگنال الکتریکی تولید می‌کنند، شتاب‌سنج‌ها نمی‌توانند نوسانات مکانیکی را با فرکانس‌های صفر هرتز اندازه‌گیری کنند. پیش تقویت کننده مورد استفاده، سرعت نشت سیگنال الکتریکی تولید شده توسط سلول های پیزوالکتریک یک شتاب سنج را تعیین می کند. منبع تغذیه پیش تقویت کننده شارژ داخلی از طریق مدار دو سیمه انجام می شود.

مزایای سنسور IEPE

مزایای سنسور IEPE به شرح زیر است:

• محدوده فرکانس وسیع
• مشخصه دامنه خطی در محدوده دینامیکی گسترده
• امکان دریافت سیگنال متناسب با سرعت ارتعاش و جابجایی ارتعاش با استفاده از یکپارچه سازهای متصل به خروجی شتاب سنج
• استفاده از یکپارچه ساز الکترونیکی مشابه فعال سازی فیلترهای فرکانس پایین است که باعث تضعیف اجزای ارتعاش با فرکانس بالا می شود
• توانایی کار در شرایط محیطی شدید (دما، رطوبت، تشعشع و میدان های مغناطیسی)
• قابلیت اطمینان مکانیکی و دوام بالا
• مقاومت در برابر لرزش و مقاومت در برابر ضربه
• عدم نیاز به منبع تغذیه، زیرا سنسور IEPE یک سنسور از نوع ژنراتور است، ساختار فشرده و نسبت زیادی از حساسیت به جرم

عملکرد سنسور IEPE

برای عملکرد صحیح، تمام سنسورهای IEPE به منبع تغذیه DC نیاز دارند. سیستم اتصال معمولی شامل سنسور IEPE، معمولاً یک کابل برق دو سیمه DC و منبع تغذیه است که در شکل 1 نشان داده شده است.

1. از 18 تا 30 VDC
2. دیود تثبیت جریان
3. خازن کوپلینگ (مقدار استاندارد 22mf>35VDC)
4. مقاومت فیلتر
5. ابزار اندازه گیری
6. کانکتور 2 تماسی
7. تقویت کننده
8. کریستال پیزوالکتریک
9. قفس فارادی
10. حسگر بدن

مبدل سیگنال شامل یک منبع تغذیه DC تثبیت شده 18…30 ولت (باتری یا شبکه اصلی)، دیود تثبیت کننده جریان (یا مدار DC معادل) و خازن برای جداسازی محل است. به دلایل مختلفی از دستگاه تثبیت کننده جریان بالا به جای مقاومت استفاده می شود. مقاومت دینامیکی بسیار بالای دیود باعث افزایش فالوور منبع می شود که بسیار نزدیک به 1 است و به مقدار ولتاژ ورودی بستگی ندارد.

به علاوه، همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است، می توان دیود را جایگزین کرد تا مقادیر جریان زیادی برای اتصالات DC فراهم کند. (جهت صحیح دیود در نمودار برای عملکرد صحیح بسیار مهم است). به جز مدل های خاص، سنسورهای استاندارد ICP/IEPE برای عملکرد صحیح به حداقل 2 میلی آمپر نیاز دارند.

• پیکربندی فیزیکی
• جهت جریانDC
• مدار الکتریکی معادل

مقدار حد معمول برای این نوع دیودها حداکثر 4 میلی آمپر است، اما چندین دیود را می توان همزمان برای سطوح جریان بالا وصل کرد. به جای دیودها، همه مبدل های سیگنال با برق اصلی باید از مدارهای DC (جریان حداکثر 20 میلی آمپر) استفاده کنند، به خصوص در هنگام استفاده از کابل های مسافت طولانی.

سیگنال داده در مرحله خروجی مبدل سیگنال جدا می شود. خازن با ظرفیت 10-30 mF همراه با یک مقاومت، سطح سیگنال حذف ولتاژ جابجایی سنسور را تغییر می دهد. این حالت در مد کاری AC بدون دریفت اتفاق میفتد. ICP/IEPE در حال حاضر رایج‌ترین نامی است که توسط تولیدکنندگان آنالایزر استفاده می‌شود، اگرچه IEPE  در ابتدا شروع به استفاده از آن کرده است.