İvmeölçerlere Neden İhtiyacımız Var?
Titreşim ve şok günlük hayatımızın her alanında mevcuttur. Örneğin motorlar, türbinler, makine-araçlar, köprüler, kuleler veya insan vücudu tarafından üretilebilir ve iletilebilirler.
Bazı titreşimler arzu edilirken, diğerleri rahatsız edici ve hatta yıkıcı olabilir. Sonuç olarak, genellikle titreşimlerin nedenlerini anlamaya ve bunları ölçmek ve önlemek için yöntemler geliştirmeye ihtiyaç vardır.
Ürettiğimiz sensörler, titreşimli yapılar ile elektronik ölçüm ekipmanları arasında bir bağlantı görevi görmektedir.
Ne Ölçülür?
Titreşim ölçümü için yaygın olarak kullanılan büyüklük ivmedir. Standart Uluslararası birimi m/s²’dir (saniyenin karesi başına metre). Bazen ivme için SI olmayan yerçekimi ivmesi (g) birimi de kullanılır (1g yaklaşık 9,81 m/s²’dir).
Bazı uygulamalar için, örneğin makine izlemede, titreşim hızı (mm/s) veya titreşim yer değiştirmesi (µm, mm) ölçülür. Hız, ivmeden tek entegrasyonla, yer değiştirme ise çift entegrasyonla elde edilebilir. Entegratörler bir analog devre veya bir yazılım rutini tarafından uygulanabilir.
Yer değiştirme ve hızın büyüklük sırası hakkında bir fikrimiz olsa da, ivmeyi hayal etmek zor olabilir:
Sismik araştırmalarda 0,001 m/s²’nin altındaki ivmeler ölçülmektedir.
Bir ICE 3 yüksek hızlı trenin ortalama ivmesi 0,5 m/s²’dir.
Bir Uzay Mekiğinin kalkış ve yeniden iniş sırasındaki maksimum ivmesi 30 m/s²’dir.
Bir yarış arabası sürücüsü 50 m/s²’ye maruz kalabilir. Çoğu insan yaklaşık 60 m/s²’de bilincini kaybeder.
100 m/s²’lik bir araba kazası insanın kemiklerini kırarken, 300 m/s²’lik bir kaza emniyet kemerinin kaburgaları kırması için yeterlidir. 1000 m/s² çoğu insan için ölümcül sınırdır.
Zıplayan bir pire 3200 m/s²’ye ulaşabilir.
Bir dizüstü bilgisayarın 1 m yükseklikten beton bir zemine düşmesi 20.000 m/s²’ye kadar dayanabilir.
Bir dikiş makinesinin iğnesi 60.000 m/s²’ye ulaşabilir.
Balistik ve patlama testlerinde 100.000 m/s²’nin üzerinde ivmelere rastlanmaktadır.
Piezoelektrik Sensörlerin Avantajları
Metra’nın 50 yılı aşkın süredir ürettiği ivmeölçerler piezoelektrik olgusunu kullanmaktadır. “Piezo” Yunanca sıkmak anlamına gelen bir kelimedir. Piezoelektrik bir malzeme gerildiğinde elektrik yükü üretir. Sismik bir kütle ile birleştirildiğinde titreşim ivmesiyle orantılı bir elektrik yükü sinyali üretebilir.
Metra’nın ivmeölçerlerinin aktif elemanı, Kurşun-Zirkonat Titanat (PZT) adı verilen mükemmel piezoelektrik özelliklere sahip, özenle seçilmiş bir seramik malzemeden oluşur. Özel olarak formüle edilmiş PZT, istikrarlı performans ve uzun süreli kararlılık sağlar. Kuvars ivmeölçerlere benzer yüksek kararlılık, piezoseramik algılama elemanının yapay yaşlanma süreci sayesinde elde edilir. Seramiklerin hassasiyeti kuvars malzemelere kıyasla yaklaşık 100 kat daha yüksektir. Bu nedenle, piezoseramik ivmeölçerler düşük frekanslarda ve düşük ivmelerde daha iyi bir seçimdir. Piezoelektrik ivmeölçerler, mutlak titreşimi ölçmek için en iyi seçenek olarak kabul edilmektedir. Diğer sensör türleriyle karşılaştırıldığında, piezoelektrik ivmeölçerlerin önemli avantajları vardır:
Son derece geniş dinamik aralık, neredeyse hiç gürültü yok – şok ölçümü için olduğu kadar neredeyse algılanamayan titreşim için de uygun
Dinamik aralıkları boyunca mükemmel doğrusallık
Geniş frekans aralığı, yüksek frekanslar ölçülebilir
Kompakt ancak son derece hassas
Hareketli parça yok – aşınma yok
Kendi kendini üretir – harici güç gerekmez
Neredeyse her amaca uygun çok çeşitli modeller mevcuttur
Çıkış sinyalinin entegrasyonu hız ve yer değiştirmeyi sağlar
Aşağıdaki tabloda piezoelektrik ivmeölçerlere kıyasla diğer yaygın titreşim sensörü türleri gösterilmektedir:
|Sensör Tipi||Avantaj||Dezavantaj|
|Piezorezistif


|Statik ivmeyi ölçer


|Direnç gürültüsü nedeniyle sınırlı çözünürlük


Sadece düşük ve orta frekanslar için
Gerekli besleme gerilimi
|Elektrodinamik


|Sadece düşük frekanslar için


Büyük hacimli
|Kapasitif


|Statik ivmeyi ölçer (eğim ölçümü için)


Yarı iletken teknolojisi ile ucuz üretim
|Sınırlı çözünürlük


Nispeten kırılgan
Sadece düşük frekanslar için