應變片式加速度傳感器設計說明

1、應變片式加速度傳感器姓 名：學 號：院 （系）： 電氣工程學院 專業(yè)名稱 ： 電氣工程及其自動化 班 級： 電氣 2（專升本 ）2015 年 5 月 20 日說明書摘要通過應變片感應加速度的變化 ， 并把應變片接到直流電橋中 ，通過電阻 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邏輯電路放大輸 出 ，然后將輸出的電壓信號送到控制中心 ，從而達到對加速度進行實時監(jiān)控 的目的 。其結構由 (1)慣性質量塊 (2) 應變量 (3) 硅油阻尼液 (4)應變 片 (5)溫度補償電阻 (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 。應變片式加速度傳

2、感器通過敏感柵將低頻運動物體的加速 度轉化為應變片的應變 ，引起電橋橋臂電阻的變化 ， 經過溫度補償 、 放大后 輸出加速度信號 。其特點為應變片式加速度傳感器具有體積小 、低功耗 、結 構簡單、抗干擾能力強 、運行穩(wěn)定 、經濟性好 。摘要附圖應變式加速度傳感器示意圖1權利要求書1、通過應變片感應加速度的變化 ， 并把應變片接到直流電橋中 ，通過 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邏輯電路放 大輸出 ，然后將輸出的電壓信號送到控制中心 ， 從而達到對加速度進行實時 監(jiān)控的目的 。其結構由 (1) 慣性質量塊 ( 2)應變量 (3 )硅油阻尼液 (4)應 變片 (5)溫度

3、補償電阻 (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 。電橋采用直流 12V 電源供電 ，采用穩(wěn)壓的直流電源供電 ， 運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輸入加速度 ，并將其作用轉換為電阻應 變片阻值的變化 ，通過變送電路 ，將這種變化轉換為對應的電壓輸出 ，從而 達到測量加速度的目的 。傳感器的主要量程 ：20g ；輸出：05V；零位輸 出： 2.5V，用應變片測量的應變是通過測量敏感柵的電阻相對變化來得到。應變片靈敏度系數(shù)很小 (K2)， 而機械應變一般在 10 3000 之間 (有時也可達到 6000

4、)，電阻相對變化是很小的 ，需要采用差動電橋 。當 懸臂梁發(fā)生形變時 ，應變片的電阻值發(fā)生改變 ， 全橋式布片應變引起應變 片電阻的變化 ， 從而達到測量振動加速度的目的 。當懸臂梁受到加速度作用 時 ，其自由端必將發(fā)生位移 ，通過計算得到加速度 電壓的轉換關系 。3 應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 ，為克服溫度的影響和測量精度 。我采用雙金 屬敏感柵自補償應變片來補償溫度的變化 。測量放大器由三個運算放大器組 成，分阻抗變換和增益變換兩級 。說明書基于應變片式的加速度傳感器技術領域應變式加速度傳感器具有體積小 、低功耗等特點 ，易于集成

5、在各種模擬 和數(shù)字電路中 ，廣泛應用于汽車碰撞實驗 、測試儀器 、設備振動監(jiān)測等領域 背景技術將應變片式加速度傳感器 ，應用到汽車的高速運行保駕系統(tǒng)當中 ，對汽 車在高速運行時的加速度進行實時監(jiān)測 ， 如有意外狀況出現(xiàn) ，汽車將自動啟 動保駕系統(tǒng)防止汽車側翻等功能 。機械振動帶動傳感器的質量塊振動 ， 于是他們有共同的加速度 a。然后 根據公式 F=ma ，把加速度的變化轉為力的變化 。力作用在懸臂梁上使梁橫 向拉長或壓縮 ，從而帶動應變片電阻進行變化 。應變片受拉 ，電阻增大 ，應 變片受壓 ，電阻減小 。再通過電橋把位移的變化轉為電壓的變化 ，通過電壓 表測出相應被放大的電壓信號 ， 當被

6、測振動頻率遠低于加速度計的固有頻率 時，力的變化則會與被測加速度成正比 ，從而就可以得到相應的加速度 。 發(fā)明內容用應變片測量應變是通過測量敏感柵的電阻相對變化來得到的 。 應變片 靈敏度系數(shù) K2，機械應變一般在 103000 之間 （有時也可達到6000 ），所以電阻相對變化是很小 。然后用差動電橋電路來精確的測量這 種微弱的變化 。在懸臂梁的正反兩面各粘貼兩片應變片 ，一邊受拉 ，一邊受 壓，工作時將兩個應變片接入電橋相領臂內 ，四片應變片的阻值相等 （附圖 2）， 記為 R1=R2=R3=R4=R ，且相鄰應變片的電阻值變化相反 ，懸臂梁發(fā) 生形變時 ，應變片的電阻值發(fā)生改變 ，記為

7、R，那么橋臂上的電阻值變?yōu)?R1=R+ R，R2=R- R， R3=R+ R， R4=R- R。應變引起應變片電阻的 變化 ， 通過差動電橋電路測出阻值的改變 ，對等截面梁應變片處的應變與物 體運動加速度之間的關系 ，應變值與懸臂端位移成正比 ， 應變片電阻值的變 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 輸入加速度采用全橋電路可以得到振動加速度 a 與輸出電壓 U0 之間的線性關 系，從而達到測量振動加速度的目的 。本發(fā)明的有益效果為 ：應變片式加速度傳感器具有體積小 、低功耗 、經濟性好 、結構簡單 、易 于維修等特點 ， 易于集成在各種模擬和數(shù)字電路中 ，廣

8、泛應用于汽車碰撞實 驗、測試儀器 、設備振動監(jiān)測等領域 。電阻應變式加速度傳感器是彈性板受振動力作用產生應變， 通過應變電橋的輸出信號進行測量 。 電阻應變式加速度傳感器具有低頻特性好和較 高的性價比 ，應用于振動測量領域內 。 應變片式加速度傳感器的機械結構 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稱面上各粘貼兩對半導體應變計 。當懸臂梁自由端的慣性質量受到振動產生加速 度時 ，梁受彎曲而產生應力 ，使四個電阻發(fā)生變化 ，使其提高了抗噪聲 光源的干擾能力 。附圖說明圖 1 金屬電阻應變絲結構圖 2 電橋電路結構示意圖 ；圖 3 為測控電路圖示意圖 ；圖 4 應變式加速度

9、傳感器示意圖圖 5 應變式加速度傳感器的數(shù)學模型圖 6 電路系統(tǒng)圖塊附圖標識 ：( 1)慣性質量塊 (2)應變量 (3 ) 硅油阻尼液 (4)應變 片 (5)溫度補償電阻 (6)絕緣套管 (7)接線柱 (8)電纜 (9)壓線柱 (10) 殼體 (11)限位塊 。具體實施方式下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細說明 。應變片或通過半導體加工技術將具有壓阻效應的原料附著在懸接質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 應變材料受到拉或壓應力后電阻發(fā)生變化 。應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 ，通常將四個單獨的敏感元 件以惠斯通電橋 （圖 2） 方式連接 ，從輸出的信號中提取加速度信息 。接下 來就可以直接接差分儀表放大器到處理電路 ， 進而得到相應的數(shù)顯值 。以上內容是結合優(yōu)選技術方案對本發(fā)明所做的詳細說明 ，不能認定