加速度傳感器測(cè)振動(dòng)位移

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上加速度傳感器測(cè)振動(dòng)速度與位移方案1. 測(cè)量方法（基本原理）設(shè)加速度傳感器測(cè)量振動(dòng)所得的加速度為： （單位：m/s2）對(duì)加速度積分一次可得速率： (單位：m/s)對(duì)速率信號(hào)積分一次可得位移： (單位：m)其中：為連續(xù)時(shí)域加速度波形為連續(xù)時(shí)域速率波形為連續(xù)位移波形為i時(shí)刻的加速度采樣值為i時(shí)刻的速率值=0；=0為兩次采樣之間的時(shí)間差2. 主要誤差分析誤差主要存在以下幾個(gè)方面：1） 零點(diǎn)漂移所帶來(lái)的積分誤差由于加速度傳感器的輸出存在固定的零點(diǎn)漂移。即當(dāng)加速度為0g時(shí)傳感器輸出并不一定為0，而是一個(gè)非零輸出。傳感器的輸出值為：+。對(duì)二次積分會(huì)產(chǎn)生積分累計(jì)效應(yīng)。2） 積分的初始

2、值所帶來(lái)的積分誤差和的值并不為零，同樣會(huì)產(chǎn)生積分累計(jì)效應(yīng)。3） 高頻噪聲信號(hào)所帶來(lái)的誤差高頻噪聲信號(hào)會(huì)對(duì)瞬時(shí)位移值測(cè)量精度帶來(lái)影響，但積分值能相互抵銷(xiāo)而不會(huì)帶來(lái)累計(jì)。3. 解決辦法1） 零點(diǎn)漂移和積分初始值不為零可以加高通濾波器的方法濾除。2） 高頻噪聲信號(hào)的影響并不大，為了達(dá)到更高的精度，可以加一個(gè)低通濾波器。選擇高通濾波器和低通濾波器合理的截至頻率，可以得到較理想的結(jié)果。（注：高通濾波即去除直流分量；低通濾波即平滑濾波算法）。4. 仿真研究4.1 問(wèn)題的前提背景1.本課題研究的對(duì)象是橋梁振動(dòng)的加速度，速度和位移，可以認(rèn)為橋梁的加速度，速度，位移的總和為0。即：其離散表達(dá)式為： 2.加速度傳

3、感器測(cè)量值存在誤差，它主要是在零點(diǎn)漂移和測(cè)量噪聲兩個(gè)方面。即測(cè)量值其中：為加速度傳感器測(cè)量加速度值為橋梁振動(dòng)的實(shí)際加速度值為傳感器測(cè)量誤差3.振動(dòng)速度與振動(dòng)位移取決于振動(dòng)加速度與振動(dòng)頻率，可以證明，振動(dòng)速度與振動(dòng)加速度成正比，與振動(dòng)頻率成反比；振動(dòng)位移與振動(dòng)速度成正比，與振動(dòng)頻率成反比。4.2 仿真1.取一組仿真用振動(dòng)加速度信號(hào)：，如圖1所示。其中：代表加速度傳感器測(cè)量值代表實(shí)際加速度值代表傳感器的零點(diǎn)漂移傳感器測(cè)量噪聲暫時(shí)不討論。圖1仿真用加速度信號(hào)2.對(duì)振動(dòng)加速度積分一次可以得到振動(dòng)速率即原始測(cè)量信號(hào)積分可得圖2波形。其中積分算法為：圖2 對(duì)原始信號(hào)積分一次的波形（振動(dòng)速度波形）可以看到，

4、由于誤差項(xiàng)的的存在，振動(dòng)加速度一次積分波形（振動(dòng)速度）成遞增趨勢(shì)。誤差信號(hào)已經(jīng)將有用的振動(dòng)湮沒(méi)。故必須在積分之前去除誤差項(xiàng)。對(duì)原始加速度信號(hào)作一次高通濾波即可消除誤差項(xiàng)，如圖3所示為消除誤差項(xiàng)后的振動(dòng)加速度波形。采用的高通濾波算法為：消除誤差項(xiàng)之后的振動(dòng)加速度函數(shù)為：圖3 高通濾波后的振動(dòng)加速度波形然后對(duì)振動(dòng)加速度進(jìn)行一次積分得到圖4所示的振動(dòng)速度波形。同樣積分算法為：圖4 對(duì)消除誤差項(xiàng)之后的振動(dòng)加速度積分一次后的波形（振動(dòng)速度波形）3. 對(duì)振動(dòng)速度積分一次可以得到振動(dòng)位移即圖4積分可得圖5波形。其中積分算法為：由圖4可以看出，一次積分，速度全部為正，有直流分量，這是因?yàn)榧俣ǚe分前的速度初始值

5、為零并不正確。圖5 未去除直流分量之前的速度波形一次積分后的波形（振動(dòng)位移）振動(dòng)速度一次積分波形（振動(dòng)位移）成遞增趨勢(shì)。直流分量的積分已經(jīng)將有用的振動(dòng)湮沒(méi)。故必須在積分之前去處消除直流分量。同樣高通濾波可以去除直流分量。采用的高通濾波算法為：圖6是對(duì)圖4進(jìn)行高通濾波后的振動(dòng)速度波形。圖7是對(duì)圖6進(jìn)行一次積分后的波形（振動(dòng)位移）。圖6 高通濾波后的振動(dòng)速度波形圖7 對(duì)高通濾波后的振動(dòng)速度一次積分后的波形（振動(dòng)位移）4.同樣，由于假定積分前的位移初始值為零并不正確，故速率波形也存在一定的直流分量，再進(jìn)行一次高通濾波即可得到正確的振動(dòng)位移波形。如圖8所示。采用的高通濾波算法為：圖8 高通濾波后的振動(dòng)位移波形到此，圖1中存在零點(diǎn)漂移的振動(dòng)加速度仿真波形經(jīng)過(guò)兩次積分，三次高通濾波得到了振動(dòng)位移波形。圖3滿(mǎn)足，圖6滿(mǎn)足，圖8滿(mǎn)足，證明了該算法的正確性和該方案的可實(shí)施性。5. 考慮測(cè)量噪聲存在的情況對(duì)仿真用的振動(dòng)加速度加上幅值為±0.5的白噪聲，測(cè)量結(jié)果如圖9，圖10和圖11所示。由于噪聲信號(hào)滿(mǎn)足，故對(duì)