【正文】 教研室主任簽名： ______年 ___月 ___日 學(xué) 院 意 見 通過開題（ ） 開題不通過（ ） 教學(xué)院長簽名： ______年 ___月 ___日 注： 學(xué)院可根據(jù)專業(yè)特點(diǎn)，可對該表格進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷摹? 完成開題答辯 － 設(shè)計硬件電路。 成果形式 畢業(yè)設(shè)計說明書。 電路硬件框圖與設(shè)計路線： 四 研究工作條件和基礎(chǔ) 研究工作條件： 軟件條件： KEIL 等 硬件條件： 單片機(jī)等電子元件一批 研究基礎(chǔ) 已查閱國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，了解相關(guān)傳感器及相應(yīng)設(shè)備性能及使用方法，利用已學(xué)過的單片機(jī)等方面的知識對課題進(jìn)行研究。 ② 設(shè)計傳感器測量系統(tǒng)，使用 AD 轉(zhuǎn)換器，單片機(jī)，顯示電路以及上位機(jī)進(jìn)行設(shè)計電路。 根據(jù)系統(tǒng)功能要求以及單片機(jī)硬件電路設(shè)計思路對單片機(jī)模塊進(jìn)行設(shè)計 [11]，要使單片機(jī)準(zhǔn)確顯示出來，所以整個單片機(jī)部分分為傳感器電路、時鐘電路、復(fù)位電路、執(zhí)行元件以及顯示電路五個部分使用 protel 進(jìn)行畫圖。 單片機(jī)的英文名稱是 Micro Controller unit,縮寫為 MCU，又稱為微控制器，它是一種面向控制的大規(guī)模集成電路芯片。液環(huán)內(nèi)的特殊工作液體作為慣性質(zhì)量相對于轉(zhuǎn)換器件運(yùn)動時，因液體的流動導(dǎo)致 “轉(zhuǎn)換器件 — 液體”界面處電荷的轉(zhuǎn)移。信號大小和轉(zhuǎn)角口成正比，即正比于。這種角加速度計 的傳感部分由飛輪浮子、角度傳感器、力矩器、支承部件、浮液溫控裝置、導(dǎo)電游絲和密封殼體等部件組成。研究表明，結(jié)合運(yùn)用于平移激光干涉儀中的信號處理方法，可以通過精密的測量和標(biāo)定來確定旋轉(zhuǎn)運(yùn)動量。它的高彈性強(qiáng)度及彈性模量，并結(jié)合高的抗腐蝕特性，使得這種角加速度計適合工作在惡劣的工作環(huán)境下。當(dāng)慣性質(zhì)量體引起無定形線產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)應(yīng)力時，在無定形線的端部會產(chǎn)生由外界輸入角加速度調(diào)制的 Maaeucci 電壓，通過對 Maaeucci 電壓進(jìn)行處理就能得到外界輸入的角加速度數(shù)值。最后采用濾波裝置濾去由于彈性盤振動所造成的高頻噪聲。如果對這種噪聲衰減過程所帶來的時間延遲有嚴(yán)格的時問 限制 ( 如在實(shí)時控制或監(jiān)控應(yīng)用中 )，這個過程會變得更為困難間接加速度測量方法中令人頭痛的噪聲放大問題驅(qū)使人們尋找直接的角加速度測量方法 [4]。對微分器有兩個重要的要求，即它們必須有足夠的噪聲衰減和足夠短的延遲特性。因此 x 及 Y 類角加速度傳感器的根本區(qū)別體現(xiàn)在參考點(diǎn)的選取上。 課題研究的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢： 測量角加速度的方法，從原理上講可以是多種多樣的，如純機(jī)械式的、電磁機(jī)械式的、物理的、化學(xué)的、光學(xué)的甚至放射線式的等等，而每種方法都可以制成不同結(jié)構(gòu)及性能的角加速度傳感器。在精密機(jī)械設(shè)備中，通過測量齒輪的角加速度來研究齒輪傳動裝置的傳動系統(tǒng)的平穩(wěn)性，研究汽輪機(jī)組及鉆機(jī)的扭震，檢測工作母機(jī)上刀具的顫振及斷裂 [1]。角加速度計還可以用于人體運(yùn)動及關(guān)節(jié)動力學(xué)的分析、虛擬現(xiàn)實(shí)、石油勘探、地震監(jiān) 測等領(lǐng)域。除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已發(fā)表或撰寫過的研究成果。參 與同一工作的其他同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。國外已經(jīng)出現(xiàn)用一個角加速度計和兩個線加速度計組成慣導(dǎo)方案，以替代陀螺，降低成本和提高精度。角加速度測量代替原來通過幾個線加速度信號的合成來求取。 按照測量對象分，角加速計可分為 x 及 Y 兩大類 。按照測量方法分類，角加速度計可分成直接測量法和間接測量法。在實(shí)時控制或保護(hù)性監(jiān)控應(yīng)用中，延遲特性是極為重要的，在這些應(yīng)用中系統(tǒng)要求對參考信號或反新型角加速度傳感器的研制 饋信號有足夠短的響應(yīng)時問。 1992 年， Godler 等人報導(dǎo)了一種角加速度傳感器 [5] ，這種角加速度傳感器能單獨(dú)檢測角加速度信息，而不依賴角速度信號，并且該加速度計對載體的旋轉(zhuǎn)角度沒有限制。與間接測量方法相比，這種傳感器的優(yōu)點(diǎn)是它的輸出濾波器的帶寬可以做得比微分器噪聲衰減裝置的要寬得多。角加速度計中有一個 啞鈴狀的慣性質(zhì)量塊其質(zhì)量大部分分布在邊緣以提高轉(zhuǎn)動慣量，質(zhì)量塊通過兩端的兩個無定形磁彈性線與殼體形成聯(lián)結(jié)。這種角加速度計的分辨率為 33rads／ s，由于系統(tǒng)的共振頻率較低，因此該角加速度計的不能得到較大的帶寬。理論分析及試驗(yàn)結(jié)果表明，衍射光柵干涉儀可以用來測量轉(zhuǎn)動參數(shù)，如角加速度、角速度和旋轉(zhuǎn)角。在質(zhì)量均勻分布的浮子飛輪的兩端分別裝有角度傳感器和力矩器的動圈，并用寶石墊和球形軸尖支承于壓電激振支承中，液浮裝置可以減小支承的摩擦力。這一信號經(jīng)過放大、濾波、解調(diào)、功放后形成一個與成正比的電流 f 加到位于 飛輪浮子另一端的力矩器中，產(chǎn)生一個與慣性矩相反的恢復(fù)力矩使飛輪回 復(fù)到零位附近，這時慣性力矩和恢復(fù)力矩平衡，信號電流 f 的大小即與被測的角加速度成正比。通過測量液體流動電勢便可直接得到與角加速度信號相對應(yīng)的電信號。它具有功能強(qiáng)、體積小、可靠性高、應(yīng)用簡單靈活，因而使用非常廣泛，有力地推動各行業(yè)的技術(shù)發(fā)展和更新?lián)Q代 [10]。 理論意義與研究價值： 本課題研究實(shí)用新型的一種旋轉(zhuǎn)角加速度傳感器，以電磁感應(yīng)原理為基礎(chǔ)，構(gòu)成電磁式測量角加速度 傳感器 [12]。 研究目標(biāo)： 以電磁感應(yīng)原理為基礎(chǔ)，構(gòu)成電磁式測量角加速度傳感器。 五 本課題必須完成的任務(wù) 能夠設(shè)計出新型角加速度的的測量傳感器及其電路。 進(jìn)度計劃 起訖日期 工作內(nèi)容 備注 － 查閱中外 參考文獻(xiàn)，翻譯一份英文資料。 中期答辯 LCD 顯示 角加速度 傳感器 放大電路 C8051F020 MCU mcu USB 串口 數(shù)據(jù)存 儲 5. 23－ 撰寫畢業(yè)論文（設(shè)計說明書）。 南通大學(xué)杏林學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計（論文） 南通大學(xué)杏林學(xué)院 20xx 年 6 月 題目 ： 新型角加速度傳感器的研制 姓 名： 李 從 勇 指導(dǎo)教師： 張 齊 專 業(yè)： 自動 化（工業(yè)電氣自動化） 南通大學(xué)杏林學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 摘 要 轉(zhuǎn)軸角加速度是旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動時的一項(xiàng)重要參數(shù) ,旋轉(zhuǎn)體的角加速度在實(shí)踐中有著廣泛和重要的應(yīng)用。用此方法測量了異步電機(jī)空載運(yùn)行時由旋轉(zhuǎn)磁場振動而引起的轉(zhuǎn)子角加速度的變化情況，證明了測量方法的可行性。本系統(tǒng)就是對電機(jī)角加速度進(jìn)行測量，并可以和 PC 機(jī)進(jìn)行通信，顯示電機(jī)的角加速度，并觀察電機(jī)運(yùn)行的基本狀況 。 測量 I 南通大學(xué)杏林學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） Abstract The angular acceleration of a rotary shaft is one o f the most important parameters for revolution mechanism, which is widely employed in practical applications .The principles and approaches for measuring angular acceleration were studied to find a feasible way to obtain the accurate and successive value of angular acceleration .A new method to measure the mechanical angular acceleration of rotating system is established by changing the exciting mode of AC asynchronous tachogenerator, and form a angular acceleration tachogenerator to measure the mechanical angular acceleration directly. This method can reflect the changes of mechanical angular acceleration in various rotating system, and it is suitable for the fields where the mechanical angular acceleration changes so quickly. Experimental results generated from testing of mechanical angular acceleration caused by rotating magic field when the induction motor is operating without any load are truly feasible. I graduated from the Design of the issue is control of the intelligent use of SOC speed measuring instrument. The system is the motor angular acceleration measurement, and PC and can municate that the motor angular acceleration, and to observe the motor running the basic situation. Keywords: Mechanical angular acceleration。旋轉(zhuǎn)角加速度的測量是 機(jī)械測量中很常見的測量物理量之一。該加速度傳感器是用于測量振動加速度，由于其結(jié)構(gòu)的奇特，其銅環(huán)直接連接在外殼上，導(dǎo)致無法測量旋轉(zhuǎn)角加速度。然而對于旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)來講各種動態(tài)干擾都會以轉(zhuǎn)軸角加速度體的形式表現(xiàn)出來 , 因而快速準(zhǔn)確、有效的測量處轉(zhuǎn)軸系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械角加速度是提升系統(tǒng)高精度控制的前提 。前者典型代表是一種利用壓阻效應(yīng)來測量的方法 ,如 1995年 Furukawa 等人設(shè)計的一種壓阻式角加速度傳感器 [1],其原理是利用黏貼在兩側(cè)的壓敏電阻，通 過阻值在加速度產(chǎn)生時隨著懸臂梁表面相應(yīng)張力的變化而進(jìn)行檢 1 南通大學(xué)杏林學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 測的 。 1992 年 Godler 和 一些人設(shè)計出一種機(jī)械光電式角加速度傳感器 [3],將角加速度轉(zhuǎn)換成徑向位移 ,并利用光柵盤產(chǎn)生的干涉效應(yīng)檢測偏移 量來進(jìn)行測量。通過測量液體流動電勢從而可直接得到與角加速度信號相對應(yīng)的電信號?？偟膩碚f目前直接來測量叫加速的的設(shè)備的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜 ,而間接來測量叫加速的的方法中對信號的處理比較困難 ,尤其突出的是延遲特性和噪聲放大的問題不容易解決 [6]。因此測量各種運(yùn)動物體的角加速度的傳感器相繼成功研發(fā)并投入生產(chǎn)使用，夠成了傳感器領(lǐng)域的另一個分支。當(dāng)今科學(xué)技術(shù)發(fā)達(dá)的國家，如蘇聯(lián)和美國等，都比較注重角加速度傳感器的研究工作。 角加速度傳感器除了應(yīng)用在控制系統(tǒng)領(lǐng)域中，還廣泛地應(yīng)用在各種檢測方面：如飛機(jī)的機(jī)動性能的測試；車輛工具的啟動及剎車性能的測試；以及研究汽車碰撞時對司機(jī)以及搭乘者的所經(jīng)受碰撞沖擊情況，則通常將角加速度傳感器安裝在人的頭部或者人身的重要部位；在高精密機(jī)械儀器中，通過測量齒輪的角加速度來研究齒輪傳動裝置的傳動系統(tǒng)的平穩(wěn)性；在探討汽輪機(jī)組和鉆機(jī)的扭震；檢測工作母機(jī)上刀具的顫震及斷裂 [8]； 甚至在體育事業(yè)中也可以采用角加速度傳感器，檢查運(yùn)動員的動作以待提高其運(yùn)動水平。 本課題研究的主要內(nèi)容 本文提出了一種新型的旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)角加速度的測量方法 。在總體設(shè)計的基礎(chǔ)上 ， 分布去逐項(xiàng)實(shí)現(xiàn)各子 模塊 。 dtdnGD ?3752 為動態(tài)轉(zhuǎn)矩 。 當(dāng)系統(tǒng)處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)時 ,原動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相平衡 ,n 為 不變值 ,此時系統(tǒng)無旋轉(zhuǎn)機(jī)械角加速，即角加速度為零 。 從上文分析可以得到 , 旋轉(zhuǎn)機(jī)械角加速度的測量關(guān)鍵問題在于角加速度的測量。在轉(zhuǎn)子不動時，脈振磁通在空心杯轉(zhuǎn)子中感應(yīng)出變壓器電勢（空心杯轉(zhuǎn)子可以看成有無數(shù)根導(dǎo)條的籠式轉(zhuǎn)子，相當(dāng)于變壓器短路時的二次繞組，而勵磁繞組相當(dāng)于變壓器的一次繞組） ，產(chǎn)生的磁場與勵磁電源同頻率的脈振