速度和加速度检测系统
irs工作原理
irs工作原理
IRS，全称为Inertial Reference System，即惯性参考系统，是一种可以测量飞行物体在空间中三维位置、速度和加速度等动态参数的超精密导航系统。
它利用纯机械运动和惯性作用的原理，不受外界干扰及电磁环境影响，在各种恶劣的天气、环境和战斗条件下仍能准确地测量分析目标的飞行状态，是现代航空航天领域中不可或缺的关键技术之一。
IRS的工作原理基于三个惯性元件：加速度计、陀螺仪和计算机，其中加速度计用于测量目标的加速度，陀螺仪用于测量目标的角速度及转弯角度，计算机则用于处理和整合这些数据，并计算出目标的精确位置、速度和航向等相关信息。
加速度计是测量物体加速度的主要传感器，它通过检测两个定向加速度的变化来计算在空间中物体的加速度。
当物体移动时，加速度计可以感知到其加速和减速的变化，从而得出速度和位置信息。
陀螺仪则是用于测量物体转速和角度的传感器。
通常用陀螺作为敏感元件，在其转动时会产生一个引力力矩，该力矩经过转化后可以转化为角速度信号输出。
通过对这些信号的采样和处理，陀螺仪可以得到物体的加速度、方向和转弯角度等信息。
最后，计算机可以将加速度计和陀螺仪测量到的数据进行数字化处理，利用已知的初始条件和运动学方程，自动计算出目标的位置、速度、
姿态等相关信息。
在一定的准确性和稳定性要求下，IRS系统可以连续运行很长时间，精度和稳定性能够满足多种高精度导航和控制应用需求。
总的来说，IRS是一种基于惯性原理的超精密测量系统，利用机械运动和物理原理对飞行目标的姿态、位置和速度等动态信息进行测量和处理，具有精度高、可靠性强、耐受环境恶劣等特点，是现代航空、航
天等领域中必不可少的关键技术之一。
带式输送机加速度检测系统的研究
圈２
主 程 序 流 程 图
Ｆｉ ． Ｔ ｅ ｍａｎ ｐ ｏ ｒ ｍ ｏ ｈ ｒ ｇ２ ｈ ｉ ｒｇ ａ ｆ ｗ ｃ ａ ｔ ｌ
加速 段处理 子程序 主要 用于完成 加速度 的计 算
及处 理 功能。 在加 速过程 中， 当加速度 口＞１ １ ０ ｎ ．口 （ ０
维普资讯
２０ 年 第 ２期 Ｏ２
煤
文章编号 ：０３０ ９ （０２０ ． １—２ １０．７ ４２ ０ ）２０ ５０ ０
带 式 输送相 加速 度 梅测 系统 的研 究
王 秀 琴
（ 龙江 科技学 院，黑龙江 鸡西 １８０ ） 黑 ５ １５
摘
要： 针对 井下大倾角带式输送机的启动与停车过程 中的加减速度厦恒速运行过程 中的速
Ｐ ２０
Ｗ Ｒ
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Ｐ 】Ｒ酷 ＥＴ
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８ｌ ５ ５
出加速度 过低 信号 ， 流程 图如 图 ３ 示 。 所 减速段处 理 子程序 主要 用于完 成加 速 度 的计 算 及 处 理 功能 。 在 减 速过 程 中 ， 当加速度 。＞ １１ Ⅱ ．ａ（ 为给定 减加速 度 ） ． 出减速过快 信号 ； ｎ＜０９ ， 出减 时 输 当 ａ 时 输
片 ，Ａ口和 Ｐ Ｐ Ｂ日用 以输 出显示 数据 ， Ｃ口作 为控制 Ｐ
信号输出口， 用以输出控制信号及报警信号。 主要由
速度采样电路 、 单片机系统 、 口电路 、 接 显示 电路及输
出电路等部分组成。 速度采样电路采 甩 电编码传感 光 器， 该传感 器每转输 出 ２５０ Ｔ Ｌ脉冲 ， 个 Ｔ ０ 可直接输入 到单片机的计数输入端 ， 因此接 口电路较为简单 ， 而 且速度检测 的精度 较高 ， 抗干扰能力较强 。
速度、转度、加速度测量
(2)微分陀螺仪测角速度作用原理
(1)陀螺力矩Mg
M g = − H ω sin(90o − β ) = − H ω cos β
(2)弹性力矩My
M y = ky β k y为框架每转动单位角的弹簧力矩
(3)阻尼力矩Md dβ
M d = kd dt
， kd 为单位角速度的阻尼力矩
v
θ2
多普勒效应的另一种解释
辐射的波长因为光源和观测者的相对运动而产 生变化。在运动的波源前面，波被压缩，波长变 得较短，频率变得较高 (蓝移 (blue shift))。 在运动的波源后面，产生相反的效应。波长变得 较长，频率变得较低 (红移 (red shift))。波源 的速度越高，所产生的效应越大。根据光波红 / 蓝移的程度，可以计算出波源循着观测方向运动 的速度。所有波动现象 (包括光波) 都存在多普 勒效应。
陀螺仪测角速度 （gyroscope ）
陀螺仪的基本功 能是敏感角位移 和角速度。在航 空、航海、航 天、兵器以及其 它一些领域中， 有着十分广泛和 重要的应用。
二自由度陀螺仪
陀螺 陀螺仪 主轴
H = J sΩ
H陀螺绕主轴转动角动量 Js为陀螺转子的转动惯量 Ω为陀螺转子的转速
二自由度陀螺作用原理
但是若在连续两次闪光的时间间隔内，旋转轴转过整数倍的 因数时，即n＝k0f时，也会出现单定象。式中的k0为单定象 停留的次数(1、2、3、…)。 还可能出现另一种情况，即当闪光频率比被测转速高二 倍、三倍、…、m倍时，则会出现二重象、三重象以至于m 重象。 f=m×n
v = rω
3. 利用物理参数测量：多普勒效应、流体 力学定律、电磁感应原理 4. 加速度积分法和位移微分法 5. 陀螺测速法
基于加速度传感器的速度及路程测量系统
Sk
h ( f ( xk ) 4 f ( x 1 ) f ( xk 1 )) k 6 2
Simpson 公式中每一个小微段用到三个点积分，所以我们积分时对每三个点进行积分从 而得到如下的公式
其中
h
是采样周期的二倍，
n
a 为采集到的加速度，n 为信息处理的周期。
n/ 2 n/ 2 h Vt Vk (a0 4 a2 k 2 a2 k 1 an ) 6 k 0 k 1 k 1
图1 2 系统的工作原理 MMA7260 是一种电容式的三轴加速度传感器，原理图如图 2 所示。MMA7260 可以通 过 g-select1 和 g-select2 两个端口选择不同的量程，在火车测速测距系统中只需选择最低档 位 1.5g 即可，也就是输出两个低电平到这两个端口。MMA 会输出一个 1.65v 的基准电压， 当加速度为正的时候输出的电压会大于基准电压，反之则输出电压小于基准电压。在选择 1.5g 量程档位是的测量精度是 800mv/g， 而一般要求列车最快是在一分钟加速达到 200km/h， 那么通过计算可以得到最大加速的大约是 0.095g，输出的电压是 75.592mv，其实这个电压 已经比较大了，而且加上基准电压后，输出的信号并不需要再经过放大电路了。 STM32 是一种 16 位的 ARM 处理器， 处理能力比一般的单片机强得多。 而且它的外围设 备也较 51 系列的单片机强。它自带了一个 12 位的 AD 转换，但是通过计算得出 12 位的 AD
图2
图3 系统软件流程图 软件系统采取的是卡尔曼滤波器对数据进行软件滤波，然后再利用辛普森公式进行积 分，软件流程图如图 4 所示。卡尔曼滤波器（Kalman Filter）是一个最优化自回归数据处理 算法（optimal recursive data processing algorithm） 。对于解决很大部分的问题，他是最优， 效率最高甚至是最有用的。他的广泛应用已经超过 30 年，包括机器人导航，控制，传感器 数据融合甚至在军事方面的雷达系统以及导弹追踪等等。近年来更被应用于计算机图像处 理，例如头脸识别，图像分割，图像边缘检测等等。 现设线性时变系统的离散状态防城和观测方程为： X(k) = F(k,k-1)· X(k-1)+T(k,k-1)· U(k-1) Y(k) = H(k)· X(k)+N(k) 3 其中 X(k)和 Y(k)分别是 k 时刻的状态矢量和观测矢量 F(k,k-1)为状态转移矩阵 U(k)为 k 时刻动态噪声 T(k,k-1)为系统控制矩阵 H(k)为 k 时刻观测矩阵 N(k)为 k 时刻观测噪声 则卡尔曼滤波的算法流程为： 预估计 X(k)^= F(k,k-1)· X(k-1) 计算预估计协方差矩阵 C(k)^=F(k,k-1)×C(k)×F(k,k-1)'+T(k,k-1)×Q(k)×T(k,k-1)' Q(k) = U(k)×U(k)' 计算卡尔曼增益矩阵 K(k) = C(k)^×H(k)'×[H(k)×C(k)^×H(k)'+R(k)]^(-1) R(k) = N(k)×N(k)' 更新估计 X(k)~=X(k)^+K(k)×[Y(k)-H(k)×X(k)^] 计算更新后估计协防差矩阵 C(k)~ = [I-K(k)×H(k)]×C(k)^×[I-K(k)×H(k)]'+K(k)×R(k)×K(k)' X(k+1) = X(k)~ C(k+1) = C(k)~ 重复以上步骤 在对加速度信号进行处理之后我们得到了一组可以积分的加速度信号。 为了获得比较 高的积分精度，我们采用了 Simpson 公式进积分 在每个小区间 xk , xk 1 使用 Simpson 公式
3速度与加速度传感器解析
5
速度传感器
如果调制盘上开 Z 个缺口，测量电路计数时间为 T(s)，被 测转速为 N(r/min)，则此时得到的计数值 C 为 C=ZTN/60
6
加速度传感器 工作原理
利用质量块受加速度所产生的惯 性力而造成的各种物理效应，进一步 转换成电量，去间接度量被测加速度。
a=F/m
测量方法——常采用应变式、压电式、电磁感应式。
15
维纳定义控制论为：“设有两个状态变量，其 中一个是能由我们进行调节的，而另一个则不能
控制。这时我们面临的问题是如何根据那个不可
控制变量从过去到现在的信息来适当地确定可以
调节的变量的最优值，以实现对于我们最为合适
、最有利的状态。”
16
+ E +
ug
电位器 电 压 放大器
_
+
功 率 ua 放大器
n
Mc
_
_
电动机
负载
+
测速发电机
_
13
Mc 扰动 ue n 输出量
ug
＋ － uf
电 压 放大器
输入量
功 率 放大器
ua
直 流 电动机
测 速 发电机
直流电动机转速闭环控制系统方块图
设上述系统原已在某个给定电压 ug相对于的转速n状态 下运行，若一旦受到某些干扰（如负载转矩突然增大）
7
用于物体加速度的测量。
依据：a=F/m。
电阻应变式加速度传感器结构图
8
测量原理：将传感器壳体与被测对象刚性连接，当被测物 体以加速度 a 运动时，质量块受到一个与加速度方向相反的
惯性力作用， 使悬臂梁变形，该变形被粘贴在悬臂梁上的应
加速度传感车祸检测系统研究与设计
的乘员保 护》 要求 ： 速度 ５ ０ ｋ ｍ／ ｈ下作 １ ０ ０ Ａ 正面碰撞 （ ｏ 车辆 正
面完 全 撞 在 障 碍 物 上 ， 车 头 的受 力 面 为 １ ０ ０ ） 。汽 车 在
以Ｓ Ｔ Ｃ宏 晶科技公 司 的 ８ ０ ５ １ 芯片 Ｓ Ｔ Ｃ １ ２ Ｃ ５ Ａ ６ ０ Ｓ ２ 作 为小 车 的控制 核心 ， 利用 加速 度传 感器 ＭＮ Ｉ Ａ ７ ２ ６ ０ 监测 小 车运 行状 态 。一 旦判 断发 生 车祸 ， 系统 将会 控制 安全 气囊 弹 出并 且 通过 蜂鸣器 和 闪烁 的 Ｌ Ｃ Ｄ发 出信号 吸引其 他人 员 的注意 力 ， 实 现报 警功 能 。 关键 词 ： 加速 度传 感器 ； 报警 系统 ； Ｓ Ｔ Ｃ １ ２ Ｃ ５ Ａ ６ ０ Ｓ ２
表 １ 碰撞速度与碰 撞位置精 度的关 系
项目 固定壁障重量／ ｔ 碰撞角度／ 。 碰撞速度／ （ ｋ ｎ ｉ ／ ｈ ） 碰撞位置精度／ ｍｍ
７ ０以上 ０ ４ ８ ￣５ ０ ±１ ５ ０ ＧＢ １ １ ５ ５ １ －２ ０ ０ ３
需要的外 围电路相对 比较简单 ， 可利用 ２ ３ ０ ２串口通信 芯片通过
Ｕ Ｓ Ｂ接 口直接与上位机完成通信 ， 并可通过 ＵＳ Ｂ接 口下载程序到 单片机 ， 完全满足本系统运动控制的要求 。利用 Ａ ／ Ｄ采集加速度 传感器 ＭＭＡ ７ ２ ６ ０ 的值监Ｎ４ ， 车运行状态 ， 一旦判断是发生车祸 ， 系统将会控制安全气囊弹出， 并且通过蜂鸣器和闪烁的 Ｌ Ｃ Ｄ发 出 信号吸引其他人员的注意力 ， 实现报警功能 。
事故中 ， 汽车碰撞事故居第一 位。据专 家统 计 ， ６ ７ 的交通死亡 事故是 由车祸造成 的。因此 ， 汽车安全 问题 日益受 到社会 的关 注， 提高汽车安全性 能也成为众 厂商博弈 商场 的杀 手锏 。基于 以上原 因， 及时检测车祸 的发生有着重要的意义 。
速度、加速度及振动检测l
（二）压电式加速度传感器
• S是弹簧，M是质块，B是基座，P是压电元件，R是夹持环。 • 在加速度计感受振动时，由弹簧压紧在压电元件上的重金
属质量块随之振动，其方向与振动加速度方向相反，产生 一惯性力，其大小由F=ma决定。惯性力作用在压电元件产 生电荷，电荷量正比于惯性力，亦即与被测加速度成正比， 经测量电路转换为电压信号输出。
转速测量-光电码盘
• A、B两个输出信号成90°相位差，而信号Z对每转一周只输出一个脉冲，作为 决定转角的原点。
• 反射式光电传感器：在被测 转轴上设有反射记号，由光 源发出的光线通过透镜和半 透膜入射到被测转轴上。转 轴转动时，反射记号对投射 光点的反射率发生变化。反 射率变大时，反射光线经透 镜投射到光敏元件上即发出 一个脉冲信号；反射率变小 时，光敏元件无信号。在一 定时间内对信号计数便可测 出转轴的转速值。
（2）加速度积分法和位移微分法
• 利用速度与加速度、位移的微分和积分关系，测得运动体的运动速度， 在振动测量中常用方法。
（3）线速度和角速度相互转换法
基于同一运动体上线位移和角位移在有固定关系原理。
(4）利用各种速度传感器，
• 将速度信号变换为电信号、光信号等易测信号。速度传感器法是最常 用的一种方法。多普勒测速仪、磁电速度传感器等。
在读标尺和曲线图时产生的人为误差，便于用 计算机处理。 最简单的数字式传感器是编码器(ADE) 角度数字编码器（码盘）或直线位移编码器（码尺） 原理分类：电触式、电容式、感应式和光电式等
（2）数字式转速传感器
• 在电子计数器采样时间内对转速传感器输出的电脉冲信
号进行计数，利用标准时间控制计数器闸门。当计数器
• 振动是自然界中常见的物理现象，振动试验和监测是研究和解决工程实际技 术问题的重要手段。如机械设备振动、土木结构振动、运输工具振动、武器、 爆炸引起的冲击振动等。
加速度计 应用场景
加速度计应用场景加速度计是一种能够测量物体加速度的传感器，它具有应用广泛的功能，可以充当车辆碰撞检测、电子设备控制和姿态控制等方面的重要角色。
下面将为大家详细介绍加速度计的应用场景。
一、行车安全汽车碰撞检测系统已经成为一款非常受欢迎的汽车安全装置。
在这样的系统中，加速度计能够感知车辆的急速加速、刹车和转弯。
如果车辆在行驶过程中发生碰撞，系统会立即检测到加速度计传感器中的大幅度变化，向气囊或安全带紧急锁定装置发送必要的信号，这样能够及时地使驾驶员和乘客免受伤害。
二、移动设备恢复加速度计也是智能手机、平板电脑等移动设备中的重要部件。
如果你曾经使用过iPhone，并注意到转动设备会导致屏幕方向发生变化。
这就是因为加速度计检测到了设备与重力的相对方向的变化。
许多游戏也利用加速度计技术控制游戏主角的移动和方向。
在其他类型的大型机器设备中，加速度计同样能够帮助操作员知道机器部件运动的方向和加速度，对于精细操作和故障排查来说非常有用。
三、人体运动跟踪加速度计同样可以被用来跟踪人体的运动。
许多运动手环利用加速度计检测人体运动情况，例如走路、跑步、睡眠等等。
游泳爱好者也可以使用具有加速度计功能的手表来记录游泳速度，从而更好地了解自身运动能力，提高训练效果。
四、飞行控制加速度计也是飞行器的重要组成部分，它可以帮助控制飞机、直升机、无人机等的姿态和稳定性。
加速度计技术能够通过检测位置的加速度来发现飞机上方是否发生其他飞机的碾压，从而使飞机能够及时纠正偏差、保持平稳。
总之，加速度计的应用范围非常广泛，从行车安全到人体状况监测，从制造产业设备到飞行器领域都有着不可替代的作用。
未来随着科技的不断发展，加速度计的应用功能将会更加丰富，它将继续发挥着其独有的作用。
加速度检测方法
加速度检测方法
加速度检测是基于测试仪器检测质量敏感加速度产生惯性力的测量，是一种全自主的惯性测量。
加速度检测广泛应用于航天、航空和航海的惯性导航系统及运载武器的制导系统中，在振动试验、地震监测、爆破工程、地基测量、地矿勘测等领域也有广泛的应用。
加速度的计量单位为m／s2，在工程应用中常用重力加速度g=9.81 m／s2作计量单位。
测量加速度，目前主要是通过加速度传感器（俗称加速度计），并配以适当的检测电路进行的。
依据对加速度计内检测质量所产生的惯性力的检测方式来分，加速度计可分为压电式、压阻式、应变式、电容式、振梁式、磁电感应式、隧道电流式、热电式等；按检测质量的支承方式来分，则可分为悬臂梁式、摆式、折叠梁式、简支承梁式等。
表1列出了部分加速度计的检测方法及其主要性能特点。
表1加速度计的检测方法及其主要性能特点（点击下图）。
基于GPS和加速度计的车速测量系统的开发与研制
基 于 Ｇ Ｓ和 加 速 度 计 的 车 速 测 量 系统 的 开 发 与 研 制 Ｐ
・ ５・ ｌ
基于 Ｇ Ｓ Ｐ 和加速度 计的车速测量 系统的开发 与研制
陆 晶 晶 ，张 为 公 ， 耀 群 周
（ 东南大学 仪器科学与工程学院 ， 江苏 南 京 ２０ ９ ） １０ ６
际 运 行 中均 获得 了理 想 的 效 果 ， 具 应 用价 值 。 极 关键 词 ： Ｐ ； 速 度计 ； 速 ； 据 融合 Ｇ Ｓ加 车 数 中 图分 类号 ：２ ８４ Ｐ２ ． 文 献标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ０—８２ （ ０７ ０ ０ １ ０ １０ ８ ９ ２ ０ ） ８— ０ ５— ２
摘 要 ： 据 汽 车 道 路 试 验 的 需要 ， 计研 制 了一 种基 于 Ｇ Ｓ和 加 速 度 计 的 车 速 采 集 装 置 。采 用 Ｇ Ｓ与 加 速 度 计 二 者 信 号 根 设 Ｐ Ｐ
相结合 的方式 ， 并在上位机进行相应的数据融合 ， 实现 车速 实时采集。整个 系统具有性能稳 定 、 成本低等优 点， 在试验和 实
基于 Ｇ Ｓ信号和加速 度计 的速度 采集 总体 方案 如 图 １所 Ｐ
示。
量 出距离信号 ， 另一种是非接触式五轮仪 ， 利用光学原理测量出 车辆与地面的相 对移 动距 离信 号。这 两种五 轮仪 体积 都 比较
大， 安装复杂 ， 精度高的往往价 格很高。光电式 编码器使用测 周 法或测频法 ， 通过测量相 连脉冲 的间隔时 间或单位 时间 内的脉 冲数转换算 出车速 ， 但路况 和安装不 当会使 编码器 在行使过程 中产生抖动 ， 影响测量精度 。
车辆速度是 汽车道路 试验 中的重要参 数 ， 与车 轮力 （ 它 力
汽车加速度传感器原理
汽车加速度传感器原理
汽车加速度传感器是一种用于测量汽车加速度的装置。
它基于一个重要的物理原理——牛顿第二定律，即力等于质量乘以加速度。
传感器利用了这个原理来测量汽车的加速度。
汽车加速度传感器通常包含一个微小的质量块，称为质量弹簧系统。
质量块通过弹簧与传感器的外壳相连。
当汽车加速时，质量块会受到惯性力的作用，向后移动。
此时，传感器会测量到施加在质量块上的力，并将其转化为电信号输出。
传感器使用一种称为压电效应的物理现象来将力转化为电信号。
压电材料在受到应力时会产生电荷，这种电荷可以被传感器检测到并转化为电信号。
所以，当质量块受到加速度的作用时，压电材料会受到应力，产生电荷，传感器会测量到这个电荷并将其转化为加速度值。
传感器还可以通过测量质量块的位移来计算加速度。
传感器内部包含一个位移感应装置，用于测量质量块相对于传感器外壳的位移。
通过测量位移和时间的变化，传感器可以计算出加速度值。
值得注意的是，汽车加速度传感器还可以检测车辆减速和转向时的加速度变化。
这些传感器通常安装在车辆的底盘或悬挂系统上，以便准确测量车辆在各种行驶状况下的加速度。
总结而言，汽车加速度传感器利用牛顿第二定律和压电效应原
理来测量汽车的加速度。
通过测量受到的力或质量块的位移，传感器可以准确计算出车辆的加速度数值。
汽车rsc的工作原理
汽车rsc的工作原理汽车的RSC（Roll Stability Control）是一种安全控制系统，旨在帮助驾驶员在紧急情况下保持车辆稳定，防止翻滚事故发生。
RSC系统通过利用车辆的传感器和控制模块来监测车辆的横向加速度、滚动角度和横向加速度差异等信息，以进行实时分析和控制。
本文将详细介绍汽车RSC系统的工作原理和关键技术。
汽车RSC系统的主要任务是在车辆即将出现横向失控或翻滚的情况下，及时采取措施来减少这种潜在危险。
为此，RSC系统需要分析车辆的动态特性，比如车辆的侧向加速度、侧倾角等，并将这些信息与事先设定好的规则进行比较。
当车辆的动态特性超出了预定的安全范围时，RSC系统会立即采取控制措施来恢复车辆的稳定状态。
RSC系统的核心是车辆的传感器。
这些传感器通常包括陀螺仪、作动器、轮速传感器和加速度传感器等。
陀螺仪用于检测车辆的侧倾角和滚动角度，作动器用于调整车辆的悬挂硬度和阻尼力，轮速传感器用于监测车轮的转速，加速度传感器用于检测车辆的加速度变化。
RSC系统的工作原理如下：当车辆行驶过程中出现横向加速度变化时，陀螺仪会迅速检测到车辆的侧倾角和滚动角度的变化。
然后，这些数据会被传输到控制模块中进行分析和处理。
控制模块会将当前车辆的侧倾角和滚动角度与预定的安全范围进行比较。
如果超出了安全范围，控制模块会立即发出指令来调整车辆的悬挂硬度和阻尼力，以减少车辆的侧倾和滚动。
此外，控制模块还可以通过调整车辆的制动系统来实现减速，以进一步稳定车辆。
除了对侧倾角和滚动角度的控制，RSC系统还可以通过调整车辆的扭矩分配来改善操纵稳定性。
当车辆出现不稳定的横向加速度时，控制模块可以通过分配不同车轮的扭矩来控制车辆的动力输出。
这样可以使车辆更稳定地行驶，并更好地应对紧急情况。
总结起来，汽车RSC系统的工作原理就是通过车辆的传感器和控制模块来实时监测和分析车辆的动态特性，判断是否存在潜在的翻滚风险，并采取相应的控制措施来保持车辆的稳定状态。
速度和加速度传感器
速度和加速度传感器
速度、加速度测试有许多方法，可以使用直流测速机直接测量速度，也可 以通过检测位移换算出速度和加速度，还可以通过测试惯性力换算出加速度等。 下面介绍几种典型的测试方法。 1. 直流测速机速度检测
直流测速机是一种测速元件，实际上它就是一台微型的直流发电机。根据 定子磁极激磁方式的不同，直流测速机可分为电磁式和永磁式两种。如以电枢 的结构不同来分，有无槽电枢、有槽电枢、空心杯电枢和圆盘电枢等。近年来， 又出现了永磁式直线测速机。常用的为永磁式测速机。
的输入轴)上的带缝隙圆盘、光源、光电器件和指示缝隙盘组成，如图3-15所
示。光源发生的光通过缝隙圆盘和指示缝隙照射到光电器件上。当缝隙圆盘随
被测轴转动时，由于圆盘上的缝隙间距与指示缝隙的间距相同，因此圆盘每转
一周，光电器件输出与圆盘缝隙数相等的电脉冲，根据测量单位时间内的脉冲
数N，则可测出转速为
n
60 N Zt
式中 Z——圆盘上的缝隙数； n——转速(r／min)； t——测量时间(s)。
图 3-15 光电式转速传感器的结构原理图
图 3-16 应变式加速度传感器
一般取Zt=60×10 m (m＝0，1，2，…)，利用两组缝隙间距W相
同，位置相差（i／2+1／4）W（i＝0，1，2，…）的指示缝隙和两个光
直流测速机的特点是输出斜率大、线性好，但由于有电刷和换向器 ，构造和维护比较复杂，摩擦转矩较大。
直流测速机在机电控制系统中，主要用作测速和校正元件。在使用 中，为了提高检测灵敏度，尽可能把它直接连接到电机轴上。有的电机 本身就已安装了测速机。
2. 光电式转速传感器
光电式转速传感器是一种角位移传感器，由装在被测轴(或与被测轴相连接
速度与加速度测量
速度 加速度测量
讲述人： 讲述人：彭一男 李庆梅 魏 巍 李文华
微积分电路法
一、速度的测量
由于速度是位移对时间的微分，对加速度的积分， 因此把任何一个位移传感器的输出信号通过微分电 路进行微分，或者把加速度传感器的输出电信号通 过积分电路进行积分，就可得到与速度成比例的电 信号。 这种方法存在的问题主要是，通过微分会增强信 号中低幅高频噪声成分。
dt
3 0 pna v x e= . 2 2 5/ 2 2 (x + a )
2
若引入无纲变量，考虑到测时仪常采用“南极启 动”工作方式，即要求磁偶极子以极向S前飞向线 圈靶，则有
3 0 pnv ∧ e= . 2 2 5/ 2 2a (1 + ∧ )
为求出e(x)的最大值，可令 xm = ± a ，得
当前测量加速度的传感器基本上都是基于 图所示的基本结构。通常是质量－弹簧－ 阻尼二阶惯性系统。由质量块m、弹簧k 和阻尼器c所组成的惯性型二阶测量系统。 质量块通过弹簧和阻尼器与传感器基座相 连接。传感器基座与被测运动体相固连， 因而随运动体一起相对于运动体之外惯性 空间的某一参考点作相对运动。 由于质量块不与传感器基座相固连，因而在惯性作用下将与 基座之间产生相对位移。质量块感受加速度并产生与加速度 成比例的惯性力，从而使弹簧产生与质量块相对位移相等的 伸缩变形，弹簧变形又产生与变形量成此例的反作用力。当 惯性力与弹簧反作用力相平衡时，质量块相对于基座的位移 与加速度成正比例，故可通过该位移或惯性力来测量加速度。
▲瞬时速度法
永磁型感应测速传感器的工作原理和结构示意图如下：
永磁感应测速传感器的结构示意图
在两根互相平行的铁芯2和5上分别均匀地密绕一层漆包 线3和6，称之为速度线圈。在铁芯5上开有等间距的窄凹槽， 相邻两凹槽的间距为△s，称为节距，在凹槽内嵌绕着位移 线圈7，它的绕向与相邻两个位移槽内绕组的相反。两根平 行的铁芯线圈之间是一块永久磁铁1，使用时和被测件固接， 永久磁铁在铁芯中形成的磁路如图中的虚线所示。在永久磁 铁1和铁芯2，5之间的间隙内，将形成一个磁场，其方向垂 直向下，并设磁感应强度为B。 当运动机构运动时，带动永久磁铁沿铁芯线圈轴线方向 运动。这时，速度线圈将切割磁力线，因此线圈内将产生磁 感应电动势e。若n为单位长度内速度线圈的匝数，V为永久 磁铁的速度，根据电磁感应定律，有e∝nBv。对于一定均匀 密绕的速度线圈来讲，n是一个常数，在永久磁铁和线圈之 间的间隙中的磁感应强度B也近似恒定，因此，速度线圈中 的感应电动势e和被测运动体的速度v成正比。
运动传感器的工作原理
运动传感器的工作原理
运动传感器是一种感知物体运动的装置。
它通常由许多微小的器件组成，以便能够测量和检测物体的位置、速度和加速度等参数。
不同类型的运动传感器使用不同的原理来实现其功能。
1. 光电传感器：光电传感器利用光的传输和接收来检测物体的运动。
它由一个光源和一个接收器组成。
当有物体靠近光源时，它会阻碍光线的传输，从而降低接收器接收到的光强度。
通过测量光强度的变化，传感器可以确定物体的移动方向和速度。
2. 加速度传感器：加速度传感器测量物体在三个空间维度上的加速度。
它通常使用微机电系统（MEMS）技术制造。
加速度传感器包含一个微小的质量块，当物体受到加速度时，质量块会对其施加力。
这个力会导致质量块发生振动，通过测量振动的频率或振幅变化，传感器可以确定物体的加速度。
3. 磁力传感器：磁力传感器利用物体周围的磁场来检测其运动。
它包含一个敏感的磁场探测器，可以感知周围磁场的变化。
当物体移动时，它会改变周围磁场的分布。
通过测量磁场的变化，传感器可以确定物体的位置和运动状态。
4. 雷达传感器：雷达传感器使用电磁波来检测物体的位置和运动。
它通过发射无线电波，并接收由物体反射回来的信号来测量物体的距离和速度。
通过分析接收到的信号的时间延迟和频率变化，传感器可以确定物体的运动状态。
这些是一些常见的运动传感器的工作原理。
它们在各种应用中
被广泛使用，例如安防系统、智能手机、游戏控制器等。
通过利用这些传感器，我们可以实时监测和测量物体的运动，提供更多的功能和便利性。
速度及加速度检测—磁电式速度传感器
自动检测技术
2）温度误差 当温度变化时，式（5-7）中右边三项都不为零，
对铜线而言每摄氏度变
化量为dL/L≈0.157×10-4，
dR/R≈0.43×10-2，dB/B每摄氏度的变化量取决于永久磁铁的
磁性材料。对铝镍钴永久磁合金，dB/B≈-0.02×10-2，这样由
式（5-7）可得近似值：
这一数值是很可观的，所以需要进行温度补偿。补偿通常采 用热磁分流器。热磁分流器由具有很大负温度系数的特殊磁性材 料做成。它在正常工作温度下已将空气隙磁通分路掉一小部分。
自动检测技术
磁电式传感器的工作原理是基于法拉第电磁感应 原理。当匝数为N的线圈在磁场中运动而切割磁力 线，或通过闭合线圈的磁通量ф发生变化时，线 圈中将产生感应电势e
e N d
dt
磁电式传感器的分类
按工作原理不同，磁电感应式传感器可分为恒定磁通式 和变磁通式，即动圈式传感器和磁阻式传感器。
变磁通 式
三、 磁电感应式传感器测量电路
自动检测技术
图5-4 磁电感应式传感器测量电路方框图 磁电式传感器直接输出感应电动势，且传感器通常具有
较高的灵敏度，不需要高增益放大器。但磁电式传感器是速 度传感器，若要获取被测位移或加速度信号，则需要配用积 分或微分电路。图5-4为一般测量电路方框图。
自动检测技术Leabharlann 产生磁场的永久磁铁和线圈都固定
不动，通过磁通Φ的变化产生感应 电动势e。常用于角速度的测量。
恒磁通 式
工作气隙中的磁通保持不变，线圈 相对永久磁铁运动，并切割磁力线 而产生感应电势。
自动检测技术
动圈式磁电感应式传感器可以分为线速度型 和角速度型
自动检测技术
磁电式转速传感器根据磁路的不同，分成开磁路 式和闭磁路式两种。
mems加速度传感器工作原理
mems加速度传感器工作原理MEMS加速度传感器是一种微电子机械系统，它主要用于测量物体的加速度和倾斜角度。
它由微型机械结构和电子电路组成，能够精确地测量和检测物体的运动状态。
MEMS加速度传感器的工作原理是利用微机械结构的作用原理来进行加速度测量。
传感器内部有一个微小的质量块，称为“震荡质量块”。
当物体受到加速度时，传感器内部的微电子机械结构会把震荡质量块移动，并将移动的信息转换为电信号输出。
MEMS加速度传感器的核心部件是微电机械系统，包括探头、丝网层、加速度计、控制电路等。
当加速度计受到外力作用时，它会产生相应的位移和电信号。
这些信号经过放大和滤波后，可以被处理电路分析并输出。
这种传感器通常具有高分辨率、高稳定性、低噪声、低功耗等优点。
它广泛应用于物体运动状态监测、智能家居、手持设备、汽车导航、医疗器械等领域。
并且，随着科技的不断发展，MEMS加速度传感器的应用范围将会越来越广泛。
当使用MEMS加速度传感器时，需要注意以下几点。
首先，要避免传感器在使用过程中产生过大的振动和冲击。
其次，要做好传感器的保护工作，使其不受潮、不受热和电磁干扰。
最后，要定期校准加速度传感器以确保测量结果的准确性。
总之，MEMS加速度传感器是一种非常先进的微机械技术，具有高灵敏度、高精度、高可靠性等特点。
它已经成为各个领域中必不可少的一种测量和检测设备。
对于科技工作者和科技爱好者来说，学习MEMS加速度传感器的工作原理，将会有助于更好地了解和使用这种智能设备，从而为我们的生活和工作带来更大的便利。
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任务一 认识速度传感器
三、交流异步测速发电机
交流测速发电机
同步测速发电机
异步测速发电机
永磁式 感应子式 脉冲式 鼠笼转子 空心杯转子
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任务一 认识速度传感器
空心杯转 子异步测速发 电机的工作原 理如图4-8所 示。
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任务一 认识速度传感器
异步测速发电机的输出特性如 图4-9所示。
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任务一 认识速度传感器
速度和加速度检测系统
速度和加速度可直接反映物体运动的快慢程度和动态受力情况，某 些情况下是控制产品质量的决定性因素。例如，轧钢速度检测直接关系 到钢铁生产的连续性，过快或者过慢都可能发生事故。而加速度通过牛 顿第二定律可直接联系到物体所受到的合外力，是表征动态力的重要指 标。另外，在振动检测中，速度和加速度是表征振动的重要参数。
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任务一 认识速度传感器
一、测速发电机传感器的要求
测速发电机(tachogenerator)是一种检测机械转速的电磁装置。它能 把机械转速变换成电压信号，其输出电压与输入的转速成正比关系，如 图4-1所示。
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任务一 认识速度传感器
测速发电机在自动控制系统和计算装置中通常作为测速元件、校正 元件、解算元件和角加速度信号元件等。自动控制系统对测速发电机的 要求，主要是精确度高、灵敏度高、可靠性好等。
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任务一 认识速度传感器
当转动时，若将两个霍尔元件的输出端反向串联，则总的输出 电压为
式中，m为绕组相数；K为灵敏度系数（V/rpm）；ω为转速（ rpm）。
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任务一 认识速度传感器
从原理上讲，霍尔无刷直流测速发电机的输出电压为一正比于 转速的直流电压。这种测速发电机无剩余电压，输出电压中也不含 脉动成分；转子摩擦转矩小、惯量小、寿命长、可靠性好、容易维 护，近年来发展很快。
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任务二 压电传感器的应用
内置电路传感器灵敏度的选型计算方法为：被测加速度值（g）= 最大输出电压（mV）/传感器灵敏度（mV/g）。如选用目前最为通 用的100 mV/g, 可测50g以内振动，如检测100g的振动，则用50mV/g 的加速度计，其余以此类推。
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任务二 压电传感器的应用
某些测试现场的环境较为恶劣，具体考虑环境因素如下
二、加速度计简介与选型
现代技术的发展使得加速度计日趋小型化， 如图4-14所示的微机械加速度计的外形比硬币 要小，并且已经集成到芯片上，而检测精度也 普遍显著提高，如市场上流行的智能手机中也 应用了类似的加速度计，作为重力下控制显示 方向的开关。这种集成化是现代加速度计的重 要发展方向。
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任务二 压电传感器的应用
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实训二 使用加速度传感器
（2）在检测时，需要运行电动机一段时间后再读取振动检测 值，其原因是在振动检测中读取振动有效值时，需要一定时间进 行数据采样才能稳定读数。
（3）检测中需要更换测量头位置时，停止运行电动机，然后 更换位置，再行开启电动机进行检测。
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思考与练习
思考与练习
1.检测振动的速度传感器还有一种动圈式传感器，如图4-20所 示。图中线圈环绕一个磁铁，当磁铁上下运动时，在电路回路中的 电阻R会产生电流。请思考这个电流和哪些因素相关，所检测的结 果为什么是振动的速度检测值。
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任务一 认识速度传感器
2．电刷接触电阻的影响 测速发电机带负载时，由于电刷与 换向器之间存在接触电阻，会产生电刷 的接触压降，使输出电压降低。电刷接 触电阻是非线性的，它与流过的电流密 度有关。
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任务一 认识速度传感器
3．电刷位置的影响 当直流测速发电机带负载运行时，若电刷没有严格地位于几何中 性线上，会造成测速发电机正反转时输出电压不对称，即在相同的转 速下，测速发电机正反向旋转时，输出电压不完全相等。
表征异步测速发电机性能的技术指标主要有线性误差、相位误差 和剩余电压。剩余电压是测速发电机传感器的主要误差来源。
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任务一 认识速度传感器
减小剩余电压的措施如下
（1） （2）
改进电机的制造材料及工艺 外接补偿装置
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任务一 认识速度传感器
四、无刷直流测速发电机
霍尔无刷直流测速发电机在电机的定子铁芯上放置 两个空间位置相差90°电角度的绕组 和 ，并在绕组的 轴线上放置有霍尔元件 和 。转子为两极永久磁钢。霍 尔元件 和 的控制电流分别由定子绕组供给。将霍尔元 件的输出端串联，总的输出电压为两个霍尔元件的霍尔 电动势之和。
测速发电机
直流测速发电机
交流测速发电机
电磁式 永磁式 同步测速发电机 异步测速发电机
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任务一 认识速度传感器
二、直流测速发电机
直流测速发电机实际上是一种微型直流发电机，按励磁方式可分为 两种类型。图4-2所示为电磁式测速发电机原理，定子常为二极，励磁 绕组由外部直流电源供电，通电时产生磁场。目前，我国生产的CD 系 列直流测速发电机为电磁式。
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任务二 压电传感器的应用
某些物质，如石英、锆钛酸铅等，当受到外力作用时，不仅几何形 状发生变化，而且内部产生极化，表面出现电荷，形成电场；当外力消 失时，材料重新回复到原来状态，这种现象称作压电效应。
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任务二 压电传感器的应用
相反，如果将这些物质置于电场中，其几何形状也发生变化，这种 由于外电场作用导致物质的机械变形的现象，称为逆压电效应，或者称 为电致伸缩效应。
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任务一 认识速度传感器
Байду номын сангаас知识目标
通过熟悉各种速度传感器，了解速度传感器检测的一般原理和使用 条件，掌握各种速度传感器的量程、精度等检测性能。
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任务一 认识速度传感器
技能目标
通过实践操作和训练理解，初步认识磁电式速度传感器及其检测适 应性，了解工业中常用的速度检测特点及位移传感器的基本选用原则。
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实训一 使用测速发电机检测转轴转动速度
实训目标 通过连接直流测速发电机传感器和减速电动机伸出轴，使用数 显表显示转速值，深入了解测速发电机传感器的传感特性与应用 规程。
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实训一 使用测速发电机检测转轴转动速度
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实训一 使用测速发电机检测转轴转动速度
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实训一 使用测速发电机检测转轴转动速度
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实训一 使用测速发电机检测转轴转动速度
（3）在使用联轴器连接测速发电机输出轴时，注意不应强迫 安装，如果安装精度不够时可使用法兰先安装在测速发电机上， 然后将法兰固定于连接器上。
（4）如果需要高精度检测，需要注意温度和周围电磁场的影 响。
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任务二 压电传感器的应用
知识目标
通过熟悉压电加速度传感器的使用，了解加速度传感器检测的一般 原理和使用条件，掌握加速度传感器的一般分类、原理和使用方法。
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任务一 认识速度传感器
永磁式测速发电机原理如图4-3所示。定子磁极由永久磁钢做成。 永磁式测速发电机由于没有励磁绕组，所以可省去励磁电源，具有结构 简单、使用方便等特点，近年来发展较快。
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任务一 认识速度传感器
永磁式直流测速发电机按其应用场合不同，可分为普通速度型和低 速型两种。前者的工作转速一般在每分钟几千转以上，最高可达每分钟 一万转以上；而后者一般在每分钟几百转以下，最低可达每分钟一转以 下。由于低速测速发电机能和低速力矩电动机直接耦合，省去了中间笨 重的齿轮传动装置，消除了由于齿轮间隙带来的误差，提高了系统的精 度和刚度，因而在国防、科研和工业生产等各种精密自动化技术中得到 了广泛应用。
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任务一 认识速度传感器
（1）输出电压与转速保持良好的线性关系。 （2）剩余电压（转速为零时的输出电压）要小。 （3）输出电压的极性和相位能反映被测对象的转向。 （4）温度变化对输出特性的影响小。 （5）输出电压的斜率大，即转速变化所引起的输出电压的变化要大。 （6）摩擦转矩和惯性要小。
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任务一 认识速度传感器
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实训二 使用加速度传感器
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实训二 使用加速度传感器
操作步骤
1.
装配检测平台
2.
电气连接
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3.
检测振动值
实训二 使用加速度传感器
注意事项 （1）连接必须稳固可靠，否则在电动机运行过程中会产生零 件脱落飞溅伤人的问题。同样，铁板材料最好使用标号较低（如 15#）的碳钢材料，尽可能使得材料不至于产生疲劳断裂。在检测 前应注意观察各连接部位和铁板上是否有裂纹出现，如果出现则 更换零件，避免产生安全问题。
图4-15所示为压电加速度计的外形和内部结构。一般加速度计底 面需要和振动体连接，而连接的牢固程度是表征拾振能力的重要指 标，如果不够牢固，有可能使某些振动无法检测到。
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任务二 压电传感器的应用
在一般通用振动检测时，用户主要关心的技术指标为灵敏度、频 率范围、内部结构、内置电路、现场环境与后续仪器配置等。
（1）防水 （2）高温
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（4）绝缘、地电回路 及磁电场
（3）位置限制
实训二 使用加速度传感器
实训目标 使用悬臂梁的悬臂端安装一个带有偏心轴的调速电机，人为控 制悬臂梁的振动频率和偏心量，使用振动检测仪和磁吸式加速度 传感器检测振动值，深入了解加速度计检测振动时的传感特性与 应用规程。
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实训二 使用加速度传感器
注意事项 （1）在使用时必须注意电机的转速不得超过规定的最高转速， 负载电阻不小于给定值。在搭建检测平台的过程中，万用表和数 显表头的内阻应大于负载电阻的最小值。在本项目试验平台情况 下，阻值是满足要求的，但在实际应用中应注意阻值问题。 （2）检测过程中，不要将电机安装于强磁场周围，或安装于 放射性电热元件旁，或安装于温度湿度高、振动大、有腐蚀性气 体、液体等场所。
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任务一 认识速度传感器