利用位移传感器测定加速度

一、概述Matlab作为一款功能强大的工程计算软件，广泛应用于科学研究和工程领域。

在工程设计和实验过程中，需要对采集到的数据进行分析和处理，其中包括了位移数据和加速度数据。

本文将重点介绍如何使用Matlab通过采集的位移数据计算加速度的方法。

二、位移数据的采集在进行工程实验或者系统监测时，往往需要通过传感器等设备采集物体的位移数据。

位移数据的采集方式多种多样，可以是基于激光传感器、位移传感器、加速度计等。

在数据处理的过程中，可能需要根据位移数据计算出加速度，以便进行进一步的分析和研究。

三、计算加速度的原理为了从位移数据中得到加速度信息，需要了解加速度、速度和位移之间的关系。

根据牛顿第二定律，加速度可以表示为物体所受外力和物体质量的比值，即a = F/m。

而速度可以表示为位移关于时间的导数，即v = dS/dt。

根据链式法则，加速度可以表示为位移关于时间的二阶导数，即a = d^2S/dt^2。

通过位移数据的二阶导数即可得到加速度数据。

四、Matlab计算加速度的步骤1. 数据预处理在使用Matlab进行位移数据计算加速度之前，首先需要对采集到的数据进行预处理。

包括数据采集的校准、数据的滤波、去噪等步骤。

确保采集到的数据质量良好，以保证计算结果的准确性。

2. 数据导入将采集到的位移数据导入Matlab环境中，通常可以选择使用xlsread()函数或者csvread()函数将数据从Excel表格或者CSV文件中导入。

确保数据的格式正确，包括时间、位移等信息都能够正常导入。

3. 计算加速度一般而言，可以使用diff()函数对位移数据进行二阶差分来计算加速度。

具体步骤包括：首先计算位移数据的一阶差分，然后再计算一阶差分的一阶差分，即可得到加速度数据。

另外，还可以使用gradient()函数进行差分计算。

需要根据实际数据的特点选择合适的方法。

4. 数据可视化计算得到加速度数据后，通常需要进行数据可视化以便更直观地分析数据。

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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。

实验参考题1.在“用DIS测定位移和速度”的实验中：（1）．光电门传感器和位移传感器的发射器均发射红外线，前者发射红外线的作用是，后者的作用被位移传感器的接收器。

（2）．如图甲所示用DIS测变速直线运动的瞬时速度的实验装置图，在小车上固定挡光片（宽度为Δs），在倾斜导轨的A处放置光电门。

让小车从P点静止下滑，再利用光电门记录下挡光片经过A点所经历的时间Δt。

接下来，改用不同宽度的挡光片重复上述实验，最后运用公式svt∆=∆计算出不同宽度的挡光片从A点开始在各自Δs区域内的A v，并作出v t-∆图像。

①当光电门传感器A、B之间无挡光物体时，电路；当A、B之间有物体挡光时，电路。

（填“断开”或“接通”）②（多选）某同学测出4组数据，其中第3组数据发生了明显的偏差，如图乙所示。

造成偏差的可能原因是（）A. 小车从图甲中P点上方静止下滑 B. 小车从图甲中P点下方静止下滑C. 小车从图甲中P点静止下滑D. 小车从图丙中P点静止下滑③另一位同学测出如下图所示的6组数据，根据v t-∆图线，可知小车的加速度大小约为m/s2，挡光片经过A点时的瞬间速度大小约为m/s。

丙乙PAv－/ms-10.560.550.540.06 0.07 0.08 0.09 0.10 0.11 ∆t/sO 2.在用DIS 测定加速度的实验中 （1） 如图甲所示是运用DIS 实验的位移传感器测定小车运动规律的实验装置图。

图甲 图乙图乙是通过传感器、数据采集器，再经过计算机所绘制的小车运动的速度—时间图像。

由该图像可以求出小车加速度的大小为a =________m/s 2；小车的运动方向是________（选填“向左”或“向右”）运动。

（2）某同学设计了一个利用光电门测物体加速度的实验，其装置如图丙所示 ，一端带有滑轮的光滑长木板水平固定放置，1、2是两个固定的光电门传感器，小车甲上固定一宽度为d 的挡光片，在重物乙的牵引下，小车从木板的左端开始向右加速运动。

用DIS测定位移和速度实验目的：研究变速直线运动物体的s－t图，并从中求物体的位移和速度。

实验原理：v=s/t实验器材：小车、1m长的轨道、DIS（位移传感器、数据采集器、计算机等）。

实验过程：1．实验装置如图所示，将位移传感器的发射器固定在小车上，接收器固定在轨道右端（轨道稍倾斜，使小车能做变速直线运动），将接收器与数据采集器相连，连接数据采集器与计算机。

2．开启电源，运行DIS应用软件，点击“实验条目”中的“用DIS测定位移和速度”，界面如图所示。

3．点击“开始记录”，放开小车使其运动。

计算机界面的表格内，将出现小车的位移随时间变化的取样点数据，同时在s－t图中将出现对应的数据点，如图所示。

从点的走向可大致看出小车位移随时间变化的规律。

点击“数据点连线”得到位移随时间变化的曲线。

用DIS测变速直线运动的平均速度按照前述学生实验的步骤，使载有位移传感器发射器的小车做变速直线运动，获得如图所示的s－t 图。

点击“选择区域”，先后将AD、AC、AB选定为研究区域，观察实验界面下方速度窗口中显示的数值，并将数值填入表，这就是相应区域的平均速度。

注意事项：在测平均速度时应选用位移传感器，实验时轨道略有倾斜，让小车加速下滑从而得到相应的s-t图象。

然后点击不同的“选择区域”得到相应的平均速度值，可以发现选取不同的时间段得到的平均速度值往往是不同的。

增大轨道倾角并重复实验，可发现同样的时间段内的平均速度值会增大。

用DIS测定变速直线运动的瞬时速度实验过程1．实验装置如图所示，在小车的中心位置上固定挡光片，将光电门传感器固定在轨道侧面，垫高轨道的一端，使固定有挡光片的小车能够顺利通过并能挡光。

2．开启电源，运行DIS应用软件，点击“实验条目”中的“用DIS测定瞬时速度”，界面如图。

3．点击“开始记录”，依次将与软件中Δs对应的挡光片固定在小车上，让小车从轨道的同一位置由静止开始下滑，记录下四次挡光的时间，DIS实时计算出小车通过光电门时的平均速度。

用力传感器测量位移和加速度的方法
徐庆华
【期刊名称】《南京航空航天大学学报》
【年(卷),期】1999(000)001
【摘要】指出用常规方法测量位移和加速度的局限性.依据力传感器良好的频响特性,并借助FFT技术,提出一种用力传感器测量位移和加速度的新方法.该方法实现简便,能在较宽的频率范围内测量位移和加速度,尤其能较精确地测量大位移和低频加速度,还能校准加速度传感器低频段特性.实验证明,该方法是行之有效的.
【总页数】5页(P103-107)
【作者】徐庆华
【作者单位】南京航空航天大学振动工程研究所,南京,210016
【正文语种】中文
【中图分类】O329
【相关文献】
1.基于电涡流位移传感器列车行驶速度在线测量的方法 [J], 高岩;安浩平;吴顺丽;冯志新;苏展
2.用PASCO光传感器测量圆盘转动速度和加速度 [J], 余剑敏;钟健松;魏健宁;谌庆春;吴米贵
3.基于单片机的发动机振动速度、位移和加速度测量方法 [J], 王育虔;杨纪明;董顺义;李伟
4.基于单片机的发动机振动速度、位移和加速度测量方法 [J], 王育虔;杨纪明;董顺
义;李伟
5.用加速度传感器测量振动位移的方法 [J], 刘继承;徐庆华;查建新
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匀变速直线运动规律（一）知识点讲解知识点一：探究小车速度随时间变化的规律知识点一：加速度一、利用DIS实验探究小车速度随时间变化的规律1、实验原理利用位移传感器测出运动物体的位移随时间的变化关系，进行数据处理得到v随时间的变化关系，即得到v－t图2、实验器材小车、轨道、位移传感器、数据采集器、计算机。

3、实验步骤（1）将位移传感器与数据采集器相连。

并将轨道垫高。

（2）开启电源，运行DIS应用软件，点击实验条目中的“用DIS测定加速度”，出现相应的实验界面。

（3）点击“开始记录”并释放小车，得到v－t图像。

（4）观察得到小车在轨道上运动的v－t图线，思考分析速度随时间的变化规律。

一、速度——时间关系的推导对于匀变速直线运动，其加速度是恒定的，由加速度的定义式v v a t-=，可得0v v at =+二、匀变速直线运动的速度时间关系 1、公式：v ＝v 0＋at 2、对公式的理解：由于加速度a 在数值上等于单位时间内的速度变化量，所以at 就是整个过程中的速度变化量，再加上开始时的初速度v 0，就得到t 时刻物体的速度v t 。

3、公式适用范围：匀变速直线运动 4、注意事项：v t 、v 0、a 都是矢量，方向不一定相同，在直线运动中，如果选定了该直线的一个方向为正方向，那么凡与规定正方向相同的矢量都为正，相反为负。

因此，应该先规定正方向。

另外在计算过程中应统一单位制。

5、公式不仅适用于匀加速直线运动，同样适用于匀减速直线运动【练一练】在公式v ＝v 0＋at 中，涉及到四个物理量，除时间t 是标量外，其余三个v 、v 0、a 都是矢量。

在直线运动中这三个矢量的方向都在同一条直线上，当取其中一个量的方向为正方向时，其他两个量的方向与其相同的取正值，与其相反的取负值，若取初速度方向为正方向，则下列说法正确的是（）（多选）A ．匀加速直线运动中，加速度a 取负值B ．匀加速直线运动中，加速度a 取正值知识点二：匀变速直线运动的速度时间关系 知识点一：加速度C ．匀减速直线运动中，加速度a 取负值D ．无论匀加速直线运动还是匀减速直线运动，加速度a 均取正值 【难度】★ 【答案】BC考点一：速度和时间关系的简单计算【例1】一个从静止开始做匀加速直线运动的物体，它的加速度是2m/s 2，求此物体在4s 末的速度，4s 初的速度和第5s 中间时刻的速度。

探究加速度与力、质量的关系（用位移传感器做）江苏省宜兴市东山高级中学蒋涛教学目标：知识与技能：1．理解加速度与力和质量的关系；2．理解牛顿第二定律的内容，知道定律的确切含义；3．知道得到牛顿第二定律的实验过程。

过程与方法：培养学生的实验能力、分析能力和解决问题的能力。

引入控制变量法。

情感、态度价值观：1、利用实验激发学生的求知欲，启迪其思维，激励其探索的精神。

2、培养合作交流的思想，能主动的与他人合作，勇于发表自己的主张，勇于放弃自己的错误观点。

教学重点：1．牛顿第二定律的实验过程；2．牛顿第二定律。

教学难点：牛顿第二定律的推导及应用。

教学过程：一、引入新课1、教师活动：播放录像或展示图片。

（1）运动员用力踢球，球从静止到运动；（2）运动员用脚停球，球从运动到静止；（3）运动员用头停球，球的速度大小和方向都发生改变；2、提问：（1）足球在运动过程中运动状态是否发生了改变？（2）足球在运动过程中是否产生了加速度？（3）物体运动状态的的本质原因是什么？3、学生活动：同学进行思考并回答。

4、教师总结：物体运动状态改变就是速度的改变，其改变的原因是受到力作用后产生了加速度。

力是产生加速度的原因。

5、引入新课：通过上节课的学习，我们已知道：物体运动状态改变时产生加速度，而产生的加速度又和物体的质量及所受力的大小有关，那么：加速度跟物体所受力的大小及物体质量之间有什么样的定量关系呢？本节课我们就利用数字化实验室这种先进的实验设备来精确地研究这个问题。

为了研究方便，我们引入一种新的科学研究方法——控制变量法。

在本节课中，我们分二部分来研究：第一步是在控制质量不变的情况下，研究物体的加速度与物体所受力之间的关系；第二步是控制物体所受拉力不变的情况下，研究物体的加速度与物体质量之间的关系。

二、新课教学（一）、小车的质量不变时，小车的加速度和它所受的力之间的关系：教师活动：（1）教师用投影片出示本节课所用的实验装置并讲解：实验器材：GQY手持主机，导轨（J-4-1），小车（J-4-2），位移传感器，2克（J-25-1）专用钩码若干个，50克（J-25-2）专用钩码若干个。