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1、第9章 加速度传感器及其应用案例,9.1 应变式加速度传感器 9.2 压电式加速度传感器 9.3 电容式加速度传感器 9.4 差动变压器式加速度传感器 9.5 加速度测量显示系统案例,返回主目录,9.1 应变式加速度传感器,9.1.1 应变式加速度传感器的结构,由电阻应变片构成的加速度传感器结构如图9-1所示。,它主要由电阻应变片、质量快、等强度梁及壳体等组成。则质量块m所受的力F是加速度a的函数，即,图9-1 应变式加速度传感器结构示意图,9.1.2 应变式加速度传感器的测量原理,测量时，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，质量块就受到一个与加速度方向相反的惯性力作用
2、，使悬臂梁变形。该变形被粘贴在悬臂梁上的电阻应变片感受到，并随之产生应变，从而使应变片的阻值发生变化。这个变化经过全桥差动测量电路转变成电桥不平衡电压输出。并且这个不平衡电压Uo的大小与被测物体的运动加速度a成正比。,由此可知，只要测量出这个不平衡电压就可以计算出物体运动的加速度a。,9.2 压电式加速度传感器,9.2.1 压电式加速度传感器的结构,压电式加速度传感器的结构如图9-2所示。它主要由压电元件、质量块、预压弹簧、基座及外壳等组成。则质量块m所受的力F是加速度a的函数，即,图9-2 压电式加速度传感器结构示意图,9.2.2压电式加速度传感器的测量原理,测量时，把压电加速度传感器与被测
3、物体刚性连接，当加速度传感器和被测物体一起受到冲击振动时，由于弹簧的刚度很大，而质量块的质量相对较小，可以认为质量块的惯性很小。因此，质量块感受与传感器基座相同的振动。这样，质量块m就有一惯性力F作用到压电元件上。由于压电效应，便在压电元件上产生电荷q，其电荷量大小为,(9-4),由式(9-4)可知，只要测出加速度传感器的输出电荷量便可知道被测物体振动的加速度。,9.3 电容式加速度传感器,由差动电容组成的加速度传感器结构如图9-3所示。,9.3.1 电容式加速度传感器的结构,图9-3 电容式加速度传感器结构示意图,它主要有壳体、固定极板和中间有一用弹簧片支撑的质量块组成。其中，此质量块的两个
4、端面磨平抛光，作为差动电容器的动极板，并引出一根电极。,这样，该质量块的两个端面与两块固定极板就组成差动电容器C1和C2。其中,式中：S动极板与定极板间的有效面积， d1、d2动极板与定极板间的极距。 动极板与定极板之间介质的介电常数。,若质量块在垂直方向产生大小为x=d的位移，则在该方向上的加速度a为,9.3.2 测量加速度原理,测量时，把电容式加速度传感器与被测物体刚性连接，当传感器壳体随被测物体沿垂直方向做直线加速度运动时，质量块在惯性空间中相对静止，两个固定电极将相对于质量块在垂直方向产生大小正比于被测加速度的位移，此位移使差动电容的极距发生变化，一个增大，一个减少，此极距变化量正比于
5、被测加速度。用差动电容测量电路将极距变化测量出来，就可知道被测加速度。,这种加速度传感器的特点是频率响应快，精度高，量程大。,9.4 差动变压器式加速度传感器,9.4.1 差动变压器式加速度传感器的结构,利用差动变压器构成的加速度传感器结构如图9-4(a)所示，它主要由悬臂梁、螺线管式差动变压器和底座构成。,图9-4 差动变压器式加速度传感器及测量电路方框图,9.4.2 差动变压器式加速度传感器的测量原理,测量时，将加速度传感器的底座固定，而将衔铁的A端与被测振动体相连。当被测物体以位移x振动时，衔铁也随被测体一起振动，导致差动变压器的输出电压也按相同的规律变化。由于被测振动位移x与振动加速度
6、a成正比，因此差动变压器的输出电压也与振动加速度成正比。为了达到能辨别加速度的方向，还需要检波和滤波测量电路，其框图如图9-4(b)所示。这样就可得到正比于振动加速度大小和方向的输出电压。这就是差动变压器式加速度传感器的测量原理。,9.5 加速度测量显示系统案例,本案例是采用光纤加速度传感器。,9.5.1 光纤加速度传感器的结构 光纤加速度传感器的结构及测量显示系统框图如图9-5所示。,图9-5 光纤加速度传感器测量系统结构,9.5.2 光纤加速度传感器的测量原理 由图9-5可知，它采用简谐振子结构形式。激光束通过分光器分为两束光，透射光作为参考光束，反射光作为测量光束。当光纤感受到加速度作用时，由于质量块m对光纤的作用，从而使光纤被拉伸，引起光程差的改变。相位改变的激光束由单模光纤射出后与参考光束汇合产生干涉效应。激光干涉检测器把干涉条纹的移动经光电接收器件转换为电信号，通过信号处理电路处理后，便可在显示器上正确地显示出加速度的测量值。,作业：,课间休息,
