Aufbau und Verwendung von piezoelektrischenBeschleunigungssensoren

Beschleunigung messen

Obwohl sich die Kompressionsbauartmit einem Quarzmesselement für den Longitudinalschnitt durch Langzeit- stabilität, geringe Masse, hohe Steifig- keit und somit hohe Eigenfrequenz auszeichnet, hat Kistler neue Beschleu- nigungssensoren eingeführt, bei denen Quarzmesselemente für den Schubeffekt verwendet werden. Solche Elemente sind nur auf Schubkräfte, nicht aber auf Druckkräfte normal zu ihrer schubempfindlichen Achse empfindlich. Zusätzlich gibt der Schubquarz doppelt so viel elektrische Ladung wie der Longitudinal- oder Kompressionsquarz ab. Dadurch lassen sich kleinere seismische Systeme und somit kleinere und leichtere Sensoren herstellen. Wie bei der Kompressions- bauart ist die auf das Schub-Messele- ment wirkende Kraft gemäss dem zweiten Newtonschen Gesetz F = m·a proportional zur Beschleunigung. Das piezoelektrische Element gibt eine der Kraft und somit der Beschleunigung proportionale elektrische Ladung ab. Piezoelektrische Beschleunigungs- sensoren bestehen im Wesentlichen aus drei Elementen: dem Sensorge- häuse, dem piezoelektrischen Mess- element und der seismischen Masse. Anfänglich waren alle piezoelektrischen Beschleunigungssensoren von Kistler nach dem Kompressionsprinzip gebaut, bei dem das Quarzmesselement für den Longitudinalschnitt zwischen der Basis und der seismischen Masse vorgespannt ist. Da die seismische Masse konstant ist, entspricht – gemäss dem zweiten Newtonschen Gesetz F = m·a – die auf das Messelement wirkende Kraft der Beschleunigung. Das piezoelektrische Element gibt eine der Kraft und somit der Beschleunigung proportionale elektrische Ladung ab. Piezoelektrische Beschleunigungs- sensoren sind grundsätzlich AC-gekop- pelt und daher zum Messen statischer Beschleunigung wie z. B. in einer Zentrifuge nicht geeignet. Zum Messen echt statischer Beschleunigung be- ziehen Sie sich bitte auf die Kistler K-Beam-Beschleunigungssensoren mit einem kapazitiven Messelement aus Silizium. 6www.kistler.com