速度与加速度测量.pptVIP

机电工程测试技术 机电工程学院 工程测试技术教研组 王琨琦 光源发出的光通量经被测物遮去其一部分,使作用在光电元件上的光通量减弱,减弱的程度与被测物在光学通路中的位置有关。利用这一原理可以测量长度、厚度、线位移、角位移、振动等。 根据反射的光通量多少测定被测物表面状态和性质。例如测量零件的表面粗糙度、表面缺陷、表面位移等。 （2）光电式传感器测速系统组成 一般光电传感器测速系统的方框图 光电测速计测量线速度 光电式转速计测量转速 反射型光电式转速计的工作原理 直射型光电式转速计的工作原理 基本测量电路 7.1.4 其它测速装置 （1）电涡流式传感器测转速 电容式传感器测转速 霍尔式传感器测转速 利用多普勒雷达测量弹丸飞行速度 7.2 加速度的测量 7.2.1 加速度测量方法 依据对加速度计内检测质量所产生的惯性力的检测方式来分，加速度计可分为压电式、压阻式、应变式、电容式、振梁式、磁电感应式、隧道电流式、热电式等； 按检测质量的支承方式来分，则可分为悬臂梁式、摆式、折叠梁式、简支承梁式等。 1)变换原理:压电效应 某些物质，如石英，受到外力作用时，不仅几何尺寸会发生变化，而且内部会被极化，表面产生符号相反的电荷；当外力去掉时，又重新回到不带电的状态， 且当作用力方向改变时, 电荷的极性也随之改变。这种机械能转为电能的现象, 称为“正压电效应”，相反, 当在电介质极化方向施加电场, 这些电介质也会产生变形, 这种现象称为“逆压电效应”（电致伸缩效应）。 F + q=DF 7.2.2 压电式传感器测量加速度 在自然界中大多数晶体具有压电效应, 但压电效应十分微弱。石英晶体、钛酸钡、锆钛酸铅等材料是性能优良的压电材料。 压电材料可以分为两大类: 压电晶体和压电陶瓷 。 * 7 速度与加速度的测量 7.1 速度的测量 7.1.1 速度测量方法 按物理原理分： 机械式 电气式 光电式 光学式 7.1.2 磁电式速度传感器测速 磁电式传感器是把被测量的物理量（振动、位移、转速等）转换为感应电动势的一种转换器。 它不需要辅助电源就能把被测对象的机械量转换成易于测量的电信号, 是有源传感器。由于它输出功率大且性能稳定, 具有一定的工作带宽（10～1000 Hz）, 所以得到普遍应用。 磁通变化率与磁场强度、磁阻、线圈运动速度有关，改变其中一个因素，都会改变感应电动势。 1)变换原理: 根据电磁感应定律, 当w匝线圈在恒定磁场内运动时, 设穿过线圈的磁通为Φ, 则线圈内的感应电势e与磁通变化率dΦ/dt有如下关系: 2)分类 根据利用被测量改变线圈速度或磁阻的方式，可将传感器分成动圈式和磁阻式。 磁电式 动圈式 磁阻式 线速度型 角速度型 N ① 动圈式工作原理 a. 线圈在磁场中作直线运动 其中，w－线圈匝数，B－磁感应强度，l－单匝线圈有效长度，v－线圈与磁场的相对速度。 直接测得的是线圈的运动速度—速度传感器 经微分和积分运算可得到运动物体的加速度和位移 b. 线圈在磁场中作旋转运动 其中，k－与结构有关的系数（＜１），A－线圈的截面积，ω－线圈转动的角速度。 可测量物体转速 测速电机 动圈式传声器 由钢制圆形外壳制成, 里面用铝支架将圆柱形永久磁铁与外壳固定成一体, 永久磁铁中间有一小孔, 穿过小孔的芯轴两端架起线圈和阻尼环, 芯轴两端通过圆形膜片支撑架空。 动圈式振动速度传感器 1、芯轴 2、壳体 3、弹簧片 4、支架 5、永磁铁 6、线圈 7、阻尼环 8、引线 该传感器测量的是振动速度参数, 若在测量电路中接入积分电路, 则输出电势与位移成正比; 若在测量电路中接入微分电路, 则其输出与加速度成正比。 ②磁阻式传感器 动圈式：线圈在磁场中运动时切割磁力线而产生电动势－法拉第感应定理 磁阻式：线圈与磁铁固定不动，运动物体（导磁材料）运动来影响磁路的磁阻，引起磁场的强弱变化，产生感应电动势。 a)开磁路变磁通式: 线圈、磁铁静止不动, 测量齿轮安装在被测旋转体上, 随之一起转动。每转动一个齿, 齿的凹凸引起磁路磁阻变化一次, 磁通也就变化一次, 线圈中产生感应电势,其变化频率等于被测转速与测量齿轮齿数的乘积。 这种传感器结构简单, 但输出信号较小, 且因高速轴上加装齿轮较危险而不宜测量高转速。  b)闭磁路变磁通式:它由装在转轴上的内齿轮和外齿轮、永久磁铁和感应线圈组成, 内外齿轮齿数相同。当转轴连接到被测转轴上时, 外齿轮不动, 内齿轮随被测轴而转动, 内、外齿轮的相对转动使气隙磁阻产生周期性变化, 从而引起磁路中磁通的变化,使线圈内产生周期性变化的感生电动势。其频率与被测转速