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良好的抗振性能——Temposonics傳感器的抗沖擊和抗振性能

分類：技術(shù)中心 2043人瀏覽 2022-08-22

標(biāo)簽：Temposonics傳感器分享到：

Temposonics工業(yè)傳感器產(chǎn)品經(jīng)理Olaf Kissing博士詳細(xì)解釋了沖擊和振動(dòng)測(cè)試對(duì)于在工業(yè)應(yīng)用中使用的位移傳感器的重要性。

工業(yè)環(huán)境中使用的傳感器經(jīng)常會(huì)在沖擊和振動(dòng)載荷下使用。為確保傳感器能夠承受此類載荷而不受損壞，需要進(jìn)行沖擊和振動(dòng)測(cè)試，并在技術(shù)數(shù)據(jù)中注明測(cè)試值，比如：150 g/11 ms和30 g/10...2000 Hz等。為理解這些測(cè)試值，我們首先了解以下問題：

什么是沖擊？

沖擊是指單一的短時(shí)高沖擊載荷。例如，當(dāng)一個(gè)物體從桌子上掉下來撞到地板上時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生這種載荷。物體和地板越堅(jiān)硬，施加在物體上的沖擊則越大。如果一個(gè)物體從75厘米高處跌落到鋪有地毯的地板上，由于地面鋪有地毯且物體在5mm以內(nèi)減速，則物體所承受的載荷為150g。沖擊載荷是重力加速度g（g = 9.81 m/s2）的倍數(shù)。如果一輛汽車以137km/h的速度撞向一堵堅(jiān)硬的墻壁，并且將碰撞緩沖區(qū)壓縮到50cm，那么汽車將承受150g的載荷。人類在承受150g載荷的情況下不可能毫發(fā)無損。對(duì)于人的肉體而言，15…20g的載荷似乎沒有危險(xiǎn)（適用于加速度方向垂直于身體軸線的情況）。

什么是沖擊測(cè)試？

在沖擊測(cè)試中，測(cè)試樣本將受到一定的沖擊，從而確認(rèn)測(cè)試樣本是否能夠經(jīng)受這種沖擊且未導(dǎo)致?lián)p壞。在測(cè)試中，有多種不同的沖擊類型，根據(jù)沖擊過程的曲線有所不同，如半正弦、鋸齒、梯形等。最常見的沖擊類型為半正弦沖擊。這種類型的沖擊模擬的是振動(dòng)部件加速和減速過程中發(fā)生的沖擊。除加速度外，沖擊測(cè)試還規(guī)定了沖擊的脈沖持續(xù)時(shí)間。下圖1顯示了在相同的加速度和不同的脈沖持續(xù)時(shí)間條件下的兩個(gè)半正弦沖擊。

圖1：150 g/6 ms和150 g/11 ms條件下

的半正弦沖擊比較曲線

R系列V傳感器可以承受脈沖持續(xù)時(shí)間為11 ms、加速度為150 g的沖擊載荷（圖1中的紅色連續(xù)曲線所示）而不會(huì)損壞。傳感器也經(jīng)常會(huì)在150 g/6 ms的沖擊下進(jìn)行測(cè)試（圖1中的藍(lán)色虛線曲線所示）。當(dāng)觀察曲線下方的區(qū)域時(shí)，兩個(gè)半正弦沖擊之間的差異變得很明顯。該區(qū)域表示加速度脈沖結(jié)束時(shí)的速度（速度是通過加速度的積分得到的）。相比藍(lán)色曲線下方的區(qū)域，紅色曲線下方的區(qū)域大了11 ms /6ms = 1.83倍。如果比較兩個(gè)半正弦沖擊的動(dòng)能，紅色曲線的能量比藍(lán)色曲線的能量高(11 ms/6ms)2 = 1,832 = 3.36倍，原因是能量與速度之間的關(guān)系是二次方。（能量E = 0.5m*v2，質(zhì)量m和速度v）。

什么是振動(dòng)？

振動(dòng)（比如搖動(dòng)樹木以收獲果實(shí)）是一種振蕩。如圖2所示，振蕩與振幅和頻率相關(guān)。舉例來說，在工業(yè)環(huán)境下，帶有旋轉(zhuǎn)元件的機(jī)器或輸送帶上會(huì)發(fā)生振動(dòng)。這些振動(dòng)會(huì)傳遞到機(jī)器上安裝的組件。在振動(dòng)中，與沖擊情況下相同，載荷的振幅用加速度來表示，加速度為重力加速度g的倍數(shù)。

圖2：振蕩的振幅和頻率

什么是振動(dòng)測(cè)試？

在振動(dòng)測(cè)試中，通常在一定的頻段內(nèi)對(duì)測(cè)試樣本施加指定的加速度。這個(gè)加速度低于沖擊測(cè)試中的數(shù)值（通常為30g）。對(duì)于一個(gè)30g的載荷，相當(dāng)于物體從15cm高處跌落到地毯上，地毯產(chǎn)生5mm的緩沖?；蛘撸囈?2km/h的速度撞向一堵堅(jiān)硬的墻壁，撞擊緩沖區(qū)被壓縮到50cm。加速度以10...2000 Hz的頻率施加到測(cè)試樣本上。頻率范圍大致相當(dāng)于鋼琴從最低音符到最高音符的范圍（包含88個(gè)琴鍵的鋼琴頻率范圍約為27…4000 Hz）。

圖3：磁致伸縮傳感器在10…2000 Hz頻率范圍內(nèi)

在30 g振動(dòng)下測(cè)得的位置

為什么要進(jìn)行上述測(cè)試？

在工業(yè)環(huán)境中，無論是在運(yùn)輸過程中還是在機(jī)器中使用，都可能發(fā)生沖擊和振動(dòng)。然而，這些載荷不應(yīng)損壞傳感器——就像搖動(dòng)一棵樹時(shí)，我們希望只有果實(shí)掉落，而樹枝不會(huì)掉落。沖擊和振動(dòng)測(cè)試將模擬工業(yè)環(huán)境中的載荷，從而提前發(fā)現(xiàn)和修復(fù)弱點(diǎn)。作為開發(fā)過程的一部分，R系列V傳感器均進(jìn)行了沖擊和振動(dòng)測(cè)試，以確保傳感器在此類工況下能夠正常工作。

如果在使用時(shí)就已確定沖擊和振動(dòng)的級(jí)別，則可以選擇適當(dāng)?shù)膫鞲衅鳚M足這些要求。如果使用具有高抗沖擊和抗振性的傳感器，則可以最大限度地減少甚至完全消除阻尼措施的需要。即使在意外的沖擊和振動(dòng)載荷情況下，R系列V傳感器也能夠正常工作，因?yàn)槠渚哂袃?yōu)異的抗沖擊和抗振性，能夠有效承受載荷。

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