精密测量理论与技术基础 孙长库 胡晓东第9章 速度和加速度测量.ppt

频闪测速方法 （3）频闪测速方法 被测转速n与闪光频率n0相同，或者n为n0的整数倍时，都会出现单定像 若已知被测转速的范围是n～n，则首先将闪光频率调到大于n，然后从高频逐渐下降，第一次出现单定像的闪光频率等于被测转速 若被测转速的频率范围无法估计，则调整闪光频率，记录下连续出现两次单定像的闪光频率n1和n2，设n1n2，则 请同学推导 频闪测速原理 频闪测速原理 测量公式推导 若被测转速的频率范围无法估计，则调整闪光频率，记录下连续出现两次单定像的闪光频率n1和n2，设n1n2，则 且 所以 第三节 加速度的测量 要点： 应用 加速度测量的原理 加速度测量传感器 第三节 加速度的测量 一、加速度测量的应用 通过测量加速度来测量物体的运动状态，如惯性导航系统 通过测量加速度来判断运动机械系统所承受的加速度负荷的大小，防止损坏或提供设计指标， 如汽车防撞气囊上的加速度计 加速度测量的应用 安装在汽车拐角处的垂直加速度计测量车身的加速度，来进行实时（或根据平均值）调节震动吸收器，以达到安全平稳驾车。 在高级系统中，车轮力是用轮毂加速度计进行测量。 在没有方向盘角度传感器的车辆中，横向加速度计用于测量离心力，其他加速度计进行转动测量。 还通过检测加速度控制防撞气囊。 在汽车中的应用 加速度测量的应用 加速度鼠标 机械鼠标和光电鼠标都依赖于平面（近似平面），移动性不强，尤其无法适应鼠标需要悬空使用的场合（如演讲时鼠标发挥一个类似遥控器的作用）。 基于低g 值高灵敏度加速度传感器的鼠标最大程度的克服了以上缺点，移动性和高性价比将使加速度鼠标具备很强的竞争力。 加速度测量的应用 在硬盘和存储设备应用 硬盘驱动器有一致命的弱点：如果硬盘在读写数据时跌撞到地板上，振动会损坏精细的驱动头或磁盘，从本质上损坏驱动器或造成数据的不可恢复。 使用三轴加速度传感器能探测自由落体，并能告知硬盘潜在碰撞，使数据读取元件能及时离开硬盘。 IBM，Samsung在笔记本硬盘中开始使用上述技术。 加速度测量的应用 在惯性导航中的应用 第三节 加速度的测量 二、加速度测量的基本原理 质量块通过弹簧和阻尼器与传感器基座相连接。 基座与被测运动体相固连，随之相对于惯性空间运动。 (1)质量块感受加速度并产生与加速度成比例的惯性力； (2)质量块相对于基座的位移与加速度成正比。 可通过检测位移或惯性力来测量加速度。 加速度传感器 三、加速度传感器 1. 位移式传感器 把质量块的相对位移转变成与加速度成比例的电信号 电容式加速度传感器 频率响应范围宽，测量范围大，灵敏度比较低 位移式加速度传感器 “三明治”结构 MEMS电容式加速度传感器 通过检测电容的变化来测量加速度，需要反馈控制，防止极板间发生黏附。 加速度测量传感器 2. 基于测量惯性力的加速度传感器 用质量块敏感加速度，产生惯性力F＝ma， 用弹性元件把惯性力转变成应变、应力，或用压电元件把惯性力转变成电荷量， 通过测量应变、应力或电荷来间接测量加速度。 加速度传感器 （1）压电式加速度传感器(Piezoelectric Acceleration Sensor) 原理:利用压电晶体的正压电效应测量加速度 类型:压缩型、弯曲型。 结构:压电元件、质量块、弹性元件和外壳等组成 Spring Shell Mass Block Piezoelectric Elements dij 压电常数 压电式加速度传感器 体积小、重量轻、输出信号大，固有频率高，可用于测量振动、冲击等信号。 压电式加速度计 加速度传感器 （2）电阻应变式加速度传感器(Resistance Acceleration Sensor) 原理:利用某些材料的电阻应变效应测量加速度 类型:粘贴应变计式、非粘贴应变张丝式和固态压阻式 特点:体积小、性能稳定可靠、精度高、频响宽、漂移小 弹性变化范围小 应用:动静态测量，可以静态标定，输出阻抗低； 精密测量等特殊场合； 但频率有限，不适用于高频、冲击、宽带测量 电阻应变式加速度传感器 应变式加速度传感器原理 应变式加速度传感器的具体形式很多，都可简化为图示的形式。等强度弹性悬臂梁固定安装在传感器的基座上，梁的自由端固定一质量块m，在梁的根部附近两面上各贴一个(成两个)性能相同的应变片，应变片接成对称差动电桥。 电阻应变式加速度传感器 非粘贴应变张丝式 微型化固态压阻式 粘贴应变计式 MEMS压阻式加速度计 加速度测量传感器 （3）光纤式加速度传感器(Opti