應(yīng)變片式加速度傳感器設(shè)計(jì)

1、應(yīng)變片式加速度傳感器姓 名：學(xué) 號(hào)：院（系）:電氣工程學(xué)院專業(yè)名稱：電氣工程及其自動(dòng)化班 級： 電氣2 （專升本）2015年5月20日說明書摘要通過應(yīng)變片感應(yīng)加速度的變化，并把應(yīng)變片接到直流電橋中，通過電阻 的變化引起直流電橋電壓的變化，再將電橋輸出的電壓通過邏輯電路放大輸 出，然后將輸出的電壓信號(hào)送到控制中心，從而達(dá)到對加速度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控 的目的。其結(jié)構(gòu)由（1）慣性質(zhì)量塊（2）應(yīng)變量（3）硅油阻尼液（4）應(yīng)變片（5）溫度補(bǔ)償電阻（6）絕緣套管（7）接線柱（8）電纜（9）壓線柱（10）殼 體（11）限位塊組成。應(yīng)變片式加速度傳感器通過敏感柵將低頻運(yùn)動(dòng)物體的加 速度轉(zhuǎn)化為應(yīng)變片的應(yīng)變，引起電橋橋

2、臂電阻的變化，經(jīng)過溫度補(bǔ)償、放大 后輸出加速度信號(hào)。其特點(diǎn)為應(yīng)變片式加速度傳感器具有體積小、低功耗、 結(jié)構(gòu)簡單、抗干擾能力強(qiáng)、運(yùn)行穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)性好。精選摘要 附 圖應(yīng)變式加速度傳感器示意圖9 壓錢柱 3 遴誚祖尼液8 電集2 應(yīng)變梁7 接淺桂 1慢性貢說塊權(quán)利要求書1、通過應(yīng)變片感應(yīng)加速度的變化，并把應(yīng)變片接到直流電橋中，通過電 阻的變化引起直流電橋電壓的變化，再將電橋輸出的電壓通過邏輯電路放大 輸出，然后將輸出的電壓信號(hào)送到控制中心，從而達(dá)到對加速度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的目的。其結(jié)構(gòu)由（1）慣性質(zhì)量塊（2）應(yīng)變量（3 ）硅油阻尼液（4）應(yīng)變 片（5）溫度補(bǔ)償電阻（6）絕緣套管（7）接線柱（8）電纜（9

3、）壓線柱（10）殼 體（11）限位塊組成。電橋采用直流12V電源供電，采用穩(wěn)壓的直流電源供電， 運(yùn)放器采用雙電源供電，電源電壓為士 12V。2、加速度傳感器的敏感軸檢測輸入加速度，并將其作用轉(zhuǎn)換為電阻應(yīng)變片阻值的變化，通過變送電路，將這種變化轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的電壓輸出，從而達(dá) 到測量加速度的目的。傳感器的主要量程：士 20g;輸出：05V;零位輸出： 2.5V，用應(yīng)變片測量的應(yīng)變是通過測量敏感柵的電阻相對變化來得到。應(yīng)變 片靈敏度系數(shù)很?。↘2）,而機(jī)械應(yīng)變一般在10卩3000卩之間（有 時(shí)也可達(dá)到6000）,電阻相對變化是很小的，需要采用差動(dòng)電橋。當(dāng)懸臂 梁發(fā)生形變時(shí)，應(yīng)變片的電阻值發(fā)生改變，全橋

4、式布片應(yīng)變引起應(yīng)變片電阻的變化，從而達(dá)到測量振動(dòng)加速度的目的。當(dāng)懸臂梁受到加速度作用時(shí)，其 自由端必將發(fā)生位移，通過計(jì)算得到加速度一電壓的轉(zhuǎn)換關(guān)系。3 應(yīng)變片由于溫度的變化所引起電阻的變化與彈性敏感元件所造成的 電阻變化幾乎有相同的數(shù)量級，為克服溫度的影響和測量精度。我采用雙金屬敏感柵自補(bǔ)償應(yīng)變片來補(bǔ)償溫度的變化。測量放大器由三個(gè)運(yùn)算放大器組成，分阻抗變換和增益變換兩級。2說 明 書基于應(yīng)變片式的加速度傳感器技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)變式加速度傳感器具有體積小、低功耗等特點(diǎn)，易于集成在各種模擬 和數(shù)字電路中，廣泛應(yīng)用于汽車碰撞實(shí)驗(yàn)、測試儀器、設(shè)備振動(dòng)監(jiān)測等領(lǐng)域背景技術(shù)將應(yīng)變片式加速度傳感器，應(yīng)用到汽車的高速運(yùn)

5、行保駕系統(tǒng)當(dāng)中，對汽 車在高速運(yùn)行時(shí)的加速度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，如有意外狀況出現(xiàn)，汽車將自動(dòng)啟 動(dòng)保駕系統(tǒng)防止汽車側(cè)翻等功能。機(jī)械振動(dòng)帶動(dòng)傳感器的質(zhì)量塊振動(dòng)，于是他們有共同的加速度a。然后根據(jù)公式F二ma,把加速度的變化轉(zhuǎn)為力的變化。力作用在懸臂梁上使梁橫向 拉長或壓縮，從而帶動(dòng)應(yīng)變片電阻進(jìn)行變化。應(yīng)變片受拉，電阻增大，應(yīng)變 片受壓，電阻減小。再通過電橋把位移的變化轉(zhuǎn)為電壓的變化，通過電壓表 測出相應(yīng)被放大的電壓信號(hào)，當(dāng)被測振動(dòng)頻率遠(yuǎn)低于加速度計(jì)的固有頻率時(shí)， 力的變化則會(huì)與被測加速度成正比，從而就可以得到相應(yīng)的加速度。發(fā)明內(nèi)容用應(yīng)變片測量應(yīng)變是通過測量敏感柵的電阻相對變化來得到的。應(yīng)變片靈ii敏度

6、系數(shù)2,機(jī)械應(yīng)變一般在10卩3000卩之間（有時(shí)也可達(dá)到6000 卩）,所以電阻相對變化是很小。然后用差動(dòng)電橋電路來精確的測量這種微 弱的變化。在懸臂梁的正反兩面各粘貼兩片應(yīng)變片，一邊受拉，一邊受壓， 工作時(shí)將兩個(gè)應(yīng)變片接入電橋相領(lǐng)臂內(nèi)，四片應(yīng)變片的阻值相等（附圖2），記為R仁R2=R3=R4=RB相鄰應(yīng)變片的電阻值變化相反，懸臂梁發(fā)生形變時(shí)， 應(yīng)變片的電阻值發(fā)生改變，記為 R,那么橋臂上的電阻值變?yōu)镽仁R+ R,R2=R-A R, R3=R R, R4=RA R。應(yīng)變引起應(yīng)變片電阻的變化，通過差動(dòng)電 橋電路測出阻值的改變，對等截面梁應(yīng)變片處的應(yīng)變與物體運(yùn)動(dòng)加速度之間 的關(guān)系，應(yīng)變值與懸臂端位

7、移成正比，應(yīng)變片電阻值的變化也正比于端部的 位移，由輸出電阻的變化引起輸出電壓改變，輸出電壓與輸入加速度采用全 橋電路可以得到振動(dòng)加速度a與輸出電壓U0之間的線性關(guān)系，從而達(dá)到測量 振動(dòng)加速度的目的。本發(fā)明的有益效果為：應(yīng)變片式加速度傳感器具有體積小、低功耗、經(jīng)濟(jì)性好、結(jié)構(gòu)簡單、易 于維修等特點(diǎn)，易于集成在各種模擬和數(shù)字電路中，廣泛應(yīng)用于汽車碰撞實(shí) 驗(yàn)、測試儀器、設(shè)備振動(dòng)監(jiān)測等領(lǐng)域。電阻應(yīng)變式加速度傳感器是彈性板受振動(dòng)力作用產(chǎn)生應(yīng)變，通過應(yīng)變 電橋的輸出信號(hào)進(jìn)行測量。電阻應(yīng)變式加速度傳感器具有低頻特性好和較高的性價(jià)比，應(yīng)用于振動(dòng)測量領(lǐng)域內(nèi)。應(yīng)變片式加速度傳感器的機(jī)械結(jié) 構(gòu)采用金屬制懸臂梁，提高

8、了耐用性和穩(wěn)定性。在其根部的上下兩對稱面 上各粘貼兩對半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)。當(dāng)懸臂梁自由端的慣性質(zhì)量受到振動(dòng)產(chǎn)生加 速度時(shí)，梁受彎曲而產(chǎn)生應(yīng)力，使四個(gè)電阻發(fā)生變化，使其提高了抗噪聲、 光源的干擾能力。附圖說明圖1金屬電阻應(yīng)變絲結(jié)構(gòu)圖2電橋電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為測控電路圖示意圖；圖4應(yīng)變式加速度傳感器示意圖圖5應(yīng)變式加速度傳感器的數(shù)學(xué)模型圖6電路系統(tǒng)圖塊附圖標(biāo)識(shí)：(1)慣性質(zhì)量塊(2)應(yīng)變量(3 ) 硅油阻尼液(4)應(yīng)變片(5)溫度補(bǔ)償電阻(6)絕緣套管(7)接線柱(8)電纜(9)壓線柱(10)殼體(11)限位塊。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)變片或通過半導(dǎo)體加工技術(shù)將具有壓阻效應(yīng)的原料附著在懸接質(zhì)量塊 的膜片或懸臂梁上，由于受到加速度的作用，膜片和懸臂梁發(fā)生彎曲變形， 應(yīng)變材料受到拉或壓應(yīng)力后電阻發(fā)生變化。應(yīng)變片式加速度傳感器，為了克 服由于溫度、各維間的互相耦合及其他噪聲輸入，通常將四個(gè)單獨(dú)的敏感元 件以惠斯通電橋（圖 2）方式連接，從輸出的信號(hào)中提取加速度信息。接下來 就可以直接接差分儀表放大器到處理電路，進(jìn)而得到相應(yīng)的數(shù)顯值。以上內(nèi)容是結(jié)合優(yōu)選技術(shù)方案對本發(fā)明所做的詳細(xì)說明，不能認(rèn)定發(fā)明 的具體實(shí)施僅限于這些，對于在不脫離本發(fā)明思想前提下做出的簡單推演及 替換，都應(yīng)當(dāng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。