沖擊測試傳感器的進步及經(jīng)驗教訓（下）
2025-01-10
上一期我們和您探討了多模阻尼的好處，本期將和您繼續(xù)分享ESD（靜電釋放）保護的重要性和運動誘導電纜噪音的影響。
教訓 2：ESD（靜電釋放）保護的重要性
另一個較少得到理解的潛在加速度計失效模式就是傳感器暴露于靜電電荷，有時甚至人體積累的靜電量都可以損壞加速度計。壓阻傳感器尤其容易被靜電釋放損壞，因此當檢查、安裝和故障診斷加速度計時要特別注意ESD防護。ESD破壞經(jīng)常是導致零點輸出（ZMO）大幅漂移，或者在極端情況下造成惠斯通電橋一條腿開路。
為了最小化現(xiàn)場發(fā)生的ESD損壞，新型的Endevco傳感器在同一個電路板上增加了一個四路二極管到傳感器內。二極管連接到電路的所有四個信號通路（+EXC、-EXC、+OUT和-OUT），所以一個突發(fā)的ESD尖峰可以通過二極管被分流。此設計提升ESD防護水平，按照美軍標MIL-STD-1686C章節(jié)5.2的規(guī)定從Class 1A（不高于500V）提升到Class 3B（不高于8000V），顯著減少了由于ESD造成的傳感器失效。
教訓 3：運動誘導電纜噪音的影響
另一個在你的測量鏈中的重要因素就是連接加速度計到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的電纜。幾乎所有的電纜都會由于運動產生一些輸出。電纜的運動可能產生在電纜的不同元件間的靜電累積，因而導致的加速度計輸出稱為摩擦生電噪音。在一些應用中，即使已經(jīng)小心固定電纜，電纜也可能受到撞擊或者沖擊。這種可能性在高沖擊和動態(tài)環(huán)境中會放大，這類測試易于強行移動儀表布線。
位于加州爾灣的Endevco設計中心開發(fā)了一種試驗方法以定量測量電纜摩擦生電噪聲。在本測試中，我們比較我們的老式電纜和改進后的新電纜的數(shù)據(jù)。把一根長加速度計電纜卷曲固定在在一個平臺上，電纜的一端連接到一個等效惠斯通電橋上。等效惠斯通電橋的作用是給電纜的一端增加阻性負載，模擬一個可以用激勵電壓供電的傳感器。等效電橋包括四個靜態(tài)電阻，這些電阻對加速度無響應。電橋用Endevco 136信號調理器供電（注：136已經(jīng)停產，此型號升級為482C27(4通道調理器)）。測試條件是等效電橋橋路負載3000歐姆，5V直流激勵，調理器60倍增益。以1500g加速度沖擊電纜，然后記錄橋路輸出。我們可以測量到對應于沖擊事件的輸出峰值，以評估噪聲易感性。
圖一：實驗臺
圖二：老式7284電纜測試結論：
沖擊事件后0.2ms產生電纜噪聲
電纜噪聲信號存留額外幾個毫秒后逐漸消失
峰值輸出（185最大/-152最小）mV
圖三：新型7284A電纜測試結論：
沖擊時間中幾乎沒有看到明顯的噪聲信號
峰值輸出（9最大/-10最小）mV
電纜噪聲測試結論：
通過電纜結構的改進有效抑制了電纜噪聲信號。7284A電纜利用了一層浮態(tài)石墨涂層覆蓋在每根導體上來驅散電荷。這種緩和電荷累積的方法意味著電纜大大減少了由于電纜運動傳遞虛假信號的可能。
一方面低噪聲電纜能夠大大減緩系統(tǒng)中的噪聲信號，但是也并非一勞永逸。正確的布線實踐仍然對最小化噪聲信號極為重要：
把電纜固定到一個堅固靜止的結構上以最小化電纜移動
在緊鄰加速度計接頭處留出1-2英寸的松散/松弛的電纜
避免把電纜打圈或者堆疊
總結
對于工程師和研究人員來說，沖擊測試一直是最挑戰(zhàn)的測試之一。按照常規(guī)特性參數(shù)，例如帶寬、靈敏度和線性度，去選擇一個沖擊傳感器已經(jīng)不夠；本文中我們已經(jīng)闡明合適的內部阻尼，抵抗ESD的能力，以及低運動導致的噪聲信號都對沖擊測試質量有影響，最終影響測試的高精確性。
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