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FBA-31新型力平衡加速度传感器

产品型号:FBA-31 产品品牌:DH 产品资料: 产品概要:一、研制背景 力平衡加速度传感器是强震观测、地震监测以及航空和军事工业必不可少的仪器,其研制和不断改进具有重要意义。力平衡加速度传感器在国外已经成功应用 30 多年了,但是由于电子器件的迅速发展,性能不断改进,力平衡加速度传感器也在不断更新。我
商品介绍
  
一、研制背景
力平衡加速度传感器是强震观测、地震监测以及航空和军事工业必不可少的仪器,其研制和不断改进具有重要意义。力平衡加速度传感器在国外已经成功应用30多年了,但是由于电子器件的迅速发展,性能不断改进,力平衡加速度传感器也在不断更新。我国从“六五”计划就开始仿制,直到“八五”期间获得了较为实用的产品。由于力平衡加速度传感器技术含量高、工艺复杂,掌握其设计方法和生产工艺的人数甚少。在国内除我公司以外,还有港震公司、哈工大以及电子部26所可以小批量生产,并且后两家以研制石英挠性力平衡加速度传感器为主。在国外,美国KMIGeoTech、日本Akashi以及瑞士GeoSig等公司生产,并且前三家的产品性能最好、耐久可靠,国际同行普遍认可,但是价格很高,一般为国产品的35倍,并且维修和配件供应花费也很大。
随着我国经济实力的迅速增长,防震减灾意识越来越浓。国务院在〔200425号文件中指出:防震减灾是国家公共安全的重要组成部分,事关人民群众生命财产安全和经济社会可持续发展。并提出如下奋斗目标:到2020年,我国基本具备综合抗御6级左右、相当于各地区地震基本烈度的地震的能力,大中城市、经济发达地区的防震减灾能力力争达到中等发达国家水平。目前的水平距上述目标还有很大差距,但是由于经济能力的迅速提高和减灾意识的强化,今后20年内地震监测和强震观测设施会有跨越式发展,“十五”计划的落实情况和“十一五”计划的初步意向就是佐证。
作为从事结构防震减震领域的的高新技术科技公司,积极参与防震减灾远期目标的实现责无旁贷。据测算,实现上述目标,未来20年内我国平均每年有5001200台三分量的市场需求(除地震系统外,尚有核电、水电、桥梁、能源系统等需求)。如果全部依靠进口,将损失大量外汇。而依靠国内现有力量制造的传感器,还不能为许多用户接受。
保持力平衡传感器技术的不断更新,确保其具有旺盛的生命力,在性能上赶超国际先进水平,这是我国防震减灾事业发展的需要。
鉴于以上原因,我课题组陆续购买了美国KMIGeoTech和日本Akashi的力平衡加速度传感器,并于国产品一道进行横向对比,还组织专门力量对仪器性能优劣的原因进行理论探讨。当理论上和生产工艺上彻底消化进口品以后,开始取长补短设计自己的产品。比如采用KMI的稳定电路设计优点;吸收了GeoTech交流方波调制抑制零漂技术;独创了外六角调零技术(操作容易、避免损伤簧片);在电极板制作上,克服了铁磁性杂质的影响等。采取上述措施 以后研制出的力平衡加速度传感器具有如下特点:
1.零漂更小,耐久稳定,避免了误触发,也减少了校正工作量;
2.电路更加稳定可靠,减少维护工作量;
3.调零更加方便,并且不易损伤簧片;
4.频响好,且可根据需要灵活选择。
二、基本原理
新研制的力平衡加速度传感器型号暂定为:FBA-31
一般来说,FBA-31力平衡加速度器不需要维护,但在使用和运输过程中应避免遭受剧烈的冲击(比如10g以上的加速度)。加速度计的直流漂移由动片处于两定片之间的相对位置决定,通过一个六角扳手可以方便地调整动片的位置,而不用担心损伤簧片。
三、FBA-31力平衡加速度传感器设计方法
FBA-31力平衡加速度传感器考虑到工作的环境和现场的各种情况以及电路工作的稳定性,在电路设计和机械结构设计上做了大量工作,主要包括以下几方面:
电路设计上考虑到系统工作的稳定性和信号测量的精度以及系统抗干扰性能、噪声指标、动态范围,电路板采用多层板设计,元器件高精密度贴片封装的电阻器、电容器,选用高精度、低功耗、低漂移、动态范围大的运算放大器。
信号是通过屏蔽线送出,使信号输出相互干扰达到最低。
机电设计上采用了隔离技术,电、磁干扰的屏蔽技术,把外界干扰降到最低。
内部电源连接线与信号连接线采用高温低阻导线,提高传感器性能,从而提高传感器的可靠性。
传感器插头选用19芯军用密封防水航空插头,提高传感器使用的可靠性。
传感器外壳采用高强度铝材设计,考虑抗震要求,达到精密仪器设计要求,运输冲击加速度强度达10g
、详细技术指标
FBA-31三分量力平衡加速度传感器详细技术指标如下:
1、测量范围:±2.0g;
2、灵敏度: ±2.5V/g、单端对地输出;
±100.0V/g单端对地输出;
3、频响范围:DC-120Hz(-1dB);
4、迟滞:0.05%FS;
5、交叉干扰:1‰ g/g;
6、线性度:0.5%;
7、噪声均方根值:0.5× 10-6gn(典型值);
8、动态范围:126dB;
9、阻 尼 常 数:0.7;
10、自振频率:100Hz;
11、横向灵敏度比:1%(包括角偏差);
12、零位漂移:100μgn/℃(典型值);
13、输出电阻 5Ω;
14、存储温度:-40℃~+70℃;
15、存储相对湿度:0-95%;
16、运行存储温度:-25℃~+65℃;
17、运行环境湿度:0-90%;
18、电源:±12V-±15V@30.0mFBA-31(三分量)、FBA-11(单分量)。

       与动圈或压电传感器相比,力平衡加速度传感器具有精度高、低噪声、低功耗、动态范围大、低频性能好等优点,近年来在地震、建筑、宇航、工业、交通和航海等领域的低频振动测量中应用广泛。
FBA-31力平衡传感器的敏感元件是一个附加在可动质量上的可变电容器,可动质量通过两个对称的簧片与仪器支架相连,可动质量与簧片构成一个典型的弹簧--振子系统。可动质量上有一个双面开口环状电极(动片),动片的上下各有一个与其平行的、相同形状的固定极板(定片),这三个极板构成了传感器的敏感元件可变电容。可动质量的下面连着一个施加平衡力的线圈,线圈正好落在一个环形磁隙中,磁隙的磁场由新型强磁材料钕铁硼永磁铁提供。当被测物体运动时,电容器的动片和定片之间产生相对位移,该相对位移经电路变成电压信号,被放大后经由反馈电路以电流形式送给可动质量上的线圈,通电线圈与永磁场的相互作用产生一个与被测加速度施加给可动质量的大小相等、方向相反的安培力,这就是“力平衡”的来历。加速度计的输出电压与反馈电流成比例,自然就与被测加速度成比例。
 

 、业务范围

强震观测   大型振动台实验    结构模态测试    高速铁路振动测试    大坝地震监测   核电站地震监测    结构健康诊断   桥梁动力监测    隧道振动监测   土木工程专业教学

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