传感器课程设计报告

《传感器课程设计报告》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、西南交通大学本科课程设计说明书应变式加速度测试系统与信号处理设计年级：2012级学号：20121131姓名：刘思喆专业：测控技术与仪器指导老师：伍川辉2015年11月27目录一、传感器设计3应变式加速度传感器介绍3应变式加速度传感器结构3应变式加速度传感器特点4计算设计4初步确定梁和质量块的结构参数4总质量及等效质量计算4计算梁的最大允许挠度5梁应变灵敏度计算5梁根部应变检查5梁宽度检查5梁自由端挠度检查5传感器固有频率计算5检查最高工作频率处的非线性6计算传感器灵敏度6电桥工作方式6设计结果6二、放大器设计7电桥放大器设计8恒流源设计8调零电路设计9标定电

2、路10电源放大器总成11三、滤波器设计11滤波器的作用12正反馈双二次函数和一阶节函数12四、积分电路设计15加速度、速度和位移之间的转换1527RC积分电路15有源积分电路设计16五、峰值检测器设计18振动系统的主要检测量18峰值检测19有效值（均方根值）检测电路原理21六、电源设计22小型变压器设计原理23稳压电路图主要原件、性能23电路设计、原件选取原则24七、传感器、信号调理器电路总成25传感器设计总电路图26八、加速度信号测试与信号处理26悬臂梁加速度信号波形图26悬臂梁加速度信号频谱图27九、心得体会27十、参考文献2827一、传感器设计1、应变

3、式加速度传感器简介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，引起应变片阻值发生变化，通过电桥来获取信号，是车辆振动测量常用传感器。2、应变式加速度传感器结构在这种传感器中,质量块支撑在弹性体上,弹性体上贴有应变片（图1）。测量时,在质量块的惯性力作用下,弹性体产生应变,应变片把应变变为电阻值的变化，最后通过测量电路输出正比于加速度的电信号。弹性体做成空心圆柱形增加传感器的固有振动

4、频率和粘贴应变片的表面积。另一种结构形式为悬臂梁式，弹性振梁的一端固定于外壳，一端装有质量块。应变片贴在振梁固定端附近的上下表面上。振梁振动时，应变片感受应变。应变片可在测量电路中接成差动桥式电路。应变片加速度计也适用于单方向（静态）测量。用于振动测量时,最高测量频率取决于固有振动频率和阻尼比,测量频率可达3500赫。下图是传感器结构图27图1传感器结构简图3、应变式加速度传感器特点这种结构灵敏度高，但体积较大，实际应用中需要硅油提供大的阻尼力应变式振动传感器的主要优点是低频响应好，可以测量直流信号（如匀加速度）。4、计算设计：设计步骤1.初步确定梁和质量块

5、的结构参数梁长度：L(mm)=10梁宽度：b(mm)=4梁厚度：h(mm)=0.5质量块半径：r(mm)=3质量块厚度：c(mm)=3硅油阻尼比：ζ=0.52.总质量及等效质量计算壳体质量：质量块质量：弹性梁质量：质量块等效质量：硅油质量：3.计算梁的最大允许挠度27=0.733mm=2.517mm1.梁应变灵敏度计算一个g作用时，质量块产生的惯性力：贴片处梁长：梁应变灵敏度：2.梁根部应变检查50g作用时，质量块产生的惯性力：=梁根部应变：=3.梁宽度检查取梁材料的许用应力系数为0.5，则许用应力为：=由许用应力计算梁的最小允许宽度：=满足条件4.梁自由端

6、挠度检查梁自由端最大动挠度：=满足条件5.传感器固有频率计算：无阻尼固有频率：=706.891HZ有阻尼固有频率:=612.186HZ有阻尼固有频率满足条件6.检查最高工作频率处的非线性271.计算传感器灵敏度单臂工作时电桥输出电压：=满足要求2.电桥工作方式单臂工作3.设计结果梁材料：1号材料（不锈钢：弹性模量E＝2.14×1011N/m2，密度，抗拉强度）质量块材料：碳钢（弹性模量，密度）壳体材料：硬铝（弹性模量，密度）阻尼材料：甲基硅油（密度，阻尼比）应变片：硅应变片（型号F，基底尺寸，硅片尺寸）27结构尺寸表1桥臂工作方式梁长(mm)梁宽(mm)梁厚

7、(mm)块半径(mm)块厚(mm)总质量(g)11040.53311.769传感器性能表2灵敏度(ε/g)阻尼比固有频率(Hz)有阻尼频率(Hz)供桥电压(v)电桥灵敏度电桥灵敏度(v/g)应变片阻值R(Ω)应变片灵敏度系数K0.5706.89162112350210二、放大器设计信号调理器是传感器的二次仪表。作用：对传感器输出的微弱信号进行放大；对传感器输出的含噪信号处理,获得所需信号；为A／D转换提供具有足够能量的电压信号。设计内容包括：电桥放大器设计；恒流电源设计；调零电路设计；标定电路设计；微积电路设计；抗混淆滤波电路设计。技术要求：输出电压±5V、

8、±10V；放大器增益应满足A/D转换需求；具有正负应