传感器第八章[1].ppt

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1、第八章第八章 速度传感器速度传感器第一节第一节 转速传感器转速传感器第二节第二节 加速度传感器加速度传感器第三节第三节 多卜勒效应测速多卜勒效应测速第一节第一节 转速传感器转速传感器 物体转动的速度称为转速。转速又有角速度和线速度之分，物体转动的速度称为转速。转速又有角速度和线速度之分，这里重点介绍基于角速度的传感器。转动角速度等于这里重点介绍基于角速度的传感器。转动角速度等于t时间时间内转动的角位移内转动的角位移与转动时间与转动时间t之比之比 （81）当当（或（或t）取得极小时，称）取得极小时，称 为瞬时角速度，角速度为瞬时角速度，角速度的单位为弧度的单位为弧度/秒即秒即rad/s。转速通常

2、用单位时间内的转数来。转速通常用单位时间内的转数来表示，单位为转表示，单位为转/分，即分，即 r/min。每秒钟的转数也称为转动。每秒钟的转数也称为转动频率，它是转动周期的倒数。频率，它是转动周期的倒数。转速的电测法很多，按其测量原理可分为模拟式和数字式转速的电测法很多，按其测量原理可分为模拟式和数字式下一页返回第一节第一节 转速传感器转速传感器一、模拟式转速传感器一、模拟式转速传感器1、测速发电机、测速发电机它是根据电磁感应原理做成的专门测速的微型发电机，输出它是根据电磁感应原理做成的专门测速的微型发电机，输出电压正比于输入轴上的转速，即电压正比于输入轴上的转速，即 （82）式中：式中：B测

3、速发电机中磁感应强度，单位测速发电机中磁感应强度，单位T；r测速发电机绕组的平均半径，单位测速发电机绕组的平均半径，单位m；l测速发电机转子的总有效长度，单位测速发电机转子的总有效长度，单位m；测速发电机转子的角速度，单位测速发电机转子的角速度，单位rad/s；n测速发电机每分钟转数。测速发电机每分钟转数。测速发电机可分为直流测速发电机和交流测速发电机两类。测速发电机可分为直流测速发电机和交流测速发电机两类。测速发电机的优点是线性好，灵敏度高和输出信号大。测速发电机的优点是线性好，灵敏度高和输出信号大。上一页 下一页返回第一节第一节 转速传感器转速传感器2、磁性转速表、磁性转速表磁性转速表的结

4、构原理如磁性转速表的结构原理如图图81所示，转轴随待测物旋转，所示，转轴随待测物旋转，永久磁铁也跟随同步旋转。铝制圆盘靠近永久磁铁，当永久永久磁铁也跟随同步旋转。铝制圆盘靠近永久磁铁，当永久磁体旋转时磁体旋转时,二者产生相对运动，从而在铝制圆盘中形成涡流。二者产生相对运动，从而在铝制圆盘中形成涡流。该涡流产生的磁场跟永久磁铁产生的磁场相互作用，使铝制该涡流产生的磁场跟永久磁铁产生的磁场相互作用，使铝制圆盘产生一定的转矩圆盘产生一定的转矩,该转矩跟待测物的转速该转矩跟待测物的转速n成正比，即成正比，即 。转矩。转矩Me驱动铝盘转动，迫使游丝扭转变形产生与转角成比驱动铝盘转动，迫使游丝扭转变形产生

5、与转角成比例的反作用力矩例的反作用力矩 。当两力矩相等时，铝盘及与其。当两力矩相等时，铝盘及与其固联的指针停留于一定位置，此时指针指示的转角即对应于固联的指针停留于一定位置，此时指针指示的转角即对应于被测轴的转速被测轴的转速 （83）式中：式中：k是与结构有关的常数。是与结构有关的常数。上一页 下一页返回第一节第一节 转速传感器转速传感器3、离心式转速表、离心式转速表离心式转速表的结构原理如离心式转速表的结构原理如图图82所示，当转轴转动时，重所示，当转轴转动时，重锤在锤的重力和杆的张力作用下作匀速圆周运动。连杆和拉锤在锤的重力和杆的张力作用下作匀速圆周运动。连杆和拉杆的交点在连杆张力和拉杆拉

6、力作用下也作匀速圆周运动，杆的交点在连杆张力和拉杆拉力作用下也作匀速圆周运动，而套筒则在重锤离心力作用下通过拉杆沿转轴的轴向方向向而套筒则在重锤离心力作用下通过拉杆沿转轴的轴向方向向上或向下移动一个位移。套筒压缩或拉伸弹簧，弹簧产生一上或向下移动一个位移。套筒压缩或拉伸弹簧，弹簧产生一个反弹力，从而使套筒达到动态平衡。由于离心力与转速的个反弹力，从而使套筒达到动态平衡。由于离心力与转速的平方成正比，即平方成正比，即 ，弹簧力与套筒位移成正比，即，弹簧力与套筒位移成正比，即，二力平衡时有，二力平衡时有 （84）故检测出位移量即可知道待测物的转速。故检测出位移量即可知道待测物的转速。上一页 下一页

7、返回第一节第一节 转速传感器转速传感器4、频闪转速表、频闪转速表频闪转速表测量的基本原理是基于人眼的视觉暂留现象，工频闪转速表测量的基本原理是基于人眼的视觉暂留现象，工作原理如作原理如图图83所示。所示。频率可调的多谐振荡器频率可调的多谐振荡器4产生某一频率的等幅信号，控制频闪产生某一频率的等幅信号，控制频闪管管3发出相同频率的闪光至被测转轴发出相同频率的闪光至被测转轴1的反光标志的反光标志2上。设和上。设和fs分分fx别表示为闪光频率和被测转轴的转动频率。当别表示为闪光频率和被测转轴的转动频率。当fx=fs时，时，由于人眼的视觉惰性，反光标志看起来似乎在某一位置是静由于人眼的视觉惰性，反光标

8、志看起来似乎在某一位置是静止有动的；当止有动的；当fs fx时反光标志朝与转轴相反方向旋转；当时反光标志朝与转轴相反方向旋转；当fs fx时，则朝相同方向旋转。这样重复数次，直至看到反时，则朝相同方向旋转。这样重复数次，直至看到反光标志最亮，且似乎静止不动时，可从仪器指示盘上直接读光标志最亮，且似乎静止不动时，可从仪器指示盘上直接读出被测的转速。频闪转速表方便灵活，可随意搬动测试，适出被测的转速。频闪转速表方便灵活，可随意搬动测试，适用于中、高速测量，精度约为用于中、高速测量，精度约为0.1%2%。上一页 下一页返回第一节第一节 转速传感器转速传感器二、计数式转速传感器二、计数式转速传感器1、

9、测频计数式、测频计数式测频计数式的电测法很多，其共同特点是在指定时间测频计数式的电测法很多，其共同特点是在指定时间 内对转内对转传速感器发出的脉冲进行计数。若每转传速感器发出的脉冲进行计数。若每转1周传感器发出的脉冲周传感器发出的脉冲数为同数为同m，T（s）时间内脉冲计数值为）时间内脉冲计数值为N，则传感器脉冲的，则传感器脉冲的频率为频率为 （85）每分钟转数每分钟转数n为为 （86）由上式可见，测定传感器脉冲的频率由上式可见，测定传感器脉冲的频率f即可求得转速即可求得转速n。m的的数值最好是数值最好是60的整数倍。下面介绍几种计数式转速电测方法。的整数倍。下面介绍几种计数式转速电测方法。上一

10、页 下一页返回第一节第一节 转速传感器转速传感器(1)磁电式转速传感器磁电式转速传感器图图84（a）为开磁路磁阻式转速传感器，传感器由永久磁铁为开磁路磁阻式转速传感器，传感器由永久磁铁1、软铁、软铁2、感应线圈、感应线圈3组成，齿数为组成，齿数为m的齿轮的齿轮4安装在被测安装在被测转轴上。当齿轮随转轴旋转时转轴上。当齿轮随转轴旋转时,齿的凹凸引起磁阴变化，致使齿的凹凸引起磁阴变化，致使线圈中磁通发生变化，感应出幅值交变的电势，感应电势的线圈中磁通发生变化，感应出幅值交变的电势，感应电势的频率频率f由（由（85）式决定。）式决定。开磁路磁阻式转速传感器结构比较简单，但输出信号较小，开磁路磁阻式转

11、速传感器结构比较简单，但输出信号较小，另外当被测轴振动较大时，传感器输出波形失真较大。在振另外当被测轴振动较大时，传感器输出波形失真较大。在振动强的场合往往采用闭磁踟转速伟感器，如图动强的场合往往采用闭磁踟转速伟感器，如图84（a）所示。）所示。它是由装在转轴它是由装在转轴1上的内齿轮上的内齿轮2、外齿轮、外齿轮3、线圈、线圈4及磁铁及磁铁5构构成，内外齿轮的齿数相同均为成，内外齿轮的齿数相同均为m，转轴是连接到被测转轴上，转轴是连接到被测转轴上与被测轴一起转动，使内外齿轮相对运动，使磁路气隙周期与被测轴一起转动，使内外齿轮相对运动，使磁路气隙周期变化，在线圈中产生感应电势，电势频率同是（变化

12、，在线圈中产生感应电势，电势频率同是（85）式。）式。上一页 下一页返回第一节第一节 转速传感器转速传感器由于感应电势的幅值取决于切割磁力线的速度，因而也与转由于感应电势的幅值取决于切割磁力线的速度，因而也与转速成一定比例。当转速太低时，输出电势很小，以致无法测速成一定比例。当转速太低时，输出电势很小，以致无法测量。所以磁电式转速传感器有一个是限工作频率为量。所以磁电式转速传感器有一个是限工作频率为50Hz（闭磁路式的下限频率可降到（闭磁路式的下限频率可降到30Hz）。其上工作频率可达）。其上工作频率可达100kHz。磁阻式转速传感器采用转速脉冲变换电路如磁阻式转速传感器采用转速脉冲变换电路如

13、图图85所示。所示。传感器感应电压由二极管传感器感应电压由二极管V削去负半周，送到削去负半周，送到V1进行放大，进行放大，再由射极跟随器再由射极跟随器V2送入送入V3和和V4组成的射极耦合触发器进行整组成的射极耦合触发器进行整形，这样就得到方波输出信号。形，这样就得到方波输出信号。上一页 下一页返回第一节第一节 转速传感器转速传感器(2)电涡流式和电容式转速传感器电涡流式和电容式转速传感器图图84（a）中的磁电式传感器若换成电涡流式传感器就构成）中的磁电式传感器若换成电涡流式传感器就构成电涡流式转速传感器。当金属齿轮随被测转轴转动时，电涡电涡流式转速传感器。当金属齿轮随被测转轴转动时，电涡流传

14、感器线圈电感将周期性变化，其变化频率也由（流传感器线圈电感将周期性变化，其变化频率也由（85）式决定。式决定。图图84（a）中磁电式传感器若换成变面积式电容传感器就构）中磁电式传感器若换成变面积式电容传感器就构成电容式转速传感器，如成电容式转速传感器，如图图86所示，当齿轮随被测转轴所示，当齿轮随被测转轴转动时，电容传感器的电容也周期性变化，其变化频率也由转动时，电容传感器的电容也周期性变化，其变化频率也由（85）式决定。）式决定。上一页 下一页返回第一节第一节 转速传感器转速传感器(3)霍尔式转速传感器霍尔式转速传感器霍尔式转速传感器原理如霍尔式转速传感器原理如图图87所示。图（所示。图（a

15、）所示是将一非）所示是将一非磁性圆盘固定在被测转轴上，圆盘的周边上等距离地嵌装磁性圆盘固定在被测转轴上，圆盘的周边上等距离地嵌装着个永磁铁氧体，相邻两铁氧体的极性相反。由磁导体和置着个永磁铁氧体，相邻两铁氧体的极性相反。由磁导体和置于磁导体间隙中的霍尔元件组成测量头（见图（于磁导体间隙中的霍尔元件组成测量头（见图（a）右上角），）右上角），磁导体尽可能安装在铁氧体边上。当圆盘转动时，霍尔元件磁导体尽可能安装在铁氧体边上。当圆盘转动时，霍尔元件感受的磁场强度周期性变化，霍尔元件输出正负交变的周期感受的磁场强度周期性变化，霍尔元件输出正负交变的周期电势。电势。图（图（b）是在被测转轴上安装一个齿轮

16、状的磁导体，对着齿轮）是在被测转轴上安装一个齿轮状的磁导体，对着齿轮固定着一个马蹄形的永久磁铁，霍尔元件粘贴在磁极的端面固定着一个马蹄形的永久磁铁，霍尔元件粘贴在磁极的端面上。当被测轴转动时，带动齿轮状磁导体转动，于是霍尔元上。当被测轴转动时，带动齿轮状磁导体转动，于是霍尔元件磁路中的磁阻发生周期性变化，使霍尔元件感受的磁场强件磁路中的磁阻发生周期性变化，使霍尔元件感受的磁场强度也发生周期性变化，从而输出一系列频率与转速成比例的度也发生周期性变化，从而输出一系列频率与转速成比例的单向电压脉冲。单向电压脉冲。上一页 下一页返回第一节第一节 转速传感器转速传感器(4)光电式转速传感器光电式转速传感

17、器光电式转速传感器分为反射式和透射式两种，如光电式转速传感器分为反射式和透射式两种，如图图88所示。所示。反射式转速传感器的工作原理如图反射式转速传感器的工作原理如图88（a）所示。用金属箔）所示。用金属箔或反射纸在被测转轴或反射纸在被测转轴1上，贴出一圈黑白相间的反射面，光上，贴出一圈黑白相间的反射面，光源源3发射的光线经透镜发射的光线经透镜2、半透膜、半透膜6和聚焦镜和聚焦镜7投射在转轴反投射在转轴反射面上，反射光经聚焦镜射面上，反射光经聚焦镜5会聚后，照射在光电元件会聚后，照射在光电元件4上产生上产生光电流。该轴旋转时，黑白相间的反射面造成反射光强弱变光电流。该轴旋转时，黑白相间的反射面

18、造成反射光强弱变化，形成频率与转速及黑白间隔数有关的光脉冲，使光电元化，形成频率与转速及黑白间隔数有关的光脉冲，使光电元件产生相应电脉冲。由（件产生相应电脉冲。由（85）式可知，当黑白间隔数）式可知，当黑白间隔数m一一定时，电脉冲的频率定时，电脉冲的频率f便与转速便与转速n成正比。成正比。上一页 下一页返回第一节第一节 转速传感器转速传感器透射式光电转速传感器的工作原理如透射式光电转速传感器的工作原理如图图88（b）所示。固定所示。固定在被测转轴上的旋转盘在被测转轴上的旋转盘4的圆周上开有的圆周上开有m道径向透光的缝隙，道径向透光的缝隙，不动的指示盘不动的指示盘3具有和旋转盘相同间距的缝隙，两

19、盘缝隙重合具有和旋转盘相同间距的缝隙，两盘缝隙重合时，光源时，光源1发出的光线便经透镜发出的光线便经透镜2照射在光电元件照射在光电元件5上，形成上，形成光电流。当旋转盘随被测轴转动时，每转过一条缝隙，光电光电流。当旋转盘随被测轴转动时，每转过一条缝隙，光电元件接受的光线就发生一次明暗变化，因而输出一个电脉冲元件接受的光线就发生一次明暗变化，因而输出一个电脉冲信号是。由此产生的电脉冲的频率信号是。由此产生的电脉冲的频率f在缝隙数目在缝隙数目m确定后与轴确定后与轴的转速成正比，如式（的转速成正比，如式（85）所示。采用这种结构可以大大）所示。采用这种结构可以大大增加增加旋转盘早的缝隙数目，使被测轴

20、每转一圈产生的电增加增加旋转盘早的缝隙数目，使被测轴每转一圈产生的电脉冲数增加，从而提高转速测量精度。脉冲数增加，从而提高转速测量精度。上一页 下一页返回第一节第一节 转速传感器转速传感器(5)圆栅式转速传感器圆栅式转速传感器圆感应同步器、圆光栅、圆磁栅均可用于转速的精密测量。圆感应同步器、圆光栅、圆磁栅均可用于转速的精密测量。这里再介绍另一种圆栅柱状圆容栅传感器，它是由同轴安这里再介绍另一种圆栅柱状圆容栅传感器，它是由同轴安装的定子（圆筒）和转子（圆柱）组成，在定子内表面和转装的定子（圆筒）和转子（圆柱）组成，在定子内表面和转子外表面刻制一系列宽度相等的齿和槽，因此也称多齿电容子外表面刻制一

21、系列宽度相等的齿和槽，因此也称多齿电容传感器，如传感器，如图图89（a）所示，所示，（87）式中：式中：m定子和转子的齿槽数。定子和转子的齿槽数。上一页 下一页返回第一节第一节 转速传感器转速传感器当定子与转子的齿在相对时电容量最大，错开时电容量最小，当定子与转子的齿在相对时电容量最大，错开时电容量最小，电容量电容量C与转角与转角的关系如的关系如图图89（b）所示。当转子随被测所示。当转子随被测转轴转动时，电容变化频率转轴转动时，电容变化频率f与转还与转还n的关系也由（的关系也由（85）式）式决定。决定。虽然图虽然图86中电容变化也与图中电容变化也与图89（b）所示曲线一样，但其）所示曲线一样

22、，但其Cmax与与Cmin均只有多齿电容传感器的均只有多齿电容传感器的1/m，也就是多齿电，也就是多齿电容传感器的电容变化幅度将是图容传感器的电容变化幅度将是图86中普通电容传感器的倍。中普通电容传感器的倍。容栅也像光栅、磁栅、感应同步器一样可以采用电子细分的容栅也像光栅、磁栅、感应同步器一样可以采用电子细分的方法，进一步提高对角位移的分辨率，这样就能进一步提高方法，进一步提高对角位移的分辨率，这样就能进一步提高瞬时转速测量的精确度。瞬时转速测量的精确度。上一页 下一页返回第一节第一节 转速传感器转速传感器2、测时计数式、测时计数式前述几种方法都是将转速测量转化为脉冲频率的测量，由前述几种方法

23、都是将转速测量转化为脉冲频率的测量，由（85）式可知，只要测出转动时传感器脉冲的频率）式可知，只要测出转动时传感器脉冲的频率f，即可，即可按下式计算出每分中转数按下式计算出每分中转数n (88)这种测量转速的方法称为测频法这种测量转速的方法称为测频法.当转速较慢或者需国测量瞬时转速时，通常采用测量每转过当转速较慢或者需国测量瞬时转速时，通常采用测量每转过一指定的一指定的角所需时间角所需时间ti的方法，按（的方法，按（81）式计算瞬时）式计算瞬时角速度角速度i上一页 下一页返回（89）第一节第一节 转速传感器转速传感器若计时脉冲的频率为若计时脉冲的频率为f0，ti时间内计入时间脉冲个数为时间内计

24、入时间脉冲个数为Ni，则则 通常将每转一周均匀分为通常将每转一周均匀分为m个测点，每相邻两个测点的间距个测点，每相邻两个测点的间距均为均为 ，只要测出段，只要测出段所用时间所用时间ti的计时脉的计时脉冲数冲数Ni，据（，据（89）式及（）式及（810）式即可求出每个测点的）式即可求出每个测点的瞬时角速度瞬时角速度s上一页 下一页返回（810）（811）第一节第一节 转速传感器转速传感器这种测量转速的方法称为测时法，这种方法的特点是反转速这种测量转速的方法称为测时法，这种方法的特点是反转速测量转化为时间的测量。测量转化为时间的测量。若被测转轴以匀速转动，则各瞬时角速度相等，都为若被测转轴以匀速转

25、动，则各瞬时角速度相等，都为（812）由上式可见，由上式可见，m和和N越大，越大，f越小，越小，的测量精度越高。从电的测量精度越高。从电子细分观点看，上式中子细分观点看，上式中m要视为空间细分数，要视为空间细分数，N可视为时间可视为时间细是数。细是数。当转速很慢时，通常是测量转动周期来反映转动快慢，若每当转速很慢时，通常是测量转动周期来反映转动快慢，若每转转1/m周计入的时钟脉冲个数为周计入的时钟脉冲个数为N，时钟脉冲周期为，时钟脉冲周期为T0，则，则转动周期为转动周期为（813）上一页返回第二节第二节 加速度传感器加速度传感器一、电容式加速度传感器一、电容式加速度传感器电容式加速度传感器结构

26、示意图如电容式加速度传感器结构示意图如图图810所示。质量块所示。质量块4由由两根簧片两根簧片3支撑置于充满空气的壳体支撑置于充满空气的壳体2内。当测量垂直方向上内。当测量垂直方向上的直线加速度时，传感器壳体固定在被测振动体上，振动体的直线加速度时，传感器壳体固定在被测振动体上，振动体的振动使壳体相对质量块运动，因而与壳体的振动使壳体相对质量块运动，因而与壳体2固定的在一起的固定的在一起的两固定极板两固定极板1、5相对质量块相对质量块4运动，致使上固定极板运动，致使上固定极板5与质与质量块量块4的的A面（磨平抛光）组成的电容面（磨平抛光）组成的电容Cx1值以及下固定极板值以及下固定极板1与质量

27、块与质量块4的的B面（磨平抛光）组成的电容面（磨平抛光）组成的电容Cx2值随之改变，值随之改变，一个增大，一个减小，它们的差值正比于被测加速度。由于一个增大，一个减小，它们的差值正比于被测加速度。由于采用空气阻尼，气体粘度的温度系数比液体小得多，因此这采用空气阻尼，气体粘度的温度系数比液体小得多，因此这种加速度传感器的精密较高，频率响应范围宽，量程大，可种加速度传感器的精密较高，频率响应范围宽，量程大，可以测很高的加速度值。以测很高的加速度值。下一页返回第二节第二节 加速度传感器加速度传感器二、差动变压器式加速度传感器二、差动变压器式加速度传感器图图811所示为两种差动变压器式加速度传感器结构

28、示意图，所示为两种差动变压器式加速度传感器结构示意图，图（图（a）为变气隙式，活动衔铁）为变气隙式，活动衔铁2兼做质量块，由两片弹簧片兼做质量块，由两片弹簧片1支撑，可测量水平方向振动加速度。图支撑，可测量水平方向振动加速度。图(b)为螺管式，活动为螺管式，活动衔铁衔铁2也是兼做质量块，由上下弹簧也是兼做质量块，由上下弹簧1支撑，用以测量垂直方支撑，用以测量垂直方向振动加速度。向振动加速度。三、电阻式加速度传感器三、电阻式加速度传感器图图812(a)为应变式加速度传感器结构示意图，悬臂梁为应变式加速度传感器结构示意图，悬臂梁1作作为弹性元件，一端固定在壳体为弹性元件，一端固定在壳体3的基座上，

29、另一端装有质量块的基座上，另一端装有质量块2，悬臂梁根部粘贴应变片，悬臂梁根部粘贴应变片4连接成差动电桥。连接成差动电桥。上一页 下一页返回第二节第二节 加速度传感器加速度传感器压阻式加速度传感器结构与图压阻式加速度传感器结构与图812(a)相似，只不过是直接相似，只不过是直接用单晶硅作悬臂梁，并在梁的根部扩散用单晶硅作悬臂梁，并在梁的根部扩散4个电阻组成差动电桥，个电阻组成差动电桥，梁的自由端仍装有惯性质量块。梁的自由端仍装有惯性质量块。图图812(b)为张丝式加速度传感器，质量块为张丝式加速度传感器，质量块3由弹性支承由弹性支承1支承在基座支承在基座4上，电阻丝上，电阻丝2连在活动质量块与

30、基座之间，作为连在活动质量块与基座之间，作为“”系统中弹簧的一部分，感受质量块的位移。当质量块相系统中弹簧的一部分，感受质量块的位移。当质量块相对于基座横向运动时，一组电阻丝被拉伸，另一组电阻丝被对于基座横向运动时，一组电阻丝被拉伸，另一组电阻丝被压缩，电阻相对变化通过电桥转换成电压输出。压缩，电阻相对变化通过电桥转换成电压输出。图图812(a)所示用以测量垂直方向加速度；所示用以测量垂直方向加速度；(b)所法用以测所法用以测量水平方向加速度，如果把二者安装方向转过量水平方向加速度，如果把二者安装方向转过90，也可以，也可以分别测量横向加速度和竖向加速度。分别测量横向加速度和竖向加速度。上一页

31、 下一页返回第二节第二节 加速度传感器加速度传感器四、霍尔式加速度传感器四、霍尔式加速度传感器图图813为霍尔式加速度传感器结构示意图。弹簧片为霍尔式加速度传感器结构示意图。弹簧片S的一端的一端固定在传感器外壳上，中总装主有质量块固定在传感器外壳上，中总装主有质量块m，末端装有霍尔，末端装有霍尔元件元件H，在霍尔元件上下方装有一对永久磁铁，它们同极性，在霍尔元件上下方装有一对永久磁铁，它们同极性（N，N）相对安装在传感器外壳上。传感器外壳固定在被测）相对安装在传感器外壳上。传感器外壳固定在被测振动体上，当被测物体作垂直方向振动时，其振动速度转换振动体上，当被测物体作垂直方向振动时，其振动速度转

32、换为霍尔元件在磁场中的位移而产生相应的霍尔电势，由霍尔为霍尔元件在磁场中的位移而产生相应的霍尔电势，由霍尔电势值可求得加速度。加速度在电势值可求得加速度。加速度在14103g14103g范围同内，输出霍尔电势与加速度之间有较好的线性关系。范围同内，输出霍尔电势与加速度之间有较好的线性关系。上一页 下一页返回第二节第二节 加速度传感器加速度传感器五、压电式加速度传感器五、压电式加速度传感器压电式加速度传感器是一种常用的加速度计。因其固定频率压电式加速度传感器是一种常用的加速度计。因其固定频率高，高频（几高，高频（几十几十几kHz范围）响应好，如配以电荷放大器，范围）响应好，如配以电荷放大器，低频

33、特性也很好（可低至低频特性也很好（可低至0.3Hz）。压电加速度传感器的优）。压电加速度传感器的优点是体积小、重量轻、缺点是要经常校正灵敏度。点是体积小、重量轻、缺点是要经常校正灵敏度。图图814是一种压缩式压电加速度传感器结构原理图。图中压是一种压缩式压电加速度传感器结构原理图。图中压电元件由两片压电片组成，采用并联接法，一根引线接至两电元件由两片压电片组成，采用并联接法，一根引线接至两片压电片中间的金片上，另一端直接与基座相连。压电片通片压电片中间的金片上，另一端直接与基座相连。压电片通常采用压电陶瓷制成。压电片上放一块重金属制成的质量块，常采用压电陶瓷制成。压电片上放一块重金属制成的质量

34、块，用一弹簧压紧，对压电元件施加预负载。整个组件装在一个用一弹簧压紧，对压电元件施加预负载。整个组件装在一个有厚基座的金属壳体中，壳体和基座约占整个传感器重量的有厚基座的金属壳体中，壳体和基座约占整个传感器重量的一半。一半。上一页 下一页返回第二节第二节 加速度传感器加速度传感器测量时，通过基座底部的螺孔将传感器与试件刚性地固定在测量时，通过基座底部的螺孔将传感器与试件刚性地固定在一起，传感器感受与试件相同频率的振动。由于弹簧的刚度一起，传感器感受与试件相同频率的振动。由于弹簧的刚度很大，因此质量块也感受与试件相同的振动。质量块就有一很大，因此质量块也感受与试件相同的振动。质量块就有一正比于加

35、速度的交变力作用在压电片上，由于压电效应，在正比于加速度的交变力作用在压电片上，由于压电效应，在压电片两个表面上就有电荷产生。传感器的输出电荷（或电压电片两个表面上就有电荷产生。传感器的输出电荷（或电压）与作用力成正比，亦即与试件的加速度成正比。压）与作用力成正比，亦即与试件的加速度成正比。这种结构谐振频率高，频响应范围宽，灵敏度高，而且结构这种结构谐振频率高，频响应范围宽，灵敏度高，而且结构中的敏感元件（弹簧、质量块和压电元件）不与外壳直接接中的敏感元件（弹簧、质量块和压电元件）不与外壳直接接触，受环境的影响小。是目前应用较多的结构形式之一。触，受环境的影响小。是目前应用较多的结构形式之一。

36、上一页 下一页返回第二节第二节 加速度传感器加速度传感器压电加速度传感器的另一种结构形式是利用压电元件的切变压电加速度传感器的另一种结构形式是利用压电元件的切变效应，它的结构如效应，它的结构如图图815所示。压电元件是一个压电陶瓷圆所示。压电元件是一个压电陶瓷圆筒，它在组装前先在与圆筒轴向垂直的平面上涂上预备电极，筒，它在组装前先在与圆筒轴向垂直的平面上涂上预备电极，使圆筒沿轴向极化，极化后磨去预备电极，将圆筒套在传感使圆筒沿轴向极化，极化后磨去预备电极，将圆筒套在传感器底座的圆柱上；压电元件外面再套上惯性质量环。当传感器底座的圆柱上；压电元件外面再套上惯性质量环。当传感器受到振动时，质量环的

37、振动由于惯性有一滞后，这样在压器受到振动时，质量环的振动由于惯性有一滞后，这样在压电元件上就出现剪切应力，产生剪切形变，从而在压电元件电元件上就出现剪切应力，产生剪切形变，从而在压电元件的内外表面上产生电荷，其电场方向向垂直于极化方向。这的内外表面上产生电荷，其电场方向向垂直于极化方向。这种结构有很高的灵敏度，而且横向灵敏度小，受环境的影响种结构有很高的灵敏度，而且横向灵敏度小，受环境的影响也比较小。也比较小。上一页 下一页返回第二节第二节 加速度传感器加速度传感器弯曲型压电加速度计由特殊压电悬臂梁构成，如弯曲型压电加速度计由特殊压电悬臂梁构成，如图图816所示。所示。它有很高的灵敏度和很低的

38、频率响应，主要用于医学上和其它有很高的灵敏度和很低的频率响应，主要用于医学上和其他低频响应的领域，如地壳和建筑物的振动等。他低频响应的领域，如地壳和建筑物的振动等。图图817示出了差动式压电加速度传感器斩结构图，它有效地示出了差动式压电加速度传感器斩结构图，它有效地消除了横向效应。在测量加速度时，两组压电元件组成差分消除了横向效应。在测量加速度时，两组压电元件组成差分输出，而在横向效应作用时它们是同相输出，因此相互抵消输出，而在横向效应作用时它们是同相输出，因此相互抵消了，环境的影响也就大大削弱了。了，环境的影响也就大大削弱了。上一页返回第三节第三节 多卜勒效应测速多卜勒效应测速一、多卜勒效应

39、一、多卜勒效应假若发射机与接收机之间的距离发生变化，则发射机发射信假若发射机与接收机之间的距离发生变化，则发射机发射信号的频率与接收机收到信号的频率不同。此现象是由多卜勒号的频率与接收机收到信号的频率不同。此现象是由多卜勒发现的，所以称为多卜勒效应。发现的，所以称为多卜勒效应。如果发射机和接收机在同一地点，两者无相对运动，而被测如果发射机和接收机在同一地点，两者无相对运动，而被测物体以速度物体以速度v向发射机和接收机运动，我们可以把被测物体对向发射机和接收机运动，我们可以把被测物体对信号的反射现象看成是一个发射机。这样，接收机和被测物信号的反射现象看成是一个发射机。这样，接收机和被测物体之间因

40、有相对运动，所以就产生了多卜勒效应。体之间因有相对运动，所以就产生了多卜勒效应。下一页返回第三节第三节 多卜勒效应测速多卜勒效应测速现在我们从被测物体与检测点接近的情况来进一步说明多卜现在我们从被测物体与检测点接近的情况来进一步说明多卜勒效应的产生过程。发射机发射出的无线电波向被测物体辐勒效应的产生过程。发射机发射出的无线电波向被测物体辐射，被测物体以速度运动，见射，被测物体以速度运动，见图图818(a)所示。被测物体做所示。被测物体做为接收机接收到的频率为：为接收机接收到的频率为：（814）式中：式中：f0发射机发射信号的频率，单位发射机发射信号的频率，单位Hz；v被测物体的运动速度，单位被

41、测物体的运动速度，单位m/s；0发射信号波长，发射信号波长，；C电磁波的传播速度。电磁波的传播速度。上一页 下一页返回第三节第三节 多卜勒效应测速多卜勒效应测速如果把如果把f1做为反射波向接收机发射信号，如做为反射波向接收机发射信号，如图图818(b)所示。所示。接收机接收到的信号频率为接收机接收到的信号频率为由于被测物体的运动速度远小于电磁波的传播速度，则可认由于被测物体的运动速度远小于电磁波的传播速度，则可认为为 ，那么，那么由多卜勒效应产生的频率之差称为多卜勒频率，即由多卜勒效应产生的频率之差称为多卜勒频率，即从上式可以看到被测物体的运动速度可以用多卜勒频率来描从上式可以看到被测物体的运

42、动速度可以用多卜勒频率来描述。述。上一页 下一页返回第三节第三节 多卜勒效应测速多卜勒效应测速二、多卜勒雷达测速二、多卜勒雷达测速多卜勒雷达的电路原理框图，如多卜勒雷达的电路原理框图，如图图819 所示。它由发射机、所示。它由发射机、接受机、混频器、检波器、放大器及处理电路等组成。当发接受机、混频器、检波器、放大器及处理电路等组成。当发射信号和接收到的回波信号经混频器混频后，两者产生差频射信号和接收到的回波信号经混频器混频后，两者产生差频现象，差频的频率正好为多卜勒频率。现象，差频的频率正好为多卜勒频率。利用多卜勒雷达可以对被测物体的线速度和转速进行测量。利用多卜勒雷达可以对被测物体的线速度和

43、转速进行测量。图图820是检测线速度的工作原理图。多卜勒雷达产生的多卜是检测线速度的工作原理图。多卜勒雷达产生的多卜勒频率为：勒频率为：上一页 下一页返回（815）第三节第三节 多卜勒效应测速多卜勒效应测速式中：式中：v被测物体的线速度；被测物体的线速度；电磁波方向与速度方向夹角；电磁波方向与速度方向夹角；0电磁波的波长；电磁波的波长；vcos电磁波方向与被测物体的速度分量。电磁波方向与被测物体的速度分量。用多卜勒雷达测运动物体线速度的方法，已广泛用于检测车用多卜勒雷达测运动物体线速度的方法，已广泛用于检测车辆的行驶速度。辆的行驶速度。图图821是检测转速的工作原理图。因为是检测转速的工作原理

44、图。因为 ，故多卜，故多卜勒频率为勒频率为上一页返回图图8-1 磁性转速表的结构原理磁性转速表的结构原理返回图图8-2 离心式转速表的结构原理离心式转速表的结构原理返回图图8-3 频闪转速表测量的工作原理频闪转速表测量的工作原理返回图图8-4 磁电式转速传感器磁电式转速传感器返回图图8-5 磁阻式转速脉冲转换电路磁阻式转速脉冲转换电路 返回图图8-6 电容式转速传感器测速原理图电容式转速传感器测速原理图 返回图图8-7 霍尔式转速传感器霍尔式转速传感器返回图图8-8 光电式转速传感器光电式转速传感器返回图图8-9 多齿电容传感器多齿电容传感器返回图图8-10 电容式加速度传感器结构示电容式加速

45、度传感器结构示意图意图返回图图8-11 差动变压器式加速度传感器差动变压器式加速度传感器返回图图8-12 电阻式加速度传感器结构示电阻式加速度传感器结构示意图意图返回图图8-13 霍尔式加速度传感器霍尔式加速度传感器返回图图8-14 压缩工电加速度计结构图压缩工电加速度计结构图返回图图8-15 剪切型压电式加速度计剪切型压电式加速度计返回图图8-16 弯曲型压电式加速度计弯曲型压电式加速度计 返回图图8-17 差动式压电加速度传感器差动式压电加速度传感器 返回图图8-18 多卜勒效应示意图多卜勒效应示意图返回图图8-19 多卜勒雷达电原理框图多卜勒雷达电原理框图返回图图8-20 多卜勒雷达检测线速度工作多卜勒雷达检测线速度工作原理图原理图返回图图8-21 多卜勒雷达检测转速工作原多卜勒雷达检测转速工作原理图理图返回