加速度的测量-力学基础实验课件-中国科技大学-06.ppt

谢谢！ * * * * * * * * * * * * * * * 解决电缆问题的办法 将放大器装入传感器中，组成一体化传感器。 压电式加速度传感器 压电式加速度传感器的压电元件是二片并联连接的石英晶片，放大器是一个超小型静电放大器。这样引线非常短，引线电容几乎等于零就避免了长电缆对传感器灵敏度的影响。放大器的输入端可以得到较大的电压信号，这样弥补了石英晶体灵敏度低的缺陷。 （2）电荷放大器 压电式传感器另一种专用的前置放大器。 能将高内阻的电荷源转换为低内阻的电压源，而且输出电压正比于输入电荷，因此，电荷放大器同样也起着阻抗变换的作用，其输入阻抗高达1010~1012Ω，输出阻抗小于100Ω。 使用电荷放大器突出的一个优点：在一定条件下，传感器的灵敏度与电缆长度无关。 压电传感器与电荷放大器连接等效电路 K是放大器的开环增益，（-K）表示放大器的输出与输入反相， 若开环增益足够高，则放大器的输入端的电位接近“地”电位。 充电电压接近等于放大器的输出电压 几点说明： 1、电荷放大器的输出电压只与输入电荷量和反馈电容有关， 而与放大器的放大系数的变化或电缆电容等均无关系， 2、只要保持反馈电容的数值不变，就可得到与电荷量Q变化成 线形关系的输出电压。 3、反馈电容Cf小，输出就大， 4、要达到一定的输出灵敏度要求，就必须选择适当的反馈电容。 5、输出电压与电缆电容无关条件： （1+K）Cf（Ca+Cc+Ci） §6.2压电式加速度传感器 压电式传感器从材料分有三种：压电晶体传感器、压电陶瓷传感器、压电薄膜传感器；从功能分也有三种：加速度传感器、压力传感器、力传感器。介绍其中一种压电式加速度传感器。 当前测量加速度的传感器基本上都是基于图所示的基本结构。通常是质量－弹簧－阻尼二阶惯性系统。由质量块m、弹簧k和阻尼器c所组成的惯性型二阶测量系统。质量块通过弹簧和阻尼器与传感器基座相连接。传感器基座与被测运动体相固连，因而随运动体一起相对于运动体之外惯性空间的某一参考点作相对运动。 由于质量块不与传感器基座相固连，因而在惯性作用下将与基座之间产生相对位移。质量块感受加速度并产生与加速度成比例的惯性力，从而使弹簧产生与质量块相对位移相等的伸缩变形，弹簧变形又产生与变形量成比例的反作用力。当惯性力与弹簧反作用力相平衡时，质量块相对于基座的位移与加速度成正比例，故可通过该位移或惯性力来测量加速度。 设传感器基座相对于惯性空间参考坐标的位移为xb，质量块m相对于惯性空间参考坐标的位移为x，质量块相对于传感器基座的位移为y，则有 如上所述，质量—弹簧—阻尼系统可以把加速度转换成与之成比例的质量块相对于传感器基座的位移，采用位移传感器作为变换器，把质量块的相对位移转变成与加速度成比例的电信号，就可构成各种类型的位移式加速度传感器。 压电式加速度传感器的结构 主要零件有：压电晶片、惯性质量块、压紧弹簧和金属基座。是属于惯性式（绝对式）测振传感器。外壳和被测振动体连在一起，弹簧支承一个质量块来感受振动，压电晶片受到一个惯性力而产生电信号，由于F= ma，所以可以测量加速度。 压电式加速度传感器的输出特性 综合测量电路对压电加速度 传感器的输出特性的影响， 可以得到传感器的输出特性 （幅频特性曲线）。使用时 必须注意： 1根据厂方提供的幅频特性曲线决定使用频率范围；下限：测量电路；上限：固有频率及阻尼比 最佳0.65 2 必须把传感器牢固连接在被测振动体上，因为幅频特性曲线是在刚性连接的情况下得到的。下图表明用淬火钢制造的螺钉安装频响最好。 压电式加速度传感器的灵敏度 压电式加速度传感器是发电型传感器可看成是电压源或电荷源，灵敏度就有两种形式： 电压灵敏度Su和电荷灵敏度Sq, 设输出电压为ea，输出电荷为q 加速度为a，则有： Su= ea/a; Sq=q/a ∵ea= q/ Ca, ∴ Sq =Su Ca Ca是压电式传感器的 内部电容。 这里所说的灵敏度是指主轴方向上的（与加速度方向一致）。实际上，压电式加速度传感器也有横向效应。横向灵敏 度越小越好，优质的传感器要求横向灵敏度小于主轴灵敏度的3%；使用时必须保证传感器的主轴方向同被测加速度方向一致。 §6.3其它类型的加速度传感器 在力学学科的发展过程中，应变测量技术和装置发展较早并日趋成熟，因而，其它量测量常常沿用应变测量的成果，发展成多种形式的应变式传感器。 应变片式加速度传感器 在等强度梁1的一端固定惯性质量块2，梁的另一端用螺钉固定在壳体3上，在梁的上下两面粘贴应变片4，梁和惯性块的周围 充满阻尼液（硅油），产生必要的阻尼。测量时将传感器和被测体刚性连接，当有加速度作用在壳体