压电传感器的诊断制造技术

一种用于测试压电传感器（１０）的诊断设备包括配置用于以两个或更多个不同的频率向所述压电传感器（１０）施加ＡＣ信号的ＡＣ源（３２）。可以测量（４８）所述压电传感器（１０）的响应，并用于诊断（５２）。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于对运动或振动进行传感的类型的压电传感器。更具体地，本专利技术涉及这种压电传感器的诊断。
技术介绍
在许多应用中，压电传感器用于传感运动或振动。压电传感器包括典型地与产生机械运动的物体机械连接的压电晶体。这产生了对晶体的机械输入，该机械输入导致了在晶体两端产生的电信号。通过测量此电信号，能够进行与施加到晶体上的机械输入相关的确定。对压电传感器的一种应用在于涡旋流量计。涡旋流量计能够通过监控当液体流过非流线型旋涡发生体时由非流线型旋涡发生体所产生的振动来测量气体或液体(称为“过程流体”)的流量。该压电传感器与非流线型旋涡发生体进行机械连接，并且产生与非流线型旋涡发生体中振动的幅度和频率有关的电输出。该电输出可以与气体或液体流过非流线型旋涡发生体的速率相关。这种涡旋流量计用在其中想要监控过程流体的流速的工业过程中。压电传感器的故障或老化可能会引起由传感器获得的测量的不精确。如果仍然使用完全或部分故障的传感器，由该传感器产生的测量将是错误的。为了确保传感器还没有出现故障，需要周期性地测试该传感器。即使在清楚测量是错误的情况下，仍然需要对传感器和测量电子器件进行测试，以确定错误的根源。这种测试典型地需要将压电传感器带到实验室或者放置在某类测试固定设备中。这将是费时的。在其中涡旋流量计位于远程位置的工业过程环境中，测试需要暂时关闭该过程，而且测试程序可能是非常麻烦的。
技术实现思路
一种用于测试压电传感器的诊断设备包括交流(AC)源，配置用于以两个或更多不同的频率向所述压电传感器施加AC信号。与所述压电传感器相连的测量电路测量所述传感器对所施加的AC信号的响应，并提供与所述压电传感器的传感器电阻和传感器电容相关的测量输出。诊断电路提供作为所述测量输出的函数的诊断输出。附图说明图1示出了压电传感器的等效电路。图2是示出了用在压电传感器的测试中的测试电路的简化示意图。图3是其中测试电容为220pf的图2所示的电路的电压比对频率的曲线图。图4是其中测试电容为220pf的图2所示的电路的计算电容对实际电容的曲线图。图5是其中测试电容为220pf的图2所示的电路的计算电阻对实际电阻的曲线图。图6是其中测试电容为100pf的图2所示的电路的电压比对频率的曲线图。图7是其中测试电容为100pf的图2所示的电路的计算电容对实际电容的曲线图。图8是其中测试电容为100pf的图2所示的电路的计算电阻对实际电阻的曲线图。图9是示出了包括压电传感器和依照本专利技术的诊断电路在内的涡旋流量计的简化示意图。具体实施例方式图1是压电传感器10的等效电路的简化示意图。可以将传感器10建模为与串联电容CS14相连的电压源ES12，然后与漏电阻RL16并联。传感器提供传感器输出18。本专利技术通过测量传感器的电容CS和/或电阻RL提供了与传感器10的操作有关的诊断信息。典型地，处于良好工作状态的传感器具有非常高的漏电阻RL和处于正常操作参数内的串联电容CS。在一个方面中，本专利技术向传感器10施加AC信号，以便测量CS和/或RL的值。图2依照本专利技术的一个示例实施例，示出了用在测试压电传感器10中的简化测试电路30。在图2中，并未示出传感器10的等效电路的信号源12部分。电路30包括信号发生器32，配置用于向压电传感器10施加AC测试信号。此信号可以是具有从任何适当的源产生的时变成分的任何信号。将信号发生器32的输出电阻建模为电阻R034。将测试电容Ct36串联在源32与压电传感器10之间。源32和传感器10与“电接地”40相连。将用于连接压电传感器10的电缆建模为电缆电容CC42和电缆漏电阻RC44。从压电传感器10的两端取出响应信号输出46并施加到测量电路48。电路48可以包括隔离放大、预处理、补偿、数字化和其他类型的电路。在一些实施例中，测量电路48可以包括到诊断电路52的直接连接。诊断电路52接收来自电路48的测量输出信号50，并响应地提供与传感器10的状况有关的诊断输出54。电路52可以包括简单的阈值比较电路或者包括信号处理电路的更为复杂的电路。在操作中，电路30可以通过利用源32施加AC信号并监控响应信号输出46来提供与传感器10的操作有关的诊断信息。例如，如果以两个不同的频率施加来自源32的信号，则可以计算RL和CS的值。如果传感器10的电容太小，它将表现为开路。应当注意的是，如果在电缆和传感器10之间发生开路，任何敷设电缆的电缆电容CC可能会使该测量不清楚。但是，如果在电子器件(在图2中未示出)与用于连接传感器10的敷设电缆之间出现开路，则可以检测到开路。针对短路，漏电阻RL表现为零，而且如果不存在短路，将表现为实际传感器漏电阻。应当注意的是，测量的电阻受到敷设电缆漏电阻RC的影响。利用数学关系，可以确定漏电阻RL和传感器电容CS的实际值。但是，通过监控输出46，而无需求解以下的数学公式，可以简单地对传感器10进行诊断。在以下的等式中，忽略了信号发生器32的输出电阻R0。如果R0足够小，这不会引起任何重大的误差。以下的曲线图描述了只对于CS的非常低的漏电阻以及对于R1和RC的非常高的漏电阻才引入了这种误差。CS可以利用等式1确定，而1/RL可以利用等式2确定，如下cs=ct[1-ω22/ω12·er12/er221-ω22/ω12[1/er1]-1]]]>等式11/RL=ω2·Ct/er1er12/er22-11-ω22/ω12]]>等式2其中ω1和ω2是来自信号发生器32的两个不同信号的频率，而er1和er2是在相应的两个测试频率上，输出46处的输出电压与信号发生器32两端的输入电压的比。图3是示出了在Ct为220pf的情况下，针对CS和RL的各个值，输出与输入的比(er)对频率的曲线图。图4和图5是在两个测试频率为100和1000Hz的情况下，分别示出了计算电容和计算电阻对RL的各个值的实际电容的曲线图。图6、7和8是分别类似于图3、4和5的曲线图，除了使用100pf的测试电容以外。从这些图中可以看到，当使用较低的测试电容值时，测试值的误差略微减小。在图3～8所示的曲线图中，包括了信号发生器输出电阻R0(例如，具有13800欧姆的最大值)。对于一些类型的信号发生器，此电阻是根据输出电压电平可变的。当此电阻为零时，上述等式是精确的。图9是示出了在过程控制或监控系统中所使用类型的涡旋流量计70的简化方框图。涡旋流量计70包括与非流线型旋涡发生体72机械连接的压电传感器10。将非流线型旋涡发生体72放置在导管或管道74中。通过非流线型旋涡发生体72的过程流体的流量76(Q)引起了在非流线型旋涡发生体72附近形成了涡流78。这导致了非流线型旋涡发生体72的振动，该振动被传送到压电传感器10。如上所述，传感器10作为响应，创建电信号。由通过开关82与传感器10相连的差分放大器80对此信号进行放大。由模数转换器82对来自差分放大器80的输出进行数字化，并提本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于测试压电传感器的诊断设备，包括：　　　　ＡＣ源，配置用于以至少两个不同的频率向所述压电传感器施加ＡＣ信号；　　　　与所述压电传感器相连的测量电路，配置用于测量所述传感器对所施加的ＡＣ信号的响应，并作为响应，提供所述压电传感器的测量输出电容；以及　　　　诊断电路，具有作为测量输出的函数的诊断输出。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：洛厄尔A克莱文，
申请(专利权)人：罗斯蒙德公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]