实用传感器电路（四）

九、加速度计电路 伺服加速度计是一种能高精度检测直流～1kHz低频带的振动加速度传感器。传感器内有放大器,因其能以2V/g的高灵敏度检测振动,故信号处理电路非常简单。图9.1示出检测直流～60Hz振动的电路。     

基于振幅放大机制的周期钢弹簧浮置板轨道结构低频振动控制

钢弹簧浮置板轨道结构因其具有良好的减隔振性能在城市轨道交通中应用广泛,但对于20 Hz以下的低频振动,尤其是人体敏感频率范围内(4～8 Hz)的隔振效果并不理想。鉴于此,引入振幅放大思想,设计了一种杠杆式隔振器,用于有效提升钢弹簧浮置板轨道在人体敏感频率范围内的隔振效果。基于钢弹簧浮置板轨道结构的周期性特征,采用能量泛函变分法并结合人工弹簧技术建立了配置有杠杆式隔振器的周期性钢弹簧浮置板轨道结构带隙特性分析模型;以带隙特性作为评价指标,从研究振动波传递的角度出发,系统地分析了配置有杠杆式隔振器的钢弹簧浮置板轨道结构中弯曲振动波的传递路径特征,验证了杠杆式隔振器对轨道结构中低频弯曲振动波的调控作用。在此基础上,进一步考虑列车荷载的作用,分析验证了动态轮轨力作用下杠杆式隔振器的低频隔振性能以及对轨道结构动力响应的影响。结果表明：杠杆式隔振器对浮置板轨道的低频弯曲波调控效果明显,由0～9.6 Hz成功调控至4 Hz以下;与普通浮置板轨道相比,4～8 Hz范围内传递至下部基础的力大幅度衰减,最大衰减约20 dB,同时,杠杆式隔振器对轨道结构的振动也有一定的抑制效果。     

伺服加速度计的研究

一、引言伺服式加速度计是一种高精度、高灵敏度的稳定的加速度计,它在低频振动测量中是一种有力的工具。在惯性导航系统中,在对建筑物、地基、水库、桥梁、车辆等的测量中,伺服式加速度计是十分有用处的;此外,伺服式加速度计还可对加速度计进行校准。因此,伺服式加速     

基于转动支承梁式的光纤光栅低频加速度传感器

为了实现低频振动的高灵敏度测量,设计了一种基于转动支撑梁的新型光纤布拉格光栅加速度计。 通过分析其振动 模型和 MATLAB 数值计算,优化了传感器的结构参数,设计传感器理论灵敏度为 1 725 pm / g,固有频率为 68. 4 Hz。 同时通 过 COMSOL 模拟分析传感器的动态特性,其模拟结果与理论分析吻合。 频响特性和幅值特性实验结果表明光纤光栅加速度 计在加速度 0 ~ 2 g、工作频率 0. 5 ~ 20 Hz 的范围内,传感器加速度特性曲线呈现良好线性关系,灵敏度高达 1 495. 2 pm / g,重 复性良好。 该传感器结构简单紧凑,轴承结构有效减少悬臂梁振动过程中的弹性能耗,可显著提高其灵敏度,能够实现低频 振动信号的探测。     

2.4GHz无线振动测量系统的研制

针对桥梁、精密仪器等工程结构的低频振动监测问题,研制了一款短距离无线测量系统。利用MEMS器件实现了低频振动信号拾取。利用nRF24E1无线SOC单片机实现了振动信号的无线传输。利用Visual C++编写了PC机数据采集程序。实验表明该无线振动测量系统对于5 Hz以下的低频振动信号分辨力为0.2 mg,视距无线传输距离为30 m.     

一种微机械谐振式加速度计的自激驱动控制

为了研制谐振微机械加速度计,文中介绍了静电刚度的谐振式微加速度计的工作原理,并根据闭环控制要求,建立了基于自激原理的系统分析方程,利用平均周期法分析了系统稳定性和振动幅度稳态平衡点。理论分析确定了系统起振条件和相位偏差对闭环振幅和频率的影响。对基于体硅溶片制造和真空封装的谐振微加速度计,自激闭环测试结果表明检测电压1 V时,灵敏度为18 Hz/g;检测电压5 V时,灵敏度为58 Hz/g,10 min内闭环谐振频率最大漂移0.2 Hz,可分辨加速度约3.5 mg.     

超精密机床垂向有源隔振系统的实验研究

分析了有源和无源两种隔振方式理论,建立了超精密机床垂直方向有源隔振系统。通过实验证明引入有源控制后,隔振台对环境干扰主振动的隔离有所增强;隔振台低频振动情况得到一定程度的改善,有效隔振范围3～5Hz;工件加工表面质量有所提高。     

精密隔振平台主动阻尼系统的低频微振动测量研究

阐述了精密气垫式隔振平台的主动阻尼关键技术之一的低频微振动测量问题，着重分析了压电传感器在低频、微幅振动测量的条件下的电荷变换单元的电路参数，并介绍了实际研究结果及其在上述主动阻尼系统中的使用效果。     

超低频压电谐振传感器的设计

文章提出了利用压电谐振机理实现超低频振动传感器的实用方法,通过对压电谐振式传感机理分析研究,得出可测超低频范围在0～3Hz。设计了超低频振动传感器的具体电路、变频组成及模拟结果。     

基于传感器技术的振动智监测研究

提出了一种基于悬臂式创意的振动传感器模型,以实现对智能变压器振动状态的及时监测。以油浸式110 kV智能变压器样机作为实验对象,对该模型进行了应用。应用结果表明,该振动传感器所测得的智能变压器正常振动频率范围为130～140 Hz,而铁芯变压器的正常振动频率范围为50～200 Hz,所设计的智能传感器测得的振动频率在一般变压器的振动区间,该振动传感器的测量结果符合实际情况,具有较高的应用性。该研究对于传感器振动智能检测设计具有一定的参考意义。     

基于石英挠性加速度计的卫星微振动测量控制单元的设计

卫星微振动高精度测量与控制是评价卫星平台与遥感系统等有效载荷成像质量和高精度姿态指向的关键因素,石英挠性加速度计作为高精度加速度敏感传感器可应用于卫星在轨微振动监测。针对石英挠性加速度计,设计了一种测量与控制电路,作为在轨微振动测量系统的核心组成单元,用于微加速度信号的检测与调理、抗混叠滤波、数据同步采集、处理、存储和状态控制。实际测试表明其信号测量精度高,数据采集同步性好,工作稳定可靠。     

无源伺服反馈多输出低频振动传感器

介绍了一种无源多输出低频振动传感器,可同时测量加速度和速度。利用无源伺服反馈控制技术,传感器呈现速度摆特性,但该速度摆不是通常意义上大阻尼状态的速度摆,对摆体特性进行了详细的数学分析,仅使用一种换能方式即实现了加速度和速度两组物理量的测量,证明了速度输出是速度摆速度计,加速度输出是速度摆加速度计。对传感器特性,尤其是加速度输出特性进行了较为详细的分析。最后,对传感器进行了测试,得到该传感器的加速度输出和速度输出在0.1~100 Hz有较好的频率响应特性,可以满足低频工程振动测量的需求,且实现了一只传感器同时测量加速度和速度两种物理参量。     

上海光源储存环磁铁支架隔振测试与分析

利用隔振原理,为磁铁支架设计了一种使用弹簧阻尼隔振器的隔振支撑方案,并在支架样机上进行了测试。测试结果显示,与刚性支撑方案对比,该支撑方式能有效地隔离垂向7 Hz以上,径向4 Hz以上的地面振动。由于低频的地面振动被放大,所以1～100 Hz总的振动幅度没有减小。因此,此支撑方案在实用前需要进一步研究采用主动控制的方法抑止低频振动放大。     

仪器化压入仪深度测量随动盘模态分析

建立了高精度仪器化压入仪深度测量随动盘的三维实体模型,并利用有限元分析软件ABAQUS计算了该模型的固有频率和振型.结果表明:深度测量随动盘第(1～6)阶的固有频率均处于低频范围(小于20Hz),这就要求高精度仪器化压入仪的驱动部件应选用具有平滑线性力/行程控制特性的音圈电机,将压入测试时的加/卸载过程控制在准静态状态.此外,高精度仪器化压入仪应配备具有较好低频振动隔离特性的隔振台.分析对高精度仪器化压入仪的设计和改进以及工作环境的选择有一定指导意义.     

双端固定音叉式硅微机械谐振器的研究与应用

提出了一种使用双端固定音叉的新型结构的谐振式硅微机械加速度计。它用硅梁侧壁形成的静电电容进行激振，并通过在音叉臂上制作的压敏电阻检测振动。该加速度计输出的是频率信号，具有精度高、抗干扰能力强的优点。探讨了传感器的工作原理，并用有限元方法进行了仿真模拟，结果显示传感器的灵敏度约为2Hz/g。     

光学有效载荷在轨隔振器的设计

为了抑制空间光学载荷的振动,针对大口径、高分辨的光学遥感器设计了一种隔振器,并研究了隔振器的主要结构参数和布置方式。首先,使用有限单元法分析了隔振器主要参数与刚度特性之间的关系。然后,利用BP网络预测隔振器的三向刚度,搜寻了符合条件的隔振器的结构参数。结合光学载荷的一般结构形式,提出一种对称辐射式布置方式,建立了相应的理论模型,并进行了仿真研究。最后,设计、加工出了一套隔振系统原理样机,并对其静态性能及隔振性能进行了测试实验。实验结果显示:隔振系统的基频在5.31Hz左右;对高于25Hz的振动,衰减可以达到20dB以上;仿真和实验结果之差在8%以内。得到的结果表明,设计的隔振器可以有效降低空间飞行器传递给光学载荷的振动。     

振动测试用传感器低频特性分析与补偿

针对低频振动环境对航天产品结构的影响和危害,提出了基于正弦压力动态系统的一种振动测试用压电传感器低频动态研究方法,该方法应用双向双通道进出口同步技术的正弦压力动态系统对PCB公司的某压电传感器低频特性进行了实验研究,得到其下限截止频率为0.26 Hz。研究发现,当被测振动或冲击信号频率在1～200 kHz时,信号的正压作用时间的误差范围为4.87%～0.03%。并针对测振传感器低频响应进行了补偿,补偿效果良好。     

磁流体动力学微角振动传感器自动标定系统设计

基于磁流体动力学(magnetohydrodynamics,MHD)微角振动传感器研制过程中,需要对其频响特性及输出线性度等指标进行测试,这便需要宽频带(3 Hz～1 kHz)内的恒定角速率激励装置及高精度角振动检测装置.基于105-AVT角振动台和XL-80激光干涉仪搭建了适用于MHD微角振动传感器的自动标定系统,鉴...     

光纤光栅技术在加速度传感器拾震结构中的应用研究

振动信号是表征各种机械设备、桥梁、建筑稳定性的重要因素。在重大工程结构的测量中,振动信号频率高,加速度值也较大,信号的采集、处理相对容易。而对于频率在50 Hz以下的振动信号,例如地震监测、地质勘探等,振动信号幅值小,有效信号易被忽略,一般的光纤光栅振动传感器不能满足低频信号的测量。该文针对低频振动信号的采集问题,对悬臂梁结构的光纤布拉格光栅加速度传感器进行阐述,与嵌入式结构、芯轴式结构的加速度传感器作横向比较,整理光纤光栅加速度传感器的发展历程,并对光纤加速度传感器的发展作进一步展望。     

工程中的低频振动测量与其传感器

针对工程实际中低频振动监测常被忽视的状况，讨论了工程中低频振动测量的要求，包括对大型水发电机组、桥梁、高楼和大坝等大型工程结构的振动监测和故障诊断以及其它工程领域的低频振动测量。文中还讨论了结构模态测试、动态应力应变测量、局部损伤检测对于振动传感器、信号处理技术的要求，并针对现有的测振传感器的不足，提出一种采用串联校正的、高灵敏度、高可靠的新型绝对振动传感器。