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Ein piezoelektrischer Beschleunigungssensor besteht aus Sensorgehäuse, piezoelektrischem Messelement sowie seismischer Masse. Ein Beschleunigungssensor kann nach verschiedenen Prinzipien aufgebaut werden. Populär sind das Kompressionsprinzip und das Scherprinzip. In beiden Fällen werden Sensorelemente zwischen der seismischen Masse und der Basis vorgespannt. Beim Kompressionsprinzip wird das Sensorelement bei Beschleunigung auf Kompression belastet, beim Scherprinzip erzeugen Scherkräfte die entsprechenden Sensorsignale. Weil diese seismische Masse konstant ist, entspricht die auf das Messelement wirkende Kraft nach dem zweiten newtonschen Gesetz (F = m•a) der Beschleunigung. Der Quarz gibt eine elektrische Ladung ab, die zur Kraft und damit zur Beschleunigung proportional ist. Ein piezoelektrischer Beschleunigungssensor ist in der Regel AC-gekoppelt und eignet sich nicht, um statische Beschleunigungen, etwa in einer Zentrifuge, zu messen. Kistler hat darum den K-Beam-Beschleunigungssensor mit einem kapazitiven Messelement aus Silizium entwickelt, um wirklich statische Beschleunigungen zu messen. Der Beschleunigungssensor nach dem Kompressionsprinzip hat sich dank Langzeitstabilität, geringer Masse, grosser Steifigkeit und damit hoher Eigenfrequenz ausgezeichnet. Trotzdem hat Kistler einen neuen Beschleunigungssensor entwickelt, der für den Schubeffekt Quarzmesselemente verwendet. Diese Elemente sind nur empfindlich auf Schubkraft, aber nicht auf normalen Druck auf ihre schubempfindlichen Achsen. Ausserdem gibt der Schubquarz eine doppelt so starke elektrische Ladung ab wie der Longitudinal- oder Kompressionsquarz. So lassen sich kleinere seismische Systeme und damit auch ein kleinerer und leichterer Beschleunigungssensor bauen. Auch bei diesem piezoelektrischen Beschleunigungssensor gibt das Messelement eine elektrische Ladung ab, die zur Kraft und damit zur Beschleunigung proportional ist. Typische Anwendungen für den Beschleunigungssensor:- Vibrationsüberwachung von rotierenden Maschinen wie Pumpen oder Turbinen
- Modalanalyse bei der Fahr- und Flugzeugentwicklung
- Schockmessung bei Crash-Versuchen
- seismische Messungen im Tunnelbau
- Werkzeugmaschinenüberwachung sowie allgemeine
Vibrationsmessung im Labor
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