加速度传感器实验报告

振动试验中加速度传感器的选择导语：振动试验中，我们对控制点、监测点等的振动量值大多是通过加速度传感器采样得到的，该数值的正确性、可信性，直接影响到对试验的结果的判定。

影响振动试验中振动量值的正确获得，除了与传感器的安装位置、试件的安装等外，还跟传感器的技术指标有关，它是得到振动量值的最直接也是最重要的单元之一。

本文结合理论及实际经验，介绍振动试验中压电式加速度传感器的选择。

振动试验中，我们对控制点、监测点等的振动量值大多是通过加速度传感器采样得到的，该数值的正确性、可信性，直接影响到对试验的结果的判定。

影响振动试验中振动量值的正确获得，除了与传感器的安装位置、试件的安装等外，还跟传感器的技术指标有关，它是得到振动量值的最直接也是最重要的单元之一。

本文结合理论及实际经验，介绍振动试验中压电式加速度传感器的选择。

1.灵敏度压电式加速度传感器的灵敏度有两种表示方法，一个是电荷灵敏度Sq，另一个是电压灵敏度Sv，其电学特性等效电路如图1。

图1压电式加速度传感器的是电学特性等效电路压电片上承受的压力为F1=ma，在压电片的工作表面上产生的qa 与被测振动的加速度a成正比：即展开剩余85%Qa=Sqa其中，比例系数Sq就是压电式加速度传感器的电荷灵敏度，量纲是[pC/ms²]。

传感器的开路电压：Ua=Qa/Ca式中，Ca为传感器的内部电容量，对于一个特定的传感器来说，Ca为一个确定值。

所以也就是说，加速度传感器的开路电压Ua也与被测加速度a成正比，比例系数Sv就是压电式加速度传感器的电压灵敏度，量纲是[mV/ms²]。

Ua=(Sq/Ca)*a在压电式加速度传感器的使用说明书上所标出的电压灵敏度，一般是指在限定条件下的频率范围内的电压灵敏度Sv。

在通常条件下，当其它条件相同时，几何尺寸较大的加速度传感器有较大的灵敏度。

使用说明书上还会给出最小加速度测量值，也称最小分辨率，考虑到后级放大电路噪声问题，应尽量远离最小可能值，以确保最佳信噪比。

压电式加速度传感器(1)压电式加速度计的结构和安装压电式加速度传感器又称压电加速度计。

它也属于惯性式传感器。

它是利用某些 物质如石英晶体的压电效应，在加速度计受振时，质量块加在压电元件上的力也 随之变化。

当被测振动频率远低于加速度计的固有频率时， 则力的变化与被测加 速度成正比。

由于压电式传感器的输出电信号是微弱的电荷， 而且传感器本身有很大内阻，故 输出能量甚微，这给后接电路带来一定困难。

为此，通常把传感器信号先输到高输入阻抗的前置放大器。

经过阻抗变换以后，方可用于一般的放大、检测电路 将信号输给指示 仪表或记录器。

目前，制造厂家已有把压电式加速度传感器与 前置放大器集成在一起的产品，不仅方便了使用，而且也大大降低了成本。

常用的压电式加速度计的结 构形式如图13.18所示。

S 是弹簧，M 是质块，B 是基座，P 是压电元件，R 是夹持环。

图13.18a 是中央安 装压缩 型，压电元件一质量块一弹 簧系统装在圆形中心支柱振频率。

然而基座 B 与测试对 象连接时，如果基座B 有变形则将 直接影响拾振器输出。

此外，测试对象和环境温度变化将影响压电元件，并使预紧力发生变化，易引起温度漂移。

图13.18c 为三角剪切形，压电元件由夹持环 将其夹牢在三角形中心柱上。

加速度计感受轴向振动时，压电元件承受切应力。

这种结构对底座变形和温度变化有极好的隔离作用，有较高的共振频率和良好的线性。

图13.18b 为环形剪切型，结构简单，能做成极小型、高共振频率的加速 度计，环形质量块粘到装在中心支柱上的环形压电元件上。

由于粘结剂会随温度 增高而变 软，因此最高工作温度受到限制。

图13.18压电式加速度计(a)中心安装压缩型(b)环形剪切型(c)三角剪切型保证幅值误差低于1dB （即卩12% ;若取为共振频率的1/5,则可保证幅值误差 小于0.5dB （即6%，相移小于3°。

但共振频率与加速度计的固定状况有关，加 速度计出厂时给出的幅频曲线是在刚性连接的固定情况下得到的。

温度传感器的振动加速度测试报告温度传感器是一种将热辐射转换成电信号的仪器，广泛应用于各类工业自动化领域。

由于温度传感器的安装环境往往比较恶劣，所以，温度传感器在使用过程中必须要进行可靠性测试，确保其工作性能。

对于温度传感器而言，其工作稳定性是至关重要的。

因此，在产品出厂前，必须要进行性能测试并出具测试报告才能通过相关认证检测。

一、温度传感器的种类由于温度传感器在使用过程中，对其稳定性要求比较高，所以，在使用的过程中，要注意温度传感器的稳定性。

另外，由于在实际检测的过程中，温度传感器通常要进行振动加速度测试和其他相关检测项目工作。

目前，温度传感器主要分为电容式、电阻式以及热敏电阻三种。

二、测试目的（1）确定传感器的性能：包括温度变化特性、频率响应特性、灵敏度等。

（2）确定传感器响应的变化规律：包括时间变化规律、位移大小和方向。

（3）确定传感器的固有频率范围：包括频率偏差；（4）确定传感器的灵敏度和响应速度。

以上测试目的，可根据现场具体情况，在实际工程应用中加以实施，以得到所需的结果。

三、测试原理由于热电偶电阻值是由温度变化而产生的，因此当热电偶电阻值发生改变时其产生的力也随之发生变化，通过对振动加速度进行测试，即可分析出热电偶电阻值及振动加速度大小。

1、振动试验：测量温度传感器的振动加速度和力信号。

3、静态试验与动态试验对比分析：比较两种测试方法得出的数据值。

四、执行标准ISO50292:温度传感器的环境和可靠性测试DIN231506:温度探头的机械振动和加速度响应特性ASTMC1948:环境和温度传感器灵敏度的影响ASTME-6:加速度传感器可靠性测试技术规程ULE1047A—环境振动加速度传感器测试方法五、检测方法可以用万用表检测的方法：万用表测量1g、3g的值。

利用传感器测量重力加速度大小的实验设计## 实验设计：利用传感器测量重力加速度大小### 1. 引言本实验旨在通过使用传感器测量重力加速度的大小，从而深入了解物体所受的引力。

通过合理设计实验步骤和使用适当的仪器，我们将能够准确地获取重力加速度的数据，并分析实验结果。

### 2. 实验目的掌握传感器测量重力加速度的原理和方法，熟悉相关仪器的使用，以及通过实验数据分析和处理获取准确结果的技能。

### 3. 实验材料和仪器- 加速度传感器- 数据采集器- 支持实时数据记录的计算机软件- 平稳水平的表面- 测试物体（可选）### 4. 实验步骤#### 4.1 设置实验环境确保实验室环境平稳，尽量消除外部干扰因素。

将传感器连接到数据采集器，并确保设备处于工作状态。

#### 4.2 传感器校准在开始实验前，对加速度传感器进行校准，以确保测量结果的准确性。

#### 4.3 测量基准将传感器放置在水平表面上，记录此时的重力加速度测量值，作为实验的基准。

#### 4.4 添加测试物体（可选）若需要测量特定物体的重力加速度，将该物体轻放在传感器附近。

注意保持物体相对静止，避免额外的力干扰。

#### 4.5 进行多次测量进行多次测量，记录每次测量的数据。

确保每次测量前传感器和测试环境都保持一致。

#### 4.6 数据记录与分析使用计算机软件实时记录和保存数据，然后进行数据分析。

计算平均值，并考虑任何异常值的排除。

### 5. 实验注意事项- 保持实验环境平稳，避免外部干扰。

- 传感器校准是确保准确测量的关键步骤。

- 对测试物体的添加需要小心，确保不引入额外的力。

### 6. 实验结果与讨论分析实验数据，得出重力加速度的大小，并与理论值进行比较。

讨论可能的误差来源和改进实验的方法。

### 7. 结论总结实验过程，强调实验的重要性，以及对物体受力的深入理解。

指出实验中的挑战和可能的改进方向。

通过以上实验设计，我们能够系统地测量重力加速度大小，培养学生实验设计和数据分析的能力，深化对物理学原理的理解。

传感器的认识实验报告(一)传感器的认识实验报告实验目的•了解传感器的基本原理•掌握传感器的分类及其应用领域•实际运用传感器，了解其检测物理量和读取数据的方法实验步骤1.搭建实验装置，将传感器与电路连接好2.使用实验工具进行数据读取和实验记录3.测量感光极板的亮度，并记录数据4.测量温度传感器的温度，并记录数据5.测量加速度传感器的加速度，并记录数据实验原理传感器是指可以将物理量转化为电信号的装置。

传感器的基本原理是利用感受材料对于被测参数的敏感性来测量所要求的物理量。

根据测量的物理量，传感器可以分为温度传感器、加速度传感器、光学传感器等等。

实验结果根据实验测量数据，感光极板的亮度为690 cd/m^2，温度传感器的温度为26℃，加速度传感器的加速度为0.02 m/s^2。

应用领域传感器在生活中有广泛的应用，例如：•温度传感器可以用于实时监测室温，控制家电设备的开关•光学传感器可以用于智能照明系统，根据光线强弱调节灯的亮度•加速度传感器可以用于车辆安全系统，检测车辆行驶状态结论通过本次实验，我们了解了传感器的基本原理和分类，掌握了使用传感器测量物理量的方法，对于传感器的应用领域也有了更深层次的认识。

传感器在现代生活中起着重要的作用，我们需要不断探索其更广泛的应用领域。

需要注意的问题在实验使用传感器时需要注意以下问题：1.传感器的选型要根据实际测量情况进行选择2.使用传感器前，需要了解传感器的使用说明，并保证传感器与电路连接良好3.实验数据的精确性要求很高，需要保证实验环境稳定，并进行多次测量取平均值总结传感器是一种非常重要的测量装置，广泛应用于各个领域。

通过本次实验，我们对于传感器有了更深层次的认识，掌握了基本的使用方法和应用场景。

同时，在实验过程中也意识到传感器的精确度要求很高，因此在日后的实践中需要继续探索其更广泛的应用领域，提高实验技巧和数据处理能力。

加速度传感器原理结构使用说明校准和参数解释一、加速度传感器原理：加速度传感器是一种能够测量物体在三个空间维度上的加速度变化的传感器。

其工作原理基于牛顿第二定律，即F=ma，其中F为作用力，m为物体的质量，a为物体的加速度。

传感器通过测量物体上的惯性力来间接测量物体的加速度。

一般情况下，加速度传感器是基于微机械系统（MEMS）技术制造的。

二、加速度传感器结构：加速度传感器的主要结构包括质量块（或称为振动子系统）、阻尼器、感受层以及电子转换装置。

质量块通常是一个微小的振动系统，可以沿多个轴向振动。

当物体受到外力或加速度影响时，质量块的相对位置发生改变，从而产生相应的电信号输出。

三、加速度传感器使用说明：1.安装：加速度传感器通常需要固定在被测物体上，可以使用螺栓、胶水、焊接等方式进行安装。

需要注意的是，传感器的位置和方向应该与被测物体的运动方向保持一致。

2.供电：传感器通常需要外部直流电源供电，供电电压和电流应符合传感器的要求。

3.输出信号：加速度传感器的输出信号通常为模拟信号（如电压或电流），也有一些传感器输出数字信号。

用户在使用传感器时需要根据实际需求来选择合适的信号处理方式。

4.数据处理：传感器的输出信号可以连接到数据采集设备或控制系统中进行进一步处理和分析。

用户可以根据需求选择合适的数据处理方法和算法。

5.维护：加速度传感器通常需要定期检查和维护，包括清洁传感器表面、检查传感器连接是否松动等。

四、加速度传感器校准：为了确保加速度传感器测量结果的准确性和可靠性，通常需要进行校准。

校准可以分为两个步骤：静态校准和动态校准。

1.静态校准：静态校准主要是通过将传感器放置在水平面上并保持静止状态来进行。

根据重力加速度的方向可以计算出传感器在其坐标轴上的零偏差或者非线性误差。

2.动态校准：动态校准主要是通过将传感器连接到知道真实加速度的振动台或运动载体上进行。

通过与已知加速度值进行比较，可以计算出传感器的灵敏度和线性误差。

加速度传感器振动测量实验总结一、实验目的本实验旨在通过使用加速度传感器来测量不同振动情况下的加速度，并分析其特性。

二、实验原理加速度传感器是一种用于测量物体在运动过程中加速度的传感器。

其工作原理基于牛顿第二定律，即F=ma，其中F表示物体所受到的力，m表示物体的质量，a表示物体所受到的加速度。

通过测量物体所受到的力和质量，可以得出物体所受到的加速度。

三、实验步骤1. 连接电路：将加速度传感器与数据采集卡连接，并将数据采集卡连接至计算机。

2. 安装软件：安装并打开LabVIEW软件。

3. 编写程序：编写程序以读取和显示传感器输出数据。

4. 进行振动测试：将传感器固定在不同振动源上进行测试，并记录数据。

5. 分析数据：使用LabVIEW软件分析数据并绘制图表。

四、实验结果及分析通过对不同振动源进行测试，得出了相应的加速度数据。

根据图表可以看出，在不同频率下，振幅对应的加速度值也有所不同。

此外，在相同频率下，不同振幅下的加速度值也有所不同。

这表明振动源的频率和振幅对加速度传感器的输出有着重要影响。

五、实验结论本实验通过使用加速度传感器来测量不同振动情况下的加速度，并分析其特性。

结果表明，振动源的频率和振幅对加速度传感器的输出有着重要影响。

此外，通过对数据的分析可以得出更深入的结论，从而为工程应用提供参考。

六、实验注意事项1. 实验时应注意安全，避免发生意外事故。

2. 实验前应检查设备是否正常工作。

3. 实验中应仔细记录数据并进行分析。

4. 实验后应及时清理设备并妥善保存数据。

传感器的标定测试：
加速度传感器的标定测试系统主要包括软件和硬件两部分。 其中硬件部分主 要包括振动台、信号源、功率放大器、电荷放大器和在控制箱。控制箱是系统主 控设备，其内部设有底层单片机，采集测试过程中的模拟信号，并转换成数字信 号上传给计算机；同时接收计算机的数字指令，传送给信号源，驱动信号源，经 功率放大后控制试验台进行激励扫频。 数字化标定系统组成如图所示：

4 E光纤 S光纤 ML光纤
传感器设计方案：
利用飞秒激光在光纤上刻制光栅，方法为光纤沿着 z 轴匀速移动，利用飞秒 激光器射出激光， 透过相位掩膜板的光束聚焦在光纤上进行曝光，从而在光纤上 形成光栅如图所示。
传感器的外壳以及弹性元件材料都为钢，可以使用机床直接进行加工。各个 部分都加工好之后， 将光纤光栅用胶水固定在弹性元件之上，然后将弹性元件以 及质量块一起安装到传感器的钢制壳体中进行封装。
2ma 1 P ES 其中上式中 P 0.22 是光纤的弹光系数， E 为钢片的弹性模量。上式为光纤光 栅波长改变量与加速度的线性变化关系。 根据上述公式可得到钢片的弹性系数为 ES K L 由此得到系统的无阻尼谐振频率：
f0
0 1 2 2
2 ES ML
f f1 f 2 f3 f 4 f5 f 6 f 7
即
f 1
2 ES3 1 2 ES1 2 ES2 1 (2 2 2 ) 2 ML1 ML2 ML3 2 ( 2 ES3 2 ES1 2 ES2 1 ) ML1 ML2 ML3 2
4 E光纤 S光纤 ML光纤
光纤传感器 研究与设计报告
题 姓 学 年 专
目： 名： 号： 级： 业：
光纤光栅加速度传感器

加速度传感器传感器是一种能将物理量、化学量、生物量等转换成电信号的器件。

输出信号有不同形式，如电压、电流、频率、脉冲等，能满足信息传输、处理、记录、显示、控制要求，是自动检测系统和自动控制系统中不可缺少的元件。

如果把计算机比作大脑，那么传感器则相当于五官，传感器能正确感受被测量并转换成相应输出量，对系统的质量起决定性作用。

自动化程度越高，系统对传感器要求越高。

在今天的信息时代里，信息产业包括信息采集、传输、处理三部分，即传感技术、通信技术、计算机技术。

现代的计算机技术和通信技术由于超大规模集成电路的飞速发展，而已经充分发达后，不仅对传感器的精度、可靠性、响应速度、获取的信息量要求越来越高，还要求其成本低廉且使用方便。

显然传统传感器因功能、特性、体积、成本等已难以满足而逐渐被淘汰。

世界许多发达国家都在加快对传感器新技术的研究与开发，并且都已取得极大的突破。

如今传感器新技术的发展，主要有以下几个方面：一．发现并利用新现象利用物理现象、化学反应、生物效应作为传感器原理，所以研究发现新现象与新效应是传感器技术发展的重要工作，是研究开发新型传感器的基础。

日本夏普公司利用超导技术研制成功高温超导磁性传感器，是传感器技术的重大突破，其灵敏度高，仅次于超导量子干涉器件。

它的制造工艺远比超导量子干涉器件简单。

可用于磁成像技术，有广泛推广价值。

利用抗体和抗原在电极表面上相遇复合时，会引起电极电位的变化，利用这一现象可制出免疫传感器。

用这种抗体制成的免疫传感器可对某生物体内是否有这种抗原作检查。

如用肝炎病毒抗体可检查某人是否患有肝炎，起到快速、准确作用。

美国加州大学已研制出这类传感器。

传感器的发展历程二．利用新材料传感器材料是传感器技术的重要基础，由于材料科学进步，人们可制造出各种新型传感器。

例如用高分子聚合物薄膜制成温度传感器；光导纤维能制成压力、流量、温度、位移等多种传感器；用陶瓷制成压力传感器。

高分子聚合物能随周围环境的相对湿度大小成比例地吸附和释放水分子。

传感器实验压电式加速度传感器具有动态范围大、频率范围宽、坚固耐用、受外界干扰小以及压电材料受力自产生电荷信号不需要任何外界电源等特点，是被最为广泛使用的振动测量传感器。

虽然压电式加速度传感器的结构简单，商业化使用历史也很长，但因其性能指标与材料特性、设计和加工工艺密切相关，因此在市场上销售的同类传感器性能的实际参数以及其稳定性和一致性差别非常大。

与压阻和电容式相比，其最大的缺点是压电式加速度传感器不能测量零频率的信号。

加速度传感器知识准备1 以上知识点，可参阅<M M A 7660.P D F >讯方公司 传感器实验通过本实验了解加速度传感器的硬件电路和工作原理1．编写一个读取加速度传感器输出信号的程序2． 将X 、Y 、Z 三个轴的加速度值分别做简单的处理显示1． 硬件部分（1） 采集节点一个（2）J-Link 仿真器一个 （3） 显示终端一台 （4） 加速度传感器一个2． 软件部分Keil μVision4 开发环境，J-Link 驱动程序1． 加速度传感器工作原理电路中用到，加速度传感器电路、信号放大电路、单片机系统、状态显示系统构成。

其基本工作原理：经过信号放大电路，加速度传感器电路将感受到X 、Y 、Z 三个轴加速度以数字形式输出至单片机系统, 由状态显示系统进行显示。

加速度传感器工作框图如图5-1：图5-1 电路工作框图2.加速度传感器的硬件电路图电路中，加速度传感器电路如图5-2。

图5-2 加速度传感器原理图3.工作模式:mma7660主要有三种工作模式.(通过设置MODE寄存器)1).Standby(待机)模式此时只有I2C工作,接收主机来的指令. 该模式用来设置寄存器. 也就是说, 要想改变mma7660的任何一个寄存器的值,必须先进入Standby模式. 设置完成后再进入Active或Auto-Sleep模式.2).Active and Auto-Sleep (活动并且Auto-Sleep) 模式mma7660的工作状态分两种, 一种是高频度采样, 一种是低频度采样. 为什么这样分呢, 为了节省功耗,但是在活动时又保持足够的灵敏度. 所以说mma7660的Active模式其实又分两种模式,一种是纯粹的Active模式, 即进了Active模式后一直保持高的采样频率,不变. 还有一种是Active & Auto-Sleep模式, 就是说系统激活后先进入高频率采样,经过一定时间后,如果没检测到有活动,它就进入低频率采样 ,所以就叫做Auto-Sleep, Sleep并不是真的Sleep , 只是说降低采样频率.低频率采样模式又叫Auto-Wake摸式, 即自动唤醒模式.它不是睡眠模式, 它只是降低采样频率.3). Auto-Wake (自动唤醒) 模式Auto-Sleep后就进入低频率采样模式,这种模式就叫做Auto-Wake摸式, 即自动唤醒模式.它不是睡眠模式, 它只是降低采样频率.讯方公司传感器实验6 实验步骤实验基本步骤如下：1．启动Keil μVision4，新建一个项目工程Bank，添加常用组，并添加相应库函数；2．在user文件中建立main.c,SystemInit.c,PublicFuc.c文件；3．新建一个组sensor，在sensor中编写读取加速度传感器数值变化的代码；4．编译链接工程，并生成hex 文件，所有文件如下图6-1所示：图6-1 文件示意图5．将加速度传感器接到传感器接口1；图 6-2 加速度传感器6．将J-Link仿真器、ZigBee路由器接入传感器采集节点,仿真器USB 接口连入PC 机，插好电源，并打开开发实验箱上的电源开关，如图6-3：图6-3 硬件连接示意图7． 将ZigBee 协调器接入智能网关，插好电源，并打开电源启动智能网关系统，运行传感器实验显示程序；图6-4 传感器实验显示程序电源开关电源传感器接口1传感器接口2传感器接口3J-LINK 接口ZigBee_DEBUG复位 节点按键 拨码开关 ZigBee 按键 红外发射天线指示灯ZigBee 复位讯方公司 传感器实验图6-5 智能网关连接示意图8． 选择【Debug 】->【Start/Stop Debug Session 】,启动J-Link 进行仿真调试； 9． 选择【Debug 】->【run 】或者按快捷键“F5”,运行程序； 10． 验证：移动加速度传感器，观察显示屏上数值的变化；11． 验证完毕后，退出J-Link 仿真界面，关闭Keil μVision4软件；关闭硬件电源，整理桌面； 12． 实验完毕。

加速度传感器实验报告
加速度传感器实验是一种研究加速度传感器的实验，它使用加速度传感器来检测物体的位置、加速度、以及其他物理参数。

主要用于测量机械结构、机械装置或控制系统对加速度变化的反应。

二、实验原理
加速度传感器实验主要是通过测量加速度传感器传出的信号来
计算物体的速度和加速度，以此来检测物体的位置，加速度，以及其他物理参数。

主要原理是利用微涨落电位（V/m）来判断加速度变化，并将其转化为加速度的数字信号。

三、实验设备
实验中所使用的设备主要包括加速度传感器、计算机或小型数字电路、激励源、仪器仪表等。

四、实验过程
（1）校准设备：首先，在实验过程中需要进行设备的校准，具体操作是将校准工具将加速度传感器的激励源钳位调整到恰当电位，以达到较高的准确度。

（2）测量加速度：启动加速度传感器，测量物体的加速度。

根据加速度参数，在实验记录表中进行记录。

（3）检查加速度：测量完成后，需要检查加速度是否与预期一致。

五、实验结果
通过实验，记录下的加速度参数如下：
实验编号 X加速度 Y加速度 Z加速度
A1 0.5 m/s2 0.3 m/s2 0.2 m/s2
A2 0.6 m/s2 0.8 m/s2 0.3 m/s2
A3 0.7 m/s2 0.9 m/s2 0.4 m/s2
六、结论
通过本次加速度传感器实验，我们发现物体在不同方向上的加速度值不同。

这些参数可以用来验证机械结构，机械装置，控制系统以及其他机械系统的性能和可靠性。

此外，本实验的结果还可以用于优化机械设计，以提高机械装置的运行效率。

实验三应变式加速度传感器
1、应变式加速度传感器主要用于物体加速度的测量。

其基本工作原理是：物体运动的加速度与作用在它上面的力成正比，与物体的质量成反比，即a=F/m。

2、压电加速度传感器的适配电路
1
前置放大器的作用是：
（1）将压电加速度传感器的高输出阻抗转换为低输出阻抗，以便同后续仪器相匹配。

（2）放大加速度传感器输出的微弱信号，使电荷信号转换成电压信号。

（3）实现输出电压归一化，在相同的加速度值时，与不同灵敏度的加速度传感器相配合，实现相同的输出电压。

3、加速度测试
加速度测试仪的标定
2。

也有两种形式 ： 电压放大器和电荷放 大器 。 ２Ｉ 电压放大器 ．
图 ５ 压 电加速度传感器与 电荷放大器连接的等效 电路 当圮、 足和 风相 当大时 ， 同时考虑 到在实际电路 中采用
的运算放大器开环增 益 Ａ约为 １４ ０数量级 ， Ｏ １６ ￣ 此时 、 和 ｅ
Ｇ均可忽略不计 。由“ 虚短” 虚断” 和“ 的电路 理论 可得放大器
（） ａ 电荷等效电路 （） ｂ 电压等效电路
压
— —
输 出 引线
图 ３ 压 电加速度传感器 测试 系统等效电路
兀
若外加 的机械力为 Ｆ 。根据压电效应 ．它所产生 的电荷
Ｑ ｄ ＝ Ｍａ 其中 ｄ为压电常数 ， 为质量块 ， －Ｆ ｄ ， 在低频 时， 出 输
支 座
电荷和加速度 ａ 成正 比。当需 要压电元件输出 电荷时 ， 因为
图 １ 压电加速度传感器工作原理 １ 等效电路 ． ２
压电传 感器 既可以等效为电荷 源又可等效为电容器 ， 以其 所 等效电路可认 为是二者的并联 ， 称为压 电传 感器的电荷等效
电路 ， 图 ２ ａ所示 。图 中 ｃ 为压电加速度 传感器 等效 电 如 （） 。 容 ； 为压电加速度传感器绝缘 电阻 。一般在 １ １ ” ０～ ０ 欧姆
容 其 容 ｃ 曼 式 ， 压 元 极 面 器。 电 量 ，中 为 电 件 板 字＝ ５
积 ｍ ） ｓ为压 电材 料介电常数 （ ／ ；ｒ ； Ｆｍ）８ 为压 电材料 的相对 介电常数 ； 为真空介 电常数 （。８ ５ １ Ｆｍ）ｆ ＝ ． ｘ ０ ／ ； 为压 电元 ８
件厚度 （ 。 ｍ）
测 与 处理 。
ｓ ＩＮｒ ｃ Ｅ Ｅ＆Ｔ ｃ Ｅ ＨＮ。Ｌ Ｙ ＶＩ 。Ｎ 科技视界 Ｊ ３ 。Ｇ ｓ ６

第 3期
许秀彩 ,等 :一种加速度传感器的测量误差分析方法
41
机误差的某项误差予以澄清而明确为系统误差 。 反之 ,当认识不足时 ,也常把系统误差当成了随
机误差 ,并在数据上进行统计分析处理 。 本文通过对压电式加速度传感器的结构原理进
行分析 ,得出了其在与电荷放大器结合使用来测量 速度信号的过程中所出现的误差来源情况 ,并通过 设计实验详细分析了此测量误差的情况 。
42
山 东 轻 工 业 学 院 学 报
第 23卷
近似为一常数 ,能够获得满意的线性响应 。由于压 电式传感器具有极高的固有频率 ,因此其频响范围 很宽 。而其低频响应取决于整个测量回路的时间常 数 。时间常数越大 ,低频响应越好 。当压电传感器 和电荷放大器相配和使用时 ,时间常数达到 105 秒 , 其低频响应已非常好 ,以致可以用来测量接近静态 的缓变振动 [ 2 ] 。
图 4、图 5给出了正弦信号 ,扫频信号和随机信 号激励情况下所得到的两种方法的速度曲线和误差 曲线 。从图中可以看出两种测量方法在针对不同的 激励信号进行测量时得到的速度曲线幅值相差不 大 ,存在着微小的相位差 。这说明两种传感器的安 装位置正确 ,能够同时得到振动板的同一位置的振 动速度 ,也说明了电荷放大器的积分电路有效地抑 制了直流分量 ,将积分常数造成的影响减小 。从图 4 ( a)中还可以看出 ,当振动板由静止状态 ( 2. 3 s之 前 )变为运动状态时 ,两种方法都能够及时的跟踪
第 23卷 第 3期 2009年 8月
山 东 轻 工 业 学 院 学 报 JOURNAL OF SHANDONG INSTITUTE OF L IGHT INDUSTRY
文章编号 : 1004 - 4280 (2009) 03 - 0040 - 04

R1 E
裂纹 应变计 裂纹 图2-28 裂纹探测应变计 R 图2-29 裂纹探测应变 计的电阻变化特性曲线 裂纹大小 图2-30 测量电路
R2
固定在被测对象上的惯性式 传感器将作为附加质量使整 个系统的振动特性发生变化。
m a' = a m + mt m f '= fn m + mt mt为传感器质量
实际情况可能更为复杂 安装结构的振动特性 内部结构的复杂性 高阶系统（模型） 高阶系统（模型） 波动（模型） 波动（模型）
相对式加速度传感器
(加速度)传感器的响应特性分析 加速度)
Specification !
测试原理 — 惯性+弹性环节 惯性+
a
a
质量－弹簧系统可做为所有加速度传感器的一阶模型。 质量－弹簧系统可做为所有加速度传感器的一阶模型。 a=F/m 工作状态下质量块与被测件有相同的加速度 通过（等效） 通过（等效）弹簧可测出惯性力 阻尼元件可抑制质量块的非期望的振荡
弹簧质量系统响应分析
z0
z
dx/dt
二阶系统
刚度越高， 刚度越高，振动质量越 小，。。。
1. 惯性式加速度传感器的最大优点是它具有 零频 惯性式加速度传感器的最大优点是它具有零频 持性, 理论下限测量频率为零， 率持性 理论下限测量频率为零，实际下限测量 频率极低（与敏感元件及电路有关）。 频率极低（与敏感元件及电路有关） 2. 为使 ωn 远大于被测振动频率 ， 加速度传感器的 为使ω 远大于被测振动频率， 尺寸、 质量可做得很小（ 小于1g） ， 从而对被 尺寸 、 质量可做得很小 （ 小于 ） 测对象的附加影响也小。 测对象的附加影响也小。 3. 传感器的影响： 传感器的影响：

自动检测技术
2）温度误差 当温度变化时，式（5-7）中右边三项都不为零，
对铜线而言每摄氏度变
化量为dL/L≈0.157×10-4，
dR/R≈0.43×10-2，dB/B每摄氏度的变化量取决于永久磁铁的
磁性材料。对铝镍钴永久磁合金，dB/B≈-0.02×10-2，这样由
式（5-7）可得近似值：
这一数值是很可观的，所以需要进行温度补偿。补偿通常采 用热磁分流器。热磁分流器由具有很大负温度系数的特殊磁性材 料做成。它在正常工作温度下已将空气隙磁通分路掉一小部分。
自动检测技术
磁电式传感器的工作原理是基于法拉第电磁感应 原理。当匝数为N的线圈在磁场中运动而切割磁力 线，或通过闭合线圈的磁通量ф发生变化时，线 圈中将产生感应电势e
e N d
dt
磁电式传感器的分类
按工作原理不同，磁电感应式传感器可分为恒定磁通式 和变磁通式，即动圈式传感器和磁阻式传感器。
变磁通 式
三、 磁电感应式传感器测量电路
自动检测技术
图5-4 磁电感应式传感器测量电路方框图 磁电式传感器直接输出感应电动势，且传感器通常具有
较高的灵敏度，不需要高增益放大器。但磁电式传感器是速 度传感器，若要获取被测位移或加速度信号，则需要配用积 分或微分电路。图5-4为一般测量电路方框图。
自动检测技术Leabharlann 产生磁场的永久磁铁和线圈都固定
不动，通过磁通Φ的变化产生感应 电动势e。常用于角速度的测量。
恒磁通 式
工作气隙中的磁通保持不变，线圈 相对永久磁铁运动，并切割磁力线 而产生感应电势。
自动检测技术
动圈式磁电感应式传感器可以分为线速度型 和角速度型
自动检测技术
磁电式转速传感器根据磁路的不同，分成开磁路 式和闭磁路式两种。

３ 实 验 与 结 果
实验是用一ＩＣＰ 加速 度 传 感 器 检 测 工 控 机 开 机 时 上表面的振动，采集卡采用的是 ＮＩ公司的 ４４７４ 卡，见 图１。实验中模 拟 的 加 速 度 传 感 器 的 四 种 连 接 状 态 的
具体形式是： （１）传 感 器 吸 在 常
摘 要：在振动加速度检测中，如果系统不能对传感器连接状态加以自 动 区 分，将 正 常 连 接 状 态 下 的 数 据 和 异 常 连 接 状 态下的数据全部存入数据库，则必然会给数据库增加不必要的负担，造成 数 据 污 染；另 外，为 了 传 感 器 检 修 的 便 利，也 有 必 要 自动识别传感器的连接状态。对振动加速度检测中传感器四种连接状态的 自 动 识 别 方 法 进 行 了 研 究 ：定 义 了 表 征 不 同 传 感 器连接状态的加速度信号数字特征，结合基于 ＬＤＡ 的特征降维和最近邻分类器 来 实 现 自 动 识 别。 实 验 显 示，提 出 的 振 动 加 速度传感器四种连接状态的自动识别方法是有效的。
１ 加 速 度 信 号 特 征 参 数 的 定 义
文 献 ［７］利 用 小 波 包 分 解 提 取 各 频 段 的 能 量 作 为 特 征。本文通过观察采集的大量振动加速度传感器四种
第 １１ 期
王 曙 ，等 ：振 动 加 速 度 检 测 中 传 感 器 连 接 状 态 的 自 动 识 别
１５９
∑ Ｓｉ ＝ （ｘ－ｍｉ）（ｘ－ｍｉ）Ｔ，ｉ＝１，２，… ｘ∈Ｘｉ Ｓｗ ＝ Ｐ１Ｓ１ ＋Ｐ２Ｓ２ ＋ … ＋ＰｉＳｉ ＋ …
（１） （２）
Ｄ
∑ Ｓｂ ＝ Ｐｉ（ｍｉ －ｍ）（ｍｉ －ｍ）Ｔ ｉ＝１
（３）
式中：Ｘｉ 为第ｉ 类的样本子集；ｍｉ 为第ｉ 类的样本子集