uAA傳感器測量懸臂梁撓度

1、傳感器測量懸臂梁撓度電阻應變片傳感器電阻應變片傳感器 磁電式傳感器磁電式傳感器 電容式傳感器電容式傳感器 電渦流傳感器電渦流傳感器4123目錄懸臂梁撓度計算(1).以固定端為原點，取直角坐標系 。研究右側梁段的平衡，彎矩方程為：maxlabfbbfayxx)()(xlfxm(2).列出撓曲線近似微分方程并進行積分。得到：)( xlfei經兩次積分后，依次得：cflxxfei22dcxxfxfie2326maxlabfbbfayx懸臂梁撓度計算(3).在固定端a處，撓度和轉角均為零。即當x=0時，00故可得：0aeic由此得到梁的轉角方程和撓度方程分別為：)2(2xleifx)3(62xleif

2、x懸臂梁撓度計算自由端處的撓度為：在距離固定端為x 的應變值為：eahxlfx)(6eiflb33由式可得到自由端撓度與x 處應變值的關系：xbxliahl)(183電阻應變片傳感器原理基底引線覆蓋層電阻絲bl 彈性敏感元件在感受被測量時將產生變形，使其表面產生應變。而粘貼在彈性敏感元件表面的電阻應變片將隨著彈性敏感元件產生應變，因此電阻應變片的電阻值也產生相應的變化。 這樣，通過測量電阻應變片的電阻值變化，就可以確定被測量的大小了。 電阻應變式傳感器由彈性敏感電阻應變式傳感器由彈性敏感元件和電阻應變片組成。 電阻應變片傳感器原理r1r4xlr2 r3等截面懸臂梁距離固定端x 處順著 l 的方

3、向上粘貼r1 r2 r3 r4 電阻應變片，此時r1 r4 受拉，r2 r3 受壓，兩者發(fā)生極性相反的等量應變，將這些應變片連成差動電橋，粘貼應變片處的應變?yōu)椋篹ahxlfx)(6a為梁的橫截面積，h為梁的厚度e為彈性模量fu2電阻應變片傳感器原理全橋差動電路的工作應變片為四個，兩個受拉，兩個受壓。在應變片接入橋路時，將兩變形符號相同的應變片接在相對臂內，符號不同的接在相鄰臂內。auibdc右圖所示的全橋差動電路的輸出電壓為：iurru02其中r1 =r2 =r3 =r4 =r0iurrrrrrrrrrrru4342112故有：rr1rr2rr3rr4電阻應變片傳感器原理srr0將 代入 得：

4、 iurru02ixsuu2-s為應變片的靈敏度由此可知，可根據(jù)電橋電壓來計算應變片的應變值，進而求出自由端的撓度xbxliahl)(183由前面可知：end磁電式傳感器工作原理：利用電磁感應原理，將輸入(運動速度)轉換成線圈中感應電動勢輸出的傳感器。特點：有源傳感器：不需要提供電源;具有雙向轉換特性;只適用于動態(tài)測量。工作原理 由電磁感應定律，當w匝線圈在均恒磁場中運動時，設穿過線圈的磁通為，則線圈的感應電動勢e為： 工作原理線圈在恒定磁場中作直線運動，并切割磁力線，感生電勢為： sinsinwblvdtdxwbleb：磁場磁感應強度；l:每匝線圈的有效長度：運動方向與磁場方向之間的夾角；v

5、:線圈與磁場之間的相對運動速度，m/ssin/ )(wblcedtx實際應用左圖為為磁電式速度傳感器的典型結構。 在測振時，傳感器固定或緊壓于被測系統(tǒng)，磁鋼4與殼體2一起隨被測系統(tǒng)的振動而振動，裝在芯軸6上的線圈5和阻尼環(huán)3組成慣性系統(tǒng)的質量塊并在磁場中運動。彈簧片1徑向剛度很大、軸向剛度很小，使慣性系統(tǒng)既得到可靠的徑向支承，又保證有很低的軸向固有頻率。阻尼環(huán)一方面可增加慣性系統(tǒng)質量，降低固有頻率，另一方面在磁場中運動產生的阻尼力使振動系統(tǒng)具有合理的阻尼。end電容式傳感器測位移采用差動式電橋結構，簡支梁作為動極板，上下分別為兩動極板，當在簡支梁上施加力f時，動極板便向下移動一距離，由于移動位

6、移很小，故忽略其傾角，看成豎直移動，根據(jù)移動前后的電容差值即可測得位移量。測量原理：其中一個電容器c1的電容隨位移d增加時，另一個電容器c2的電容則減小，差動電容器的總電容變化為： 簡化電容：2000000021112ddddcddsddsccc當d/d1時，將上式按泰勒級數(shù)展開，得：略去非線性高次項的：即： .12402000ddddddcc002ddcc002cdcd實施方案：ddsc01ddsc02uuuddddsddsdds.2.210.002uudd得：end電渦流傳感器根據(jù)法拉第電磁感應原理，塊狀金屬導體置于變化的磁場中或在磁場中作切割磁力線運動時，導體內將產生呈渦旋狀的感應電流，

7、此電流叫電渦流，以上現(xiàn)象稱為電渦流效應。而根據(jù)電渦流效應制成的傳感器稱為電渦流式傳感器。電渦流傳感器的工作原理電渦流位移傳感器系統(tǒng)中，通入高頻振蕩電流至探頭線圈，在探頭頭部的線圈中產生交變的磁場。當被測金屬體靠近這一磁場，則在此金屬表面產生感應電流，電渦流.與此同時該電渦流場也產生一個方向與頭部線圈方向相反的交變磁場，由于其反作用，使頭部線圈高頻電流的幅度和相位得到改變（線圈的有效阻抗），這一變化與金屬體磁導率、電導率、線圈的幾何形狀、幾何尺寸、電流頻率以及頭部線圈到金屬導體表面的距離等參數(shù)有關。電渦流工作原理基本原理簡述金屬導體置于變化著的磁場中，導體內就會產生感應電流，這種電流像水中旋渦那

8、樣在導體內轉圈，所以稱之為電渦流或渦流。這種現(xiàn)象就稱為渦流效應。電渦流式傳感器就是在這種渦流效應的基礎上建立起來的。要形成渦流必須具備下列二個條件：存在交變磁場；導電體處于交變磁場之中。因此，渦流式傳感器主要由產生交變磁場的通電線圈和置于線圈附近因而處于交變磁場中的金屬導體兩部分組成。金屬導體也可以是被測對象本身。 渦流作用原理 如上圖所示，如果把一個扁平線圈置于金屬導體附近，當線圈中通以正弦交變電流 時，線圈的周圍空間就產生了正弦交變磁場 ，處于此交變磁場中的金屬導體內就會產生渦流 ，此渦流也將產生交變磁場，其方向與的 方向相反。由于磁場的作用，渦流要消耗一部分能量，從而使產生磁場的線圈阻抗

9、發(fā)生變化。可以看出，線圈與金屬導體之間存在著磁性聯(lián)系。若把導體形象地看作一個短路線圈，其間的關系可用圖中所示的電路來表示。線圈與金屬導體之間可以定義一個互感系數(shù)m ，它將隨著間距 的減少而增大根據(jù)基爾霍夫電壓定律，可列出方程 解之得可以看出線圈受到金屬導體影響后的等效阻抗為等效電阻、電感分別為 等效電阻 總是比原有的電阻 來得大，這是因為渦流損耗、磁滯損耗都將使阻抗的實數(shù)部分增加。顯然，金屬導體材料的導電性能和線圈離導體的距離將直接影響這實數(shù)部分的大小。在等效電感中，第一項 l1與磁效應有關。若金屬導體為非磁性材料， l1就是空心線圈的電感。當金屬導體是磁性材料時， l1將增大，而且隨著 x的

10、變化而變化。第二項與渦流效應有關，渦流引起的反磁場 h2將使電感減小， x越小，電感減小的程度就越大。若被測材料的情況不變，阻抗就成為距離的單值函數(shù)，便可做成渦流式位移傳感器。1.當被測材料和激磁頻率一定時，那么阻抗z的值將是位移x的單值函數(shù)，即： z =f(x)。輸出電壓v與x的函數(shù)曲線只有在一段范圍內呈線性，如圖所示。其線性范圍的大小，靈敏度的高低與線圈的形狀，大小有關。通過對各種形狀的線圈進行了估算，并經實驗得出，傳感器希望線性范圍大，靈敏度高時，其線圈的形式最好是盡可能窄的扁平線圈，而線圈直徑增大時，線圈范圍也相應的增大。電渦流傳感器的u-x特性曲線2.測量電路的任務就是把位移x的變化

11、變換為電壓或頻率的變化?？梢杂萌N類型的測量電路：電橋電路，諧振電路，正反饋電路。采用定頻調幅式測量電路的方法。下圖是定頻調幅法的原理圖。傳感器線圈與電容組成lc并聯(lián)諧振回路。它由有石英振蕩器輸出高頻信號激勵，它的輸出電壓為： 式中，i0為高頻激勵電流；z為lc回路的阻抗?？梢钥闯?，lc回路的阻抗z越大，回路的輸出電壓越大。 晶體振蕩器r高頻放大器檢波器濾波器輸出lc 定頻調幅諧振電路的原理框圖定頻調幅諧振電路測量開始前，傳感器遠離初被測導體，調整lc回路使其諧振頻率等于激勵振蕩器的振蕩頻率。當傳感器接近被測導體時，線圈的等效電感發(fā)生變化，致使回路失諧而偏離激勵頻率，回路的諧振峰將向左右移動，如下圖所示 調幅電路諧振曲線若被測導體為非磁性材料，傳感器線圈的等效電感減小，回路的諧振頻率提高，諧振峰右移，回路所呈現(xiàn)的阻抗減小為z1或z2，輸出電壓就將由u降為u