【正文】 4是一個(gè)多用途的處理各種電容式傳感器信號的完整的轉(zhuǎn)換接口集成電路。這有兩個(gè)方面的好處，一方面使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單明了，另一方面使電容的變化與CAV424芯片輸出的直流電壓成正比，同時(shí)為后繼對信號處理提供了方便。 傳感器信號調(diào)理 電容傳感器的信號調(diào)理電路通常有交流不平衡電橋、二極管環(huán)形檢波電路、差動(dòng)脈沖寬度等方法,無論用上述那一種調(diào)理電路所得到的電壓值需經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后才能輸入計(jì)算機(jī),其測量精度與A/D轉(zhuǎn)換芯片的位數(shù)有關(guān)。為了減小寄生電容對傳感器的影響，本設(shè)計(jì)采用靜電屏蔽措施，將電容器極板放置在金屬殼體內(nèi)，并將殼體與大地相連。因此，對傳感器絕緣電阻要求太高；另一方面?zhèn)鞲衅鞒袠O板間有電容外，極板與周圍也產(chǎn)生電容聯(lián)系，這種電容稱為寄生電容。所以本設(shè)計(jì)在X極和X極都接了等位環(huán)。為了克服邊緣效應(yīng)，首先應(yīng)增大初始電容量，即增大極板面積，減小極板間距；其次，加等位環(huán)。 電容傳感器的影響因素 理想條件下，平行版電容器的電場分布于兩級板所圍成的空間，這僅是簡化電容量計(jì)算的一種假定。這樣電容就發(fā)生了變化。這樣設(shè)計(jì)主要是利用擺錘受重力影響變化使擺錘與極板之間的覆蓋面積改變使傾斜角度的變化和電容量大小變化有很好的線性變化。因此把傾角傳感器的敏感元件設(shè)計(jì)成差動(dòng)電容變面積原理，可以將被測的傾斜角度的變化轉(zhuǎn)換為電容量變化，繼而以電信號輸出。由上式可以算出極板1移動(dòng)前后的電容發(fā)生變化量：C= CC=（A+A）—（AA）=2A C （3）其靈敏度K===2 (4)據(jù)此，如果忽略極板間有一種以上的介質(zhì)，而只有空氣，則與兩平行極板間電容靈敏度相比，可以確定差動(dòng)式電容變面積傳感器比非差動(dòng)式電容變面積傳感器，其靈敏度提高了一倍；另一個(gè)特點(diǎn)是變面積電容傳感器有良好的線性度。：123x軸 變面積電容傳感器工作原理極板1平行極板3，極板1和極板2產(chǎn)生的電容為C，極板1和極板3產(chǎn)生的電容為C，當(dāng)極板1向x軸右移動(dòng)時(shí)，極板3間的相對覆蓋面積發(fā)生變化，即增加A,同時(shí)極板1和極板2之間的覆蓋面積減小A，因此極板1和極板3產(chǎn)生的電容發(fā)生了變化，即一個(gè)減小，另一個(gè)增加，這樣就構(gòu)成了變面積差動(dòng)電容傳感器的工作原理。第二章 固體擺電容傾角傳感器設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案：利用德國AMG公司生產(chǎn)的CAV424集成芯片處理固體擺電容傾角傳感器輸出的微弱信號，并使CAV424輸出的電壓信號與傾角傳感器測出的傾角變化成線性關(guān)系，CAV424輸出信號經(jīng)放大器和A/D轉(zhuǎn)換后輸入AT89C51再送去顯示和控制懸架減震器的軟硬度。 （3）如何使用單片機(jī)對傳感器輸出數(shù)據(jù)分析處理及顯示?？偟膩碚f要完成以下幾點(diǎn)： （1）設(shè)計(jì)出分辨率為1度，測量范圍正負(fù)15度的固體擺電容傾角傳感器，主要研究其結(jié)構(gòu)原理和信號調(diào)理。本設(shè)計(jì)中，傳感器選擇了固體擺電容傾角傳感器，原因是電容原理的傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、攜帶方便、精度高、靈敏度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、抗過載能力大，對溫度、輻射和振動(dòng)等惡劣條件適應(yīng)性強(qiáng)等一系列優(yōu)點(diǎn)；主要論述了傳感器的工作原理、結(jié)構(gòu)、信號調(diào)理電路。一個(gè)連續(xù)可調(diào)的阻尼器與一個(gè)傳統(tǒng)的普通彈簧并聯(lián)，需要假定系統(tǒng)中的阻尼器能夠完全獨(dú)立于懸架的相對運(yùn)動(dòng)，且能根據(jù)力控制信號做出反應(yīng)。 主動(dòng)懸架原理圖二、半主動(dòng)懸架 半主動(dòng)懸架具有結(jié)構(gòu)簡單、成本較低、基本不需要消耗能量等優(yōu)點(diǎn)，而對振動(dòng)的控制效果在一定程度上卻可以接近主動(dòng)懸架，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于被動(dòng)懸架，因而越來越受到業(yè)界的重視，得到了飛速發(fā)展。因此，主動(dòng)懸架匯集了力學(xué)和電子學(xué)的技術(shù)知識，是一種比較復(fù)雜的高技術(shù)裝置。由于主動(dòng)懸架結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，需要很大的能量消耗，它的發(fā)展受到了一定的制約，只在少數(shù)高級轎車中有所應(yīng)用。一、主動(dòng)懸架主動(dòng)懸架是一個(gè)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，包括測量系統(tǒng)、反饋控制中心、能量源和執(zhí)行器四個(gè)部分。在多變環(huán)境或性能要求高且影響因素復(fù)雜的情況下，被動(dòng)懸架難以滿足期望的性能要求；而智能懸架能夠?qū)π旭偮访?、汽車的工況和載荷等狀況進(jìn)行監(jiān)測，進(jìn)而控制懸架本身特性及工作狀態(tài)，使汽車的整體行駛性能達(dá)到最佳。 減振器總成可以支承非垂直外力，從面減小減振器摩擦力的傳送。 幾何形狀的設(shè)定自由度較小，并產(chǎn)生相對較大的車輪外傾磨損。麥佛遜支柱式懸掛的特性：零件少，總成的質(zhì)量輕，總成安裝簡單，更加便于保養(yǎng)。 懸掛的縱向尺寸可以減小。雙叉臂懸掛有以下特性:設(shè)定幾何形狀時(shí)可獲得較大的自由度，精確的設(shè)定可以提高駕駛舒適性，轉(zhuǎn)向性能以及其它性能。 現(xiàn)在懸架系統(tǒng)的分類懸掛系統(tǒng)可以分為兩大主要類型:非獨(dú)立式和獨(dú)立式。范圍內(nèi)，汽車有一定不足轉(zhuǎn)向特性，前懸架側(cè)傾角剛度應(yīng)大于后懸架側(cè)傾角剛度。當(dāng)汽車受側(cè)向力作用發(fā)生車身側(cè)傾，若側(cè)傾角過大，乘客會(huì)感到不安全，不舒適，如側(cè)傾角過小，車身受到橫向沖擊較大，乘客也會(huì)感到不適，司機(jī)路感不好。為充分發(fā)揮彈簧在壓縮行程中作用，常把壓縮行程的阻尼比Ψ設(shè)計(jì)得比伸張小。非簧載質(zhì)量對平順性的影響，常用非簧載質(zhì)量和簧載質(zhì)量之比m/M進(jìn)行評價(jià)，此比值越小越佳。車輪、非獨(dú)立懸架的車軸等屬于簧載質(zhì)量，也叫非簧載質(zhì)量M。影響汽車平順性的另一個(gè)懸架指標(biāo)是簧載質(zhì)量?；奢d質(zhì)量變化范圍大，固有頻率變化范圍也大。另外，當(dāng)懸架剛度一定時(shí)，簧載質(zhì)量越大，懸架垂直變形也愈大，而固有頻率越低。若固有頻率選取過低，很可能會(huì)出現(xiàn)制動(dòng)點(diǎn)頭角，轉(zhuǎn)彎側(cè)貨角，空載和滿載車身高度變化過大。從固有頻率公式可以看出，在懸架垂直載荷一定時(shí)，懸架剛度越小，固有頻率就越低，但懸架剛度越小，載荷一定時(shí)懸架垂直變形就越大。g重力加速度； f懸架垂直變形（撓度） M懸架簧載質(zhì)量。車身振動(dòng)的固有頻率應(yīng)接近或處于人體適應(yīng)的頻率范圍，才能滿足舒適性要求。汽車的固有頻率是衡量汽車平順性的重要參數(shù)，它由懸架剛度和懸架彈簧支承的質(zhì)量（簧載質(zhì)量）所決定。鋼板彈簧作為彈性元件時(shí)，可不另設(shè)導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，它本身兼起導(dǎo)向作用。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)用來傳遞車輪與車身間的力和力矩，同時(shí)保持車輪按一定運(yùn)動(dòng)軌跡相對車身跳動(dòng)，通常導(dǎo)向機(jī)構(gòu)由控制擺臂式桿件組成。彈性元件種類包括鋼板彈簧、螺旋彈簧、扭桿彈簧、油氣彈簧、空氣彈簧和橡膠彈簧。 懸架系統(tǒng)的組成和影響因素：一般懸架由彈性元件、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、減振器和橫向穩(wěn)定桿組成。 懸架系統(tǒng)簡述懸架結(jié)構(gòu)形式和性能參數(shù)的選擇是否合理，直接對汽車行駛平順性、操縱穩(wěn)定性和舒適性有很大的影響。它的作用是彈性地連接車橋和車架（或車身），緩和行駛中車輛受到的沖擊力。 汽車車架（或車身）若直接安裝于車橋（或車輪）上，由于道路不平，由于地面沖擊使貨物和人會(huì)感到十分不舒服，這是因?yàn)闆]有懸架裝置的原因。懸架系統(tǒng)是保證乘坐舒適性的重要部件，又是保證汽車平順行駛的重要部件。在實(shí)用中產(chǎn)品類型較多如電磁擺式，其產(chǎn)品測量范圍、精度及抗過載能力較高，在武器系統(tǒng)中應(yīng)用也較為廣泛。但氣體運(yùn)動(dòng)控制較為復(fù)雜，影響其運(yùn)動(dòng)的因素較多，其精度無法達(dá)到軍用武器系統(tǒng)的要求。在重力場中，固體擺的敏感質(zhì)量是擺錘質(zhì)量，液體擺的敏感質(zhì)量是電解液，而氣體擺的敏感質(zhì)量是氣體。其中熱線阻值的變化是氣體與熱線之間的能量交換引起的。“氣體擺”式慣性元件由密閉腔體、氣體和熱線組成。在實(shí)用中除此類型外，還有在電解質(zhì)溶液中留下一氣泡，當(dāng)裝置傾斜時(shí)氣泡會(huì)運(yùn)動(dòng)使電容發(fā)生變化而感應(yīng)出傾角的“液體擺”。反之，若傾斜方向相反，則RIRIII。當(dāng)玻璃殼體傾斜時(shí)，電極間的導(dǎo)電液不相等，三根電極浸入液體的深度也發(fā)生變化，但中間電極浸入深度基本保持不變。如果在兩根電極之間加上幅值相等的交流電壓時(shí)，電極之間會(huì)形成離子電流，兩根電極之間的液體相當(dāng)于兩個(gè)電阻RI和RIII。（2） 液體擺式慣性器件： 液體擺的結(jié)構(gòu)原理是在玻璃殼體內(nèi)裝有導(dǎo)電液，并有三根鉑電極和外部相連接，三根電極相互平行且間距相等。在小角度范圍內(nèi)測量時(shí)，可以認(rèn)為擺錘受力F與擺線與垂直線構(gòu)成的角度θ成線性關(guān)系。重力垂直軸與加速度傳感器靈敏軸之間的夾角就是傾斜角了。所以它其實(shí)是運(yùn)用慣性原理的一種加速度傳感器。理論基礎(chǔ)就是牛頓第二定律，根據(jù)基本的物理原理，在一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)部，速度是無法測量的，但卻可以測量其加速度。分辨率與傳感器的穩(wěn)定性有負(fù)相關(guān)性。 通常傳感器在滿量程范圍內(nèi)各點(diǎn)的分辨率并不相同，因此常用滿量程中能使輸出量產(chǎn)生階躍變化的輸入量中的最大變化值作為衡量分辨率的指標(biāo)。當(dāng)輸入變化值未超過某一數(shù)值時(shí)，傳感器的輸出不會(huì)發(fā)生變化，即傳感器對此輸入量的變化是分辨不出來的。 五、傳感器的分辨率分辨率是指傳感器可感受到的被測量的最小變化的能力。 提高靈敏度，可得到較高的測量精度。例如，某位移傳感器，在位移變化1mm時(shí)，輸出電壓變化為200mV，則其靈敏度應(yīng)表示為200mV/mm。否則，它將隨輸入量的變化而變化。 它是輸出與輸入特性曲線的斜率。如將零輸入和滿量程輸出點(diǎn)相連的理論直線作為擬合直線；或?qū)⑴c特性曲線上各點(diǎn)偏差的平方和為最小的理論直線作為擬合直線，此擬合直線稱為最小二乘法擬合直線。在實(shí)際工作中，為使儀表具有均勻刻度的讀數(shù)，常用一條擬合直線近似地代表實(shí)際的特性曲線、線性度（非線性誤差）就是這個(gè)近似程度的一個(gè)性能指標(biāo)。最常用的標(biāo)準(zhǔn)輸入信號有階躍信號和正弦信號兩種，所以傳感器的動(dòng)態(tài)特性也常用階躍響應(yīng)和頻率響應(yīng)來表示。實(shí)際工作中，傳感器的動(dòng)態(tài)特性常用它對某些標(biāo)準(zhǔn)輸入信號的響應(yīng)來表示。產(chǎn)生漂移的原因有兩個(gè)方面：一是傳感器自身結(jié)構(gòu)參數(shù)；二是周圍環(huán)境（如溫度、濕度等）。 （4）重復(fù)性：重復(fù)性是指傳感器在輸入量按同一方向作全量程連續(xù)多次變化時(shí)，所得特性曲線不一致的程度。 （3）遲滯：傳感器在輸入量由小到大（正行程）及輸入量由大到小（反行程）變化期間其輸入輸出特性曲線不重合的現(xiàn)象成為遲滯。其定義為輸出量的增量與引起該增量的相應(yīng)輸入量增量之比。定義為在全量程范圍內(nèi)實(shí)際特性曲線與擬合直線之間的最大偏差值與滿量程輸出值之比。表征傳感器靜態(tài)特性的主要參數(shù)有：線性度、靈敏度、遲滯、重復(fù)性、漂移等。 傳感器的特性一、傳感器靜態(tài)特性 傳感器的靜態(tài)特性是指對靜態(tài)的輸入信號，傳