傳感器原理及工程應(yīng)用設(shè)計-在線瀏覽
2024-08-01 13:09本頁面
【正文】 measurement system is being replaced by a new o ne based on a monolithic puter. Keyword: dynamic balance vibration signal Piezoelectric force transducer Conditioning circuit Measurement system Monolithic puter 4 目錄 5 前言 動平衡測量是將轉(zhuǎn)子不平衡離心力產(chǎn)生的振動信號 , 通過傳感器轉(zhuǎn)換成電信號 , 經(jīng)前置濾波、放大、 A /D 轉(zhuǎn)換后 , 由信號處理得到轉(zhuǎn)子不平衡量信息。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。所以 對于低頻段的信號而言 , 加速度值可能會相當小 , 而對于高頻段的信號 ,加速度值則可能會很大。 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]。由于本動平衡測量系統(tǒng)的平衡轉(zhuǎn)速設(shè)計為 220 r/m in, 對應(yīng)信號頻率為 3. 67H z 的低頻信號 , 設(shè)計中考慮采用壓電式力傳感器來測量周期性離心力經(jīng)振動系統(tǒng)傳遞后的振 動信號。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。 常規(guī)動平衡儀以分立元件為核心、微安表指示 ,或者采用光點瓦特計。本文介紹 098 單片機在動平衡測量中的應(yīng)用方法。為避免傳感器本身應(yīng)變傳遞到壓電元件上輸出虛假信號而影響傳感器的靈敏度 , 上蓋板、殼體及底座均采用了剛度較大的高強度鎳鉻鋼 。 2 片陶瓷片作為絕緣片隔離上蓋板和壓電陶瓷片組 。 壓電陶瓷片組由 2 片幾何尺寸完全相同 (直徑 16mm, 厚度 1mm)的 PZT(鋯鈦酸鉛 )圓片形 壓電陶瓷并聯(lián)組成。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)。同時 , 由該動平衡測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點可知 , 壓電傳感器承受的動態(tài)載荷力和 不平衡離心力以及振動系統(tǒng)幾何參數(shù)的關(guān)系為 [ 3 4]: )c o s ()c o s ()( 2212211 AXtARXMXtARXMFFS LR ???? ?22FS RM )c o s ()c o s ( 4232 AXtARXMXtARX L ?? (2) 式中 : 1S 、 2S 、 1A 、 2A 、 3A 、 4A 振動系統(tǒng)的幾何參數(shù) 。 X為轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角速度 。1F 、 2F 為兩個傳感器所受動態(tài)載荷力。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。 1. 3 測量原理 壓電傳感器的工作原理為 : 待測轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時 , 由于不平衡質(zhì)量而產(chǎn)生周期性的離心力 , 使得振動系統(tǒng)做受迫機械振動 , 其振動頻率與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)頻率相同 , 振動幅值與不平衡量成正比。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)。 t= 1 mm 為壓電陶瓷片 厚度 。 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。對于常規(guī)的待測工件 ,其左右校正平面位于兩支中間的簡支梁結(jié)構(gòu)形式或左右校正平面位于兩支承外側(cè)的外懸結(jié)構(gòu)形式的動平衡測量系統(tǒng) , 兩傳感器安裝在不同測量平面 , 其承受的動態(tài)載荷力相差很大 , 而且周圍環(huán)境諸如噪聲、溫度和濕度等對傳感器的影響不同。以圖 2( a)所示的外懸結(jié)構(gòu)形式為例進行說明。 RmX2 為不平衡質(zhì)量引起的離心力 。 v( t)為各種噪聲及其它干擾。綜上所述 , 將兩個傳感器安裝在同一測量平面內(nèi) , 如圖 2( b)所示。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。振動傳感器測出支承上的動載荷 , 經(jīng)振動信號處理電路放大、濾波 , 得到與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動同頻率的正弦信號和方波信號送 8098 單片機 ,
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