Что такое icp датчик

Термин: Датчик ICP

ICP® датчик – это пьезоэлектрический датчик с внутренним предусилителем заряда.

ICP® – торговая марка компании PCB Piezotronics – это одно из названий технологии IEPE (Integrated Electronic Piezoelectric), по которой производятся датчики вибрации, удара, тензодатчики, микрофоны, датчики силы и датчики давления. Существуют и другие торговые марки датчиков, устроенных по аналогичному принципу: CCLD, Isotron ® , Deltatron ® , Piezotron ® . Также, по аналоговому каналу эти технологии совместимы с 2-проводными TEDS-датчиками с встроенными предусилителями, согласно стандарту IEEE 1451.4 (Class 1 MMI).

ICP-датчик подключается по двухпроводной схеме. Питание датчика должно происходить от внешнего источника постоянного тока (до 20 мА), а выходной сигнал ICP-датчика – это переменная составляющая напряжения на выходе ICP-датчика с максимальным амплитудным значением порядка 8 В. Важно то, что ICP-датчик своей электроникой всегда поддерживает уровень постоянной составляющей напряжения сигнала на выходе (напряжение смещения) порядка 10 В (например, в случае амплитуды переменной составляющей 8 В мгновенное напряжение может меняться в границах (10 ± 8) В).

Правильность подключения ICP датчика можно проконтролировать, например, непосредственным измерением напряжения смещения вольтметром постоянного тока. Типичный паспортный диапазон значений напряжения смещения составляет от 8 до 12 В (но рекомендуется сверить измеренное значение с паспортными данными на конкретный датчик). У классического ICP-датчика напряжение смещения, определяющее «рабочую точку» ICP-датчика, не несёт информацию об измеряемом сигнале, а несёт информацию об исправности датчика и исправности линий, которыми он подключен.

ICP-датчик является относительно низкоомным источником переменного напряжения сигнала, его выходное сопротивление типично составляет около 100 Ом. Со стороны приёмника сигнала ICP-датчик запитывается от высокоомного источника постоянного тока. Отсутствие низкоомной нагрузки со стороны приёмника обеспечивает независимость от сопротивления проводов результата измерений переменной (информационной) составляющей сигнала. Постоянное напряжение смещения, вызванное протеканием постоянного тока питания через сопротивления проводов, не влияет на переменную составляющую измеряемого напряжения сигнала.

Особая экономическая выгода и простота использования ICP-датчика при построении измерительного тракта достигается при совместном использовании с модулем АЦП со специализированными под ICP-датчик входами, например, совместно с LTR24-2, LTR25, поскольку не требуется каких-либо дополнительных устройств: эти специализированные АЦП полностью обеспечивают все необходимые электрические условия работы ICP-датчика.

Но ICP-датчики можно подключить и к АЦП общего применения с высокоомным входом (например, LTR22, LTR24-1) с применением специального устройства согласования (стабилизатор тока и RC-цепь в экранированной конструкции) с внешним источником питания. Однако, подобное устройство согласования не обеспечивает совместимость с АЦП с входным коммутатором каналов в многоканальном режиме.

По своей конструкции ICP-датчик может быть изолированным или неизолированным. Изолированный ICP-датчик, как правило, имеет два изолированных от корпуса выхода A (+) и B (-), и корпус датчика непосредственно привинчивается к объекту измерения. Неизолированный ICP-датчик, как правило, имеет коаксиальный выход, экран которого связан с корпусом датчика.

При выборе ICP-датчика основными характеристиками являются:

• Диапазон измеренияфизической величины (размерность: для датчика ускорения [м/с 2 ], для силы [Н], и т.д.) (с размерностью, например, для датчика ускорения [В/(м/с 2 )], для датчика силы [В/Н], и т.д.).
• Чувствительность датчика – это величина, обратная коэффициенту передачи.
• Полоса частот пропускания [Гц .. Гц].

Поскольку цепь питания ICP-датчика – токовая, то значением переменной составляющей тока питания I_P(t) [A] ограничена максимальная скорость изменения напряжения dU(t)/dt [В/c] при данной ёмкости кабеля C [Ф], поскольку для любой ёмкости справедливо уравнение:
dU(t) / dt = I_P(t) / C.

Таким образом, чем больше ток питания ICP-датчика, тем большую длину кабеля можно обеспечить при заданной верхней границе полосы частот пропускания и при том же уровне выходного сигнала датчика. Заметим сразу, что удвоение значения тока питания датчика можно достичь путём параллельного соединения ICP-входов некоторых АЦП, например, LTR24-2, LTR25.

Ограничение верхней частоты F_в [Гц] полосы пропускания реального ICP-датчика (вследствие влияния ёмкости кабеля и тока питания) можно оценить по формуле:
F_в= I_P / (π*U_m*C),
где π=3,14; U_m– амплитудное значение напряжения на выходе ICP-датчика [В]; I_P – амплитудное значение переменной составляющей тока через датчик; C – ёмкость кабеля [Ф].

При этом, при разряде ёмкости С через датчик амплитудное значение переменной составляющей тока датчика равно
I_P = 0,5 * U_m/R ,
где R – выходное сопротивление датчика,
а при заряде ёмкости С током I_ICP, ответвляемым от источника постоянного тока ICP, амплитудное значение переменной составляющей тока
I_P < 0,5 (I_ICP — I₀),
где I₀ – это собственный статический ток потребления ICP-датчика (типично 10 -3 А).

Это означает, что даже при низкоомном ICP-датчике (R мало) амплитудное значение переменной составляющей тока датчика I_P не может превысить значение
0,5 (I_ICP — I₀)_. Если же R не мало, то амплитудное значение переменной составляющей тока датчика I_P будет также ограничено величиной 0,5 * U_m/R.

Ёмкость кабеля можно вычислить, зная погонную ёмкость кабеля [Ф/м] и фактическую длину кабеля. Амплитудное значение напряжения можно оценить, зная коэффициент передачи датчика (например, [В/(м/с 2 )] — для датчика ускорения) и максимальное физическое воздействие на датчик (например, максимальное измеряемое ускорение [В/(м/с 2 )] — для датчика ускорения).

Развитием технологии IEPE или ICP является технология датчиков TEDS (IEEE 1451.4 Class 1 two-wire).

Перейти к другим терминам	Cтатья создана:	05.07.2014
О разделе «Терминология»	Последняя редакция:	11.12.2020

Использование термина

Термин используется при описании совместимого с технологией IEPE оборудования, например, при описании совместимости с ней входов модулей АЦП LTR24-2 и LTR25, а также при описании функции эквивалента ICP-датчика модуля LTR35 производства OOO «Л Кард»:

Разрядность: 24 бита
Частота преобразования до 117 кГц на канал
Каналов: 4 дифференциальных + 4 для ICP-датчиков или тензорезисторов
Диапазоны: ±2 В…±10 В

Модуль АЦП универсальный
4 канала, 24 бит, 117 кГц

LTR24

Разрядность: 24 бита
Частота преобразования до 78 кГц на канал
Каналов: 8 для ICP-датчиков
Питание датчиков: источник тока 2,86 / 10 мА

Что такое icp датчик

Доброго дня! Занимаюсь разработкой ICP датчика. Начитался умных книг, а в голове остались вопросы. Как я понимаю ICP датчик содержит чувствительный элемент, предусилитель заряда (должен содержать его или нет?), ну и сама схемотехника ICP (что бы по одному проводу сигнал и питание).
Схему прилагаю. На схеме первый каскад зарядовый усилитель, вторая ICP. Что скажете по работе схемы. И обязательно ли зарядовый усилитель ставить первым каскадом, либо его можно исключить?

Пасиба

ICP технология

Технология ICP (Integrated Circuit-Piezoelectric) была разработана компанией PCB Piezotronics в соответствии со стандартом IEPE и используется для производства датчиков вибрации, удара, тензодатчиков, датчиков силы и датчиков давления. Аналогичнаые технологии по изготовлению датчиков — CCLD, DeltaTron и ISOTRON.

Что такое ICP датчик

ICP датчик — устройство, используемое для измерения динамического давления, силы, деформации или ускорения. Датчик состоит из чувствительного элемента, выполненного из пьезоэлектрического материала, который преобразует механическую нагрузку в электрический сигнал, а также из микросхемы, используемой для усиления сигнала и его передачи на внешние устройства. Поскольку пьезоэлементы генерируют электрический сигнал лишь под действием динамических сил, акселерометры не могут измерять механические колебания с доходящими до 0 Гц частотами. Используемый предусилитель определяет скорость утечки генерируемого пьезоэлементами акселерометра электрического сигнала.

Питание встроенного предусилителя заряда осуществляется по двупроводной схеме.

• широкий частотный диапазон
• линейная амплитудная характеристика в широком динамическом диапазоне
• возможность при использовании интеграторов, включенных на выход акселерометра, получить сигнал, пропорциональный виброскорости и виброперемещению. Применение электронного интегратора идентично включению фильтров нижних частот, обуславливающего ослабление высокочастотных составляющих вибрации
• способность работать в тяжелых окружающих условиях (температура, влажность, радиация и магнитные поля)
• высокая механическая надежность и долговечность за счет того, что в датчике отсутствуют движущиеся части
• высокая вибро- и ударопрочность
• отсутствует необходимость источника питания, т.к. ICP датчик является датчиком генераторного типа
• малогабаритная конструкция и большое значение отношения чувствительности к собственной массе

Подключение

Все ICP датчики для своей корректной работы требуют источника питания постоянного тока. Типовая система подключения включает в себя ICP датчик, двухпроводный кабель и источник питания постоянного тока, как показано на рис.1

Рис.1 Типовая схема подключения ICP датчиков.

1 — от 18 до 30 В постоянного тока; 2 — источник тока; 3 — разделительный конденсатор (типовое значение 22 мкФ, >35 В постоянного тока); 4 — сопротивление фильтра; 5 — измерительный прибор; 6 — 2-контактный соединитель; 7 — усилитель; 8 — пьезоэлектрический кристалл; 9 — клетка Фарадея; 10 — датчик корпуса.

Преобразователь сигналов состоит из стабилизированного источника питания с напряжением 18…30 В постоянного тока (батарейного или сетевого), источника тока (или эквивалентной схемы постоянного тока), и конденсатора для развязки сигнала.

Упомянутый прибор стабилизации тока используется вместо резистора по нескольким причинам. Очень высокое динамическое сопротивления источника тока дает коэффициент усиления истокового повторителя, который очень близок к единице и не зависит от входного напряжения. Кроме того, источник тока можно заменить для обеспечения больших значений тока при подключении постоянного тока, как показывается на рис.2 (Корректная ориентация источника тока в схеме имеет решающее значение для должной работы). За исключением специальных моделей, стандартные ICP датчики для должной работы требуют минимум 2 мА.

Рис. 2 Источник постоянного тока

1 — физическая конфигурация; 2 — направление протекания постоянного тока; 3 — эквивалентная электрическая схема.

Типовое предельное значение для источника тока такого типа составляет максимум 4 мА; однако несколько источников тока можно включить параллельно для больших уровней тока. Все преобразователи сигналов с сетевым питанием должны вместо источников тока использовать схемы постоянного тока (ток до 20 мА), особенно при использовании протяженных кабелей.

Развязка сигнала данных осуществляется в выходном каскаде преобразователя сигналов. Конденсатор емкостью от 10 до 30 мкФ совместно с резистором сдвигают уровень сигнала удаления напряжения смещения датчика. Результатом является работа в режиме переменного тока без дрейфа.

Пьезоэлектрические акселерометры

РСВ Piezotronics предлагает широкий выбор акселерометров, используемых для всевозможных задач — от обычных измерений до специ­альных испытаний. Не важно, является ли это испытанием качества или постоянный мониторинг двигателя летательного аппарата, мы можем предоставить датчики, как серийные, так и спроектирован­ные по отдельным заказам для специфической области применения.

Что такое датчики ICP?

Датчики на основе пьезоэлектрических интегральных микросхем (ICP) содержат встроенные микроэлектронные схемы форми­рования сигнала — но все же работают по двухпроводной системе. Такие схемы требуют постоянного питания током возбуждения и превращают высокоомный сигнал заряда, генерируемый в пьезоэлектрическом кристалле, в низкоомный сигнал напряжения, который легко использовать для передачи и анализа. С датчиками ICP можно использовать недорогие коаксиальные или двух­проводные кабели. Точность сигнала относительно не подвержена загрязнению или влажности. Датчики ICP могут работать в грязных условиях промышленного производства или в жидкостях.

Как правило, датчики ICP обладают более высокой эффективностью и легче в использовании, чем пьезоэлектрические датчики с зарядовым выходом; однако их диапазон рабочих температур ограничен рамками надежности работы встроенных микроэлект­ронных схем.