应变式加速度测试系统与信号处理设计

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1、应变式加速度测试系统与信号处理设计年级:学号:姓名:专业:指导老师:年月测试专业传感器与信号处理课程设计任务书本课程设计采用低频《应变式加速度传感器》为振动信号检出器，对车辆振动检测系统进行较全面的设计。主要内容包括：传感器设计，供桥电源设计，信号调理器设计，仿真分析，测试信号分析与处理等。通过该课程设计，使同学们初步掌握传感器与测试系统的设计步骤和方法，以及信号分析与处理的基本技术，培养同学们的设计能力。一、应变式加速度传感器概念能感受规定的被测量并按一定规律转换成可用信号输出的器件或装置，称为传感器，通常由敏感元件和转换元件组成。应变式加速度传感器是

2、一种低频传感器，由弹性梁，质量块，应变片及电桥等组成，质量块在加速度作用下，产生惯性力使弹性梁变形来获取信号，是车辆振动测量常用传感器。二、测试系统的组成1、应变式加速度传感器，检出振动信号；2、供桥电源（恒流源）及系统电源；3、信号调理器：放大器、滤波器及积分电路等。三、应变式加速度传感器技术指标量程：±50g；频率范围：0.01～149Hz；非线性误差：≤0.05灵敏度：≥0.001(v/g)外壳尺寸：不大于16mm×16mm×20mm；重量：不大于15g；供桥电压：2V～24V（DC）。测试系统其它部分的技术指标应与传感器指标相匹配。四、设计的主要

3、内容1、测试系统2、仿真分析3、测试实验4、测试信号分析与处理目录设计计算1一、加速度测试系统的原理与结构1二、传感器设计11.应变式加速度传感器简介：12.设计计算：23.设计结果:4三、信号调理器设计51、电桥放大器设计：62、滤波器设计93、积分电路设计124、有效值、峰值检测电路设计17四、供桥电源设计211.设计指标212.小型变压器设计原理213.稳压电路图主要原件、性能225.电路设计、原件选取原则23五、传感器、信号调理器电路总成24六、加速度信号测试与信号分析处理251.振动加速度信号测试252.信号分析处理26七、总结28附录数据处理

4、程序29设计计算一、加速度测试系统的原理与结构应变式加速度传感器是一种能够测量加速度、速度和位移的传感器。通常由质量块、阻尼器、弹性元件、敏感元件和适调电路等部分组成。应变式加速度传感器通常是将应变片贴在各种弹性敏感元件上组合而成，当弹性敏感元件受到外作用力、力矩、压力、位移加速度等各种参数作用时，将产生位移、应力和应变，此时，电阻应变片就可将其转换为电阻的变化。对于应变片材料，当沿着一定方向对其施力而使它变形时，内部就产生极化现象，同时在它的两个相对的表面上便产生符号相反的电荷；当外力去掉后，又重新恢复不带电的状态；当作用力的方向改变时，电荷的极性也随

5、着改变。当振动频率远低于传感器的固有频率时，传感器的输出电压与作用力成正比。电信号经前置放大器放大，即可由一般测量仪器测试出电压大小，从而得出物体的加速度。压电材料可分为压电晶体和压电陶瓷两大类，因压电陶瓷的压电系数比压电晶体的大，且采用压电陶瓷制作的压电式传感器的灵敏度较高，故本系统压电元件采用压电陶瓷，极化方向在厚度方向。当加速度传感器和被测物一起受到冲击振动时，压电元件受质量块惯性力的作用，根据测量的电压就可求得加速度。应变式加速度传感器放大器低通滤波器积分电路峰值检测器供桥电源（恒流源）及系统电源数据采集计算机分析处理信号调理器29图1应变式加速

6、度测试系统的结构框图二、传感器设计1.应变式加速度传感器简介：应变式加速度传感器是一种能够测量加速度、速度和位移的传感器。通常由质量块、阻尼器、弹性元件、敏感元件和适调电路等部分组成。应变式加速度传感器通常是将应变片贴在各种弹性敏感元件上组合而成，当弹性敏感元件受到外作用力、力矩、压力、位移加速度等各种参数作用时，将产生位移、应力和应变，此时，电阻应变片就可将其转换为电阻的变化。这种传感器可用不同弹性的敏感元件形式完成多种参数的转换，构成检测各种参数的应变式传感器。电阻应变片就是传感器中的转换元件，它是电阻应变式传感器的核心元件。应变式加速度传感器具有成

7、本低、质量轻和体积小的特点应变式加速度传感器应用范围广泛，一般来讲它有六种检测感应功能：倾斜度检测、运动检测、定位检测、震动检测、振动检测和自由落下检测。应变式加速度传感器广泛应用于各工业生产部门和科学实验中，除了被广泛应用于航空航天、武器系统、汽车、消费电子等产业里，在振动试验、地震监测、爆破工程、地基测量、地矿勘测等领域也有广泛的应用。29图2传感器结构简图2.设计计算：1.初步确定梁和质块的结构参数根据给定的传感器结构尺寸和设计指标，初步确定弹性梁和质块的结构参数：梁长度：L(mm)；11mm梁厚度：h(mm)；0.8mm梁宽度：b(mm)；6mm

8、质量块半径：r(mm)；4mm质量块厚度：c(mm)；4mm2.总质量及等效质量