傳感器原理及工程應(yīng)用設(shè)計-預(yù)覽頁
【正文】 平衡機中廣泛采用壓電加速度傳感器作為敏感器件來測量不平衡質(zhì)量引起的振動 , 由于這種傳感器是測量振動的加速度值 , 而在位移幅值相同時 ,加速度值與信號的頻率平方成正比。 動平衡處理是旋轉(zhuǎn)部件必須采取的工藝措施之一 , 以單片機為核心的動平衡測量系統(tǒng)將逐步取代常規(guī)動平衡儀。利用壓電式力傳感器作為動平衡測量系統(tǒng)中的敏感元件來測量不平衡質(zhì)量引起的振動。大慶 2021 年 12 月 2 摘要 傳感器是動平衡測量系統(tǒng)中的重要元件之一 , 是一種將不平衡量產(chǎn)生的振動信號不失真地轉(zhuǎn)變成電信號的裝置?，F(xiàn)場實驗結(jié)果表明 , 設(shè)計的壓電式力傳感器在動平衡測量中的性能良好。因此 , 作為測振系統(tǒng)重要部件之一的傳感器 , 其選擇至關(guān)重要。 而對振動位移 0. 1 mm、頻率 10 kHz 的高頻信號 , 其加速度值則可達 4105 m / s2 [ 1]。針對本設(shè)計的新型動平衡測量系統(tǒng) , 制作了一種壓電式壓力傳感器。本文介紹 098 單片機在動平衡測量中的應(yīng)用方法。 2 片陶瓷片作為絕緣片隔離上蓋板和壓電陶瓷片組 。參考壓電石英參數(shù)的確定原則 [ 2]: { 7 R=pPRF1 （ 1） 式中 : F 1 為傳感器所能承受的極限載荷 , 主要包括傳感器的預(yù)載 (最大被測載荷的 1 /8)及傳感器承載面上所能承受的最大過載載荷 (過載系數(shù)取 1. 5)。 X為轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角速度 。壓電陶瓷片的抗壓強度極限取 120 N /mm2, 則壓電陶瓷片的半徑由式 ( 1)計算為 8 mm。當上述壓力作用在壓電傳感器上時 , 因為兩片壓電陶瓷片并聯(lián) , 所以產(chǎn)生的電荷為 : FdQ 332? (3) 式中 : 33d 為壓電晶片的壓電系數(shù)。 9 2 系統(tǒng)組成 2. 1 傳感器安裝位置設(shè)計 雙面動平衡測量中 , 作為測振元件的兩個傳感器的測量值之間相互關(guān)聯(lián) , 相互制約。以圖 2( a)所示的外懸結(jié)構(gòu)形式為例進行說明。 v( t)為各種噪聲及其它干擾。這種安裝方式下可以保證噪聲、溫度和濕度等環(huán)境因素對于兩個傳感器的影響基本相同 , 其靈敏度和性能變化一致 , 從而保證了系統(tǒng)的測量精度。根據(jù)這些測量值 , 由軟件計算 出 左、右校正面不平衡量的大小和相位 , 送 LED數(shù)碼顯示器顯示。信號調(diào)理電路主要對兩個壓電傳感器輸出的信號進行電荷放大 , 濾波 , 最后送入微處理器的 A /D。它具有如下特點 : 單電源供電降低了電源成本而且具有較高的帶寬和較大的輸入阻抗。第一級為電荷放大電路 , 包括 A1 ( LMC660)、 C R1。反饋電容的選擇很關(guān)鍵。 fR 為反饋電阻 , 選擇阻值較大的反饋電阻可降低傳感器的頻率下限。由于不平衡信號為低頻弱信號 , 各種機械振動干擾和電磁噪聲往往比有用信號強得多。帶通濾波電路由 A2 ( LMC660), 電容 C C3, 電阻 R R3 組成 , 其傳輸特性為 : )1)(1( 3322 321 RSCRSC RSCA ????= SS S??? (12) 其幅頻特性曲線如圖 4所示。所以在信號進入 A /D轉(zhuǎn)換前 , 進行二級放大時 , 對其進行電平移位。振動傳感器檢測到的振動信號含有大量噪聲信 號 , 用示波器觀察 , 幾乎看不出有用的振動信號。過零檢測完成波形變換 , 將振動信號變換為方波 , 得到 振動信號的相位點 , 為單片機進行相位測量提供方便。 EPROM用于存放測量程序 , RAM 用于暫存數(shù)據(jù) , EEROM用于保存定標參數(shù) , 鍵盤用于定標、檢查時輸入?yún)?shù) , 顯示器分為數(shù)碼顯示器和指示燈二部分 , 前者用于顯示不平衡量 , 后者用于顯示工作狀態(tài)。 16 4. 1 轉(zhuǎn)速與振動信號相位測量 轉(zhuǎn)速信號由 HSI. 0 端輸入 , 振動信號經(jīng)過零檢測變換為方波后由 HSI. 1 端輸入 , 測量的實現(xiàn)方法如下 : 1) 設(shè)置 HSI. 0、 HSI. 1 為正脈沖觸發(fā)事件。定時器 1 為 16 位計數(shù)器 , 每 24 個晶振脈沖計數(shù)加 1, 自動循環(huán)計數(shù) [ 3] 。若采用 12MHz 晶振 , 則 tp = 2 s。 4. 3 定標 根據(jù) 測得的動載荷 LF? 、 RF? 按式 ( 1— 1) 可計算出動不平衡量 LP? 、 RP? , 但必須先確定影響系數(shù) , 稱之為定標。類似地 , 只在右校正面試加重 RRP? , 即可求出 LLa? 、 RLa? 。
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