電泵井振動監測如何選擇振動傳感器
與振動相關的物理量有位移、速度、加速度等,因此測振就是對這些振動量的檢測。加速度、速度、位移之間是積分微分關系,實際測振系統只需對其中的一個物理量進行測量,即可通過這種關系得出其他兩個物理量。目前在測振行業中用的較多的是加速度傳感器。常見的加速度計有壓電式加速度計、集成電路式壓電加速度計、變電容式加速度計和壓阻式加速度計。
本文選用MMA3201KEG加速度計,這是一種基于微機電系統(MEMS)的芯片化電容式兩軸加速度傳感器。由于電容極板之間的慣性,當有加速度存在時,極板間距的變化會導致電容參數C的變化,通過這一原理使兩個軸上的加速度轉變為電壓信號輸出。該芯片具有如下特點 :
⑴ 表面安裝。適合安裝于印刷電路板上;
⑵ 電源電壓范圍是4.75 V~5.25 V;
⑶ 測量范圍是-40 g~+40 g,0 g對應的輸出電壓為2.5 V;
⑷ 工作溫度范圍為-40℃ ~ +125℃;
⑸ 具有自檢和自校準功能;
⑹ CMOS信號調理器;
⑺ 4階貝塞爾濾波器脈沖形狀完整保留;
⑻ 低電壓檢測、時鐘監視器和EPROM奇偶校驗狀態。
加速度傳感器的物理模型與等效電路。加速度傳感器采用硅半導體材料制成的電容傳感器,有3個極板,上下兩個極板是固定的,分別接A、B端;中心極板是可動的,接O端,這樣就構成了兩只背靠背電容。
眾所周知,電容的計算公式為:
其中,ε0是真空介電常數,εr是電容極板之間的相對介電常數,A是極板重疊面積,d是兩極板之間的距離。當受到振動或者沖擊時,中心極板就會發生移位,由式(1)可知,CAO和CBO的電容量C1、C2隨極板之間距離的變化而改變。當受到向上的加速度時,中心極板在慣性力的作用下產生了一定的位移,使得CAO和CBO的電容量發生變化,從中可獲取加速度信號。該信號經過積分器和放大器,送至貝塞爾濾波器。貝塞爾濾波器能提供一個平坦的延時響應,可保證脈沖波形的完整性。
由MMA3201KEG構成的加速度傳感器來測量潛油電泵的振動應用電路。其中C3為電源去耦電容;引腳端6輸出X軸加速度電壓,由R1和C1構成低通濾波器濾波后輸出;引腳端11輸出Y軸加速度電壓,由R2和C2構成低通濾波器濾波后輸出;引腳端5連接到***電平時,在上升沿時刻可使芯片初始化(復位);引腳7檢測到故障時,輸出***電平信號。