压电加速度测量系统的设计

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基于压电加速度计速度测量信号调理电路设计

基于压电加速度计速度测量信号调理电路设计

课程设计报告题目基于单片机的压电加速度传感器低频信号采集系统的设计2014-2015 第二学期专业班级2012级电气5班姓名赵倩学号************指导教师马鸣教学单位电子电气工程学院2015年7月6日课程设计任务书一、压电式加速度传感器的概要 (4)二、信号采集系统的总设计方案 (5)三、信号采集系统分析 (6)1、电荷转换部分: (6)2、适调放大部分 (6)3、低通滤波部分: (7)4、输出放大部分 (7)5、积分器部分: (8)四、单片机软件设计 (8)五、Multisim仿真分析 (10)1.仿真电路图 (10)2.仿真波形及分析 (11)六、误差分析 (11)1、连接电缆的固定 (11)2、接地点选择 (12)3、湿度的影响 (12)4、环境温度的影响 (12)七、改进措施 (12)六、心得体会 (12)七、参考文献 (13)前言在数据采集领域,NI作为虚拟仪器技术的开创者和领导者,也是基于PC的数据采集产品的领导者,为用户提供了最为广泛的数据采集设备选择。

但配备NI公司的数据采集硬件及软件比较昂贵,并且对于本文中在实验室进行的压电加速度传感器信号的采集,其输出模拟量为缓变低频信号,采用总线型。

压电式加速度传感器是以压电原材料为转换元件,输出与加速度成正比的电荷或电压量的装置。

由于它具有结构简单、工作可靠等性能,目前已成为冲击振动测试技术中使用广泛的一种传感器。

世界各国作为量值传递标准的高频和中频基准的标准加速度传感器,都是压电式的。

本文基于上述特点对压电加速度传感器低频信号进行了分析,同时在参阅大量文献资料的情况下设计了基于单片机的压电加速度传感器低频信号的采集系统。

基于单片机的压电加速度传感器低频信号采集系统的设计一、压电式加速度传感器的概要压电式加速度传感器是一种典型的自发式传感器,又称压电加速度计,它也属于惯性式传感器。

它是以某些晶体受力后在其表面产生电荷的电压效应为转换原理的传感器。

一种压电式球形加速度计的设计与分析

一种压电式球形加速度计的设计与分析
o n t h r e e - d i me n s i o n a l a x i s , wh i c h wa s u s e d t o c a l c u l a t e t h e r e s u l t a n t f o r c e o n s p h e r e , c o u l d b e o b t a i n e d wi t h t h e d a t a a c q u i s i t i o n mo d u l e . An d t h e n t h e s p h e r e a c c e l e r a t i o n c o u l d b e f i g u r e d o u t b a s e d o n t h e f o r c e a n d Ne wt o n ' s s e c o n d l a w. I n t h i s p a p e r , t h e b a s i c d e s i g n p r i n c i p l e o f s p h e r i c a l a c c e l e r o me t e r h a s b e e n d e s c r i b e d, t h e ma t h e ma t i c a l mo d e l o f s p h e r i c a l
( Xi c h a n g s a t e l l i t e l a u nc h c e n t e r o f Ch i n a, Xi c h a n g 61 5 0 0 0, Chi na )
Ab s t r a c t : Th e p a p e r r e s e a r e h d d a s p h e r i c a l p i e z o e l e c t r i c a c c e l e r o me t e r . Th e p r e s s u r e s i g n a l a c t i n g o n t h e p r e s s u r e

压电式加速度计的工作原理

压电式加速度计的工作原理

压电式加速度计的工作原理压电式加速度计是一种常见的加速度测量设备,它基于压电效应利用压电材料的特性来实现测量加速度的目的。

压电材料是一种具有压电效应的晶体材料,能够将机械应力转化为电荷或电势差。

下面将从基本原理、工作原理和应用领域三个方面详细介绍压电式加速度计的工作原理。

1.基本原理压电效应是指在一些晶体材料中,施加压力或机械挤压会导致晶体内部产生正负电荷分离的现象。

这种分离的电荷可以通过外部的电路连接来测量,由此可以得到施加在晶体上的压力或机械应力的大小。

压电效应主要存在于具有特定晶体结构的压电材料中,如压电陶瓷,其中最常见的是PZT(铅锆钛)材料。

压电材料的晶体结构使得在施加压力时,其中的正、负离子会发生形变并分离,形成电荷。

这种电荷的大小与施加的压力成正比,可以通过外部电路连接到测量设备中进行读取和分析。

2.工作原理当加速度计受到加速度作用时,质量会产生相应的惯性力,压电陶瓷片将因此受到应力,而产生压电效应。

在质量的一动,另一个静止的陶瓷片将会感受到压力的变化,并产生相应的电信号。

这个电信号可以被读取和分析,并转化为加速度的数值。

由于压电材料的压电效应是线性的,所以电信号的幅度与施加的加速度成正比。

3.应用领域-汽车工业:用于测量车辆在运动中的加速度、减速度和振动情况,以改善车辆的稳定性和舒适性。

-工程监测:用于测量建筑物、桥梁、隧道等工程结构在风、震动或其他外力作用下的振动情况,以评估结构的安全性。

-航空航天研究:用于测量飞行器在起飞、飞行和降落过程中的加速度、振动情况,为研究和改进飞行器设计提供参考数据。

-体育科学:用于测量运动员的加速度、速度和姿势,以帮助改进训练方法和运动技术。

-军事应用:用于军事装备的性能测试和武器系统的精确度评估,以及士兵在战斗中的生理状态监测。

总之,压电式加速度计通过利用压电材料的特性,将机械应力转化为电信号来测量加速度。

它在各个领域中都有广泛的应用,对于研究和改进工程结构、运动技术以及改善产品性能等方面都起到了重要的作用。

传感器课程设计--压电式加速度传感器的设计

传感器课程设计--压电式加速度传感器的设计

课程设计说明书题目:压电式加速度传感器的设计学院(系):电气工程学院课程设计(论文)任务书院(系):电气工程学院基层教学单位:自动化仪表系说明:此表一式四份,学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份。

目录示例目录第1章摘要 (1)第2章引言 (2)第3章电路仿真及准备作 (3)第4章压电式加速度传感器的参数设计及计算 (12)4.1 结构设计 (12)4.2 电容设计与计算 (12)4.3 其他参数的计算 (12)第5章误差分析 (13)第6章结论 (14)心得体会 (14)参考文献 (15)第一章摘要传感器是一门集合多种科学技术的科学,它利用各种原理如光电效应、压电效应,等等的原理,来根据被测物体的变化来反映待测量的变化的科学。

传感器是在现今科学领域中实现信息化的基础技术之一。

现代测量、控制与自动化技术的飞速发展,特别是电子信息科学的发展,极大地促进了现代传感器技术的发展。

传感器的使用也越来普遍,在当今社会里起到了很大的作用,与此同时传感器的技术要求也在不断提高,对传感器的设计,性能,功能提出了更高的要求,显而易见传感器在以后的社会发展中将会起到越来越重要的作用。

压电式传感器是基于压电效应的传感器。

压电效应是一种能实现机械能与电能相互转换的效应,当有力作用于压电元件上时,压电元件会产生电荷,传感器中利用电荷放大电路,将电荷的变化表现到电压的变化,从而来确定待测物体的运动状态。

经过一定转换电路来实现我们所需要的测量的输出。

压电式传感器的优点是频带宽、灵敏度高、信噪比高、结构简单、工作可靠和重量轻等。

缺点是某些压电材料需要防潮措施,而且输出的直流响应差,需要采用高输入阻抗电路或电荷放大器来克服这一缺陷。

第二章引言压电式传感器是基于压电效应的传感器,就要求必须将电荷的变化通过电路来表现出来,这就要求将电荷的变化转换成电路中电流的变化或者电压的变化,此时必须用到电荷放大电路来实现。

电荷放大电路是压电传感器的核心电路,它将电荷的变化转换电压的变化,从而实现了测量的意义,可以根据电压的变化来判断被测物体的变化或者运动状态。

MEMS压电式加速度计

MEMS压电式加速度计

MEMS压电式加速度计MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems)压电式加速度计是一种利用压电效应测量加速度的传感器。

它基于微纳技术制造而成,具有小型化、低功耗、高性能等优势,在汽车、航空航天、智能手机等领域广泛应用。

MEMS压电式加速度计的主要原理是利用压电材料的特性。

压电材料是一种在受到力或压力作用下会产生电荷的材料。

当压电材料受到加速度作用时,会产生应变,从而产生电荷。

通过测量这个电荷的大小,就可以确定加速度的大小。

MEMS压电式加速度计由压电传感器和信号处理电路组成。

压电传感器通常采用层状压电片结构,其中包含了压电材料和电极层。

当压电材料受到加速度作用时,会产生电荷,在电极间形成电压。

信号处理电路会将这个电压转换为数字信号,并进行处理和分析。

MEMS压电式加速度计具有以下优势。

首先,它是一种小型化的传感器,体积小、重量轻,可以方便地集成到其他设备中。

其次,它具有低功耗的特性,适合于电池供电的应用。

此外,它的响应速度快,可以检测频率较高的加速度变化。

最后,它的测量精度高,可以达到微米级的精度要求。

MEMS压电式加速度计在汽车行业中得到广泛应用。

例如,在车辆的安全系统中,可以通过加速度计来检测车辆的碰撞、翻滚等情况,从而触发安全气囊的打开。

此外,它还可以被用于车辆的悬挂系统、刹车系统等方面的控制和监测。

在航空航天领域,MEMS压电式加速度计可以用于火箭、导弹等飞行器的姿态控制和导航系统中。

通过测量加速度,可以确定飞行器的姿态和位置,从而实现精确的导航和控制。

在智能手机等消费类电子产品中,MEMS压电式加速度计可以用于屏幕旋转、手势识别等功能。

通过感知手机的倾斜、旋转等动作,可以实现屏幕的自动旋转、游戏的控制等功能。

总之,MEMS压电式加速度计是一种应用广泛的传感器,具有小型化、低功耗、高性能等优势。

它在汽车、航空航天、智能手机等领域发挥着重要的作用,为这些领域的发展和进步做出了贡献。

PZT压电加速度传感器的设计

PZT压电加速度传感器的设计

PZT压电加速度传感器的设计l.i课题研究的目的和意义加速度传感器应用与设讣的要求最初是山航空航天、机器人、军事领域中对物体控制等特殊领域中提出的。

例如,在航空航天领域,山于各种运载丄具和总航系统在飞行过程中,来自自身推力系统产生的振动以及大气环境的影响而产生的振动直接影响系统的飞行姿态和运行轨迹。

因此,必须随时监测其各类负载的振动状态。

但是长期以来,我国各种大型运载工具和E行器上测控用的加速度传感器都是单轴结构,只有一维功能,故无法提供全面的加速度信息,必须同时采用多个一维加速度传感器,这在一定程度上制约了对飞行器飞行姿态测试和控制的精确性和有效性。

显而易见,只能获取一维加速度分量与时获得测量处六维加速度信息是有着本质上的区别的。

所以对多维加速度传感器的研究具有明显的科学技术价值与重要意义,因此对多维加速度传感器的研制不仅在机器人领域而且在其它领域仍然意义重大。

多维加速度传感器的研制国内外还处于起步阶段,所以寻求一种新的途径进行多维加速度传感器的设讣成为多维加速度传感器设计的一项重要课题。

多维加速度传感器一般是山敬感元件、变换元件和测量电路三部分组成。

除自源型传感器外,还需外加辅助电源,用框图表示如下。

图1-1加速度传感器的组成框图结合振动轮系统理论分析结论,采用如图4所示的测量系统,选择某样机在施丄现场测取系统的主要响应信号。

山分离的加速度计、电荷放大器、数据采集测试仪组成振动测量系统,该系统主要技术指标如下通道数为8;采集方式为多通道并行;A/D分辨率为12 b it;最高采样频率为1MHz;频率范围为0 1 5 H z〜6 kH z ;低通滤波器的衰减斜率为-12 d B / O CT;加速度测量范圉为O~5 0m/ s 2;数据存储深度为任意(视硬盘空间而定)。

图1.2 总的设计框图可以看出,弹性体是传感器的核心,其结构决定着传感器的各种性能和测量精度,弹性体结构设讣的优劣对加速度传感器性能的好坏至关重要,是传感器设计的关键。

集成加速度传感器的软件设计

集成加速度传感器的软件设计

集成加速度传感器的软件设计摘要在加速度测试系统传统结构中,从传感器、温度偏移纠正电路、放大电路到数据采集各设备往往都是孤立的,不便于携带并受到测量空间的限制。

本文介绍了一种利用单片机集成系统进行数据采集与传输的方案,较好的解决了系统集成化问题。

方案采用通用性较强,价格便宜的80C51单片机;人机接口采用8297;A/D转换器采用ADC0809;片外存储器选用两片6264,容量扩至16k×8;数据传输采用USB,用CH375芯片作为单片机串行口与USB的连接芯片。

数据采样频率设为六种可选,最小至0.2ms,最大至625ms,可以适应不同的应用场合。

单片机系统在实际工业系统中可能会遇到各种干扰和自身的随机性误差,目前的抗干扰方法主要有硬件看门狗技术和软件陷进技术等,本方案将两种方法结合起来,进一步提高了系统的稳定性。

关键词:单片机;数据采集;硬件看门狗;中断系统;串行通信The software design of the integrated accelerometerAbstractIn traditional acceleration test system, components form accelerometer, temperature compensation, electric enlarge circuit to data acquisition unit are all stand alone, inconvenience in take and being subjected to the measuring space. This text introduced a method that using integration system of single chip microcomputer for data acquisition and deliver, resolving the integration of the system.This project adopts in general used, low-cost 80C51 system;Person's machine connects to adopt 8297;The A/D conversion machine adoption ADC0809; RAM use two slices of 6264 , the capacity expands to the 16 k × 8;Data_deliver uses the USB, using the CH375 chips as conjunct chip between the USB and the serial interface. The date- acquisition frequency sets for six kinds of eligibility, the minimum to 0.2 ms, the biggest to 625 ms, adapting different applied situation Single chip microcomputer system may fall across some impacting factors and self random error, the current anti- impacting methods mainly have the hardware watchdog technique and software trap method etc. This project put together two kinds of methods, further raising the stability of the systemKeyword:single chip microcomputer;data-acquisition; the hardware watchdog;outage system;serial communication目录第一章引言 (1)1.1 当前加速度测试系统的使用现状及存在缺陷 (1)1.2 加速度测试系统传统构造 (1)1.3 论文的预期目标 (3)第二章系统的硬件组成 (3)2.1 系统的硬件总体设计 (3)2.2 A/D转换模块 (5)2.2.1 A/D转换模块的设计 (5)2.2.2 数据存储器的扩展 (7)2.3 键盘显示接口的设计 (7)2.3.1 8279的介绍 (7)2.3.2 接口的设计 (10)2.4 数据传输模块 (11)2.4.1 CH375芯片简介 (11)2.4.2 数据传输模块设计 (14)2.5 看门狗复位电路 (14)第三章系统的软件实现 (15)3.1 软件的总体结构 (15)3.2 数据采集子程序 (17)3.2.1 采样频率 (17)3.2.2 数据采集 (18)3.3 指令采集子程序 (19)3.3.1 8279的初始化 (19)3.3.2 指令采集程序的设计 (21)3.4 数据传输子程序 (21)第四章系统抗干扰设计 (22)4.1 干扰源及其传播途径 (23)4.2 系统抗干扰措施 (24)第五章结论 (25)致谢 (26)参考资料 (27)附件................................1.引言1.1当前加速度测试系统的使用现状及存在缺陷机械在运动时,由于旋转件的不平衡、负载的不均匀、结构刚度的各向异性、间隙、润滑不良、支撑松动等因素,总是伴随着各种振动。

压电式传感器测振动报告

压电式传感器测振动报告

压电式传感器应用设计报告1.设计题目:压电式传感器测振动2.设计要求:利用压电式传感器进行振动测量,根据压电效应,当传感器和试件以相同频率振动时,可以产生正比于加速度的表面电荷。

3.设计中所使用的传感器的原理:压电式传感器(由惯性质量块和受压的压电片等组成)是一种机电换能器,所用的压电片(如天然石英、人工极化陶瓷等)在受到一定的机械荷载时,会在压电片的极化面上产生电荷,其电荷量与所受的载荷成正比。

当压电晶体片受力时,晶体的两表面上聚集等量的正、负电荷,由于晶体片的绝缘电阻很高,因此压电晶体片相当于一只平行板电容器,如图1所示。

其电容量为d A C a ε=晶体片上产生的电压量与作用力的关系为t F Ad d F A d d C qe a a ωεεsin 3333=== 式中:ε为压电晶体的介电常数;A 为晶体片(构成极板)的面积;d 为晶体片的厚度;d33为压电系数;F 为沿晶轴施加的力。

图1 压电晶体内部等效图 压电式加速度计的晶体片确定后,d33、d 、£、A 都是常数,则晶体片上产生的电压量与作用力成正比。

测量时,当加速度计受振动时,传感器与试件固定在一起感受相同频率的振动,质量块便有正比于加速度的交变力作用在晶片上,由于压电效应,它的2个表面上就会产生交变电荷(电压)。

而此交变电荷(电压)又与作用力成正比,因此交变电荷(电压)与试件的加速度成正比。

这就是压电式加速度计能够将振动加速度转变成为电量进行测振的原理。

4.设计所需元器件:振动台、压电传感器、检波、移相、低通滤波器模板、压电式传感器实验模板。

双踪示波器。

5.设计的测量电路图:图26.调试过程及结果分析:1、 将压电传感器装在振动台面上。

2、 将低频振荡器信号接入到台面三源板振动源的激励源插孔。

3、 将压电传感器输出两端插入到压电传感器实验模板两输入端。

将压电传感器实验模板电路输出端V o1(如果增益不够大,需接可变增益放大器:V o1,接R 6, V 02接低通滤波器)接入低通滤波器输入端Vi ,低通滤波器输出V 0与示波器相连。

压电加速度传感器测量电路研究

压电加速度传感器测量电路研究
也有两种形式 : 电压放大器和电荷放 大器 。 2I 电压放大器 .
图 5 压 电加速度传感器与 电荷放大器连接的等效 电路 当圮、 足和 风相 当大时 , 同时考虑 到在实际电路 中采用
的运算放大器开环增 益 A约为 14 0数量级 , O 16  ̄ 此时 、 和 e
G均可忽略不计 。由“ 虚短” 虚断” 和“ 的电路 理论 可得放大器
() a 电荷等效电路 () b 电压等效电路

— —
输 出 引线
图 3 压 电加速度传感器 测试 系统等效电路

若外加 的机械力为 F 。根据压电效应 .它所产生 的电荷
Q d = Ma 其中 d为压电常数 , 为质量块 , -F d , 在低频 时, 出 输
支 座
电荷和加速度 a 成正 比。当需 要压电元件输出 电荷时 , 因为
图 1 压电加速度传感器工作原理 1 等效电路 . 2
压电传 感器 既可以等效为电荷 源又可等效为电容器 , 以其 所 等效电路可认 为是二者的并联 , 称为压 电传 感器的电荷等效
电路 , 图 2 a所示 。图 中 c 为压电加速度 传感器 等效 电 如 () 。 容 ; 为压电加速度传感器绝缘 电阻 。一般在 1 1 ” 0~ 0 欧姆
容 其 容 c 曼 式 , 压 元 极 面 器。 电 量 ,中 为 电 件 板 字= 5
积 m ) s为压 电材 料介电常数 ( / ;r ; Fm)8 为压 电材料 的相对 介电常数 ; 为真空介 电常数 (。8 5 1 Fm)f = . x 0 / ; 为压 电元 8
件厚度 ( 。 m)
测 与 处理 。
s INr c E E&T c E HN。L Y VI 。N 科技视界 J 3 。G s 6

基于压电式加速度计的冲击加速度测量方法研究

基于压电式加速度计的冲击加速度测量方法研究
图 1 系统 工作 原 理
F g 1 Sy t i . sem r r c p e wo k p i i l n
1 系统 工 作原 理
11 系统 工作原 理 .
12 压 电式加速 度计 测量原 理 .
在压 电元 件上 , 以一 定 的预 紧力 安装 一 个 质量
块 , 量 块 上 有 一 弹 簧 片 , 是 典 型 的惯 性 式 传 感 质 这 首 先将 压 电式 传 感器 安 装在 待 测 物体 上 , 将 信号 器 , 简化 的单 自由度二 阶力 学系 统如 图 2 示 。 再 其 所 变换 器 外 接在 传感 器 上 , 当待 测物 体受 到 冲击产 生
第 3 卷第 3 4 期
21 年9 01 月
长春理工大学学报 ( 自然 科 学 版 )
J un l f a gh nU iesyo S in e n eh oo y ( trl cec io o ra o Chn c u nvri f cec dT cn lg Naua in e t n) t a S Ed i
Vo .4 No. 13 3 S p. e 201 1
基 于压 电式 加 速 度计 的冲 击 加速 度 测 量 方 法研 究
郭林 炀 ,赵 研
(. 1 北方激光科技集团有限公司 ,扬州 摘 2 5 0 ;2长春理工大学 20 9 . 光 电工程学院 ,长春 10 2 ) 30 2
式 加速度 传感 器才 能胜任 。压 电式 加速 度计 广泛地 应 用 于航 空 、 天 、 航 兵器 、 船 、 织 、 造 纺 机械 及 电气等 各种 系 统 的振 动 , 及 冲击测 试 、 号 分 析 、 以 信 环境 模 拟实验 、 模态 分析 、 故障 诊断及 优化设 计 等方面 。

压电式加速度计及力传感器电荷灵敏度相对校准法

压电式加速度计及力传感器电荷灵敏度相对校准法

压电式加速度计及力传感器电荷灵敏度相对校准法实验目的1、掌握压电式加速度计及力传感器电荷灵敏度的相对校准方法;2、熟悉压电式传感器与电荷放大器配套使用方法。

实验内容1、用加速度计校准器(Calibrator)校准加速度计电荷灵敏度;2、用同一装置校准力传感器电荷灵敏度。

实验装置及校准原理1、测试系统,见图1。

电荷放大器电压表 2626标准加速度计被校传感器电荷放大器电压表2635 校准器图1 用校准器进行加速度计相对校准示意图2、加速度计校准器。

B&K4291是一种便携式加速度计校准器,它内装固定频率79.6Hz(500rad/s)的正弦信号发生器和低功率放大器,可驱动有内外两个台面的微型振动台,2使台面产生加速度幅值为10?0.2m/s(可通过前面板右下方的旋钮微调)。

见图23、电荷放大器。

为具有很高输入阻抗的适调放大器,与压电式传感器配用,将电荷输出转换为电压输出。

B&K2635和2626电荷放大器前面板上方的一组(三个)灵敏度适调旋钮,可给出nn三位数的设置值(pC/unit);前面板中心的增益旋钮用于设置输出量程(mV/unit);qu电荷放大器增益为G,n/n(mV/pC) uq-2S设加速度计或力传感器的电荷灵敏度为,单位为pC/ms(加速度计)或pC/N(力q传感器),则传感器与电荷放大器配套后的系统灵敏度为S,S,G,S,n/n qquqSnS在已知传感器的灵敏度情况下,通常使值与一致,此时系统灵敏度为 qqq S,nu此即所谓灵敏度适调。

电荷放大器前面板左下方和右下方分别为高通滤波器和低通滤波器设置旋钮,设置高通和低通的截止频率。

SS已知的标准传感器和待校准的加速度4、加速度计的相对校准法。

将一个电荷灵敏度qq计分别固定在B&K4291校准器内、外台面上,配套电荷放大器2626和2635,并接电压表,如图1。

nS假定2626的值与标准加速度计的一致,n=100mV/unit,微调4291的振幅,qqu使与2626相连的电压表读数为1V(0.707V),则此时台面振动加速度峰值pkrms2=10.0m/s。

Endevco 压电式加速度计(PE) 选择指南

Endevco 压电式加速度计(PE) 选择指南

49Endevco 压电式加速度计(PE) 选择指南型号灵敏度 (pC/g) 重量 (克) 线性范围 (g)冲击极限(g)频率响应(Hz) 最低温度(℃) 最高温度 (℃) 信号/地 绝缘 气密封安装方法压电式(PIEZOELECTRIC) 12M1 22 23 2220D 2221D 2221F 2222C 2223D 2224C 2225 2225M5A 2226C 2228C 2229C 2 0.4 0.4 3 17 10 1.4 12 12 0.75 0.025 2.8 2.8 2.8 0.085 0.14 0.8 3.1 12 11 0.5 41 16 13 13 2.8 15 4.9 504000200010001000100010001000100010000100001000100010001000100001000050005000300010000200020002000100002000200020001~28001~100001~100001~100001~60001~100001~80001~60001~60001~80001~80001~50001~40001~5000-65 -73 -73 -55 -55 -55 -73 -55 -55 -55 -55 -55 -55 -55 149 149 149 260 177 260 177 177 177 177 177 177 177 177 N/A 是 是 是 是 非 是 是 非 非 非 非 是 是 N/A 非 非 是 非 是 非 非 非 非 非 非 非 非 粘接 粘接 粘接 螺纹 螺纹 螺纹 螺纹 螺纹 螺纹 螺纹 螺纹 粘接 螺纹 螺纹 2248 2271A 2271AM20 2272 2273A2273AM1/AM20 22762.5 11.5 11.5 13 3 10 10 13 27 27 27 25 32 30 5001000100010001000500500300010000100002000100003000300010~10001~40001~40001~50001~60001~50001~5000-55 -269 -269 -269 -184 -55 -55 482 260 260 260 399 399 482 非 是 是 非 非 是 非 是 是 是 是 是 是 是 螺纹 螺纹 螺纹 螺纹 螺纹 螺纹 螺纹 6222S-20A 6222S-50A 6222S-100A 6233C-10 6233C-50 6233C-100 6237M70 6237M71 6240C-10 6240M10 20 50 100 10 50 100 10 10 10 5 91 91 91 75 110 110 30 30 200 95 2000100050010001000500500500100025040002000100020002000100020002000200010001~90001~60001~600010~500010~250010~20002~50002~50005~25002~2000-55 -55 -55 -55 -55 -55 -55 -55 -55 -55 260 260 260 482 482 482 649 649 649 760 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 非 非 是 是 螺纹 螺纹 螺纹 螺纹 螺纹 螺纹 螺纹 螺纹 螺纹 螺纹 7201-10 7201-50 7201-100 7221A 7240B 7701A-50 7701A-100 7701A-200 7701A-1000 7702A-17 7702A-50 7703A-50 7703A-100 7703A-200 7703A-1000 7704A-17 7704A-50 7722/772410 50 100 10 2.7 50 100 200 1000 17 50 50 100 200 1000 17 50 3.718 24 25 11 4.8 25 29 62 120 25 25 25 29 62 120 25 25 292000200020001000100020001000850500250020002000100085050025002000500200001000050005000500010000500020001000120001000010000500020001000120001000025001~120001~60001~50001~100001~150001~60001~50001~40001~20001~100001~60001~60001~50001~40001~20001~100001~60001~4000-73 -73 -73 -55 -55 -55 -55 -55 -55 -55 -55 -55 -55 -55 -55 -55 -55 -269260 260 260 177 260 288 288 288 288 288 288 288 288 288 288 288 288 177非 非 非 非 非 非 非 非 非 非 非 是 是 是 是 是 是 非/是是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 螺纹 螺纹 螺纹 螺纹 螺纹 螺纹 螺纹 螺纹 螺纹 螺纹 螺纹 螺纹 螺纹 螺纹 螺纹 螺纹 螺纹 螺纹50度计不仅具有长时间的稳定性,且可在-269℃~+750℃的范围内使用,性能稳定可靠。

压电式加速度传感器信号采集系统设计研究

压电式加速度传感器信号采集系统设计研究

压电式加速度传感器信号采集系统设计研究摘要:本文设计了一套信号采集系统,这个系统基于压电加速度传感器低频信号的原理。

并对压电加速度传感器信号进行了调理工作如放大滤波,同时以TLC0831(来自TI公司)为A/D转换器,并以单片机GMS97C2051(LG公司)为微处理控制芯片,并分析了各个硬件模块。

关键词:调理压电加速度传感器信号采集加速度传感器是用于倾斜角、惯性力、冲击力及振动等参数的测量并将运动或重力转换为电信号的一种传感器。

压电加速度传感器是一种以某些受力晶体在其表面产生电荷的压电效应为转换原理的典型的自发式传感器,优点是高灵敏度、高信噪比、重量轻、结构简单、工作可靠等等,广泛应用在加速度测量方面。

1 传感器信号采集系统原理简述压电式传感器的基础是电介质的压电效应,这些物质表面上会产生电荷,原因是在沿一定方向受到压力或拉力作用而发生变形;反之,若它们不受力又回到不带电的状态,这就是所谓的压电效应。

它是典型的发电传感器,又叫有源传感器。

石英晶体是最常用的电介质材料,此外还有钦酸钡、错钦酸铅等多晶体也作为压电材料得到应用,因为它们具有良好的压电效应。

这种传感器的灵敏度与压电材料的压电系数和质量块的质量有关成正比关系。

压电系数越大,传感器的灵敏度越高,在通常情况下,我们主要采用压电陶瓷为敏感元件。

压电式加速度传感器包括质量块、压电元件和支座。

其中把支座与待测物固定在一起,它们之间是刚性连接。

当待测物有位移时,支座与待测物以相同的方式运动,压电元件受到惯性力的作用,它与质量块的与加速度相反方向,晶体的两个表面形成了交变电压。

当传感器的固有共振频率大大高于振动频率时,传感器的输出电荷(也就是电压)与作用力的关系为正比。

我们可通过检测电路检测放大的电信号从而得到物体的加速度。

2 信号采集系统总体设计方案我们对数据采样过程采集时域信号,而计算机只能处理数字信号,故需要将用调理器和转换器来进行信号的转变。

一种压电加速度地震检波器的设计与研究

一种压电加速度地震检波器的设计与研究

一种压电加速度地震检波器的设计与研究
刘升虎;邢亚敏
【期刊名称】《传感器与微系统》
【年(卷),期】2007(026)008
【摘要】研究和讨论了一种陆用压电加速度地震检波器,并从理论上对其幅频、相频特性进行推导,得出影响频响宽度的主要因素,并在压电晶体的选择及检波器的结构上予以改进.通过对传统速度地震检波器和压电加速度地震检波器主要指标测试和理论及现场试验结果表明:此压电加速度检波器具有较好的低频和高频响应特性以及较高的灵敏度,是一种较好的检波方法.
【总页数】4页(P29-31,34)
【作者】刘升虎;邢亚敏
【作者单位】西安石油大学,陕西省光电传感重点实验室,陕西,西安,710065;西安石油大学,陕西省光电传感重点实验室,陕西,西安,710065
【正文语种】中文
【中图分类】P631.4+33;TH763.1
【相关文献】
1.压电加速度地震检波器及其频率响应特性分析 [J], 宋玉龙
2.压电加速度地震检波器技术研究 [J], 曹磊;韩立国
3.新型陆用压电加速度地震检波器问世 [J],
4.新型陆用压电加速度地震检波器问世 [J],
5.新型陆用压电加速度地震检波器问世 [J],
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压电式加速度传感器的开发与仿真试验

压电式加速度传感器的开发与仿真试验
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查阅资料,翻译文献 系统分析,完成开题报告 系统功能设计、数据库设计 系统功能模块设计 各功能模块程序开发 程序调试,修改 论文书写 论文修改 准备答辩,制作演示软件 论文答辩
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注:1. 此表由指导教师填写; 2. 此表每个学生人手一份,作为毕业设计(论文)检查工作进度之依据; 3. 进度安排请用“一”在相应位置画出。
三、学生完成毕业设计(论文)阶段任务情况检查表
时间 内容 组织纪律 第 一 阶 段 组织纪律 第 二 阶 段 组织纪律 第 三 阶 段
完成任务情况
完成任务情况
完成任务情况
检 查 记 录
教师 签字 签字
注:1. 此表应由指导教师认真填写。阶段分布由各学院自行决定。 2. “组织纪律”一档应按《长沙理工大学学生学籍管理实施办法》精神,根据学生具体执行情况,如实填写。 3. “完成任务情况”一档应按学生是否按进度保质保量完成任务的情况填写。包括优点,存在的问题与建议 4. 对违纪和不能按时完成任务者,指导教师可根据情节轻重对该生提出忠告并督促其完成。
2. 需单独装订的图纸(设计类)按顺序装订成一本。 3. 修改稿(经、管、文法类专业)按顺序装订成一本。 4.《毕业设计(论文)成绩评定书》一份。 5.论文电子文档[由各学院收集保存]。
学生送交全部文件日期
学生(签名)

压电式加速度传感器放大电路设计

压电式加速度传感器放大电路设计

Southwest University of Science and Technology信息工程学院本科课程设计报告课程名称:电子技术课程设计设计题目: 加速度传感器放大电路设计 专业班级: 。

学生姓名: 。

学生学号: 。

指导教师: 。

教师职称: 。

起止日期: 学生邮箱: 。

西南科技大学信息工程学院制2019年01月西南科技大学《电子技术课程设计》任务书交稿形式:手写稿;打印稿;软件;图纸;其他学生日志与师生见面情况西南科技大学信息工程学院《电子技术课程设计》综合评价表同意答辩;不同意答辩。

指导教师签名:年月日说明:(1)评分说明:优:90-100;良:80-89;中:70-79;及格:60-69;不及格:<60。

(2)优秀率:控制在总人数的15-20%之内,并且宁缺毋滥。

(3)课程教学目标根据大纲需求进行调整。

加速度传感器放大电路设计摘要:现代工业和自动化生产过程中,设备的冲击和振动信号通常采用压电加速度传感器来获取,然后需经电荷放大器对传感器输出的电荷信号进行电荷—电压转换,方可用于后续的方大、处理,因此电荷放大器是必不可少的二次仪表。

本设计采用LM358P芯片对压电式加速度传感器的输出信号进行放大,通过电路的仿真设计与调试以及实际电路板的焊接,验证了该电路的可行性和可靠性。

通过设计,掌握了电路设计的基本方法与技能,达到了课程设计的目的。

关键词:放大电路加速度传感器 LM358P第1章设计任务分析与设计方案选择传感器是人们生活中常见的电子器件,而加速度传感器更是运用在生活的方方面面,本设计作为加速度传感器的放大电路,主要功能是将加速度传感器输入的脉冲信号进行放大后输出。

方案设计将简单介绍部分原件以及加速度传感器的选择运用。

综合比较多种加速度传感器,综合运用所学知识设计电路,完成设计要求。

1.1设计任务分析本设计为压电式加速度传感器放大电路设计,其核心在于收集采样信号和信号放大两个方面。

加速度传感器课程设计

加速度传感器课程设计

核准通过,归档资料。

未经允许,请勿外传!传感器课程设计系别:机电工程系专业:模具设计与制造姓名学号:Z********一、设计要求1、功能与用途加速度传感器在现代生产生活中被应用于许许多多的方面,如手提电脑的硬盘抗摔保护,另外一个用处就是目前用的数码相机和摄像机里,也有加速度传感器,用来检测拍摄时候的手部的振动,自动调节相机的聚焦。

而这些产品中由于要求对温度的干扰有很大的免疫力,其中采用的都是压电式加速度传感器。

压电加速度传感器还应用于汽车安全气囊、防抱死系统、牵引控制系统等安全性能方面,灵敏度是压电加速度传感器应用时候要考虑到的重要因素之一。

概括起来,加速度传感器可应用在控制,手柄振动和摇晃,仪器仪表,汽车制动启动检测,地震检测,报警系统,玩具,环境监视,工程测振、地质勘探、铁路、桥梁、大坝的振动测试与分析;鼠标,高层建筑结构动态特性和安全保卫振动侦察上。

2、指标要求分别用压电式传感器、电阻应变式传感器、电容传感器实现加速度的测量将非电量转化为电量输出。

二、设计方案及其特点依据压电效应、电阻应变效应以电容相关的物理参数及性质随外力而变化的特性,可制作成压电式加速度传感器、电阻应变式加速度传感器及电容式加速度传感器。

三种加速度传感器的设计及特点分别叙述如下:1、方案一 压电式加速度传感器压电加速度测量系统结构框图如图1所示:压电加速度传感器采用具有压电效应的压电材料作基本元件 ,是以压电材料受力后在其表面产生电荷的压电效应为转换原理的传感器。

这些压电材料 ,当沿着一定方向对其施力而使它变形时,内部就产生极化现象 ,同时在它的两个相对的表面上便产生符号相反的电荷;当外力去掉后 ,又重新恢复不带电的状态;当作用力的方向改变时 ,电荷的极性也随着改变。

电信号经前置放大器放大 ,即可由一般测量仪器测试出压电加速度 传感器电荷放大器信号处理电路A/D转换电路图1 压电加速度测量系统结构框图电荷(电压)大小,从而得出物体的加速度图2 压电式加速度计的幅频特性曲线加速度计的使用上限频率取决于幅频曲线中的共振频率图2。

压电式加速度传感器(最新整理)

压电式加速度传感器(最新整理)

压电式加速度传感器摘要:本文介绍了压电式加速度传感器的结构和工作原理,推导了传感器的数学模型,并分析了测量电路,压电传感器的产生零漂现象的各种原因,并针对这些原因提出相应的解决措施。

关键词:压电式;加速度传感器;零漂1 引言现代工业和自动化生产过程中,非电物理量的测量和控制技术会涉及大量的动态测试问题。

所谓动态测试是指量的瞬时值以及它随时间而变化的值的确定,即被测量为变量的连续测量过程。

它以动态信号为特征,研究了测试系统的动态特性问题,而动态测试中振动和冲击的精确测量尤其重要。

振动与冲击测量的核心是传感器,常用压电加速度传感器来获取冲击和振动信号。

压电式传感器是基于某些介质材料的压电效应,当材料受力作用而变形时,其表面会有电荷产生,从而实现非电量测量。

压电式传感器具有体积小,质量轻,工作频带宽等特点,因此在各种动态力、机械冲击与振动的测量以及声学、医学、力学、体育、制造业、军事、航空航天等领域都得到了非常广泛的应用。

加速度传感器作为测量物体运动状态的一种重要的传感器,加速度传感器主要分为压阻式、电容式、应变式、压电式、振弦式、挠性摆式、液浮摆式等类型。

压电式加速度传感器是以压电材料为转换元件,将加速度输入转化成与之成正比的电荷或电压输出的装置,具有结构简单、重量轻、体积小、耐高温、固有频率高、输出线性好、测量的动态范围大、安装简单的特点。

2工作原理压电式加速度传感器又称为压电加速度计,它也属于惯性式传感器。

它是典型的有源传感器。

利用某些物质如石英晶体、人造压电陶瓷的压电效应,在加速度计受振时,质量块加在压电元件上的力也随之变化。

压电敏感元件是力敏元件,在外力作用下,压电敏感元件的表面上产生电荷,从而实现非电量电测量的目的。

压电加速度传感器的原理框图如图1所示,原理如图2所示。

图1 加速度传感器的组成框图支座图2 压电加速度传感器原理图实际测量时,将图中的支座与待测物刚性地固定在一起。

当待测物运动时,支座与待测物以同一加速度运动,压电元件受到质量块与加速度相反方向的惯性力的作用,在晶体的两个表面上产生交变电荷(电压)。

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图 2 压电传感器测量等效电路图
图中, A K 为运算放大器增益。由于运算放大器 的 R i 极高, 而 Ra = 109 ~ 10l4 , 所以可认为 R i 和 Ra 是开路的。设运算放大器输入电压为 Ui , 输出电 压为 Uo , 根据运算放大器理论和电路理论得电荷量 为
Q= U i( Ca + Cc + Ci ) + ( U i- Uo ) CF
压电加速度传感器的原理如图 1 所示。实际测 量时, 将图中的支座与待 测物刚性地固定 在一起。 当待测物运动时, 支座与待测物以同一加速度运动, 压电元件受到质量块与加速度相反方向的惯性力的 作用, 在晶体的两个表面上产生 交变电荷( 电压) 。 当振动频率远低于传感器的固有频率时, 传感器的
图 1 压电加速度传感器原理图
( 3)
式中 d 为晶片厚度。则平均力为
F=
1 d
d 0
Ma + ma
1-
z d
dz =
M+
1 2
m
a
( 4)
因晶片为压电陶瓷, 极化方向在厚度方向( z 方 向) , 作用力沿着 z 方向, 故此时外加应力只有 T 3, 不等于零, 其平均值为
T 3=
1 A
(
M+
1 2
m)
a
( 5)
式中 A 为晶片电极面面积。
第 31 卷 第2 期
压电与声光
2009 年4月
PI EZO EL ECT ECT RI CS & ACO U ST OO PT ICS
文章编号: 1004 2474( 2009) 02 0215 03
Vo l. 31 No . 2 Apr . 2009
压电加速度测量系统的设计
邢丽娟, 杨世忠
( 青岛理工大学 自动化工程学院, 山东 青岛 266520)
选用 D 型压电常数矩阵, 得电荷
Q= d33 T 3 A = d33 ( M+
1 2
m)
a
( 6)
式中 d33 为压电常数。由于质量块一般采用质量大 的金属钨或其他 金属制成, 而晶片很薄, 即有 M m, 故式( 6) 通常写为
Q= d33 M a
( 7)
由式( 7) 可知, 压电元件的 Q 和 d 33 、M 成正比,
摘 要: 现代工业和自动化生产过程中, 动态测试 中振动 和冲击的 精确测 量很重 要。常用压 电加速 度传感 器
来获取冲击和振动信号。在研究压电加速度传感器的基 础上, 分析了 测量的 工作原 理, 提出加速 度测量 的设计 方
法; 加入温敏元件, 进行温度补偿, 使其应用温度范围扩大 。给出适 合该类传感器的信号检 测电路和 加速度测量 系
4 结束语
压电加速度传感器是基于某些介质材料的压电 效应, 是典型的有源传感器, 当材料受力作用而变 形时, 其表面会有电荷产生, 从而实现加速度的测 量。压电加速度测量系统的优点是通频带宽, 量程 大, 体积小, 质量轻, 结构简单; 且系统中增加了温度 补偿, 解决了普通压电加速度传感器受温度影响大 的缺点, 提高了它的性能和可靠性, 可广泛应用于各 种动态力、机械冲击与振动等测量领域, 具有良好的 开发前景与应用价值。
用于压电元件的力为 F上, 支座作用于压电元件的 力为 F下 , 则有
F上= Ma
( 1)
F下= ( M+ m) a
( 2)
式中 M 为质量块质量; m 为晶片质量; a 为物体振
动加速度。
由式( 1) 、( 2) 可得晶片中厚度方向( z 方向) 任 一截面上的力为
F= M a+ ma( 1- z / d)
1 测量原理
压电加速度传感器采用具有压电效应的压电材 料作基本元件, 是以压电材料受力后在其表面产生 电荷的压电效应为转换原理的传感器。这些压电材 料, 当沿着一定方向对其施力而使它变形时, 内部就
产生极化现象, 同时在它的两个相对的表面上便产 生符号相反的电荷; 当外力去掉后, 又重新恢复不带 电的状态; 当作用力的方向改变时, 电荷的极性也随 着改变。
因此, 压电传感器可以等效为一个与电容相串 联的电荷源。压电传感器本身的内阻抗很高, 而输 出能量较小, 因此, 它的测量电路通常需接入一个高 输入阻抗的前置放大器, 其作用如下:
( 1) 把它的高输出阻抗变换为低输出阻抗。 ( 2) 放大传感器输出的微弱信号。本设计中前 置放大器采用电荷放大器。 压电传感器在实际使用时与测量仪器或测量电 路相连接, 因此还需考虑连接电缆的等效电容 Cc、 放大器的输入电阻 Ri 、输入电容 Ci 及压电传感器的 泄漏电阻 Ra , 这样压电传感器在测量系统中的实际 等效电路如图 2 所示。
收稿日期: 2007 10 17 作者简介: 邢丽娟( 1973 ) , 女, 内蒙古包头市人, 讲师, 硕士, 主要从事智能仪及计算机过程控制的研究与应用。
21 6
压电与声 光
2009 年
输出电荷( 电压) 与作用力成正比。电信号经前置放 大器放大, 即可由一般测量仪器测试出电荷( 电压) 大小, 从而得出物体的加速度。
( College of A ut omati on En gi neering, Q ingdao T echnological U niversit y, Q ingdao 266520, Chin a) Abstract: In modern industry and automatic pro ductio n, the accurate measurement of the v ibration and str ike in test ing dynamically seems especially import ant. Fo r the acquisit ion of signal, the mo st co mmon used sensor is piezoe lect ric accelero meter. On the basis o f researching piezo electric acceler ometer senso r, this paper analyzed the w o rk pr inciple o f measurement, pro po sed a kind o f acceler ometer measur ement desig n method. A dding temperature sensor to com pensat e t emperat ur e, the applied temperature rang could be w ider . Detectio n cir cuit suiting this kind of sensor and the sy stem co mpo sitio n o f acceler ometer measurement was also g iv en in the paper. T his desig n metho d w as ac curate w ith hig h v alue for application and ext ensio n. A lso the st ruct ur e w as simple, the pr ice was lo wer and the per fo rmance w as stable. Key words: piezoelect ric accelero meter senso r; measurement; design
第2期
邢丽娟等: 压电加速度测量系统的设计
2 17
输出。
图 3 压电加速度测量系统结构框图
由于压电陶瓷的压电特性易受温度影响, 热胀 冷缩造成的机械形变也会对输出产生影响, 而普通 的压电加速度传感器都不具备补偿功能, 直接将其 应用, 可靠性不好。环境温度对传感器的影响主要 有压电材料的特性参数、压电材料的热释电效应和 传感器结构 3 个因素。环境温度变化会使压电材料 的压电常数 dn、介电常数 、电阻率 和弹性系数 k 等机电特性参数发生变化。d n和 k 的变化将影响传 感器的输出灵敏度; 和 的变化会导致时间常数 = RC 的变化, 从而使传感器的低频响应变化。
[ 3] 李智慧, 姜印平, 邵 磊. 新型 压电加 速度 传感器 [ J] . 传感技术学报, 2003, 3( 3) : 345 347.
根据测量电荷量就可得到加速度。
2 测量电路
由压电元件的工作原理可知, 压电式传感器可
看作一个电荷发生器。同时, 它也是一个电容器, 晶 体上聚集正负电荷的两表面相 当于电容的两 个极
板, 极板间物质等效于一种介质, 则其电容量为
Ca=
r 0A d
( 8)
式中 A 为晶片电极面面积; r 为压电材料的相对 介电常数; 0 为真空介电常数。
参考文献:
[ 1] 刘玲玲, 田文杰, 张福 学. 压 电石英 加速 度传感 器稳 定 性研究[ J] . 压电与声光, 2007, 29( 1) : 45 46.
[ 2] 查万纪, 葛立 峰. 基于 T L 081 的 电荷 信号 适调 电路 的 研究[ J] . 微机发展, 2005, 4( 4) : 69 71.
( 9)
式中 CF 为反馈电容。将 Uo = - A K Ui 代入式( 9) 得
Uo=
( Ca+
Cc+
A KQ Ci) +
( 1+
A )CF
( 10)
若放大器开环增益足够大, 满足( 1+ A K ) CF
Ca + Cc+ Ci 时, 式( 10) 可表示为
Uo =
-
Q CF
( 11)
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