Ausgangssignale von IEPE-Sensoren
Schwingungen können z. B. mit IEPE (Integrated Electronics Piezo Electric)-Sensoren aufgenommen werden. Der Vorteil dieser Technologie ist ein integrierter Verstärker als Impedanzwandler, so dass für das niederimpedante Ausgangssignal nur ein einfacher Zweidrahtanschluss (Koax) benötig wird. IEPE-Sensoren werden typischer Weise mit 2…20 mA Konstantstrom versorgt. Sie erzeugen im Ruhezustand eine konstante DC-Bias-Spannung (Nullspannung/Ubias) von typ. 7…14 V. Je nach Beschleunigung des Sensors wird auf dessen Ubias eine proportional zur Bewegung erzeugte analoge AC-Spannung aufaddiert, z. B. liefert eine Auslenkung mit der Amplitude 1 g (= 9,81 m/s2) mit 50 Hz Sinus bei einem Sensor mit der Empfindlichkeit 50 mV/g eine Ausgangsspannung von AC +/-50 mV mit 50 Hz Sinus + Ubias (Abb. Ausgangssignal eines IEPE-Sensors (Beispiel)). Das maximale Ausgangssignal eines Sensors beträgt üblicher Weise AC +/-5 V (+ Ubias).
Mit steigender Kabellänge steigt die Kabelkapazität (typ. 100 pF/m), wodurch mit steigender Signalfrequenz die Aussteuerfähigkeit des integrierten Verstärkers sinkt. Durch erhöhen des Versorgungsstromes kann dies teilweise kompensiert werden (Abb. Aussteuerbarkeit des IEPE-Impedanzwandlers in Abhängigkeit von Kabelkapazität und Speisestrom).
Die grundlegenden Eigenschaften von IEPE-Beschleunigungssensoren werden durch verschiedene Angaben gekennzeichnet wie Empfindlichkeit (z. B. 50 mV/g), Messbereich (z. B. +/-100 g), +/-3 dB Frequenzbereich (unter 1 Hz bis mehreren kHz), Stromaufnahme (2…20 mA), Biasspannung etc. Im Abb. Frequenzgang eines Beschleunigungssensors ist der beispielhafte Frequenzgang dargestellt (Amplitude des Ausgangssignals bezogen auf die Frequenz).
Weitere herstellergeschützte Bezeichnungen für dieses elektrische Verfahren sind z. B. DeltaTron®, Isotron™, ICP™, Piezotron™ oder CCLD.
Hinweis: Im Kern bestehen IEPE-Sensoren meist aus Quarzkristallen, die durch die Bewegung kleinste Ladungsverschiebungen erfahren. Um diese zu messen bzw. über mehrere Meter Entfernung zu transportieren sind aufwendige Kabelinstallationen und Messgeräte zur Ladungsverstärkung nötig. Für den preiswerten und robusten Einsatz im industriellen Umfeld wird deshalb ein einfacher Ladungsverstärker als Impedanzwandler bereits in den Sensor integriert. Dadurch ist er in der Lage das o.g. Spannungssignal zu erzeugen und die Schwingungsinformation auch über größere Entfernung (einige 10 m) zu transportieren.