تبلیغات اینترنتیclose
شتاب سنج

راه هاي مختلفي براي ساخت شتاب سنج وجود دارد ، بعضي از شتاب سنج ها از اثر فيزيو الكتريكي استفاده مي كنند آنها شامل ميكروسكوپ هايي با ساختار كريستالي هستند كه از نيروهاي شتابي تاثير مي پذيرند كه باعث توليد ولتاژمي شوند روش ديگر انجام آن اندازه گيري ظرفيت خازن است.
اگر دو صفحه ي كوچك نزديك به هم داشته باشيم ظرفيتي بين آنها وجود دارد .

اگر يك نيروي شتاب دهنده يكي از صفحات را به حركت در آورد ظرفيت آن تغيير خواهد كرد.مدارهايي را براي تبديل ظرفيت به ولتاژ اضافه مي كنيم و بدين ترتيب يك شتاب سنج خواهيم داشت . روش هاي ديگري نيز وجود دارد كه شامل استفاده از اثر فيزو الكتريكي ،مخزن هواي گرم ونور است.
اولين شتاب سنج با ماشين آتوود معروف است كه توسط يك فيزيكدان انگليسي به نام (جورج آتوود )در سال 1783 ساخته شد . وسيله اي كه توسط آتوود ساخته شد فقط شتاب هاي خطي را اندازه مي گرفت مانند آزمايش هايي كه در مورد سقوط اجسام انجام مي گيرد ولي امروزه شتاب سنج هايي

براي اندازه گيري شتاب هاي خطي و زاويه اي ساخته شده است .شتاب هاي زاويه اي مانند آزمايش هايي كه در مورد چرخش طناب مي باشد صادق است در اينجا شتاب به شعاع دايره ي چرخش وابسته است .
شتاب سنج ساده simple accelerometer
اين وسيله شامل يك توپ شناور در ظرفي محتوي گليسيرين است.براي اين كار، آن را در روبروي خود قرار دهيد و به سرعت در يك مسير طولاني حركت كنيد بدين ترتيب در جهت شتاب اوليه شما حركت مي كند(از شما دور مي شود) و هنگامي كه سرعت شما ثابت شود به موقعيت اوليه عمودي

انواع شتاب سنج
1.شتاب سنج با تكنولوژي متفاوت:
1.piezo-electric accelerometers
2.piezo-resistive accelerometers
3.strain gage based accelerometers
2.شتاب سنج با خروجي هاي متفاوت:
1.charge output
2.IEPE output(2-wire voltage)
3.voltage output(3-wire)
4.4-20mA output

5.Velocity output
2. شتاب سنج با طراحي متفاوت:
1.shear type design
2.single ended compression design
3.Issolated compression
4.Inverted compression
5.flexural design
كه به اختصارساختمان بعضي از آنها را توضيح مي دهيم.

شتاب سنج single ended compression
ساختمان اين شتاب سنج به اين صورت است كه كريستال
به پايه ي شتاب سنج نصب مي شود و جرم نيز توسط يك
پيچ به كريستال وصل مي شود .

شتاب سنج Isolated compression
اين شتاب سنج نسبت به كشش پايه اي فعال مي شود ،لذا براي حل اين مشكل كريستال را از بيس جدا مي كنيم توسط يك واشر ايزوله يا به اين صورت فضايي را كه كريستال به پايه متصل است كم مي كنيم.

شتاب سنجshear type
ساختار اين شتاب سنج به اين صورت است كه جرم لغزنده به كريستال مي چسبد و برشي را نسبت به خط فشرده گي به كريستال اعمال مي كند اين نوع شتاب سنج طراحي مي شود براي مواردي مشابه با زماني كه پايه براثردماي گذرا منحرف مي شود يا جايي كه روي ساختار انحراف پذير نصب شود.

شتاب سنج piezo-resistive
اين شتاب سنج از يك لايه پيزو مقاومتي استفاده مي كند كه در
قسمتي از كريستال پيزو الكتريك وجود دارد .نيرويي به جرم لغزنده اعمال مي شود كه مقاومت را تغيير مي دهد .اين شتاب سنج مزايايي بيشترنسبت به شتاب سنج پيزو الكتريكي دارد ،چون مي تواند شتاب هاي پايين صفر هرتز را اندازه بگيرد.

شتاب سنج strain gage based
اين شتاب سنج بر اساس آشكار سازاثر جرم لغزنده با بكار بردن المان فويل سيليكوني كار مي كند.اين اثر مستقيما با شتاب بكار رفته در سنسور متناسب است .اين شتاب سنج مانند شتاب سنج پيزومقاومتي شتاب زير صفر را اندازه بگيرد.

شتاب سنج IEPE
ساختار اين شتاب سنج بر اساس مدارهاي مجتمع پيزو الكتريكي است كه مجموعا اي از شتاب سنج هايي را كه در الكترونيك ساخته مي شود را تعريف مي كند .
مخصوصا مجموعه اي از شتاب سنج هايي را كه داراي امپدانس خروجي پايين هستند و توسط دو سيم حريان ثابت كه به وسيله ي ولتاژ خروجي باياس DC حمايت مي شوند را تعريف مي كند . شتاب سنج دو سيمه IEPE به راحتي نصب مي شوند وداراي پاسخ فركانسي وسيع مي باشند كه مي تواند در طول كابل هاي طولاني بكار برده شوند و همچنين قيمت مناسبي دارند.

تكنولوژي IEPE معمولا شتاب سنج هاي سه سيمه را جايگزين مي كند ودر بسياري از موارد از قبيل شتاب سنج هاي صفر هرتز،كاربردهاي دماي بالا و شتاب سنج هاي
4-20mA كه در فرآيندهاي صنعتي بكار مي روند استفاده مي شود.
شتاب سنج charge output
همه شتاب سنج هاي پيزو الكتريكي توسط اندازه گيري شارژ توليد شده به وسيله ي يك كريستال كه توسط جرمي كه تحت تاثير شتاب فشرده يا برش داده مي شود كار مي كند .
در بسياري از كاربردها خروجي بار امپدانس بالا توسط

مدارهاي مجتمع به خروجي ولتاژ امپدانس پايين تبديل ميشود هر چند بعضي مدارهاي مجتمع مناسب نيستند مثلا در كاربردهاي با دماي بالا يا تشعشعات زياد.
اين شتاب سنج ها خود توليد هستند و الكترونهاي تقويتي دارند كه در فاصله اي نسبت به هيتر محلي يا منبع تشعشعات محلي قرار دارد.

خروجي شتاب سنجIEPE
يك شتاب سنج IEPE يك سنسور دو سيمه است كه نيازمند يك جريان حمايت كننده ي ثابت مي باشد و خروجي آن خروجي ولتاژAC يك ولتاژ DC باياس شده است.
باياس DC اغلب توسط گشتاور خازن حذف مي شود.

شتاب سنج velocity output
اين شتاب سنج معمولا در كاربردهايي كه شرايط اخطار آميز دارند بكار مي رود مثلا در جايي كه پارامتر رطوبت وجود دارد براي تشخيص سلامتي ماشين بكار مي رود .
به بيان ديگر دو برابر كردن رطوبت ماشين برابر است با دو برابر شدن تضعيف سلامتي ماشين.
اين شتاب سنج ها در فركانس هاي پايين مورد استفاده قرار مي گيرند ودر جايي كه دامنه شتاب لغزش بسيار كوچك مي باشد براي اندازه گيري بكار برده مي شود اگر فركانس لغزش بيشتر از دو هرتز باشد اين نوع شتاب سنج ها واقعا موثر خواهند بود.

تعيين حساسيت شتاب سنج
شتاب سنج ها ي با مدارهاي مجتمع يك ولتاژ خروجي ماكزيمم دارند كه با طراحي مدارو ولتاژ ورودي تعيين مي شوند.ماكسيمم خروجي براي شتاب سنج IEPE به اندازه
4-8v مي باشد .يك شتاب سنج با حساسيت 100mV/g يك رنج ديناميكي برابر +/-500gخواهد داشت .
اگر ماكسيمم g با مقداري كه از طريق تجربي بدست مي آيد
برابر باشد با تقسيم اين عدد توسط ولتاژ5 ماكسيمم حساسيتي كه براي اين رنج ديناميكي مورد استفاده قرار مي گيرد بدست مي آيد .

فركانس طبيعي يك شتاب سنج
فركانس طبيعي يك شتاب سنج فركانسي است كه در آن نسبت خروجي ماكسيمم باشد .فركانس طبيعي يك شتاب سنج توسط رابطه ي زير تعريف مي شود :

از فركانس تقريبا 1/3 تا1/2 فركانس طبيعي نسبت خروجي به ورودي غير خطي است و بنابراين اندازه گيري اين ناحيه
سخت است و لذا شتاب هاي طبيعي و بزرگ يك شتاب سنج جايي اندازه گيري مي شود كه نسبت خروجي به ورودي خطي باشد.

طبق فرمول بالا براي افزايش فركانس طبيعي ،جرم بايد تا حد ممكن كوچك و سختي نيز بزرگ باشد . يك جرم كوچك معمولا حساسيت پاييني دارد و در اغلب شتاب سنج هاي فركانس بالا بدين گونه است.
طريقه ي نصب شتاب سنج
نصب يك شتاب سنج روي پاسخ فركانسي اثر مي گذارد .
فركانس طبيعي به طور مستقيم با طريقه ي نصب متناسب است . هر چه سختي بيشتر باشد فركانس طبيعي را بيشتر به سمت مقدار ماكسيممش ميل مي دهد. كمترين سختي در نصب شتاب سنج مربوط به نصب مغناطيسي است وبيشترين سختي

مربوط به استفاده از پيچ قابل كشش بزرگي است كه فشرده مي شود كه گشتاور روي سطح سخت درست سوار شود .

مسئله اي كه اين جا حائز اهميت است اين است كه اطمينان حاصل كنيم كه مكان انتخاب شده براي شتاب سنج سطحي بزرگتر از پايه شتاب سنج باشد. مقدار ناچيزي از سيليكون استحكام بين شتاب سنج و ساختارش را تضمين مي كند.

يك مسئله ي مهم هنگام نصب ميخ شتاب سنج اين است كه اطمينان حاصل كنيم كه ميخ زير پايه ي شتاب سنج قرار نگرفته باشد تا آن را سوراخ كند .
نيروي كشش زياد پيچ باعث جلوگيري از پيامد هاي حاصله مي شود.

شتاب سنج(دستگاههاي آنالوگ ADXL50)

اساس كار فيزيكي يك شتاب سنج مانند يك سيستم جرم – فنر است .فنرها (در ناحيه ي خطيشان ) تحت تاثير يك قانون فيزيكي به نام قانون هوك مي باشند .قانون هوك بيان مي دارد كه نيروي بازگرداننده –اي متناسب با مقدار فشرده شدن و كشش فنر به آن اعمال مي شود.
به بيان ديگر F=KX زماني كه Kمقدار ثابتي باشد . يك اصل فيزيكي مهم ديگر قانون دوم نيوتن در مورد حركت است كه اين قانون نيز بيان ميكند كه رابطه ي نيروي اعمالي روي جرمي كه شتاب مي گيرد به صورت زير است : F=MA
شكل 1نشان مي دهد كه يك جرم به يك فنر متصل شده است

اگر اين جرم شتاب بگيرد طبق قانون دوم نيوتن نيرويي به اندازه Ma به آن اعمال ميگردد.اين نيرو باعث مي شود كه جرم ، فنر را منبسط يا جمع مي كند تحت اين نيرو :
F=Ma=KX
بنابراين شتاب باعث مي شود كه جرم به اندازه ي X=Ma/K
به طور متناوب جابجا شود.
اگر ما يك جابجايي داشته باشيم ميدانيم جرم شتابي به اندازه يa=KX/M خواهد گرفت.

بدين ترتيب ما به وسيله ي اندازه گيري جابجايي جرم متصل به فنر شتاب را اندازه مي گيريم .
به ياد داشته باشيد كه اين سيستم تنها به شتاب در طول فنر عكس العمل نشان مي دهد. اين تعريف يك شتاب سنج تك محور را نشان مي دهد. به منظور اندازه گيري شتاب محورها اين سيستم نياز دارد در هر يك از محورهاي مورد نياز دو برابر شود.

شكل2:سيستم جرم وفنر كه در دستگاه شتاب سنج آنالوگADXL50 مورد استفاده قرار مي گيرد .

دستگاه آنالوگ ADXL50 يك ماشين كوچكي است كه قرار مي گيرد در شتاب سنجي كه شامل يك سيستم جرم –فنر است كه مانند يك سيستم اندازه گيري فاصله عمل مي كند كه با شرايط سيگنالي مدار متناسب است(كه موضوع بخش جديد است) سيستم جرم و فنري كه در اين وسيله استفاده ميشود درشكل 2 شرح داده شده است . يك جرم از جنس سيليكان و فنرهايي كه توسط چهار آويز به چهار گوشه ي جرم متصل شده اند . اين سيستم به شتاب هايي كه در راستاي جرم اتفاق مي افتد عكس العمل نشان مي دهد وقتي جرم شتاب مي گيرد
جرم و چهار آويز آن در راستاي شتاب داده شده حركت ميكنند

به طور كلي مقدار شتاب متناسب با مقدار جابجايي جرم است اين بيان زماني كه فنر ايده آل نباشد درست نيست ودر حقيقت با شرايط مداري پيشرفته حاضر در دستگاه جبران ميشود.

دراينجا مسئله اي را كه مي خواهيم حل كنيم اندازه گيري جابه جايي جرم است . اصل بيان شده در تعيين ظرفيت الكتريكي اساسي مي باشد.
گنجاينده ها اجزاي الكتريكي مي باشند كه قابل شارژ هستند.
يك گنجاينده ساده از دو صفحه ي فلزي كه به طور موازي با يكديگر قرار گرفته اند تشكيل شده است كه در شكل 3نشان داده شده است مقدار ظرفيت يك وسيله ازرابطه ي =K/X0 Cمحاسبه مي شودكه K
متناسب است با جنس ماده بين دو فلز (ضريب خلا).
با استفاده از اين رابطه اگر Kرا بدانيم و بتوانيم ظرفيت را اندازه بگيريم ،قادر خواهيم بود كه مقدار X0 را تعيين كنيم.
=X0فاصله بين دو صفحه ي موازي

اندازه بگيريم ،قادر خواهيم بود كه مقدار X0 را تعيين كنيم.
=X0فاصله بين دو صفحه ي موازي

ADXL50 اين تكنيك را كمي پيشرفته تر بكار مي گيرد و از دو گنجاينده استفاده مي كند.اگر دستگاه در حالت سكون باشد و فاصله ي بين دو صفحه ي موازي X0 باشد پس ظرفيت هر گنجاينده C=K/X0خواهد شد.
اگر صفحه ي مياني به فاصله ي X جابجا شود نتايج زير حاصل مي شود:
CA=K/(X+X0)

CB=K/(X0-X)

ΔC=-2X/X0
بنابراين اختلاف ظرفيت با X متناسب است اما براي مقادير كوچك جابجايي ،ADXL50 به صورت يك حلقه ي كنترلي با فيدبك منفي مورد استفاده قرار ميگيرد تا مطمئن شود كه جابجايي جرم كوچك نگه داشته مي شود

شتاب سنج پيزيوالكتريكي(piezo-electric)
نوعي از شتاب سنج فشرده است كه در اينجا آنرا توضيح مي دهيم.يك شتاب سنج پيزيوالكتريكي مي تواند به عنوان لرزه سنج استاندارد براي اندازه گيري لرزش ماشين بكار برده شود.اين شتاب سنج اشكال مختلفي دارداما از نمونه ي فشرده ي آن براي انجام عمل اصلي استفاده مي كننددر اين نوع شتاب سنج جرم لغزنده تئسط يك پيچ محوري كه با فنر دايره اي احاطه شده است،پرتاب مي شود.المان پيزيوالكتريكي بين جرم و پايه فشرده شده است.وقتي يك نيرو به ماده ي پيزيوالكتريكي اعمال مي شوديك شارژ الكتريكي بين سطوح

آن ايجاد مي شود،مواد زيادي وجود دارد ولي دراين مورد كريستال كاربرد بيشتري دارد.يك ماده ي پيزيو الكتريكي مصنوعي وجود داردكه به خوبي كار مي كند و در بعضي موارد در دماي بالاتر از كريستال(quartz) اگر دماي ماده ي پيزيو افزايش يابد به آن نقطه ي كوري(curie point) يا(curie tempruture) مي گويند كه خاصيت پيزيو الكتريكي آن از بين خواهد رفت. اگر اين اتفاقات بيفتد انتقال دهنده ناقص مي شود و قابل تعمير شدن هم نيست. وقتي شتاب سنج در جهت بالا و پايين حركت مي كند،نيروي مورد نياز براي حركت جرم لغزنده توسط المان فعال توليد مي شود.

طبق قانون دوم نيوتن اين نيرو متناسب با Ma مي باشد .
نيروي وارد بر كريستال سيگنال خروجي را توليد مي كند،
كه متناسب با شتاب انتقال دهنده مي باشد.
دامنه ي شتاب سنج ها به طور بنيادي خطي مي باشد به بيان ديگر آنها يك رنج ديناميكي بسيار بزرگي را اندازه گيري مي كنند.اين شتاب سنج ها به نويز الكتريكي نيز حساس هستند.
بالاترين رنج تنها توسط خرابي المان پيزومحدود مي شود.
رنج شتاب سنج ها يك رنج دامنه در حدود 108 (dB160) را احاطه مي كند كه هيچ فرستنده اي نمي تواند اين عمل را انجام دهد.

شتاب سنج پيزو الكتريكي در طول پريود زمانيش ثابت است و اگر به درستي استعمال شود حالت كاليبره بودن خود را حفظ ميكند .دوراه براي صدمه زدن به اين شتاب سنج ها وجود دارد :
1.گرماي بيش از حد 2.پرتاب آنها روي يك سطح سخت
اگر شتاب سنج روي يك سطح فلزي پرتاب شود براي اطمينان از سالم ماندن كريستال بايد مجددا شتاب سنج را كاليبره كنيم.
يك شكاف كوچك روي آن باعث كاهش حساسيت ميشود و حتي روي انعكاس صدا اثر مي گذارد(يعني روي پاسخ فركانسي اثر مي گذارد )بنابر اين يك كار مفيد اين است كه

شتاب سنج را سالي يك بار كاليبره كنيم .
رنج فركانسي شتاب سنج بسيار وسيع است(از فركانس هاي خيلي كوچك تا چند ده كيلوهرتز).
پاسخ فركانسي بالا در حالت تشديد توسط جرم لغزنده ي متصل به المان پيزوقابل ارتجاع محدود مي شود.
اين تشديد يك پيك را در پاسخ فركانس هاي طبيعي فرستنده توليد مي كند كه معمولا نزديك به KHZ 30 براي شتاب سنج معمولي مي باشد .يك نقش مهم اين است كه شتاب سنج براي فركانس هاي كه در حدود يك سوم فركانس طبيعي باشند قابل استفاده است.

لرزه نگاري
زمين لرزه عبارت از لرزش هاي قابل اندازه گيري سطح زمين است كه توسط امواج حاصل از رها شدن ناگهاني انرژي در درون زمين به وجود مي ايد. آثار سطحي زمين لرزه ممكن است به صورت صدمه به سازه ها ،گسلش و حركت پوسنه ،نشست زمين و ابگونگي ،گسيختهگي دامنه ها
در خشكي ودريا و سرانجام ايجاد امواج در محيط هاي آبي باشد .علمي كه به بررسي زمين لرزه و پديده هاي مربوط به آن مي پردازد لرزه شناسي يا لرزه نگاري(seismology )
نام دارد .

ايستگاه لرزه نگاري
يك ايستگاه لرزه نگاري داراي چندين دسته دستگاه و هر دسته داراي سه لرزه نگار است . توصيف دقيق دامنه حركت زمين
محتاج اندازه گيري لرزش ها در سه مولفه ي عمود بر هم (قائم-شرقي-غربي وشمالي –جنوبي)است. علاوه بر آن نياز به دستگاه هايي دارريم كه براي محدوده هاي متفاوتي از زمان تناوب طراحي شده باشند.زيرا هيچ دستگاهي به تنهايي نمي تواند كل محدوده حساسيت مورد نياز را ثبت نمايد
(معمولا يك دسته از دستگاه ها به زمان تناوب 0.2 تا 2 ثانيه حساس بوده و دسته ي ديگر به زمان تناوب 15 الي100 ثانيه حساسند).

ثبت امواج
ثبت و ضبط دامنه ي امواج زلزله توسط لرزه نگار ((seismographصورت مي گيرد . بخشي از اين دستگاه كه موج را دريافت مي كند لرزه سنج نام داشته و در داخل سنگ نصب مي شود.اين قسمت منتهي به يك آونگ است.در زمان لرزش زمين پايه دستگاه حركت مي كند ،در حالي كه آونگ ثابت باقي مي ماند وبه اين ترتيب حركت نسبي زمين نسبت به آونگ سنجيده ميشود .در دستگاه هاي جديد تر،ثبت حركات به صورت الكتريكي – مكانيكي صورت گرفته ودر نوارمغناطيسي ثبت مي شود . در اين دستگاه ها ثبت لرزش ها به طور مداوم صورت ميگيرد.

لرزه نگاشت
اوراق حاوي نتايج ثبت شده ي دامنه ي حركات زمين لرزه نگاشت نام دارد . لرزه نگاشت ها اغلب صفحات سياه و دوداندودي اند كه آثار حركت سوزن به صورت خطوط سفيدي به روي آنها ثبت شده است. بزرگي يك زمين لرزه را مي توان از روي بزرگترين دامنه ي ثبت شده در لرزه نگاشت تعيين كرد.فاصله بين مركز زمين لرزه و لرزه نگار با توجه به زمان ورود امواج pوs وlتعيين ميشود و با مقايسه ي نتايج حاصل ازچند ايستگاه محل منشا گرفتن امواج مشخص مي شود.

لرزه نگارها حساس تر از آنند كه بتوانند اطلاعاتي كه مستقيما
قابل استفاده در طراحي زلزله است ،به دست دهند.در نتيجه زمين لرزه هاي شديدي كه نزديك يك زلزله نگار عادي به وقوع مي پيوندد باعث خارج شدن قلم ثبات از مقياس و حتي صدمه به خود دستگاه مي شود.از طرفي براي حذف اثرات محلي خاك ها يا ساخت سنگي تضعيف شده ،معمولا لرزه نگارها در سنگ بستر قرار داده مي شوند.از اين رو نتايج ثبت شده نمي تواند اطلاعاتي در مورد اين گونه مصالح بدست دهند.

شتاب نگار(شتاب سنج)
نوعي از لرزه نگارها كه براي تعيين حركت شديد زمين بكارمي روند شتاب نگار يا شتاب سنج نام دارند.هدف از استفاده از شتاب نگار حركات شديد،دستيابي به نحوه ي پاسخ زمين در ناحيه اي است كه طراحي ديناميكي سازه ها مورد نظر است.اين دستگاه سه مولفه شتاب مطلق زمين را براي مدت زماني از 0.1 تا3 يا4 وحتي 10 ثانيه ثبت مي كند .
شتاب نگارها به طور دائم كار نميكنند بلكه به گونه اي طراحي شده اند كه پس از آنكه تحت تاثير يك حركت افقي كوچك قرار گرفتند آغاز به كاركنند.

محل استقرار اغلب شتاب نگارها ،سطح زمين(ونه الزاما سنگ بستر )است. از اين رو تعيين رابطه ي بين داده هاي مربوط به محل هاي مختلف مشكل است ،مگر انكه شرايط سطحي در هر محل شناخته شده باشد.شتاب نگاشت ها شتاب زمين را ثبت مي كنند .
لرزه نما((seismoscopes
امروزه علاوه بر لرزه نگار و شتاب نگار،دستگاه هايي به نام لرزه نما نيز مورد استفاده قرار مي گيرد .لرزه نما ها براي بازسازي تاثيرهاي حركت زمين به روي سازه و بر حسب جابجايي دريك زمان معين ونه مقاديرمولفه هاي حركت زمين،طراحي شده اند. لرزه نماها دستگاه هايي به مراتب ارزان تر از شتاب نگار مي باشند.

صفحه قبل صفحه بعد
نظر شما
نام : *
پست الکترونیک :
وب سایت/بلاگ :
*
:) :( ;) :D
;)) :X :? :P
:* =(( :O @};-
:B /:) =D> :S
کد امنیتی : *


برچسب ها: ,
موضوع : | لينك ثابت
نوشته شده در تاريخ چهارشنبه 26 مهر 1391 توسط حميد تلك آبادي