第14章 位移、速度、加速度测量 检测技术与仪器 工程测试技术 教学课件.ppt

输出信号特点： 锯齿波的峰—谷、 谷—峰为运动体运动了一个节距的距离。 疏密程度：可以判断运动体速度大小： 疏——速度慢 密——速度快 可利用此信号对速度信号进行标定 永磁感应测速传感器工作原理 3）铁芯材料 ▲采用软磁材料，同时采取防涡流措施。 ▲铁芯材料：剩磁强度和矫顽力尽可能小，以防永久磁铁对其磁化，以提高传感器的线性度。 ▲一般选用：坡莫合金——经特殊热处理后的铁镍合金。 ▲结构形式：采取扁平的薄片状铁芯，以尽可能减少铁芯中产生的电涡流。 永磁感应测速传感器工作原理 4)永久磁铁 永久磁铁具有较强的矫顽力，要抗冲击，选用硬磁材料， 以提高传感器灵敏度。 结构要求：永久磁铁的宽度要小于节距。 5）磁头件与运动物体连接的要求 连接件的要求： ▲重量轻； ▲刚度大； ▲连接牢靠 永磁感应测速传感器工作原理 3．测量系统　 1）测量系统组成 永磁感应 测速传感器 测量放大器 低阻抗输入 记录仪器 高阻抗输入 记录仪器 永磁感应速度测量系统 将被测的运动体的速度转换成电信号 将被对信号进行放大，并具有阻抗变换作用。 2）传感器对测量放大器的要求 系统等效电路 永磁感应速度测量系统 L——传感器的电感 RL——传感器的内阻 Rg——放大器输入阻抗 e——感应电势 L RL e Rg i 由基尔霍夫定律： 该模型是一阶线性系统的数学模型，测量电路的动态特性取决于时间常数τ，且有 永磁感应速度测量系统 结论：τ愈小，则测量电路的动态特性愈好；反之，τ愈大，则测量电路的动态特性越差。为改善测量电路的动态特性，要求电路中的L应当小些，R应当大些。对于一定的感应传感器，L和RL是一定的，要改善测量电路的动态特性，就需要测量仪器的输入电阻Rg大一些。 4、速度灵敏度求取方法 积分标定法 图解积分法 数值积分法 图解积分法：适用于输出信号为模拟信号的系统 数值积分法：适用于输出信号为数字信号的系统 采用积分标定法 4、速度灵敏度求取方法 图解积分法 方法：要在速度曲线上找一段近似匀变速运动的段。 数值积分法 4、速度灵敏度求取方法 优缺点介绍 14.2.3 转速测量举例 14.3 加速度测量 线加速度是指物体质心沿其运动轨迹方向的加速度，是描述物体在空间运动本质的一个基本量。 线加速度的单位是m/s2，而习惯上常以重力加速度g作为计量单位。对于加速度，常用惯性测量法，即把惯性型测量装置安装在运动体上进行测量。 1 惯性式加速度计的工作原理 牵连运动：和被测运动体一起运动 惯性运动：质量体相对于运动体的运动 由牛顿运动定律，有： 经整理后得： 坐标x表示传感器基座的位移 坐标y表示质量块相对于传感器基座的位移 该物理模型是一个典型的二阶线性测量系统，引入无阻尼固有圆频率ωn及无阻尼阻尼比ξ： 以待测物体的加速度a为激励，以质量块的相对位移y为响应，对上式取拉氏变换，有： 1 惯性式加速度计的工作原理 频率响应函数为 拉氏传递函数Ha（S）为： 1 惯性式加速度计的工作原理 幅频特性为: 相频特性为: 1 惯性式加速度计的工作原理 结论： 惯性式加速度计必须工作在低于其固有频率的频域内。因此，惯性式加速度计有尽可能宽的工作频域，它的固有频率应尽可能高一些，也就是弹簧的刚度k应尽可能大一些，质量m应尽可能小。 1 惯性式加速度计的工作原理 2 应变式加速度计 应变式加速度计是以应变片为机——电转换元件的加速度传感器。 R1 R2 R4 R3 Usc Usr a R1 R2 被测加速度a ma ε ΔR ΔU 等效质量块m 电桥 等强度梁 应变片 3 压电加速度计 压电加速度计是一种惯性式传感器，它的输出电荷与被测的加速度成正比 1) 结构特点： 基座：加厚基座或刚度较大的材料； 质量块m：具有一定的重量，以提高传感器的灵敏度； 引线：直接焊接在晶体表面的金属片上，一般采用镀银电极； 预加载荷：由硬弹簧、螺栓、螺母对质量块、晶片预加载荷 被测加速度a ma F(惯性力) Q U 等效质量块m 晶片 电荷放大器 3 压电加速度计 2)工作原理 采用正