UNIVERZITET U ISTONOM SARAJEVU

ELEKTROTEHNIKI FAKULTET

SENZORI I MJERENJASeminarski: Senzori ubrzanja, oka i vibracija

Sadraj

3Senzori ubrzanja, vibracija i oka

3Uvod

3Osnove tehologije

3Piezoelektrini akselorometri

5IEPE Akselorometri

5Charge mode akselerometri

7Piezoelektrino osjetljivi materijali

7Strukture piezoelektrinih akselerometara

9Piezootporni akselerometri

11Kapacitivni akselorometri

13Servo akselerometri

14Izbor i pravljenje akselerometara

17Standardi za aplikacije

18Povezivanje i dizajn

19Moniranje okivanjem

19Montiranje lijepkom

19Montiranje uz upotrebu magneta

19Vrhovi sonde (eng. probe tips)

20Ground Isolation, Ground Noise, and Ground Loops

20Kablovi i veze

21Trenutna situacija i budui razvoj

23Literatura

Senzori ubrzanja, vibracija i oka

Craig Aszkler, menader odjeljenja za proizvode namjenjene detekciji vibracija, PCB Piezotronics, Inc.UvodAkselorometri (mjerai ubrzanja) su senzorski trandjuseri koji daju izlaz proporcionalan ubrzanju, vibracijama i oku. Senzori ovog tipa su nali brojne primjene u razvojnim i istraivakim odjelima, kao i u svakodnevnim upotrebama. Pored upotrebe u zahtjevnim tehnikim testovima i mjernim aplikacijama, kao to su modalna analiza (eng. modal analysis), NVH (eng. Noise Vibration and Harshness), i testiranju paketa, akselorometri se takoe koriste u svakodnevnim ureajima kao senzori u vazdunim jastucima i sigurnosnim alarmima. Svaki put kada se neki objekat pomakne, on doivljava ubrzanje. Mjerenje ovog ubrzanja pomae boljem svatanju dinamikih karakteristika koje upravljaju ponaanjem objekta. Modeliranje ponaanja objekta obezbeuje vrijedan tehniki alat koji onda moe biti koriten da se promjeni odziv, pobolja izdrljivost sistema, popravi izdrljivost ili smanje umovi i vibracije.Najpopularniju klasu akselorometara predstavljaju piezoelektrini akselorometri. Ovaj tip senzora je sposoban za mjerenje irokog dijapezona dinamikih dogaaja. Meutim, postoje i druge klase akselorometara koje se koriste za mjerenje konstantnih ili ubrzanja niskih frekvencija kao to su koenja kod automobila, kvaliteta vonje liftom i jaine gravitacionog polja Zemlje. Takvi akselorometri se oslanjaju na piezootporne (eng. piezoresistive), kapacitivne i servo tehnologije.Osnove tehologije

Piezoelektrini akselorometri

Piezoelektrini akselorometri su samogeneriui ureaji koji su karakteriu produenim regionom stabilnog frekvencijskog opsega odziva, velikim opsegom linearnosti amplitudne i odline izdrljivosti. Ove osobine su posledica koritenja piezoelektrinih materijala kao elemenata osjetljivosti senzora. Piezoelektrini materijali se karakteriu svojom mogunou da daju izlazni elektrini signal proporcionalan pritisku na materijal. Osnovna struktura piezoelektrinih akselorometara prikazana je na Slika 1.

Slika 1.: Osnovna struktura piezoelektrinog akselorometra.

Aktivni elementi akselorometra su piezoelektrini elementi. Elementi se ponaaju kao opruge, koje imaju tvrdou (eng. stiffness) k i povezuju bazu akselorometra sa seizmikom masom (eng. seismic masses). Kada je ulaz prisutan na bazi akselorometra, sila F se javlja na piezoelektrinom materijalu koja je proporcionalna ubrzanju a i veliini seizmike mase m. (Rad senzor se bazira na Njutnovim zakonu kretanja: F = ma). Sila koja se javlja na piezoelektrinom kristalu je proporcionalna proizvodu seizmike mase i ubrzanja kao ulaznog parametra. Poveanjem mase ili ubrzanja poveava se primenjena sila, a samim tim i elektrini izlaz kristala.Frekvencijski odziv senzora se odreuje rezonantnom frekvencijom senzora, koja se obino moe modelirati kao kao jednostavni sistem prvog stepena. Koristei ovaj sistem, rezonantna frekvencija senzora moe biti aproksimirati izrazom:

Tipini frekvencijeki odziv piezoelektrinog akselorometra je prikazan na Slika 2. Piezoelektrini akselorometri mogu biti podjeljeni u dvije glavne kategorije u zavisnosti od naina njihovog rada.

Interno pojaani akselorometri (eng. Internally amplied accelerometers - IEPE) sadre ugraenu mikroelektoniku za kondiciranje signala. Charge mode akselorometri sadre samo samogeneriui piezoelektrini osjetljivi element i imaju visoku impedansu izlaznog signala.

IEPE Akselorometri

IEPE senzori sadre elektroniku za kondiciranje signala ija je funkcija da konvertuje visoko impedansni nabojni signal dobijen na izlazu piezoelektrinog osjetljivog elementa u korisni nisko impedanski naponski signal koji se moe lako prenositi preko obinih dvoinih ili koaksijalnih kablova do bilokog naponskog itaa (eng. voltage readout) ili ureaja za snimanje. Nisko impedansni signal se kablovima moe prenositi na dua rastojanja i koristiti se u industrijskim okruenjima uz male degradacije. Pored kljune funkcije konvertovanja impedansi, elektronika IEPE senzora moe da vri i druge funkcije kondiciranja signala, kao to su pojaanje, filtriranje i samo-testiranje. Zbog jednostavnosti upotrebe, visoke tanosti, irokog frekvencijskog opsega i niske cijene, u brojnim primjena gdje su potrebne informacije o ubrzanju i vibracijama koriste se upravo IEPE senzori. Meutim, mora se naglasiti izuzetak od ove tvrdnje za okolnosti u kojima temeratura na mjestu postavljanja senzora prevazilazi ogranienja ugraene elektronike. Obino je gornja temparaturska granica IEPE akselorometra 121C, s tim da postoje i specijalni akselorometri koji mogu raditi na temeraturama do 175C.

IEPE je standardni/generiki industrijski termin za senzore sa ugraenom elektronikom. Mnogi proizvoai akselorometara koriste vlastite zatitne znakove simbole da oznae senzore sa ugraenom elektronikom. Neki od primjera ovakvih imena su: ICP (PCB Piezotronics), Deltatron (Bruel & Kjaer), Piezotron (Kistler Instruments), i Isotron (Endevco).

Elektronika unutar IEPE akselorometara zahtjeva pobudnu snagu od DC naponskog izvora konstantne struje. Ponekad se i ovi naponski izvori ugrauju u mjerae vibracija, FFT analizatore i sakupljae podataka o vibracijama. U koliko ureaj na koji se vezuje senzor nema naponski izvor ugraen potrebno je posebno kolo za kondiciranje signala. Pored obezbeivanja potrebne pobude, izvor napajanja moe sadrati dodatne elemente za kondiciranje signala, kao to su pojaanje, filtriranje, baferovanje i indikacija preoptereenja. Tipini sistem podeenja za IEPE akselorometar prikazan je na Slika 3.Charge mode akselerometri

Senzori koji rade na osnovu promjene naboja na svom izlazu daju signal elektrinog naboja (elektrini naboj ili naelektrisanje) koji se generie direktno od strane piezoelektrinog osjetljivog elementa. Treba napomenuti da je ovaj signal osjetljiv na okolne smetnje kao i na umove koji se generiu u samom kablu. Zbog toga ovakvi senzori zahtjevaju upotrebu specijalnih niskoumnih kablova. Da bi se izvela precizna mjerenja, neophodno je prilagoditi ovaj signal niskoimpedansnim naponima, prije nego to se dovede na ulaz ureaja za itanje ili ureaj za snimanje. U ovu svrhu se obino koristi pojaava naboja ili "in-line" nabojski konvertor. Ovi ureaji koriste visoku ulaznu impedansu, nisku izlaznu impedansu nabojskih pojaavaa sa kapacitivnom povratnom spregom. Podeavanjem vrijednosti kondenzatora u povratnoj sprezi mijenja se prenosna funkcija ili pojaanje nabojskog pojaavaa.Nabojski akselerometri se obino koriste kada se zahtijeva rad na visokim temperaturama. Ako se mjereni signal mora prenijeti na vea rastojanja, tada je poeljno "in-line" nabojski konvertor smjesti to blie akselerometru. Ovim se minimizuje mogunost pojave uma. In-line konvertori naboja se mogu pobuivati iz istog pobudnog izvora konstantne struje kao i IEPE akselerometri zbog smanjenja trokova samog sistema. U svakom sluaju se zahtijeva upotreba posebnih niskoumnih kablova izmeu akselerometra i nabojskog konvertora kako bi se smanjile vibracije koje uzrokuju "triboelectric" um.

(Pojanjenje: to je um koji nastaje unutar samoga kabla u sluajevima kad se dva ili vie kablova dodiruju u snopu kablova pa se javlja influktuacija naelektrisanja zbog trenja izmeu samih kablova)

Slika 4. Tipini sistem in-line nabojskog konvertora

Slika 5. Laboratorijski sistem in-line nabojskog konvertoraSofisticirani laboratorijski pojaavai naboja obino imaju mogunost podeavanja normalizacije ulaznog signala kao i mogunost mijenjanja vrijednosti kondenzatora povratne sprege kako bi se obezbijedila zahtijevana osjetljivost sistema i puni opseg amplitude. Takoe je mogue filtriranjem izvriti prilagoenje za odziva visokih i niskih frekvencija Neki pojaavai naboja pruaju mogunost dualnog naina rada koji obezbjeuje napajanje za IEPE akselerometar kao i kondiciranje signala senzora koji rade na osnovu naboja.

Zbog prirode visoko-impedansnog izlaznog signala generisanog od strane nabojskog akselerometra nekoliko vanih mjera predostronosti mora biti ispotovano. Kao to je i ranije naglaeno, mora se voditi rauna na trenjem indukovani um u kablu i minimizovati ga koritenjem specijalno proizvedenih kablova. Takoe, treba uvijek odrati visoku izolacionu otpornost akselerometra, kablova i konektora. Da bi se obezbjedila visoka izolaciona otpornost, sve komponente se moraju odravati istim i suvim. Ovo e pomoi u smanjenju potencijalnih problema povezanih sa umom ili driftom signala.

Piezoelektrino osjetljivi materijali Dvije grupe materijala koji se uglavnom koriste pri izradi akselerometara su kvarc i polikristalna keramika. Kvarc je prirodni kristal, dok je keramika vjetai materijal. Svaki od materijala prua odreene prednosti, a izbor materijala za izradu akselerometra zavisi od eljenih performansi i karakteristika za dati akselerometar.Kvarc je nadaleko poznat po svojoj sposobnosti da precizno obavlja mjerenja i time dosta doprinosi u svakodnevnim aplikacijama za mjerenje frekvencije i vremena. Primjeri primjene obuhvataju sve, od runih satova i radija do kompjutera i kuanskih aparata. akselerometri koriste nekoliko pogodnih osobina kvarca. Poto je kvarc prirodni piezoelektrik, nema tendenciju da se relaksira na promjenljivo stanje pa se smatra najstabilnijim od svih piezoelektrinih materijala. Ova vana osobina kvarca omoguava izradu akselerometara sa kvarcom koji imaju dugoronu stabilnost i ponovljivost. Kvarc, takoe, ne pokazuje piroelektrini efekat to omoguava stabilnost u termiki aktivnim okruenjima. Zbog osobine kvarca da ima malu vrijednost kapacivnosti, osjetljivost napona je relativno visoka u poreenju sa keramikim materijalima i ini ga idealnim za upotrebu u naponski pojaanim sistemima. S druge strane, osjetljivost naboja kod kvarca je niska to ograniava njegovu upotrebljivost i korisnost u nabojski pojaanim sistemima gdje je nizak um nerazdvojiva osobina.Razliite vrste keramikih materijala se koriste u akselerometrima u zavisnosti od zahtijeva konkretne aplikacije. Svi keramiki materijali su vjetaki i procesom polarizacije su primorani da postanu piezoelektrini. Ovaj proces poznat pod nazivom "poling" predstavlja izlaganje materijala elektrinom polju visokog intenziteta, pri emu dolazi do poravnavanja elektrinih dipola to izaziva da materijal postane piezoelektrian. Ukoliko se keramika izloi temperaturama iznad njenog opsega izdrljivosti ili pak prevelikom elektrinom polju piezoelektrina svojstva mogu biti drastino izmijenjena. Postoji nekoliko klasifikacija keramike. Kao prvo postoji keramika visoko osjetljiva na naponske promjene koja se koristi za akselerometre sa ugraenim naponskim pojaavaima. Postoji i visoko osjetljiva keramika koja je osjetljiva na promjene naboja koja se koristi za pravljenje senzora koji rade na bazi naboja u temperaturskom opsegu i do 205C. Ovaj isti tip kristala se koristi kod akselerometara koji imaju ugraeno kolo za pojaanje naboja kako bi se postigli visoki signali na izlazu i visoka rezolucija. Na kraju, postoje i visoko temperaturne piezokeramike koja se koriste za izradu nabojskih akselerometara koji se mogu koristiti i u temperaturnom opsegu do 537C za praenje mnogih parametara motora i superzagrijanih turbina.Strukture piezoelektrinih akselerometaraRazliite mehanike konfiguracije se koristite za pretvaranje ubrzanja u pritisak piezoelektrinog materijala. Ove konfiguracije se definiu prema nainu na koji se sila inercije ubrzane mase prenosi na piezoelektrini materijal. Postoje tri osnovne konfiguracije koje se danas koriste: smicanje , savijajue ipke i kompresija. Smicanje i savijajui reimi se najece koriste dok se reim kompresije rjee koristi, ali je ovdje naveden kao alternativna konfiguracija. Reim smicanja

Akselerometri koji rade na principu smicanja obrazuju "sendvi" od osjetljivog materijala koji se nalazi izmeu centralnog stuba i seizmike mase. Kompresujui prsten ili klin primenjuje silu teeci da stvori linearnu vrstu strukturu. Uslijed ubrzavanja, masa izaziva napor smicanja koji se prenosi do osjetljivog materijala. Ovo naprezanje rezultuje proporcionalnim elektrinim izlazom na piezoelektrinom materijalu. Elektrini izlaz se potom sakuplja putem elektroda i prenosi se putem laganih tankih provodnika ili do ugraenog kola za obradu signala na samom ICP senzoru ili direktno do elektrinog konektora. Izolacijom osjetljivog kristala od osnove i kuita, akselerometri koji rade na principu smicanja imaju odliku da nisu podloni efektima temperaturnih promjena kao ni efektu savijanja osnove. Takoe, s obzirom na to da geometrija smicanja daje male promjene dimenzije to omoguava visok frekventni odziv i ujedno minimizira efekte optereenja na strukturi. Sa ovom kombinacijom idealnih osobina akselerometri koji rade na principu smicanja nude opotimalne performanse. Reim savijanja

Dizajni koji rade na principu savijanja koriste osjetljivi kristal u obliku ipke koji tei da se savije kada se kristal ubrzava. Kristal takoe moe biti vezan za noseu ipku koja poveava iznos naprezanja kada doe do ubrzavanja. Reim savijanja omoguava proizvodnju niskoprofilnih, lakih za dizajn i pristupanih po cijeni akselerometara. Neosjetljivost na dijagonalne pokrete je nerazdvojiva karakteristika ovog dizajna. Generalno dizajni sa savitljivom ipkom su pogodni za rad u aplikacijama gdje su frekvencije male i u aplikacijama sa malim gravitacionim ubrzanjima kakve se mogu sresti prilikom strukturnih testiranja.

Reim kompresije

Akselerometri koji rade na principu kompresije su jednostavne strukture koje obezbjeuju visoku rigidnost/krutost. Oni predstavljaju vie tradicionalni ili istorijski dizajn akselerometra.Kod dizajna sa uspravnom kompresijom formira se "sendvi" od piezoelektrinog kristala koji se nalazi izmeu seizmike mase i krutog okvira (postolja). eljezni klin ili raf vezuje (osigurava) osjetljivi element za okvir (postolje). Kada senzor ubrzava, seizmika masa poveava ili smanjuje iznos sile pritiska (kompresije) koja djeluje na kristal, to rezultuje proporcionalnim elektrinim signalom na izlazu. to je vea seizmika masa, vee je naprezanje a samim tim i vei je izlaz.Ovaj dizajn je veoma robustan i moe da izdri velike okove (naprezanja). Meutim, zbog prisnog kontakta izmeu osjetljivog kristala sa spoljanjim okvirom (postoljem) dizajni sa vertikalnom kompresijom pretenduju da budu osjetljiviji na naprezanje (savijanje) baze. Pored toga irenje i skupljanje unutranjih dijelova direktno djeluje du senzitivnih osa osjetljivog elementa tako da su ovi akselerometri podlonii efektima termikih promjena. Ovi efekti mogu da doprinesu pojavi pogrenih signala na izlazu pogotovo kad se koriste tanke metalne strukture ili kad se radi na niskim temperaturama u termiki nestabilnim okruenjima kao to su otvoreni prostor ili u blizini ventilatora i kompresora.

Piezootporni akselerometri

Monokristalni silicijum se takoe esto koristi u proizvodnji akselerometara. To je anizotropan materijal iji su atomi organizovani u kristalne reetke koje imaju nekoliko osa simetrije. Orijentacja ma koje ravni u silicijumu je odreena njenim Milerovim indeksima. Piezootporni pretvarai koji su pravljeni 1960-tih godina koristili su istegljive silicijumske mjerne trake koje su pravljene od slabo-dopiranih silicijumskih ipki. Ove ipke su sjeene na manje ipke ili uzorke. Milerovi indeksi dozvoljavaju pozicioniranje orijentacije ipke ili uzorka pratei kristalne ose silicijuma. ipke ili uzorci su esto direktno prelazili preko zareza ili proreza na akselerometru. Slika 9. prikazuje kratak procijep na ipci preko koga su smjeteni aktivni elementi.Velika platforma obezbjeuje termiko rasipanja snage i pojednostavljuje elektrino i mehaniko povezivanje. Relativno kratke duine ipki omoguavaju izbjegavanje nestabilnosti prilikom kompresije kad se ipka savija u bilo kom smjeru. ipke su zatim povezane u Vitstonov most. Sama injenica da su ipke povezane u most ukazuje na to da piezootporni akselerometri reaguju i na ubrzanja i u stanju mirovanja (gravitacija).

Slika 9. Otpornik od silicijmske osnove povezan na savitljivu metalnu ipku akselerometraOd 1970-tih javlja se kontinualan razvoj mikrosenzora na tritu. irok spektar tehnologija je ukljuen u njihovu proizvodnju. Slijed dogaaja koji se deava u toku ove proizvodnje je sledei: Rast monokristalnog silicijuma; ipka je skraena, prorezana, ispolirana i oiena; Difuzija dopanta na povrinsku oblast vafera se kontrolie postavljanjem filma; Proces fotolitografije ukljuuje nagrizanje filma na mjestima unaprijed definisanim u procesu projektovanja; zatim slijedi uklanjanjne fotorezista; izotropske i anizotropske hemikalije se koriste za obrazovanje mehanikih mikrostruktura.

Elektrine veze izmedu razliitih povrina koje su formirane na kristalu kao i povezivanje s osnovom se radi putem metalizacije s tankim filmom. Vafer se potom dijeli na posebne dijelove. Dijelovi se potom razliitim tehnikama oiavaju sa kuitem davaa, a iani kontakti povezuju metalizovanu osnovu sa metalnim konektorima na kucitu davaa. Veoma je vano shvatiti da se kod piezootpornih akselorometara koji se proizvode na ovaj nain, silicijum koristi i kao savitljivi element i kao element davaa. Slike 10. i 11. prikazuju tipine rezultate ovog procesa proizvodnje.

Slika 10. MEMS piezootporni akselerometarPrednosti akselerometara izraenih na ovaj nain su velika krutost, to rezultira velikom rezonantnom frekvencijom koja optimizuje frekventni odziv. Ovako visoka rezonantna frekvencija je dobijena zbog toga to kvadratni korijen iz modula odnosa gustine silicijuma i indikatora dinamikih osobina je vei nego kod elika. Drugi poeljni nusprodukti su minijaturnost, velike amplitude signala, dobra linearnost i poboljana stabilnost. Ako su ispravno temperaturski kompenzovani, piezootporni akselorometri mogu da rade u temperaturskom opsegu od -50C do 125C. Sa sadanjom tehnologijom drugi tipovi piezootpornih senzora (senzori pritiska) rade i na temperaturama veim od 535C. Kapacitivni akselorometriKapacvitivni akselorometri rade slino kao i piezootporni akselorometri s tim da oni umjesto mjerenja promjene otpornosti mjere promjenu kapacitivnosti u mostu. Osjetljivi element se sastoji od dvije paralelne ploe kondenzatora koje rade diferencijalno (u diferencijalnom reimu). Ovi kondenzatori rade u mosnoj konfiguraciji i zavisni su od noseeg kola demodulatora ili od ekvivalentnog kola da stvori elektrini izlaz koji je proporcionalan ubrzanju.

Postoji nekoliko razliitih tipova kapacitivnih elemenata. Jedan od njih, koji se sastoji od metalne osjetljive dijafragme i aluminijumskih ploa kondenzatora je prikazan na slici 12. Dvije fiksirane ploe ine "sendvi" zajedno sa dijafragmom odnosno oko nje tako inei dva kondenzatora, svaki sa pojedinanom fiksnom ploom dijelei dijafragmu kao pokretnu plou.When this element is placed in the Earths gravitational eld or is accelerated due to vibration on a test structure, the spring-mass experiences a force. This force is proportional to the mass of the spring-mass and is based on Newtons Second Law of Motion.Kada se ovaj element nalazi u zemljinom gravitacionom polju ili je ubrzan zbog vibracija na testnoj strukturi opruga osjea silu. Ova sila je proporcionalna masi opruge i bazira se na drugom Njutnovom zakonu kretanja.

F=magdje je:F sila inercije koja djeluje na oprugu m - raspodijeljena masa oprugea - ubrzanje koje osjea osjetljivi elementPrema tome opruga se sabija linearno prema jednaini sabijanja opruge koja glasi X=F/kgdje je :

X - sabijenost opruge (spring-mass)k - krutost oprugeSabijanje opruge ima za posledicu da se mijenja udaljenost izmeu elektroda. Ove promjene imaju direktan uticaj na svaku od kapacitivnosti datih kondenzatora prema sledeim jednainama.

gdje je:C - kapacitivnost elementa

AE -povrina elektrode - permitivnost vazduhad - udaljenost izmedu elektroda i opruge.Ugraena elektronika je neophodna za pravilan rad kapacitivnog akselerometra. U najjednostavnijem smislu elektronsko kolo ima dvije osnovne funkcije:(1) omogui promjene kapacitivnosti kako bi se mogao koristiti i za mjerenje i statikih i dinamikih promjena, i (2) konvertuje ove promjene u korisni naponski signal koji je kompatibilan sa instrumentacijom za oitavanje.

Tipini predstavnik ovakvog kola je prikazan na slici 13. i slici 14. koja grafiki prikazuje rezultate dobijene za statike mjerene ulaze. Sledee objanjenje kree od poetka kola i nastavlja se do izlaza i opisuje rad kola. Za poetak napon napajanja se usmjerava na naponski regulator koji obezbjeuje regulisani jednosmjerni napon za kolo. Ovaj ureaj osigurava "isto" napajanje za rad unutranjih kola i fiksira amplitudu ugraenog oscilatora koji radi iznad 1 MHz tipino.Drei amplitudu signala iz oscilatora konstantnom, osjetljivost ureaja na izlazu postaje konstantna i nezavisna od napona napajanja. Dalje se signal iz oscilatora usmjerava na kapacitivni most kako je i naznaeno u tacki 1 slike 13. On se potom dijeli (razdvaja) i prolazi kroz svaku od grana mosta, a svaka od njih ima ulogu djelitelja. Djeljitelji prouzrokuju da se signal iz oscilatora mijenja proprocionalno sa promjenom kapacitivnosti C2 i C4 (C2 i C4 predstavljaju mehaniki osjetljivi element u elektrinom smislu). Ovo rezultuje amplitudski- modulisanim signalima koji se pojavljuju u tackama 2. i 3. Konano, kako bi demodulisali ove signale oni prolaze kroz pojedinane ispravljajue/vrh-odsijecajue mree u tackama 4 i 5 i potom se zajedno sumiraju u tacki 6. Ovo rezultuje elektrinim signalom koji je proporcionalan fizickom ulazu. Ovo je dovoljno da se kompletira kolo u ovoj taki; meutim dodatne funkcije se esto dodaju kako bi se poboljale performanse kola.U ovom sluaju, ukljuen je i standardni pojaava. Ovo se obino koristi da se smanji osjetljivost ureaja i da on ima vre tolerancije. U ovom primjeru, taka 7 pokazuje kako se ovaj pojaava koristi da pojaa signal sa faktorom pojaanja dva. Konano, tu je i niskopropusni filtar, koji se koristi da eliminie zaostale visokofrekventne signale koji utiu na noseu frekvanciju.Reeno je da silicijum moe biti hemijski i mehaniki obraen kao transdukcioni element u piezootpornim akselorometarima, na slian nain moe se hemijski i mainski obraditi transdukcioni element za kapacitivne akselerometre. U stvari MEMS tehnologija je primjenljiva i na kapacitivne akselorometre. Slika 14. prkazuje MEMS element sa promjenljivom kapacitivnocu i njegovu integraciju u akselorometar. Kao i kod predhodno opisanih akselorometara sa metalnom membranom, detekcija ubrzanja zahtijeva i kapacitivne i savitljive elemente.

Slika 14. MEMS kondezatorske ploe i kompletan akselorometar sa skinutim poklopcemZahvajljujui monokristalnoj strukturi silicijuma, nepostojanju mehanikih zglobova, kao i mogunosti hemijeske obrade, mogue je napraviti veoma kvalitetne trandjusere. Kao i za prethodno opisane akselorometre sa metalnom diafragmom, mogu se postii znatna bolja temperaturska stabilnost ako se umjesto silicijumskog ulja koristi gas. Niz usjeka i rupica u centralnom objektu-masi omoguava da se gas provue kada doe do irenje materijala. Terminalana brzina gasa je mala u poreenju sa terminalnom brzinom silicijumskog ulja. Danas kapacitivni MEMS akselorometri mjere ubrzanja do nekoliko stotina g-sila na frekvencijama do 1 kHz. Jedna od vanijih karakteristika MEMS kapacitivnih akselorometara, je to da je rezultujui senzor relativno malih dimenzija.Veina kapacitivnih akselorometara sadri ugraenu elektroniku za kondiciranje signala. Za veinu kapacitivnih senzora neophodno je koristiti samo standardne vrednosti napona napajanja ili baterija za obezbeivanje radnih uslova.

Jedna od glavnih prednosti kapacitivnih akselorometara je da su pogodni zamjerenje ubrzanja malih inteziteta niskih frekvencija, s tim da su sposobni da izdre visoke okove (5000 g ili vie). Nedostaci ovih senzora se ogledaju u ogranienom frekencijskom opsegu, relativno velikom faznom pomaku i veem nivou uma u poreenju sa piezoelektrinim ureajima.

Servo akselerometri

Svi do sad opisani akselorometri su akselerometri "u otvorenoj petlji". Savijanje tjela-mase koje je, kao to je to ranije objanjeno, proporcionalno je ubrzanju je direktno mjereno korienjem piezoelektrinih, piezootpornih ili razliitih kapacitivnih tehnologija. Kao neizbjena posledica ovakog naina mjeranja je mala ali konana greka koja nastaje kao posledica ne linearnosti savijanja tjela-mase. Servo akselerometri su ureaji sa "zatvorenom petljom". Oni nastoje da savijanje tjela-mase zadre na minimumu. Tjelo-masa se itavo vreme nalazi u uravnoteenom polaaju ime se eliminie greaka nelinearnosti. Savitljivi sistemi mogu biti linearni ili visei (C2 i C4 prestavljaju suprotne krajeve klatna). Elektromagnetske snage, proporcionalne struji povratne sprege, odravaju masu u nultom poloaju. Kada se tjelo-masa pokua pomjeriti, kapacitivni senzori detektuju ovo kretanje. Servo sklop izdvaja signal greke iz kapacitivnog senzora i alje struju kroz kalem, generiui obrtni moment proporcionalan ubrzanju, zadravajui masu mirovanju ili poetnom poloaju. Servo akselerometar je skuplji i do deset puta od akselerometra u otvorenoj petlji. Oni se obino koriste za mjerenje opsega manjih od 50 g, a njihova tanost je dovoljno velika da se mogu koristi i u sistemima za navoenje i navigaciju. Za navigaciju, obino se koristi kombinacija tro-osnog servo akselerometra sa tro-osnim iroskopom koji se nalaze u termiki-stabilizovanom i mehaniki izolovanom kuitu inercijalna mjerna jedinica (IMU). IMU omoguava odreivanje 6-stepeni slobode koji su potrebni da bi se kretali u prostoru. Slika 15. ilustruje rad servo akselerometra. Uglavnom se koriste za mjernje ubrzanja niskih frekvencija.Izbor i pravljenje akselerometara

Tabela 1. sumira prednosti i nedostatke razliitih vrsta akselerometara zajedno sa nekim tipinim aplikacijama.

Tip akselerometraPrednostiOgranienjaTipine aplikacije

IEPE piezoelektrini akselerometar-irok dinamiki opseg

-irok frekventni opseg

-izdrljivi

-napajaju se jeftinim izvorima konstantne struje

-nepromjenljiv izlaz

-manje osetljivi na EMI i RF interferencije

-mogu se napraviti mali dimenizja-zahtjevaju manju strunost operatora pri projektovanju ili ugradnji-visoko impedansna kola ugraena u samo kuite senzora-voenje dugih kablova bez poveavanja uma-rade sa mnogim ureajima za akviziciju podataka sa ugraenim konstantnim strujnim ulazom -mala cijena sistema po kanalu

-ogranien tepmeraturni opseg, maksimalna temperatura 175 C

-nisko frekventni odziv je fiksiran unutar senzora

-ugraeni pojaava je izloen istim uslovima okruenja kao i senzor

-modalna analiza

-NVH

-NVH analiza motora-testiranje leta-testiranje padova-testiranje podrhtavanja zemljita

-HALT/HASS-seizmika testiranja-testiranje kaciga i sportske opreme

Punjivi piezoelektrini akselorometar-visoke radne temperature

do 700 C

-irok dinamiki opseg

-irok frekventni opseg

-izdrljivi

-fleksibilan izlaz

-Jednostavan dizajn (mali broj dijelova)-elektronika nabojskog konvertora je obino u uslovima koji nisu bliski uslovima testiranja

-zahtjeva veu strunost operatera pri ugradnji-visoko impedansna kola se moraju se odravati istim i suvim-kapacitivno optereenje koje potie od duguakih kablova poveava um

-zahtjevaju upotrebu nabojnih pojaavaa koji mogu biti komplikovani i skupi-potrebno je koristiti specijalne nisko umne kablove-mlazni motor

-visoke temperature

- parne cijevi-turbo maine-parne turbine-auspisi-koenje

Piezootporniakselorometri-DC odziv

-male dimenzije-nia izdrljivost

-manji dinamiki opseg-testiranje sudara-testiranje leta-shock testing

Kapacitivni akselorometri

-DC odziv

-bolja rezolucija od piezootpornih akselerometra-frekventni opseg

-srednja osjetljivost-kavliteta vonje

-simulacija vonje-testiranje mostova-lepravost-senzori za vazdune jastuke(airbag)-alarmi

Servo akselorometri

-visoka osjetljivost

-najvea tanost za mjerenje ubrzanja niske frekvencije-ogranien frekventni opseg

-visoka cijena

-osjetljivi, nisu imuni na okove-rukovanje

-U aplikacijama koje zahtijevaju mali ili nikakav DC osnovni drift

Tabela 1. Poreenje tipova akselerometaraTip akselerometraFrekventni opsegOsjetljivostMjernji opsegDinamiki opsegVeliina/teina

IEPE piezoelektrini akselerometar0.5 Hz-50000 Hz.05 mV/g-10 mV/g0.000001 g -

100,000 g-120 dB.2 g 200 g

Charge piezoelektrini akselorometar0.5 Hz-50000 Hz.01 pC/g-100 pC/g0.00001 g-100,000 g-110 dB.14 g 200 g

Piezootporni

akselerometar0 Hz-10000 Hz0.0001 mV/g-10 mV/g0.001 g-

100000 g-80 dB1 g 100 g

Kapacitivni akselorometri

0 Hz-1000 Hz10 mV/g-1 V/g0.00005 g

-1000 g-90 dB10 g 100 g

Servo akselorometri

0 Hz-100 Hz1 V/g - 10 V/g120 dB>50 g

Tabela 2. Tipine karakteristike akselerometara

Kako bi izabrali najprikladniji akselerometar za datu aplikaciju, treba da uzeti u obzir razne faktore. Prvo, potrebno je da odrediti kakav izlaz senzora najbolje odgovara zahtjevima te aplikacije. Tri osnovne funkcionalne kategorije akselerometara su IEPE, charge mode i DC odziv. Prve dvije kategorije akselerometara, IEPE i charge mode, najbolje rade za mjerenje ubrzanja ija je frekvencija od >0,5 Hz. IEPE je popularan izbor, zbog niske cijene, jednostavne upotrebe i niske karakteristine impedanse, dok se charge mode upotrebljava za rad na visokim temperaturama. Postoje prednosti svakog od ovih dizajna.

Kada se posmatra uniformno ubrzanje, koje je obino prisutno pri mjerenje nagiba, iliekstremno niskih frekvencija ispod 1 Hz, kapacitivni ili piezootporni akselerometri su bolji izbor. Ovi senzori mogu da imaju ugraenu elektroniku za kondiciranje signala i naponski regulator koji omoguava da se napajaju sa 5-30 V DC izvora. Neki proizvoai nude podeava ofseta koji slui da poniti bilo koji DC naponski ofset senzora. Kapacitvni akselerometri obino mogu da mjere manja ubrzanja.

Osnovni kriterijumi koji se koriste za suavanje izbora akselerometara, nakon to je odreen oblik izlaza, su: osjetljivost, amplituda siganala, frekventni i temperaturski opseg. Osetljivost za ok i vibraciju akselerometara se obino izraava u millivoltima po g (mV/g) ili pikokulonima po g (pC/g). Ova specifirana osjetljivost je obrnuto proporcionalna maksimalnoj amplitudi koja moe da se izmjeri (gornji granini opseg). Dakle, osetljiviji senzori imaju manji mjerni opseg ubrzanja. Minimalna i maksimalna frekvencija ubrzanja koje e se mjeriti, takoe su korisne informacije pri izboru senzora. Jo jedan vaan faktor za izbor akselerometra je temperaturni opseg. Treba voditi rauna ne samo o radnoj temperaturi okoline kojoj e senzor biti izloen, nego i temperaturi na kojima e se uvati/drati akselerometar. Postoje specijalni dizajni kuita senzora koji omoguavaju koritenje u irokom opsegu temperatura, ukoliko je to potrebno.Svaki senzor ima inherentne karakteristike, koje prouzrokuju um. irokopojasna rezolucija je minimalni iznos amplitude potreban za signal da se otkrije u itavom opsegu. Ako se zahtjeva mjerenje ekstremno niskih amplituda, kao npr. u seizmikim aplikacijama, tada spektralni um na niskim frekvencija mora biti vie relevantan.Fizike karakteristike mogu da budu veoma vane u nekim aplikacijama. S toga je potrebno da se voditi rauna o veliini i teini akselerometra. Nije poeljno stavljanje velikih ili tekih akselerometra na male ili lagane strukture. Ovo je poznato pod nazivom "mass loading". "Mass loading" utie na tanost i preciznost rezultata. Oblast koja je na raspolaganju za postavljanje akselerometra moe da diktira izbor akselerometra. Postoje i troosni akselerometri, koji se mogu koristi za istovremeno mjerenje ubrzanja u tri ortogonalna pravca. Stariji dizajni zahtjevaju tri odvojena akselerometra da bi se ostvarili isti rezultati, i pri tom zahtjevaju vie prostora za postavljanje.Treba uzeti u obzir i ambijent u kojem e akselerometar biti izloen. Hermetiki zatvoreni dizajni su dostupni za aplikacije koje e biti izloene raznim zagaivaima ili vlagi. Senzori mogu imati konekciju sa strane ili s vrha kako bi se pojednostavilo povezivanje kablovima. Neki modeli dolaze sa ugraenim kablovima (jedan kraj je zalemljen na ploicu).

Sam nain montiranja akselorometra moe imati dosta uticaja pri izboru senzora. Uglavnom svi proizvoai nude vie razliitih naina moniranja svojih senzora kako bi se mogli koristiti u razliitim proizvodima. Obino se nude modeli koji se okivaju, ljepe ili dre pomou magneta. Modeli koji se okivaju obino pruaju veu stabilnost i vre su vezani za strukturu tako da mogu imati prezicnija mjeranje. S druge strane, modeli koji se ljepe ili dre pomou magneta su pogodni za upotrebe gdje se zahtjeva prenosivost ili mobilnost akselorometra.

Postoji irok dijapazon akselerometara koji se mogu izabrati. Jedan akselorometar se moe koristiti za vie aplikacija, i vie razliitih akselorometara moe zadovoljiti potrebe zahtjevane aplikacije. Kako bi izabrali najprikladniji akselerometar, najbolji pristup je da se obratite proizvoau akselerometara i razgovarate o konkretnoj aplikaciji. Proizvoai imaju inenjere koji vam mogu pomoi u izboru senzora koji e raditi najbolje u vaoj aplikaciji.Standardi za aplikacije

Kako bi potvrdili efikasnost akselerometra, proizvoai senzora testiraju razliite karakteristike senzora. Ovaj postupak kalibracije slui da pomogne i proizvoau i krajnjem korisniku. Krajnji korisnik dobija potvrdu, kalibracioni sertifikat kojim se potvruju karakteristike akselerometra. Proizvoa koristi kalibracioni postupak za sledljivost i da utvrdi da li proizvod zadovoljava specifikacije i da li treba da bude isporuen ili odbaen. Na ovaj nain se prua osjeaj sigurnosti i poverenja i za proizvoaa i za kupca.Meutim, treba imati na umu da sve kalibracije nisu jednake. Neki kalibracioni izvetaji mogu da sadre termine kao to su "nominalne" ili "tipine", ili ak i nedostatak sledljivosti, odnosno akreditovane markice odobrenja. Uz korienje rijei kao to su "nominalne" ili "tipine", proizvoa ne mora da ispuni odreene tolerancije na tim specifikacijama. Ovo pomae proizvoau da ima veu proizvodnju i manje otpadaka, jer nii kriterijumi znae veu prolaznost. Dok ovo obezbjeuje dodatni profit za proizvoaa, to prestavlja manu sa stanovita krajnjeg kupca. Kupci moraju gledati i ne samo sjajni papir i lijepe grafike prikaze, nego i potpunost sertitifaka kako bi se uvjerili u ispravnost izmjerenih podataka koji se nalaze u kalibracionom sertifikatu proizvoaa.

Zbog nedosljednosti razliitih proizvoakih kalibracionih tehnika i spoljnih kalibracionih usluga, inenjeri su postavili standarde za poboljanje kvaliteta proizvoda i sertifikata koji primaju. MIL-STD-45662 je kreiran da definie detalje kalibracionog sistema, proces i komponente koji se koriste u testiranju. Ameriki Nacionalni institut za standarde (ANSI) je ponudio svoju verziju specifikacija oznaenu kao ANSI/NCSL Z540-1-1994. Ovaj ANSI standard zajedno sa Internacionalnom organizacijom za standarde (ISO) 10012-1 je odobren i od vojske kao alternativa za the cancelled MIL standard. ANSI Z540-1 i ISO 17025 zahtijevaju da nepouzdanost analiza za verifikovanje procesa mjerenja bude definisana. ANSI i ISO specifikacije su mnoge ee nego MIL specifikacije, koj iako su od 1995 otkazane i dalje se navode u odreenim prilikama.

Prije mnogo godina, Nacionalni Biro za Standarde (NBS) pronaao je nedosljednosti u kalibracionim izvetajima i tehnikama, te je razvio program za proizvoae da steknu kredibilitet i konzistentnost. Nacionalni institut za standarde i tehnologije (NIST) zamijenio je NBS 1988, kao standard za akselerometarske kalibracije. Phisikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) u Nemakoj i Akreditacioni Servis (AKAS) u Velikoj Britaniji su poznate organizacijama koje nude ovu uslugu. Proizvoai mogu da poalju njihove Reference za senzore koje oni koriste prilikom testiranja NIST-u ili PTBu s ciljem dobijanja sertifikata i od NIST-a i od PTB-a kako bi uveali svoj kredibilitet i dobili peat odobravanja od ovih organizacija.

Meunarodna organizacija za standardizaciju predloila je sopstveni skup standarda. Poetni ISO standardi bili su koncentrisana na dokumentacionim aspektima kalibracije senzora. ISO 10012-1 adresira MIL-45662 specifikacije, koji su dodate tanim standardima za dokumentaciju. ISO17025 se koncentrisao na doslednost i odgovornost u poslu kalibracije koji obavljaju organizacije ili laboratorije.ISO standard koji kupci akselerometra treba da trae sadri:

ISO 9001 - sistemi kvaliteta za pouzdanost u dizajnu, razvoju i proizvodnji

ISO 10012-1 - Standardi za merenje u upravljanju sistema

ISO 16063-21 - Metode za kalibraciju vibracija i ok pretvaraa

ISO 17025 - Opti zahtjevi za kompetentnost testiranja i kalibracionih laboratorija

RP-DTE011.1 Izbor pretvaraa ( dava , eng. Transducer) za ok i vibracije, Institut za istraivanje o ivotnoj sredini.Danas, krajnji korisnici mogu kupovati sa poverenjem senzore uz koje su dobili sertifikate u skladu sa standardima NIST, PTB, ANSI, ISO i A2LA, pod uslovom da su kalibracioni podaci kompletni. Bolji proizvoai e imati certifikate svih, ili veine, ovih organizacija.Povezivanje i dizajn

A summary of the mounting techniques is

provided below.Prilikom montiranja akselorometara treba uzeti u obzir i efekat koji tehnika montae ima na tanost korisnog frekvancijskog odziva. Frekvencijski opseg akselorometra se obino odreuje tako to se senzor direktno zaarafi za referncni akselorometar. Direktno spajanje (okivanjem) uz veoma glatku povrinu, generalno daje najveu mehaniku rezonantnu frekvenciju, a prema tome i najiri upotrebljivi frekventni opseg. Takoe, upotreba dodatnih materijala kao posrednika izmau akselorometra i strukture, kao to je gumena podloka ili sl., mogu filtrirati odreene frekvencijske opsege te tako direktno uticati na mjerenja. Kratak pregled razliitih tehnika postavljanja senzora je dat u nastavku ovog teksta.

Moniranje okivanjemZa stalnu ugradnju, gdje je potrebno vrlo sigurno, vrsto vezati akselerometar za testnu strukturu preporuuje se montiranje okivanjem. Prvo je potrebno runo omirglati ili mainski obarditi testni objekat da se dobije glatka, ravna povrina bar veliine baze akselorometra prema specifikacijama proizvoaa. Za postizanje najboljih rezultata mjerenja, pogotovo na visokim frekvencijama, najvanije je dobro pripremiti ravnu i glatku povrinu tamo gdje e akselerometar biti vezan. Montane rupe moraju biti probuene i imirglane prema specifikaciji proizvoaa akselerometra. Neuravnjenost ili nepravilan navoj mogu izazvati ne

samo dobijanje pogrenih podataka ve i oteenje akselerometra. Takoe, je jako vano ispotovati proizvoaovu preporuku za potrebnu koliinu obrtnog momenta pri stezanju arafa, a koji se mjeri badarenim kljuem sa mjeraem obrtnog momenta.

Montiranje lijepkomU odreenim situacijama montaa uz pomo okovanja ili rafanja nije praktina. Za ovakve sluajeve postoji alternativna metoda montiranja, a to je montiranje lijepkom - lijepljenje. Preporuljiva je upotreba posebnih ljepljivih montanih osnova (baza) kako bi se sprijeilo da lijepak nagriza akselerometar ili da nebi dolo do zaepljenja montanog navoja. Veina ljepljivih montanih osnova prua elektrinu izolaciju, to eliminie potencijalne (pick-up and ground loop) probleme sa umovima. Tip ljepila koji se prpreporuuje zavisi od same aplikacije u kojoj e akselorometar biti upotrijebljen. Voskovi su vrlo zgodni za ovakve upotrebe, lako se uklanjaju i predvieni su za upotrebe na sobnoj temperaturi. Dvokompozitna lijepila nude veliku krutost to odrava visok frekventni odziv i stalnu vezu.Montiranje uz upotrebu magnetaMagnetno vezivanje je veoma zgodno za privremeno kaenje akselorometra za magnetne povrine. Magneti koji imaju veliku silu privlaenja nude bolji frekventni odziv akselerometara od onih koji imaju manju silu privlaenja (slabije magnete). Klinasta dvospojna magnetna osnova se obino koristi za ugradnju na zakrivljene povrine kao to su kuita motora, kompresora ili cijevi. Meutim dvospojni (eng. dual-rail) magneti obino unose znatno smanje radnog frekvencijskog opseg akselerometra. Za postizanje to boljih rezultata preporuuje se montiranje na glatku, ravnu povrinu.Vrhovi sonde (eng. probe tips)

Rune vibracione sonde ili sonde sa iljkom na akselerometru su korisne kada su ostale tehnike montiranja akselerometra nepraktine, kao i za utvrivanje relativnih vibracionih karakteristika strukture kako bi se odredila najbolja lokacija za postavljanje akselerometra. Sonde se ne preporuuju generalno za mjerne aplikacije zbog raznih nedoslednosti povezanih sa njihovom upotrebom. Orijentacija i jaina pritiska ruke na sondu stvara promjene, a samim tim i utie na preciznost mjerenja. Ovaj metod se koristi samo za frekvencije ispod 1000Hz.Slika 16. rezimira promjene u frekvencijskom odzivu tipinog senzora kada se koriste razliite metode montiranja o kojima je predhodno bilo rijei.

Slika 16. Relativni frekvencijski odziv senzora za razliite tehnike montiranja

Ground Isolation, Ground Noise, and Ground LoopsPrilikom postavljanja akselerometara na elektrino provodne povrine, postoji mogunost da se pokupi um uzemljenja. um koji potie od ostale elektrine opreme i maina koje su uzemljene u istu strukturu kao to su motori, pumpe, generatori i sl. mogu da putem uzemljenja postanu dio mjerenog signala. Kada je senzor uzemljen na razliitom mjestu (razdvojene mase) u odnosu na uzemljenje opreme za obradu i itanje signala, mogu se pojaviti uzemljivake petlje. Ovaj fenomen obino rezultuje proticanjem struje linijama za napajanje i moe da dovede do pojave pogrenih podataka i drifta signala. U ovakvim uslovima poeljno je elektrino izolovati akselorometar od testne strukture. To se moe izvesti na nekoliko naina. Veina akselerometara ima integrisanu izolaciju baze. Neki modeli ve imaju ovu osobinu kao standardnu opremu, dok se kod drugih pojavljuje kao opcija. Upotreba izolujue ljepljive baze, izolacionih montanih rafa (ili klinova) ili drugih izolujuih materijala kao to su papir ispod magnetne baze su efikasne uzemljivake tehnike. Meutim treba biti svjestan da upotreba dodatne uzemljivake-izolujue opreme moe da znatno redukuje korisni frekventni opseg kod akselerometra.Kablovi i veze

Kablovi bi trbalo da budu sigurno privreni na montanu strukturu uz pomo spona (spajalica), trake ili nekim ljepilom kako bi se minimizovalo landaranje (etanje, mlaenje) kabla i naprezanje konektora. Landaranje (mlaenje) kabla moe da izazove um pogotovo u visokoimpedansnim signalnim. Ovaj je poznato kao triboelektrini efekat to je nekad ranije i spominjano, a nastaje usled trenja u kablu. Takoe naprezanje (istezanje) kabla u blizini elektrinih konektora moe dovesti do povremenih ili potpunih prekida veze a samim tim i do gubitka podataka.

Slika 17. Ispravno i neispravno montiranje kablovaKako bi smo zatitili ureaj od potencijalne vlage, prljavtine i zagaenja, treba koristiti RTV zaptivne mase ili burir trake. Burir trake su se pokazali kao efikasna metod za zatitu elektrinih veza za kratkoronu podvodnu upotrebu. RTV zaptivna masa se u principu jedino koristi da bi se zatitile elektrine veze od hemijskog zapluskivanja ili zamagljenja (eng. chemical splash or mist).Trenutna situacija i budui razvojProizvoai stalno pokuavaju da razviju novije modele senzora koji su manji i efikasniji prethodnih. To smanjuje "mass loading" efekte i daje mogunost koritenja senzora na sve manjim strukturama. Troosni dizajni postaju sve vie popularni i proizvoai stalno projektuju poboljane verzije tih proizvoda. Troosni akselerometar moe da zamjeni tri jednoosna akselerometra. Troosni akselerometri mogu da mjere vibracije u tri ortogonalna pravca istovremeno uz voenje samo jednog (vieilnog) kabla.

Jedan od novih standarda za akselerometre i druge tipova senzora je IEEE 1451 Smart Transducer Interface. Ovaj standard definie hardver i komunikacioni protokol za povezivanje senzora na mreu. IEEE P1451.4 definie arhitekturu i protokol za pristup and adresiranje nestalne memorije koja je ugraena u analogni senzor za merenje. Akselerometari sa ugraenim digitalnim memorijskim ipom se nazivaju TEDS akselerometri. TEDS je skraenica za Transducer Electronic Data Sheet. TEDS senzori omoguavaju korisniku jednostavno adresiranje konkretnog senzora unutar neke grupe, ili odreivanje razlike u oitanju izmeu vie senzora. TEDS moe da prui korisniku tehnike informacije o konkretnom senzoru. Na primjer broj modela, serijski broj, datum kalibracije i neki tehniki podaci se upitima mogu proitati iz TEDS senzora. Mogu se proitati podaci o osjetljivosti konkretnog senzora iz poslednjeg kalibracionog izvjetaja tako da se odreenim tehnikama kompezacije mogu vriti preciznija mjerenja.Sa potrebom za akselorometrima koji trebaju da rade u okruenjima gdje vlada visoka temperatura, proizvoai se sve vie nastoje da razvoju nova rjeenja koja e omoguiti precizna mjerenje ak i u najteim okruenjima. Krajnji korisnici zahtjevaju senzore koji mogu da rade na niim i/ili viim temperaturama nego to su specificirane za standardne modele akselerometra. Sve dok klijenti dolaze sa novim i jedinstvenim aplikacijama, proizvoai e nastojati da pronau adekvatna rjeenja koji e zadovoljiti zahtjeve klijenata.Jedan od najveih napredaka koji e se vrlo vjerovatno dogoditi je ugradnja ADC konvertora direktno unutar akselerometra. Ovo e omoguiti digitalni izlaz akselerometara. Akselorometri sa ovim poboljanjem e imati funkcije kao to su: 24-bit ADC, beini prenos, ugraena logika za obradu podataka, i mogunost da se senzoru pristupa preko interneta.Literatura

-Sensor Technology Handbook - Jon S. Wilson, 2005Slika 2.: Tipini frekvencijski odziv piezoelektrinog akselorometra.

Slika 3.: Tipini IEPE sistem.

Slika 6. Akselorometri koji rade na principu smicanja

Slika 7. akselerometar na principu savijanja

Slika 8. Akselerometar na principu kompresije

Slika 11. Viestruki MEMS akselorometri sadre difundovane i metalizovane piezootporne mjerne trake u konfiguraciji Vitstonovog mosta

Slika 12. Konstrukcija kapacitivnog senzorskog elementa

Slika 13. Rad ugraenog kola kod kapacitivnih akselorometara

Profesor:

Doc. Dr Slobodan Lubura

Slika 15. Tipina konstrukcija servo akselerometra

Student:

Ognjen Bjelica, 767

Istono Sarajevo, maj 2010. god.