资料振动传感器的中文说明
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振动传感器校准步骤说明书一、概述振动传感器是一种用于测量机械或结构物振动的设备,广泛应用于工程领域。
为确保传感器的准确性,需要定期进行校准。
本说明书将详细介绍振动传感器的校准步骤,以确保测量结果的准确性和可靠性。
二、准备工作在进行振动传感器的校准之前,需要准备以下工具和设备:1. 校准装置:包括校准机、校准台等;2. 校准质量块:用于校准传感器信号的幅值;3. 电缆和连接器:将传感器与校准装置相连接;4. 计算机及相关软件:用于数据采集和分析。
三、校准步骤下面将详细介绍振动传感器的校准步骤:步骤一:检查传感器状态1. 确保传感器外观完好无损;2. 检查传感器电缆连接是否良好;3. 检查传感器固定是否牢固。
步骤二:连接传感器至校准装置1. 将传感器与校准机通过电缆连接;2. 确保连接器的插入稳固可靠。
步骤三:设置校准参数1. 打开校准软件,并选中相应的传感器型号;2. 设置校准频率和振幅范围;3. 设置校准装置的输出参数。
步骤四:进行传感器校准1. 将校准质量块放置在校准台上;2. 启动校准装置,并记录传感器在各个频率下的振幅数值;3. 采集足够数量的数据,以确保校准结果的准确性。
步骤五:数据分析和校准结果判定1. 将采集到的数据导入计算机;2. 使用相关软件进行数据分析和处理;3. 判断校准结果是否合格,如超出允许误差范围,则需重新进行校准,直至满足要求。
四、校准结果记录在完成振动传感器的校准后,应将校准结果进行记录,并保存在相应的校准报告中。
校准报告应包括以下内容:1. 传感器型号和序列号;2. 校准时间和地点;3. 校准装置和质量块信息;4. 校准参数和结果;5. 校准人员签名和日期。
五、维护与保养定期的维护与保养对于保持振动传感器的准确性和可靠性至关重要。
在校准之外,还需做到以下几点:1. 定期检查传感器外观和连接线路;2. 清洁传感器,避免灰尘和污垢积累;3. 避免传感器受到强烈的冲击或振动。
振动传感器使用方法说明书1. 简介振动传感器是一种用于检测振动信号的设备,广泛应用于机械设备、工业自动化、航空航天等领域。
本说明书将详细介绍振动传感器的使用方法,帮助用户正确、有效地操作该设备。
2. 振动传感器的组成2.1 振动传感器主体:由外壳、内部电路和连接接口组成。
2.2 连接线:用于将传感器与数据采集设备连接。
3. 准备工作3.1 根据需要选择合适的振动传感器型号。
3.2 确保传感器与数据采集设备的连接线完好,没有损坏或者松脱的情况。
3.3 清理工作区域,确保传感器的安装位置干净、平整。
4. 安装振动传感器4.1 确定安装位置:根据需要监测的振动源,选择合适的位置进行安装。
4.2 清洁安装面:使用干净的布或纸巾清洁安装面,确保贴合紧密,防止杂质影响传感器的精度。
4.3 固定传感器:使用合适的固定装置(如螺丝)将传感器固定在安装位置上,确保传感器稳定。
5. 连接传感器5.1 将传感器的连接线与数据采集设备(如振动分析仪)的接口连接。
5.2 确保连接牢固:插头应完全插入接口,确保信号传输的准确性。
5.3 检查连接状态:确定连接没有松动或破损。
6. 设置参数6.1 按照数据采集设备的说明书,设置采样频率和采集范围等参数。
6.2 确保参数的准确性:根据实际需要进行合理的设置,以确保获取到准确的振动数据。
7. 操作步骤7.1 打开数据采集设备,并确认传感器连接正常。
7.2 将振动传感器靠近需要监测的振动源。
7.3 启动数据采集设备,开始记录振动数据。
7.4 观察数据采集设备显示的振动数据,注意异常波动或过大的振动幅值。
7.5 根据需要,可以对振动源进行改变或调整,并再次记录数据进行分析。
8. 数据分析与应用8.1 使用数据分析软件对采集的振动数据进行处理和分析。
8.2 比较不同时间点或不同设备之间的振动数据,找出异常或异常之前的预兆信号。
8.3 根据分析结果,判断设备的运行状况,及时采取修复或优化措施,提前预防故障。
震动传感器产品使用说明书一、YT-JB3A震动传感器应用:特别设计作金属和水泥墙防破坏用,适用于保险箱、金属门、密室、钱箱和银行水泥墙、自动柜员机、ATM取款机、保险箱等防击防敲物体等保护防盗保险柜是针对ATM/自助银行系统而设计研发的一种新型高灵敏度全向振动传感器,具有全向检测、灵敏度可调、高抗干扰能力、产品一致性和互换性好、体积小、可靠性高、价格低等特点。
二YT-JB3振动传感器主要性能:灵敏度:高低可调一致性及互换性:好可靠性及抗干扰:无误触发、抗干扰强自动复位:自动复位性强信号的后期处理:简单输出信号:开关信号,外观小巧,安装调试方便。
无需外接振动分析板:产品内部设计振动分析放大电路三、YT-JB3主要性能参数:1、工作电压:12VDC(红线V+ 屏蔽线V-);2、灵敏度:大于等于0.2g;3、频率范围:0.5HZ~20HZ;4、工作温度范围:-10℃~50℃;5、体积: 6.0㎝×4.5㎝×2.1㎝6、检测方向:全向。
7、信号输出:开关信号(黄/白线);8、输出脉冲宽度:与振动信号幅度成正比;控制防范:每只振动探测器可控制 10m 2 左右的房间。
灵敏度:在探测器警戒防范区内,以 60kg(±5kg)体重的人用≥1kg钢锤或其它工具打墙1-3次报警。
报警延时: 1-8秒;报警输出:继电器常闭(警戒为常闭、报警常开)。
防拆功能:打开探测器盒盖或断电源线时报警。
误报率低:在电路中采用特殊信号处理电路,使之误报率最小警戒电流≦ 47mA,报警电流≦ 30mA。
四、使用中注意的问题:YT-JB3振动传感器与其他的振动传感器一样,安装时使用粘结胶固定,以减小振动源至传感器之间的信号衰减。
振动传感器原理及应用振动传感器是一种能够感知物体振动并将其转化为电信号的装置。
它在工业生产、机械设备监测、车辆安全以及医疗设备等领域都有着广泛的应用。
本文将介绍振动传感器的工作原理及其在不同领域的应用。
振动传感器的工作原理主要基于质量的惯性原理。
当受到外力作用时,传感器内部的质量会发生相对位移,从而产生相对于传感器壳体的加速度。
这个加速度会被传感器转化为相应的电信号输出。
传感器的输出信号可以通过放大、滤波等电路处理后,转化为与振动信号相关的电压、电流或数字信号,供后续的数据分析和处理。
在工业生产中,振动传感器被广泛应用于设备的状态监测和故障诊断。
通过安装在设备上的振动传感器,可以实时监测设备的振动情况,及时发现异常振动并进行预警。
这对于保障设备的安全运行和延长设备的使用寿命具有重要意义。
另外,振动传感器还可以用于机械设备的结构健康监测,通过分析设备的振动信号,可以评估设备的结构状况和工作状态,为设备的维护和维修提供重要的参考依据。
在车辆安全领域,振动传感器被广泛应用于车辆的碰撞检测和安全气囊系统。
当车辆发生碰撞时,车辆内部的振动传感器会感知到碰撞产生的振动信号,并迅速将信号转化为电信号输出,触发安全气囊系统的启动,保护车辆乘员的安全。
振动传感器在车辆的防盗系统中也有着重要的作用,通过感知车辆的振动情况,可以及时发出警报并防止车辆被盗。
在医疗设备领域,振动传感器被应用于心率监测、呼吸监测等方面。
通过安装在患者身体上的振动传感器,可以实时监测患者的心跳和呼吸情况,并将监测到的信号传输给医疗设备,为医生提供重要的临床诊断依据。
总的来说,振动传感器作为一种重要的传感器装置,在工业生产、车辆安全和医疗设备等领域都有着广泛的应用前景。
随着科技的不断发展,振动传感器的性能和应用领域还将不断拓展,为各个领域的发展提供更多的可能性。
振动传感器工作原理振动传感器是一种用于测量物体振动或震动的设备,它可以将物体的振动信号转换成电信号,从而实现对振动信号的监测和分析。
振动传感器广泛应用于工业生产、机械设备、汽车、航空航天等领域,对于实时监测设备运行状态、预防设备故障具有重要意义。
本文将介绍振动传感器的工作原理,包括其结构、工作原理和应用。
1. 振动传感器的结构振动传感器的结构一般由质量块、弹簧和感应器构成。
质量块是用于感知振动的物体,当物体发生振动时,质量块也会随之振动。
弹簧则用于支撑质量块,使得质量块在振动时能够产生相对位移。
感应器是用于将质量块的振动转换成电信号的部件,常见的感应器包括压电传感器、电容传感器和电阻传感器。
2. 振动传感器的工作原理振动传感器的工作原理基于牛顿第二定律和震动力学原理。
当质量块发生振动时,根据牛顿第二定律,质量块所受的力与其加速度成正比。
这些力会导致质量块产生相对位移,而弹簧则会受到相应的拉伸或压缩。
感应器则会根据质量块的振动产生相应的电信号。
不同类型的感应器有不同的工作原理:- 压电传感器:压电传感器是利用压电效应将机械振动转换成电信号的传感器。
当质量块振动时,压电材料会产生电荷,从而产生电压信号。
- 电容传感器:电容传感器是利用电容的变化来感知振动的传感器。
当质量块振动时,电容的介电常数会发生变化,从而产生电容的变化。
- 电阻传感器:电阻传感器是利用电阻的变化来感知振动的传感器。
当质量块振动时,电阻的阻值会发生变化,从而产生电阻的变化。
3. 振动传感器的应用振动传感器在工业生产、机械设备、汽车、航空航天等领域有着广泛的应用。
在工业生产中,振动传感器可以用于监测设备的振动状态,实时检测设备是否运行正常,预防设备故障。
在机械设备中,振动传感器可以用于监测机械零部件的振动状态,预防机械故障。
在汽车领域,振动传感器可以用于监测汽车发动机的振动状态,提高汽车的性能和安全性。
在航空航天领域,振动传感器可以用于监测飞机结构的振动状态,确保飞行安全。
电磁振动传感器操作说明书操作说明书一、产品概述电磁振动传感器是一种用于测量振动和震动的装置。
它采用电磁感应原理,能够准确地检测物体的振动频率和振幅,广泛应用于机械设备、交通工具和建筑结构等领域。
二、产品参数1. 测量范围:0-1000 Hz2. 灵敏度:0.5 mV/g3. 频率响应范围:10 Hz - 10 kHz4. 工作温度范围:-20℃至70℃5. 输出方式:模拟信号6. 电源要求:12-24V 直流电源三、产品结构电磁振动传感器主要由以下部分组成:1. 振动感应单元:负责感应振动信号;2. 信号处理单元:将感应到的振动信号转换为模拟信号;3. 输出接口:连接到外部设备。
四、产品安装及使用步骤1. 确保安装场所干燥、无振动干扰,并远离强电磁场。
2. 将电磁振动传感器的振动感应单元平稳地粘贴在需要测量振动的物体表面,确保良好的贴合度。
3. 将传感器的输出接口连接到外部设备的模拟输入端。
4. 将传感器的电源线连接到12-24V 直流电源,确保极性连接正确。
5. 打开外部设备的电源,并进行相应的设置。
6. 根据外部设备的要求,调整传感器的灵敏度和工作范围。
五、注意事项1. 在安装和使用过程中,严禁使用力量撞击或过度挤压传感器。
2. 请勿拆解传感器,否则会导致设备损坏或人身伤害。
3. 传感器的使用环境温度应在-20℃至70℃之间,超出范围会影响性能。
4. 如需更换传感器,请联系专业技术人员进行操作。
六、故障排除1. 如果传感器输出信号异常或无信号,请检查是否正常连接电源和信号线,并确保连接正确。
2. 如仍无法解决问题,请联系售后服务中心获取进一步帮助。
七、维护保养1. 定期检查传感器的安装状态,确保贴合度和连接可靠性。
2. 保持传感器表面清洁干燥,不得使用腐蚀性溶液进行清洗。
3. 如传感器长期不使用,请将其放置于干燥通风的地方,并避免受到机械振动。
八、报废处理1. 如需报废传感器,请联系当地相关部门进行处理,切勿随意丢弃。
振动速度传感器的技术参数介绍振动速度传感器是一种常用于测量机械设备振动情况的传感器,通过检测设备表面发出的振动信号,可以判断设备是否正常运行,提高设备运行的可靠性和安全性。
下面我们将介绍振动速度传感器的技术参数。
1. 灵敏度传感器的灵敏度是指传感器在接收到振动信号后产生的电信号电压值与振动速度之间的比值,通常表示为mV/mm/s。
换句话说,灵敏度越高,传感器对于相同的振动速度变化的响应将越强。
传感器的灵敏度通常与传感器的内部结构和材料有关。
在选择传感器时需要根据实际测量的范围和要求进行选择,不同的传感器灵敏度不同,在选择时应根据实际需要进行选择。
2. 响应频率响应频率是指传感器能够响应的振动频率范围,通常表示为Hz。
传感器一般会有一个最低响应频率和最高响应频率,当受到低于最低响应频率或高于最高响应频率的振动信号时,传感器将无法检测到这些信号。
在选择传感器时,需要根据实际测量对象的振动频率进行选择,以保证测量的准确性。
3. 输出信号传感器的输出信号是指传感器将测量到的振动信息转化为电信号,供外界使用的信号类型。
振动速度传感器常见的输出信号有电压输出、电流输出和频率输出。
在实际应用中,需要根据测量系统的要求来选择合适的传感器输出信号类型。
4. 工作温度范围振动速度传感器的工作温度范围是指传感器可以正常工作的温度范围,通常表示为℃。
如将传感器大量应用于工业生产现场中,温度较高,因此传感器的工作温度范围常在-40℃ ~ 120℃之间,以保证传感器能够在恶劣的环境下工作稳定。
5. 线性度线性度是指传感器输出信号与测量物理量之间的线性关系程度。
传感器的线性度通常表示为百分比。
传感器的线性度越高,输出信号与实际测量值之间的误差就越小。
6. 分辨率传感器的分辨率是指传感器可以检测到的最小振动速度变化。
传感器的分辨率越高,可以检测到更微小的振动变化,提高了测量的精度。
7. 寿命传感器的寿命通常指传感器的使用寿命,也可以指传感器的可靠性寿命。
metrix振动传感器说明书一、产品介绍地震传感器提供以mV/g或mV/in/sec为单位的动态交流信号输出。
具有这种类型输出的设备通常用于连接到独立的振动监测系统,而不是像PLC或DCS这样的通用自动化和控制仪器。
Metrix提供具有多种工作温度、频率响应、比例因子、外壳材料、连接器类型、安装选项和危险区域认证的地震传感器。
符合API 670要求的通用加速度计。
设计用于各种机器类型,具有0.5至10 kHz(+/-3dB)的宽频率响应、50g范围和13 kHz的安装共振。
内置放大器提供符合行业标准的100mV/g低阻抗恒流输出,与振动监测系统、电子开关和4-20mA信号调节器兼容。
二、产品概述由一个温度稳定的压电核心和一个放大器组成,它们一起封装在一个与传感电路电隔离的316不锈钢外壳中。
Metrix SA6350高温加速度计适用于高达325C的温度。
它专为燃气轮机和其他需要加速度*信号的表面温度高的机械而设计。
传感器的设计使用铠装一体式电缆将电荷放大器/线路驱动器与压电传感元件分开。
这使得传感元件可以直接安装在机器上,但电荷放大器可以安装在3m或5m以外的低温环境中。
电荷放大器额定高达120C;它的安装位置通常会使其暴露在适度升高的温度下,但这些温度通常远低于传感元件位置(例如燃气轮机外壳)处遇到的表面温度。
三、产品特点提供5 Hz至10 kHz的频率响应,具有25 kHz的安装谐振,并提供与振动监测系统、电子开关和4-20mA信号调节器兼容的行业标准100 mV/g低阻抗输出。
传感元件可提供3孔或4孔平底安装模式,旨在与其他几种工业标准高温传感器相匹配。
Metrix 5485C高温速度传感器适用于高达375°C的温度。
它专为需要速度信号的具有高表面温度的燃气轮机和其他机械而设计。
Metrix 5485C是大多数GE重型工业燃气轮机的标准设备,包括Frame 3、Frame 5、Frame 6、Frame 7和Frame 9。
振动传感器原理振动传感器是一种常见的传感器,它可以用于测量物体的振动情况。
它在工业生产、机械设备、科学研究等领域中有着广泛的应用。
本文将介绍振动传感器的原理及其工作方式。
一、振动传感器的原理振动传感器的原理基于压电效应。
当物体发生振动时,振动传感器能够将振动力转化为电信号,从而实现对振动情况的检测和测量。
振动传感器通常由压电陶瓷材料制成,这种材料具有压电效应,即当它受到外力压缩或拉伸时,会产生电荷。
当物体振动时,振动力会使压电陶瓷产生相应的变形,从而产生电荷,这个电荷被称为压电效应。
二、振动传感器的工作方式振动传感器通过将压电陶瓷材料连接到外部电路中来工作。
具体来说,振动传感器通过将压电陶瓷材料与前置放大器相连,将产生的电荷信号转化为电压信号,从而实现对物体振动的测量。
在实际应用中,振动传感器通常被安装在待测物体表面。
当物体发生振动时,振动力会传递给振动传感器。
振动传感器将振动力转化为电荷信号,并通过前置放大器放大转化后的电信号。
最终,这个电信号被传输给记录设备或显示屏,以供工程师或研究人员分析振动情况。
三、振动传感器的应用振动传感器的应用非常广泛。
它可以用于以下几个方面:1. 工业生产中的故障诊断:振动传感器可以用于监测机械设备的振动情况,以及及时发现设备的故障。
通过对振动信号的分析,工程师可以判断设备是否存在故障,并采取相应的措施进行维修和保养。
2. 运动监测:振动传感器可以用于监测人体的运动情况。
例如,在运动训练中,振动传感器可以用于检测运动员的姿势和力量输出,以帮助运动员进行训练和调整。
3. 地震监测:振动传感器可以用于监测地震的振动情况。
通过对地震振动信号的采集和分析,科学家可以判断地震的强度和震源位置,从而提供及时的预警和应急措施。
4. 交通监测:振动传感器可以用于监测道路上的车辆流量和车辆速度。
通过对振动信号的分析,交通管理部门可以实时了解道路交通状况,并采取相应的措施进行交通调控。
振动传感器的工作原理振动传感器是一种广泛应用于工业领域的传感器,它能够测量和检测物体的振动情况,并将其转化为电信号进行处理和分析。
在许多领域中,振动传感器都起着至关重要的作用,例如机械设备的故障检测、结构健康监测以及地震预警等。
本文将详细介绍振动传感器的工作原理。
振动传感器的工作原理基于质量在振动时惯性力的作用。
传感器的核心部件通常由压电材料制成,如铁电晶体或石英晶体。
这种材料具有压电效应,即在施加或施加压力时会产生电荷。
当被测物体发生振动时,传感器受到振动的作用,导致压电材料内部的原子和电子发生位移。
位移引起压电材料内部形成电场不平衡,从而使得正负电荷分离。
这种电荷分离的效应由振动传感器的接触电极捕捉,并将其转化为电信号。
这个电信号可以通过电缆连接到数据采集系统或控制器,然后进行分析和处理。
振动传感器可以通过改变材料的形状和尺寸来适应不同的应用需求。
例如,一些振动传感器使用细长的梁或芯片形状的压电材料,以增加传感器的敏感度和频率响应范围。
另一些振动传感器则使用环形结构,以提高抗干扰能力和机械强度。
此外,振动传感器通常需要与支撑结构相连接,以确保其对振动的敏感度。
支撑结构一般采用金属或陶瓷材料,具有较高的刚度和抗振性能。
传感器的安装位置也需要经过仔细选取,以确保能够准确感知被测物体的振动情况。
振动传感器的工作原理非常简单,但其应用却广泛而重要。
在机械设备的故障检测中,振动传感器通过监测设备运行时的振动情况,可以及时发现异常振动,从而预测故障并采取相应维修措施。
在结构健康监测中,振动传感器可以用于长期监测建筑物或桥梁的振动状况,以评估其结构的稳定性和健康状况。
在地震预警系统中,振动传感器可以感知到地震波的到达时间和振动幅度,从而可以提前发出预警信号,降低地震对人们的危害。
总之,振动传感器通过利用压电材料的特性,将物体振动转化为电信号,从而实现对振动情况的监测和测量。
其工作原理简单而有效,应用领域广泛。
第1章系统硬件设计1.1总体方案系统硬件的基本任务是将被测物体的运动信息转换成可被处理的电信号,并完成信号预处理操作,最终目的是得到运动信息准确的数字描述形式,为测量算法提供输入数据源。
以外,作为一个完整的模块,还应该包括一些通信、控制接口,以便控制整个系统的工作。
从整个系统的硬件结构如图3-1所示,其中包括加速度传感器及温度补偿电路,模拟信号调理电路,数据采集、数据处理电路,通信接口和供电电源。
图3-1 无陀螺惯性测量硬件框图Figure 3-1 The GF-IMU hardware architecture信号工作流程是:初始信号由前端十二个加速度传感器提供,传感器输出信号经调理电路放大滤波后进入多通道同步ADC转换成数字量,再由内嵌于数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)中的导航算法处理得到相关导航参数,计算结果将由SPI(Serial Peripheral Interface)或SCI(Serial Communication Interface)输出供导航用。
系统核心部件DSP采用的是美国TI(Texas Instruments)公司生产的高速32位定点数字信号处理器TMS320F2812,是目前最佳的测控应用定点DSP芯片。
1.2传感器补偿电路1.2.1传感器选型微加速度计是以MEMS(Micro Electron Mechanical Systems)微机电系统技术为基础的一种新型传感器,这种传感器具有体积小、抗冲击、可靠性高、寿命长以及成本低的优点,文献[55~59]表明MEMS工艺制造的微加速度计在精度方面已能满足战略导弹的应用要求。
根据工作原理的不同,MEMS微加速度计有很多种类,应用最广最为常见的有电容式和压阻式两种。
电容式微加速度计的灵敏度和精度高、稳定性好、温度漂移小、可以构成闭环回路实现较高的线性度,缺点是工作频带窄,受工艺的限制,在保证灵敏度的条件下传感器体积难以做到很小,此外由于测量对象是微小的电容,因此电路中极小的寄生电容都会严重影响测量精度,这使得信号处理电路设计起来很困难,如果工艺上能够得到改进,并将测量电路集成在传感器内部,可以解决上述问题。
压阻式微加速度计具有频率响应范围宽,线性度好,输出阻抗低的特点,它还可以测量静态加速度,即0Hz的加速度,接口电路也非常简单,缺点是温度漂移系数大,需要进行温度补偿[60]。
本系统中选用的是压阻式微加速度计,这种加速度计的内部敏感单元由悬臂梁和检验质量块组成,当感受到加速度时悬臂梁会产生一定的形变,根据半导体的压阻效应,这种形变而变化会产生硅悬臂梁电阻的变化,通过检测单元即可转换成变化的电信号,从而得到随加速度变化而变化的传感器输出信号。
图3-3是本系统选用的M3022型压阻式硅加速度计的实物图。
该传感器由图3-3 M3022型加速度传感器实物图Figure 3-3 Real object of M3022 accelerometer美国IC Sensor公司生产,采用表贴封装,内部结构由悬挂于硅架复合横梁上的微小硅芯片组成,上下表面的硅帽提供了超量程保护能力。
表3-1中为3022型压阻式硅加速度计主要的技术指标。
表3-1 M3022型加速度传感器主要参数Table 3-1 Primary parameters of M3022 accelerometer model参数单位最小值典型值最大值注释量程G ±2 ——±500 多种量程可选零位误差mV ——±5.0 ±25.0 ——非线性度±%量程——0.5 1.0这里的量程是指传感器满量程输出电压信号范围,单位为V或mV横向灵敏度—— 1.0 3.0零点温度系数—— 1.0 2.0满量程温度系数—— 1.0 2.0电源电压VDC —— 5.0 10.0 ——输出噪声μV p-p—— 1.0 ————输出负载电阻MΩ 5 ——————加速度过载G 40 ——2000 和量程有关重量g —— 6.5 ————1.2.2 补偿电路设计为提高测量精度,需要为传感器提供补偿电路以提高其输出精度,补偿电路的设计包括如下几个方面的考虑[61]:(1) 加速度计输出的零位偏移补偿;(2) 压阻式硅微加速度计输出受温度影响较大,需要温度补偿;(3) 为传感器提供高稳定、高精度、低噪声的恒定电源。
压阻式硅微加速度计内部电路可以等效成一个桥式电路,如图3-4所示。
输入输出关系式如下(1324)(12)(34)R R R R Uo Ui R R R R -=++ (3-1) 理论上当传感器在加速度为0时1324R R R R =,这时电桥处于平衡状态,输出等于0。
但工程中无法做到绝对相等,输出并不为0,这就是零位偏移误差,补偿的方法很简单,调节电桥桥臂电阻值使13R R 与24R R 尽量相等,比如当13R R 大于24R R 时,可增大4R 或减小3R 来减小零位偏移误差。
图3-4 传感器等效电阻电桥Figure 3-4 Accelerometer ’s equivalent resistance bridgeM3022加速度计出厂时各桥臂电阻为固定值,无法调整,但可以通过在引脚间并接电阻或直接在引脚上串联电阻的方法来改变3R 、4R 的电阻值。
当温度发生变化时,各桥臂电阻也会发生变化,设电阻1R ~4R 的温度系数分别为1T ,2T ,3T ,4T ,相对于25o C 变化的温度为T ∆,公式(3-1)就呈现出如下形式[][][]1(11)3(13)2(12)4(14)1(11)2(12)3(13)4(14)R T T R T T R T T R T T Uo Ui R T T R T T R T T R T T +∆+∆-+∆+∆=+∆++∆+∆++∆ (3-2) 式中 1R ~4R ——各桥臂电阻在25o C 下的标准阻值根据公式(3-2)可知,在输入Ui 不变的情况下,由于1R ~4R 发生了变化,输出也会变化,这就是由温度变化引起的温度漂移。
分析上面的公式,若温度系数1234T T T T ===,则温度系数因子可以全部消去,公式(3-2)变成(3-1),输出将不受温度的影响。
对于M3022而言,内部的桥臂电阻是由同一硅基片蚀刻而成,其温度系数可以匹配得很好,外部电路不需要也不能改变其温度系数,但要注意,传感器外部有用于零位补偿的电阻,这些电阻的温度系数选择应尽量与传感器内部电阻的温度系数一致,才能保证最小的温度漂移系数。
温度的另一个影响是通过改变悬臂梁应变电阻的压阻系数改变传感器的灵敏度。
压阻系数会随温度升高而减小,因此传感器灵敏度也随温度升高变小,称之为灵敏度温度漂移。
其补偿方法是改变电桥的有效桥压:当温度升高时灵敏度下降,对输出的影响就是输出电压减小,而增加Ui可以使输出电压增大,若调整得当,使增大的数值与灵敏度下降引起减小的数值相等,就可以达到灵敏度温度补偿的目的。
除温度引起的误差外,传感器供电电源Ui的误差也会引起输出误差,这从公式(3-1)可以看出来,Ui的误差将以一定的比例系数折合到输出上。
普通的电源无论是开关电源抑或是纹波系数较小的三端电源器件都无法提供足够精度和稳定性的电源,这里选择由精密基准源做电源,因为基准源驱动能力较弱,应在送入传感器前增加驱动电路。
该电源方案具有很高的稳定性和很小的噪声,可以保证传感器输出信号的良好特性。
图3-5是传感器补偿电路原理图,中间虚线内为加速度计,外围是补偿电路。
Rztc是零位及温度失调补偿电阻,Rset为不同基准源电Rztc和21Rzb、2Rzb、1压提供合适的电源放大倍数,Rstc设置电压梯度补偿由于温度产生的灵敏度误差,右侧虚线框是放大电路,相关内容参见后续内容。
图3-5 传感器补偿电路Figure 3-5 Accelerometer compensation circuit1.3信号调理电路传感器输出信号是微弱的毫伏级信号,我们的目的是得到信号的数字描述形式,再通过数学运算解算出导航信息。
现有的ADC模数转换器件(Analog-to-Digital Converter)典型输入范围是0~5V,显然直接将传感器信号接入ADC是不合适的,因为这样做既不能充分利用ADC的量程,也大大降低了信号信噪比。
通常的做法是让信号先经调理电路预处理后,再送往后级电路使用。
信号调理电路包括放大、滤波、ADC输入缓冲和电源部分。
1.3.1电源方案电源供电方案的选择直接影响整个电路的设计,是调理电路设计的第一步。
系统只有一个+9V电源,由电池提供,因为电池电源具有很小的噪声,可以直接作为调理电路的供电电源,这种单电源供电方案的优点是几乎不用考虑电源的设计,但要求调理电路的所有芯片都必须是单电源供电,单电源供电芯片的性能较同等级的双电源供电芯片性能有所下降,且输入输出范围比较小,为保证调理电路性能,应选择精度较高、输入输出满摆幅的芯片,因此在芯片选型上比较困难。
还可以用+9V变换出双电源供电,这种方案简化了调理电路芯片选型,不过由于调理电路功耗较大,精度要求较高,在+9V变换出负电源时必须用PWM调制的开关电源,其高频脉冲对地的冲击很大,对电路精度的影响不可忽视,因此电源设计上很困难,复杂的电源设计以及大功率要求带来的体积增大也不能够忍受的,毕竟炮弹内部空间有限。
综合考虑以上两种方案的利弊,系统决定采用第一种的单电源直接供电方案。
1.3.2放大电路设计由3.3.1节的表3-1可知,传感器电桥输出为差分方式,在标准+5V供电情况下,差分信号的共模电压为2.5V,差模电压范围为±50mV,传感器驱动能力较弱,要求负载电阻大于5MΩ;根据这些要求,用仪用运算放大器搭建放大电路显然是最佳方案。
这里选择的是AD公司的AD623AR仪用运放,这是一款单电源、满摆幅输出、高精度、低成本仪用运算放大器,通过改进的三运放电路,电阻激光校准等技术使该款运算放大器具有很高的交直流共模抑制比,提高了其抑制噪声能力,且具有很小的零漂;此外,它还是专门针对单电源电池供电方案而设计的,具备可贵的满摆幅输出能力,输入虽不是满摆幅,但其宽输入范围足以满足传感器输出范围的要求,其放大倍数通过一只外接电阻可调,AD623AR 是同类产品中性价比很高的一款芯片,表3-2为其主要的性能参数[62]。
用仪用运算放大器设计的放大电路如图3-6所示。
需要注意的是AD623驱动能力弱,后续电路作为其负载电路在设计时应考虑到这一点。
表3-2 仪用运算放大器AD623AR主要参数Table 3-2 Primary parameters of AD623AR instrument amplifier参数单位最小值典型值最大值注释电源V +2.7 ——+12 单电源供电模式输入范围V -0.15 ——7.5 9V供电输出范围V 0.01 ——8.5 9V供电,负载10KΩ输入电阻GΩ—— 2 ————放大倍数(G) 1 1 ——1000 外部电阻调节共模抑制比(CMRR) DB90 100 ——G=10105 110 ——G=100带宽KHz ——10 ——G=100输出漂移μV ——200 1000 ——输入漂移——25 200 ——图3-6 放大电路原理图Figure 3-6 Schematic circuit of signal amplification1.3.3滤波电路设计传感器信号中不仅包含有用信息,还包含各种频率的噪声成分,放大电路将它们都放大了,放大后的信号幅度范围虽然已经能充分利用ADC的转换量程,但受信号中噪声的影响测量精度不会很高,因此有必要进行去噪处理。