1、传感器课程设计 1 传 感 器 课 程 设 计 系别系别：机电工程系：机电工程系 专业专业：模具设计与制造：模具设计与制造 姓名姓名 传感器课程设计 2 传感器课程设计 1 一、设计要求 1、功能与用途 加速度传感器在现代生产生活中被应用于许许多多的方面， 如手提电脑的硬盘抗 摔保护，另外一个用处就是目前用的数码相机和摄像机里，也有加速度传感器，用来 检测拍摄时候的手部的振动，自动调节相机的聚焦。而这些产品中由于要求对温度的 干扰有很大的免疫力，其中采用的都是压电式加速度传感器。 压电加速度传感器还应 用于汽车安全气囊、防抱死系统、牵引控制系统等安全性能方面，灵敏度是压电加速 度传感器应用时候
2、要考虑到的重要因素之一。 概括起来，加速度传感器可应用在控制，手柄振动和摇晃，仪器仪表，汽车制动 启动检测，地震检测，报警系统，玩具，环境监视，工程测振、地质勘探、铁路、桥 梁、大坝的振动测试与分析；鼠标，高层建筑结构动态特性和安全保卫振动侦察上。 2、指标要求 分别用压电式传感器、电阻应变式传感器、电容传感器实现加速度的测量将非电量转 化为电量输出。 二、设计方案及其特点 依据压电效应、电阻应变效应以电容相关的物理参数及性质随外力而变化的特 性， 可制作成压电式加速度传感器、 电阻应变式加速度传感器及电容式加速度传感器。 三种加速度传感器的设计及特点分别叙述如下： 1、方案一 压电式加速度传
3、感器 压电加速度测量系统结构框图如图 1 所示： 压电加速度传感器采用具有压电效应的压电材料作基本元件 ,是以压电材料受 力后在其表面产生电荷的压电效应为转换原理的传感器。这些压电材料 ,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 ,电荷的极性也随着改变。电信号经前置放大器放大 ,即可由一般测量仪器测试出 压电加速度 传感器 电荷放大器 信号处理电 路 A/D 转 换 电 路 图 1 压电加速度测量系统结构框图 传感器课程设计 2 电荷(电压)大小 ,从而得出物体的
4、加速度 加速度计的使用上限频率取决于幅频曲线中的共振频率图 2。 方案二 电阻应变式加速度传感器 应变式加速度传感器主要用于物体加速度的测量。其基本工作原理是：物体运动 的加速度与作用在它上面的力成正比，与物体的质量成反比，即 a=F/m。 图 3 中 1 是等强度梁，自由端安装质量块 2，另一端固定在壳体 3 上。等强度梁 上粘贴四个电阻应变敏感元件 4 。 测量时，将传感器壳体与被测对象刚性连接，当被测物体以加速度 a 运动时， 质量块受到一个与加速度方向相反的惯性力作用， 使悬臂梁变形，该变形被粘贴在 悬臂梁上的应变片感受到并随之产生应变，从而使应变片的电阻发生变化。 电阻的 变化引起应变片组成的桥路出现不平衡，从而输出电压， 即可得出加速度 a 值的大 小。 2、方 案三方 案三 电 容 式加速度传感器电 容 式加速度传感器 电容加速度测量系统结构框图如图 4 所示： 图 2 压电式加速度计的幅频特性曲线 3 214 1等强度梁； 2质量块； 3壳体； 4电阻应变敏感元体 图 3 应变式加速度传感器结构 传感器课程设计 3 测量振动体相对于大
