电子课件-《传感器应用技术》-B02-0065 模块六
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模块六 振动测量
课题二 模压块电式二振动传感器
¤ 了解压电效应的基本概念 ¤ 了解压电式振动传感器的主要技术参数 ¤ 了解压电式振动传感器的工作原理 ¤ 掌握压电式振动传感器的振动测量系统 ¤ 掌握压电式振动传感器的应用
模块六 振动测量
任务提出：
矿用提升机系统(见下图)是各类矿井中广泛使用的类似 民用电梯的运输设备。由于我国矿井中使用的提升机很多 都存在老化现象,提升机的提升容器在运行过程中远没有高 层电梯轿厢那样平稳,存在较大的振动。
模块六 振动测量
任务提出：
城市中汽车和各种轻便车辆的普及使车辆安全受到人 们的关注,于是车辆防盗系统、各类防盗锁、防盗报警器 应运而生,如下图所示。
本课题的工作任务就是为一款车辆防盗产品选择一个 合适的传感器并配置测量电路,实现车辆因窃贼的碰撞、 移动产生振动时,蜂鸣器发出报警声,引起人们注意,吓退 盗贼。
一、振动传感器性能指标 １．静态指标 静态指标包括量程、精度、灵敏度、分辨力、稳定性等。 ２．动态指标 动态指标可以从时域和频域两方面来考虑。 二、振动传感器选用要点 选择振动传感器时,主要考虑被测振动参数(位移、速度和 加速度)、测量的频率范围、量程及分辨率、使用环境等,同 时考虑各类振动传感器的性能特点。
模块六 振动测量
来自百度文库5. 振动传感器 （1）基本工作原理 惯性式振动传感器工作原理如下图所示。
振动传感器的工作原理
模块六 振动测量
（2）常用类型 振动传感器分类情况见表6-1
模块六 振动测量
模块六 振动测量
二、电容式振动传感器 １．基本工作原理 ２．典型结构和类型 (１)电容式振动加速度传感器 (２)集成微硅加速度传感器 三、电容式传感器振动测量系统 １．电容式传感器振动测量系统的构成 ２．传感器接口电路板
模块六 振动测量
３．压电传感器 压电传感器是利用压电元件在敏感轴方向上受到外力作 用时,在电介质表面产生电荷来实现非电量测量的目的,其工 作过程如下图所示。
模块六 振动测量
３．振动系统的基本性质 作往复运动的振动系统的基本性质有惯性、恢复性 和阻尼等。 ４．振动测量过程 振动测量过程中首先要组建振动测量系统,包括选择 适当的振动传感器、信号转换电路、采集和分析仪器, 对测量系统进行标定等；然后选择测振点,安装振动传 感器,采集振动信息；最后对信号进行分析,送去显示或 反馈到输入端实现自动控制。
模块六 振动测量
相关知识
一、振动测量基础 1. 振动信号 振动测量中通常用到振动位移、振动速度和振动加 速度三种信号(参数)。 2. 振动三要素 振动信号存在周期(或频率)、振幅、相位角三个要 素,称为振动三要素。
模块六 振动测量
（1）周期 物体振动一次所需的时间,通常用T 表示,单位为秒(s)。 （2）振幅 振幅是振动物体偏离平衡位置的最大距离,表示振动的能 量。 （3）相位角 相位角是反映振动运动状态的物理量,可用于诊断旋转机 械的平衡、比较两个简谐振动间步调上的差异性等,单位为 度(°)或弧度。
模块六 振动测量
相关知识：
一、压电效应和压电传感器 １．压电效应 压电效应也称为正压电效应或顺压电效应,是指某些物 质沿一定方向上受到外力作用变形时,内部被极化,表面会 产生电荷,外力去除后又会重新回到不带电的状态的现象。 ２．压电材料 具有压电效应的物质称为压电材料(压电元件),常见的 压电材料有压电单晶体、多晶体压电陶瓷和高分子压电材 料等。
模块六 振动测量
车辆防盗产品
模块六 振动测量
任务分析：
车辆被盗时必然会引发车辆的某些物理量发生变化,如 车身发生晃动,因此可以通过安装在车辆上的振动传感器 触发报警电路实现防盗监测。
车辆防盗系统中需要选择新型的振动传感器,可以同时 监测振动和角度变化;同时设计相应的测量电路,满足防盗 监测的要求。
本课题的工作任务就是选择一个合适的传感器类型,满 足上述需要,并确定测量系统需要配备的其他电气元件。
模块六 振动测量
矿用提升机系统
模块六 振动测量
任务分析：
选择传感器类型,一方面需要了解测量的实际需要,一 方面需要掌握常用传感器的主要性能特点。
本课题在上一课题所学电容式振动传感器的基础上,介 绍一种压电式振动传感器的相关知识。通过对测量需求的 分析,确定适合本任务的传感器类型和相关配套元件。
模块六 振动测量
课题一 课题二 课题三
电容式振动传感器 压电式振动传感器 磁电感应式振动传感器
模块六 振动测量
课题一 电容式振动传感器
¤ 了解振动的基本概念 ¤ 了解振动传感器的主要类型和技术参数 ¤ 了解电容式振动传感器的工作原理 ¤ 掌握电容式传感器的振动测量系统理 ¤ 掌握压力传感器的安装、校验和选择
模块六 振动测量
任务实施
一、传感器选型 本任务中选择ADI公司的ADXL202电容式集成双轴加速 度计(见下图)。
ADXL202引脚及结构框图
模块六 振动测量
二、测量系统方案设计 采用这款传感器的车辆防盗监测系统方案确定为: １．对传感器两个敏感轴方向上动态加速度的测量,用 于振动检测;而对敏感轴方向重力加速度分量的监测,用于 确定物体空间方向变化。 ２．传感器输出的数字信号直接送到微控制器的计数 器/定时器端口,进行敏感轴方向重力加速度分量的测量； 输出的模拟信号经A/D转换后,对车体微小振动进行测量。
模块六 振动测量
思考与练习：
１．振动测量中常用的信号有哪些? 测量中选择什么信号 与哪些因素有关?
２．常用的振动传感器有哪些? 分别用于什么场合? ３．简述微硅集成振动加速度传感器的优势和应用领域。 ４．绘制汽车防盗监测系统中振动测量部分框图,说明各 部分的作用。 ５．绘制ADXL202传感器芯片与外围器件的接口电路图,说 明各外围元器件的作用,各电阻、电容大小的确定方法。
模块六 振动测量
３．车体角度相对于初始状态改变5°，就认为有盗车 情况发生;在较短时间段内车辆微小振动能量超过设定的 阈值,就认为有破坏车辆的情况发生。
模块六 振动测量
三、接口电路设计 根据设计方案及功能要求,设计监测系统的电气原理图 如下图所示。
车辆防盗监测系统电气原理图
模块六 振动测量
知识链接
模块六 振动测量
课题二 模压块电式二振动传感器
¤ 了解压电效应的基本概念 ¤ 了解压电式振动传感器的主要技术参数 ¤ 了解压电式振动传感器的工作原理 ¤ 掌握压电式振动传感器的振动测量系统 ¤ 掌握压电式振动传感器的应用
模块六 振动测量
任务提出：
矿用提升机系统(见下图)是各类矿井中广泛使用的类似 民用电梯的运输设备。由于我国矿井中使用的提升机很多 都存在老化现象,提升机的提升容器在运行过程中远没有高 层电梯轿厢那样平稳,存在较大的振动。
模块六 振动测量
任务提出：
城市中汽车和各种轻便车辆的普及使车辆安全受到人 们的关注,于是车辆防盗系统、各类防盗锁、防盗报警器 应运而生,如下图所示。
本课题的工作任务就是为一款车辆防盗产品选择一个 合适的传感器并配置测量电路,实现车辆因窃贼的碰撞、 移动产生振动时,蜂鸣器发出报警声,引起人们注意,吓退 盗贼。
一、振动传感器性能指标 １．静态指标 静态指标包括量程、精度、灵敏度、分辨力、稳定性等。 ２．动态指标 动态指标可以从时域和频域两方面来考虑。 二、振动传感器选用要点 选择振动传感器时,主要考虑被测振动参数(位移、速度和 加速度)、测量的频率范围、量程及分辨率、使用环境等,同 时考虑各类振动传感器的性能特点。
模块六 振动测量
来自百度文库5. 振动传感器 （1）基本工作原理 惯性式振动传感器工作原理如下图所示。
振动传感器的工作原理
模块六 振动测量
（2）常用类型 振动传感器分类情况见表6-1
模块六 振动测量
模块六 振动测量
二、电容式振动传感器 １．基本工作原理 ２．典型结构和类型 (１)电容式振动加速度传感器 (２)集成微硅加速度传感器 三、电容式传感器振动测量系统 １．电容式传感器振动测量系统的构成 ２．传感器接口电路板
模块六 振动测量
３．压电传感器 压电传感器是利用压电元件在敏感轴方向上受到外力作 用时,在电介质表面产生电荷来实现非电量测量的目的,其工 作过程如下图所示。
模块六 振动测量
３．振动系统的基本性质 作往复运动的振动系统的基本性质有惯性、恢复性 和阻尼等。 ４．振动测量过程 振动测量过程中首先要组建振动测量系统,包括选择 适当的振动传感器、信号转换电路、采集和分析仪器, 对测量系统进行标定等；然后选择测振点,安装振动传 感器,采集振动信息；最后对信号进行分析,送去显示或 反馈到输入端实现自动控制。
模块六 振动测量
相关知识
一、振动测量基础 1. 振动信号 振动测量中通常用到振动位移、振动速度和振动加 速度三种信号(参数)。 2. 振动三要素 振动信号存在周期(或频率)、振幅、相位角三个要 素,称为振动三要素。
模块六 振动测量
（1）周期 物体振动一次所需的时间,通常用T 表示,单位为秒(s)。 （2）振幅 振幅是振动物体偏离平衡位置的最大距离,表示振动的能 量。 （3）相位角 相位角是反映振动运动状态的物理量,可用于诊断旋转机 械的平衡、比较两个简谐振动间步调上的差异性等,单位为 度(°)或弧度。
模块六 振动测量
相关知识：
一、压电效应和压电传感器 １．压电效应 压电效应也称为正压电效应或顺压电效应,是指某些物 质沿一定方向上受到外力作用变形时,内部被极化,表面会 产生电荷,外力去除后又会重新回到不带电的状态的现象。 ２．压电材料 具有压电效应的物质称为压电材料(压电元件),常见的 压电材料有压电单晶体、多晶体压电陶瓷和高分子压电材 料等。
模块六 振动测量
车辆防盗产品
模块六 振动测量
任务分析：
车辆被盗时必然会引发车辆的某些物理量发生变化,如 车身发生晃动,因此可以通过安装在车辆上的振动传感器 触发报警电路实现防盗监测。
车辆防盗系统中需要选择新型的振动传感器,可以同时 监测振动和角度变化;同时设计相应的测量电路,满足防盗 监测的要求。
本课题的工作任务就是选择一个合适的传感器类型,满 足上述需要,并确定测量系统需要配备的其他电气元件。
模块六 振动测量
矿用提升机系统
模块六 振动测量
任务分析：
选择传感器类型,一方面需要了解测量的实际需要,一 方面需要掌握常用传感器的主要性能特点。
本课题在上一课题所学电容式振动传感器的基础上,介 绍一种压电式振动传感器的相关知识。通过对测量需求的 分析,确定适合本任务的传感器类型和相关配套元件。
模块六 振动测量
课题一 课题二 课题三
电容式振动传感器 压电式振动传感器 磁电感应式振动传感器
模块六 振动测量
课题一 电容式振动传感器
¤ 了解振动的基本概念 ¤ 了解振动传感器的主要类型和技术参数 ¤ 了解电容式振动传感器的工作原理 ¤ 掌握电容式传感器的振动测量系统理 ¤ 掌握压力传感器的安装、校验和选择
模块六 振动测量
任务实施
一、传感器选型 本任务中选择ADI公司的ADXL202电容式集成双轴加速 度计(见下图)。
ADXL202引脚及结构框图
模块六 振动测量
二、测量系统方案设计 采用这款传感器的车辆防盗监测系统方案确定为: １．对传感器两个敏感轴方向上动态加速度的测量,用 于振动检测;而对敏感轴方向重力加速度分量的监测,用于 确定物体空间方向变化。 ２．传感器输出的数字信号直接送到微控制器的计数 器/定时器端口,进行敏感轴方向重力加速度分量的测量； 输出的模拟信号经A/D转换后,对车体微小振动进行测量。
模块六 振动测量
思考与练习：
１．振动测量中常用的信号有哪些? 测量中选择什么信号 与哪些因素有关?
２．常用的振动传感器有哪些? 分别用于什么场合? ３．简述微硅集成振动加速度传感器的优势和应用领域。 ４．绘制汽车防盗监测系统中振动测量部分框图,说明各 部分的作用。 ５．绘制ADXL202传感器芯片与外围器件的接口电路图,说 明各外围元器件的作用,各电阻、电容大小的确定方法。
模块六 振动测量
３．车体角度相对于初始状态改变5°，就认为有盗车 情况发生;在较短时间段内车辆微小振动能量超过设定的 阈值,就认为有破坏车辆的情况发生。
模块六 振动测量
三、接口电路设计 根据设计方案及功能要求,设计监测系统的电气原理图 如下图所示。
车辆防盗监测系统电气原理图
模块六 振动测量
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