电子课件-《传感器应用技术》-B02-0065 模块六

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模块六 振动测量
课题二 模压块电式二振动传感器
¤ 了解压电效应的基本概念 ¤ 了解压电式振动传感器的主要技术参数 ¤ 了解压电式振动传感器的工作原理 ¤ 掌握压电式振动传感器的振动测量系统 ¤ 掌握压电式振动传感器的应用
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任务提出：
矿用提升机系统(见下图)是各类矿井中广泛使用的类似 民用电梯的运输设备。由于我国矿井中使用的提升机很多 都存在老化现象,提升机的提升容器在运行过程中远没有高 层电梯轿厢那样平稳,存在较大的振动。
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任务提出：
城市中汽车和各种轻便车辆的普及使车辆安全受到人 们的关注,于是车辆防盗系统、各类防盗锁、防盗报警器 应运而生,如下图所示。
本课题的工作任务就是为一款车辆防盗产品选择一个 合适的传感器并配置测量电路,实现车辆因窃贼的碰撞、 移动产生振动时,蜂鸣器发出报警声,引起人们注意,吓退 盗贼。
一、振动传感器性能指标 １．静态指标 静态指标包括量程、精度、灵敏度、分辨力、稳定性等。 ２．动态指标 动态指标可以从时域和频域两方面来考虑。 二、振动传感器选用要点 选择振动传感器时,主要考虑被测振动参数(位移、速度和 加速度)、测量的频率范围、量程及分辨率、使用环境等,同 时考虑各类振动传感器的性能特点。
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来自百度文库5. 振动传感器 （1）基本工作原理 惯性式振动传感器工作原理如下图所示。
振动传感器的工作原理
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（2）常用类型 振动传感器分类情况见表6-1
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二、电容式振动传感器 １．基本工作原理 ２．典型结构和类型 (１)电容式振动加速度传感器 (２)集成微硅加速度传感器 三、电容式传感器振动测量系统 １．电容式传感器振动测量系统的构成 ２．传感器接口电路板
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３．压电传感器 压电传感器是利用压电元件在敏感轴方向上受到外力作 用时,在电介质表面产生电荷来实现非电量测量的目的,其工 作过程如下图所示。
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３．振动系统的基本性质 作往复运动的振动系统的基本性质有惯性、恢复性 和阻尼等。 ４．振动测量过程 振动测量过程中首先要组建振动测量系统,包括选择 适当的振动传感器、信号转换电路、采集和分析仪器, 对测量系统进行标定等；然后选择测振点,安装振动传 感器,采集振动信息；最后对信号进行分析,送去显示或 反馈到输入端实现自动控制。
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相关知识
一、振动测量基础 1. 振动信号 振动测量中通常用到振动位移、振动速度和振动加 速度三种信号(参数)。 2. 振动三要素 振动信号存在周期(或频率)、振幅、相位角三个要 素,称为振动三要素。
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（1）周期 物体振动一次所需的时间,通常用T 表示,单位为秒(s)。 （2）振幅 振幅是振动物体偏离平衡位置的最大距离,表示振动的能 量。 （3）相位角 相位角是反映振动运动状态的物理量,可用于诊断旋转机 械的平衡、比较两个简谐振动间步调上的差异性等,单位为 度(°)或弧度。
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相关知识：
一、压电效应和压电传感器 １．压电效应 压电效应也称为正压电效应或顺压电效应,是指某些物 质沿一定方向上受到外力作用变形时,内部被极化,表面会 产生电荷,外力去除后又会重新回到不带电的状态的现象。 ２．压电材料 具有压电效应的物质称为压电材料(压电元件),常见的 压电材料有压电单晶体、多晶体压电陶瓷和高分子压电材 料等。
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车辆防盗产品
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任务分析：
车辆被盗时必然会引发车辆的某些物理量发生变化,如 车身发生晃动,因此可以通过安装在车辆上的振动传感器 触发报警电路实现防盗监测。
车辆防盗系统中需要选择新型的振动传感器,可以同时 监测振动和角度变化;同时设计相应的测量电路,满足防盗 监测的要求。
本课题的工作任务就是选择一个合适的传感器类型,满 足上述需要,并确定测量系统需要配备的其他电气元件。
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矿用提升机系统
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任务分析：
选择传感器类型,一方面需要了解测量的实际需要,一 方面需要掌握常用传感器的主要性能特点。
本课题在上一课题所学电容式振动传感器的基础上,介 绍一种压电式振动传感器的相关知识。通过对测量需求的 分析,确定适合本任务的传感器类型和相关配套元件。
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课题一 课题二 课题三
电容式振动传感器 压电式振动传感器 磁电感应式振动传感器
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课题一 电容式振动传感器
¤ 了解振动的基本概念 ¤ 了解振动传感器的主要类型和技术参数 ¤ 了解电容式振动传感器的工作原理 ¤ 掌握电容式传感器的振动测量系统理 ¤ 掌握压力传感器的安装、校验和选择
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任务实施
一、传感器选型 本任务中选择ADI公司的ADXL202电容式集成双轴加速 度计(见下图)。
ADXL202引脚及结构框图
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二、测量系统方案设计 采用这款传感器的车辆防盗监测系统方案确定为: １．对传感器两个敏感轴方向上动态加速度的测量,用 于振动检测;而对敏感轴方向重力加速度分量的监测,用于 确定物体空间方向变化。 ２．传感器输出的数字信号直接送到微控制器的计数 器/定时器端口,进行敏感轴方向重力加速度分量的测量； 输出的模拟信号经A/D转换后,对车体微小振动进行测量。
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思考与练习：
１．振动测量中常用的信号有哪些? 测量中选择什么信号 与哪些因素有关?
２．常用的振动传感器有哪些? 分别用于什么场合? ３．简述微硅集成振动加速度传感器的优势和应用领域。 ４．绘制汽车防盗监测系统中振动测量部分框图,说明各 部分的作用。 ５．绘制ADXL202传感器芯片与外围器件的接口电路图,说 明各外围元器件的作用,各电阻、电容大小的确定方法。
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３．车体角度相对于初始状态改变5°，就认为有盗车 情况发生;在较短时间段内车辆微小振动能量超过设定的 阈值,就认为有破坏车辆的情况发生。
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三、接口电路设计 根据设计方案及功能要求,设计监测系统的电气原理图 如下图所示。
车辆防盗监测系统电气原理图
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知识链接