IEPE

steht für:Integrated Electronics Piezo-Electric

Piezoelektrische Sensoren ohne integrierte Verstäker liefern einen Ladungsausgang (piezoelektrischer Effekt). Bei der elektrischen Verarbeitung der Ladung kann es zu Fehlern durch Feuchte, Kabelbewegungen (Triboelektrisches Rauschen) und Änderung der Leitungslängen kommen. Um das Problem zu lösen werden Verstärker eingebaut (FET - Field Effect Transistor). Man erhält ein Signal das unabhängig von der Kabellänge und einfach zu handhaben ist. Piezoelektrische Sensoren mit eingebauter Elektronik nennt man IEPE-Sensoren. IEPE hat sich zu einem industrieweiten Standard entwickelt.

Es gibt verschiedene Bezeichnungen für diesen Standard:

Hersteller  Name           Beschreibung

alle        IEPE          Integrated Electronics Piezo-Electric
B&K         DeltaTron®
Dytran      LIVM®         Low Impedance Voltage Mode
Endevco     Isotron®
Kistler     Piezotron®    Piezoelectric Electronics
PCB         ICP®          Integrated Circuit Piezoelectric

Vorteil: Einfache Handhabung, beliebige Kabellängen
Nachteil: Temperatur eingeschränkt durch Halbleiterverstärker (maximal 150°C bis 200°C)

Funktionsweise:

Werden bestimmte Quarze mechanisch belastet wird ein Ladungsverteilung dq erzeugt:. Diese Ladung sammelt sich in der Kristall-Kapazität C₁ und liefert eine Ausgangsspannung von:

dV = dq / C₁.

Damit dieses sehr hochohmige Ladungssignal über längere Kabel störungsfrei übertragen werden kann, wandelt der im Sensor integrierte Verstärker es unmittelbar am Ort der Entstehung in ein niederohmiges Spannungssignal um. Betrieben wird der Sensor über eine einfache zweiadrige Leitung: Eine externe Konstantstromquelle (üblich sind 2 mA bis 20 mA bei 18 V bis 30 V Speisespannung) speist den Verstärker, während sich das eigentliche Messsignal der Ausgangsspannung als Wechselspannung überlagert. Ein in Serie geschalteter Koppelkondensator trennt anschließend die für den Betrieb erforderliche Ruhegleichspannung (typisch 8 V bis 12 V) vom nutzbaren Wechselspannungsanteil ab.

Kenngröße	Typischer Wert
Speisestrom (Konstantstrom)	2 mA bis 20 mA
Speisespannung	18 V bis 30 V DC
Ruhegleichspannung (Bias)	ca. 8 V bis 12 V DC
Zulässige Betriebstemperatur	bis ca. 150 °C bis 200 °C (verstärkerbegrenzt)

Quelle: Felix Levinzon: Introduction to Piezoelectric Accelerometers with Integral Electronics (IEPE), in: Piezoelectric Accelerometers with Integral Electronics, Springer, Cham, 2015.