傳感器原理及工程應(yīng)用設(shè)計(jì)-文庫(kù)吧資料
2025-06-13 13:09本頁(yè)面
【正文】 電傳感器的低頻響應(yīng)受電荷放大器的下限截止頻率限制 ,ffL CPRf 21? 中 , fC 為反饋電容 。選擇不同容量的反饋電容 , 前置級(jí)的輸出大小也不同。由于電荷放大器的輸出電壓只與輸入電荷量和反饋電容有關(guān)。由于采用電容 負(fù)反饋 , 對(duì)直流工作點(diǎn)相當(dāng)于開(kāi)路 , 放大器的零漂較大。該信號(hào)調(diào)理電路由電荷放大電路、帶通濾波選頻電路以及同相比例運(yùn)算電路組成。另外 , LMC660為軌對(duì)軌輸出 , 其輸入偏置電壓、溫漂、寬帶噪聲抑制等均優(yōu)于同類(lèi)雙電源供電的集成運(yùn)放。選用寬帶寬、高頻響的 LMC660集成運(yùn)放。兩個(gè)傳感器的信號(hào)調(diào)理電路基本相同 , 現(xiàn)僅對(duì)其中一個(gè)傳感器的信號(hào)調(diào)理電路進(jìn)行設(shè)計(jì)分析 , 如圖 3所示 。為保證動(dòng)平衡測(cè)量的精度 , 對(duì)信號(hào)調(diào)理電路的設(shè)計(jì)提出了更高的要求。 動(dòng)平衡測(cè)量系統(tǒng)組成框圖 12 3 信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì) 傳感器信號(hào)的條例電路 雖然壓電傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈敏度高及頻率特性好的特點(diǎn) , 比較適合動(dòng)態(tài)測(cè)量。光電傳感器測(cè)出轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速信號(hào) , 經(jīng)光電信號(hào)處理電路進(jìn)行信號(hào)變換、鎖相倍頻后 , 分別送振動(dòng)信號(hào)處理電路和8098 單片機(jī) , 前者用于跟蹤濾波 , 后者用于測(cè)量振動(dòng)信號(hào)的頻率 ( 轉(zhuǎn)速 ) 及振動(dòng)信號(hào)的幅值、相位。 10 圖 2 傳感器安裝示意圖 Fig. 2 The installation of transducer 11 I. 根據(jù)測(cè)量原理構(gòu)成的以 8098 單片機(jī)為核心的動(dòng)平衡測(cè)量系統(tǒng)如圖所示。分別測(cè)量主軸套筒相對(duì)于橫梁的動(dòng)態(tài)載荷力以及橫梁相對(duì)于機(jī)座的動(dòng)態(tài)載荷力 , 這樣噪聲和干擾對(duì)在同一測(cè)量平面內(nèi)傳感器的力矩作用相同。根據(jù)力矩平衡關(guān)系得到兩傳感器受到的載荷力分別為 : 22211 )]()c o s ([ LtvXtRmXFLLF ??? （ 10） ))](()c o s ([)( 1122112 LLtvXtRmXLLFLF ????? （ 11） 由式 ( 10)和式 ( 11)可知 , 各種噪聲和干擾對(duì)兩個(gè)傳感器的影響差別很大 , 導(dǎo)致兩傳感器的靈敏度變化不一致 , 長(zhǎng)此以往 , 兩傳感器的性能差別變大 , 導(dǎo)致測(cè)量的重復(fù)性降低和一次不平衡降低率增加。 X為轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角速度 。設(shè) : )()c o s (2 tvXtRmXF ?? （ 9） 式中 : m 為不平衡質(zhì)量 。關(guān)聯(lián)程度越高對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響越大 , 則平面分離程度越低。每個(gè)傳感器的測(cè)量值均受兩個(gè)校正平面上不平衡離心力共同影響 ,單個(gè)校正平面上的校正質(zhì)量須通過(guò)平面分離方程對(duì)兩個(gè)傳感器的測(cè)量值解耦獲得。 故代入公 式 tEPDC 2 2? 中， 得 C= 6. 03 nF。 兩個(gè)傳感器所受動(dòng)態(tài)力分別為 : 8 )s in ()( 1211 HXtRXmtF ?? （ 4） )s in ()( 2222 HXtRXmtF ?? （ 5） 所以?xún)蓚€(gè)壓電傳感器輸出的電荷分別為 : )s in (2 121331 HXtXmdQ ?? （ 6） )s in (2 222332 HXtXmdQ ?? （ 7） 傳感器輸出電容為 : tEPDC 2 2? （ 8） 式中 : E= 1 500* 1110? F /m為壓電陶瓷片的介電常數(shù) D = 16mm為壓電陶瓷片直徑 。該交變的周期性振動(dòng)力作用在壓電傳感器上 , 根據(jù)壓電效應(yīng) , 將壓力轉(zhuǎn)換成電荷 , 經(jīng)后續(xù)調(diào)理電路及數(shù)字信號(hào)處理可以獲得轉(zhuǎn)子的不平衡量信息。綜合壓電陶瓷片的抗彎強(qiáng)度、傳感器的固有頻率及絕緣阻抗幾個(gè)因素 , 其厚度 t選取為 1mm。 該系統(tǒng)設(shè)計(jì)測(cè)量的最大不平衡量為 400 g, 由式 ( 2)可得到作用在傳感器承載面上的最大載荷。 R為待測(cè)工件的旋轉(zhuǎn)半徑 。 LM 、 RM 為左右校正面上的不平衡質(zhì)量 。 Rp 為壓電陶瓷片的抗壓強(qiáng)度極限。 圖 1 壓電傳感器結(jié)構(gòu)示意圖 Fig. 1 The structure of piezoelectric transducer 1. 2 壓電傳感器尺寸參數(shù)確定 壓電式力傳感器應(yīng)該具有足夠的承載能力、較高的固有頻率和絕緣電阻 ,
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