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 измерения физической величины (размерность: для датчика ускорения [м/с²], для силы [Н], и т.д.)
• Коэффициент передачи (с размерностью, например, для датчика ускорения [В/(м/с²)], 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/с²)] - для датчика ускорения) и максимальное физическое воздействие на датчик (например, максимальное измеряемое ускорение [В/(м/с²)] - для датчика ускорения). 

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

Литература:

• Signal Conditioning Basics for ICP^® & Charge Output Sensors
• Производители датчиков  (раздел сайта)

---

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

Модуль АЦП для ICP датчиков
8 каналов, 24 бит, 78 кГц

LTR25

Разрядность: 24 бит

Частота преобразования до 192 кГц на канал

Каналов: 4/8 дифференциальных, 1 8-битный цифровой

Диапазоны: ±1 В, ±10 В (для 35-1), от -2 до +20 В (для 35-2)

Модуль ЦАП
8 каналов, 24 бит, до 192 кГц на канал

LTR35