應(yīng)變片式加速度傳感器設(shè)計(jì)

1、應(yīng)變片式加速度傳感器姓 名： 學(xué) 號(hào)： 院 （系）： 電氣工程學(xué)院 專業(yè)名稱： 電氣工程及其自動(dòng)化 班 級(jí)： 電氣2（專升本） 2015年5月20日說(shuō)明書(shū)摘要通過(guò)應(yīng)變片感應(yīng)加速度的變化，并把應(yīng)變片接到直流電橋中，通過(guò)電阻的變化引起直流電橋電壓的變化，再將電橋輸出的電壓通過(guò)邏輯電路放大輸出，然后將輸出的電壓信號(hào)送到控制中心，從而達(dá)到對(duì)加速度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的目的。其結(jié)構(gòu)由（1）慣性質(zhì)量塊 （2）應(yīng)變量 (3) 硅油阻尼液 (4)應(yīng)變片 (5)溫度補(bǔ)償電阻 (6)絕緣套管 (7)接線柱 (8)電纜 (9)壓線柱 (10)殼體 (11)限位塊組成。應(yīng)變片式加速度傳感器通過(guò)敏感柵將低頻運(yùn)動(dòng)物體的加速度轉(zhuǎn)化

2、為應(yīng)變片的應(yīng)變，引起電橋橋臂電阻的變化，經(jīng)過(guò)溫度補(bǔ)償、放大后輸出加速度信號(hào)。其特點(diǎn)為應(yīng)變片式加速度傳感器具有體積小、低功耗、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、抗干擾能力強(qiáng)、運(yùn)行穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)性好。摘 要 附 圖應(yīng)變式加速度傳感器示意圖權(quán)利要求書(shū)1、通過(guò)應(yīng)變片感應(yīng)加速度的變化，并把應(yīng)變片接到直流電橋中，通過(guò)電阻的變化引起直流電橋電壓的變化，再將電橋輸出的電壓通過(guò)邏輯電路放大輸出，然后將輸出的電壓信號(hào)送到控制中心，從而達(dá)到對(duì)加速度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的目的。其結(jié)構(gòu)由（1）慣性質(zhì)量塊（2）應(yīng)變量 (3 )硅油阻尼液 (4)應(yīng)變片 (5)溫度補(bǔ)償電阻 (6)絕緣套管 (7)接線柱 (8)電纜 (9)壓線柱 (10)殼體 (11)限位塊組

3、成。電橋采用直流12V電源供電，采用穩(wěn)壓的直流電源供電，運(yùn)放器采用雙電源供電，電源電壓為12V。2、加速度傳感器的敏感軸檢測(cè)輸入加速度，并將其作用轉(zhuǎn)換為電阻應(yīng)變片阻值的變化，通過(guò)變送電路，將這種變化轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的電壓輸出，從而達(dá)到測(cè)量加速度的目的。傳感器的主要量程：20g；輸出：05V；零位輸出：2.5V，用應(yīng)變片測(cè)量的應(yīng)變是通過(guò)測(cè)量敏感柵的電阻相對(duì)變化來(lái)得到。應(yīng)變片靈敏度系數(shù)很?。↘2），而機(jī)械應(yīng)變一般在103000之間 （有時(shí)也可達(dá)到6000），電阻相對(duì)變化是很小的，需要采用差動(dòng)電橋。當(dāng)懸臂梁發(fā)生形變時(shí)，應(yīng)變片的電阻值發(fā)生改變， 全橋式布片應(yīng)變引起應(yīng)變片電阻的變化，從而達(dá)到測(cè)量振動(dòng)加速度的目

4、的。當(dāng)懸臂梁受到加速度作用時(shí)，其自由端必將發(fā)生位移，通過(guò)計(jì)算得到加速度電壓的轉(zhuǎn)換關(guān)系。3 應(yīng)變片由于溫度的變化所引起電阻的變化與彈性敏感元件所造成的電阻變化幾乎有相同的數(shù)量級(jí)，為克服溫度的影響和測(cè)量精度。我采用雙金屬敏感柵自補(bǔ)償應(yīng)變片來(lái)補(bǔ)償溫度的變化。測(cè)量放大器由三個(gè)運(yùn)算放大器組成，分阻抗變換和增益變換兩級(jí)。說(shuō)明書(shū) 基于應(yīng)變片式的加速度傳感器技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)變式加速度傳感器具有體積小、低功耗等特點(diǎn)，易于集成在各種模擬和數(shù)字電路中，廣泛應(yīng)用于汽車(chē)碰撞實(shí)驗(yàn)、測(cè)試儀器、設(shè)備振動(dòng)監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域背景技術(shù)將應(yīng)變片式加速度傳感器，應(yīng)用到汽車(chē)的高速運(yùn)行保駕系統(tǒng)當(dāng)中，對(duì)汽車(chē)在高速運(yùn)行時(shí)的加速度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，如有意外狀況出

5、現(xiàn)，汽車(chē)將自動(dòng)啟動(dòng)保駕系統(tǒng)防止汽車(chē)側(cè)翻等功能。機(jī)械振動(dòng)帶動(dòng)傳感器的質(zhì)量塊振動(dòng)，于是他們有共同的加速度 a。然后根據(jù)公式 F=ma，把加速度的變化轉(zhuǎn)為力的變化。力作用在懸臂梁上使梁橫向拉長(zhǎng)或壓縮，從而帶動(dòng)應(yīng)變片電阻進(jìn)行變化。應(yīng)變片受拉，電阻增大，應(yīng)變片受壓，電阻減小。再通過(guò)電橋把位移的變化轉(zhuǎn)為電壓的變化，通過(guò)電壓表測(cè)出相應(yīng)被放大的電壓信號(hào)，當(dāng)被測(cè)振動(dòng)頻率遠(yuǎn)低于加速度計(jì)的固有頻率時(shí)，力的變化則會(huì)與被測(cè)加速度成正比，從而就可以得到相應(yīng)的加速度。發(fā)明內(nèi)容用應(yīng)變片測(cè)量應(yīng)變是通過(guò)測(cè)量敏感柵的電阻相對(duì)變化來(lái)得到的。應(yīng)變片靈敏度系數(shù)K2，機(jī)械應(yīng)變一般在103000之間 （有時(shí)也可達(dá)到6000），所以電阻相對(duì)變

6、化是很小。然后用差動(dòng)電橋電路來(lái)精確的測(cè)量這種微弱的變化。在懸臂梁的正反兩面各粘貼兩片應(yīng)變片，一邊受拉，一邊受壓，工作時(shí)將兩個(gè)應(yīng)變片接入電橋相領(lǐng)臂內(nèi)，四片應(yīng)變片的阻值相等（附圖2），記為R1=R2=R3=R4=R，且相鄰應(yīng)變片的電阻值變化相反，懸臂梁發(fā)生形變時(shí)，應(yīng)變片的電阻值發(fā)生改變，記為R，那么橋臂上的電阻值變?yōu)镽1=R+R，R2=R-R，R3=R+R，R4=R-R。應(yīng)變引起應(yīng)變片電阻的變化，通過(guò)差動(dòng)電橋電路測(cè)出阻值的改變，對(duì)等截面梁應(yīng)變片處的應(yīng)變與物體運(yùn)動(dòng)加速度之間的關(guān)系，應(yīng)變值與懸臂端位移成正比，應(yīng)變片電阻值的變化也正比于端部的位移，由輸出電阻的變化引起輸出電壓改變，輸出電壓與輸入加速度采

7、用全橋電路可以得到振動(dòng)加速度a與輸出電壓U0之間的線性關(guān)系，從而達(dá)到測(cè)量振動(dòng)加速度的目的。 本發(fā)明的有益效果為：應(yīng)變片式加速度傳感器具有體積小、低功耗、經(jīng)濟(jì)性好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于維修等特點(diǎn)，易于集成在各種模擬和數(shù)字電路中，廣泛應(yīng)用于汽車(chē)碰撞實(shí)驗(yàn)、測(cè)試儀器、設(shè)備振動(dòng)監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。電阻應(yīng)變式加速度傳感器是彈性板受振動(dòng)力作用產(chǎn)生應(yīng)變，通過(guò)應(yīng)變電橋的輸出信號(hào)進(jìn)行測(cè)量。電阻應(yīng)變式加速度傳感器具有低頻特性好和較高的性價(jià)比，應(yīng)用于振動(dòng)測(cè)量領(lǐng)域內(nèi)。應(yīng)變片式加速度傳感器的機(jī)械結(jié)構(gòu)采用金屬制懸臂梁，提高了耐用性和穩(wěn)定性。在其根部的上下兩對(duì)稱面上各粘貼兩對(duì)半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)。當(dāng)懸臂梁自由端的慣性質(zhì)量受到振動(dòng)產(chǎn)生加速度時(shí)，梁受

8、彎曲而產(chǎn)生應(yīng)力，使四個(gè)電阻發(fā)生變化，使其提高了抗噪聲、光源的干擾能力。附圖說(shuō)明 圖1 金屬電阻應(yīng)變絲結(jié)構(gòu) 圖2電橋電路結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為測(cè)控電路圖示意圖； 圖4應(yīng)變式加速度傳感器示意圖圖5應(yīng)變式加速度傳感器的數(shù)學(xué)模型圖6電路系統(tǒng)圖塊 附圖標(biāo)識(shí)：（1）慣性質(zhì)量塊 （2）應(yīng)變量 (3 ) 硅油阻尼液 (4)應(yīng)變片 (5)溫度補(bǔ)償電阻 (6)絕緣套管 (7)接線柱 (8)電纜 (9)壓線柱 (10)殼體 (11)限位塊。 具體實(shí)施方式 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)變片或通過(guò)半導(dǎo)體加工技術(shù)將具有壓阻效應(yīng)的原料附著在懸接質(zhì)量塊的膜片或懸臂梁上，由于受到加速度的作用，膜片和懸臂梁發(fā)生彎曲變形，應(yīng)變材料受到拉或壓應(yīng)力后電阻發(fā)生變化。應(yīng)變片式加速度傳感器，為了克服由于溫度、各維間的互相耦合及其他噪聲輸入，通常將四個(gè)單獨(dú)的敏感元件以惠斯通電橋（圖2）方式連接，從輸出的信號(hào)中提取加速度信息。接下來(lái)就可以直接接差分儀表放大器到處理電路，進(jìn)而得到相應(yīng)的數(shù)顯值。 以上內(nèi)容是結(jié)合優(yōu)選技術(shù)方案對(duì)本發(fā)明所做的詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定