应变片加速度传感器.doc

应变片式加速度传感器
(acceleration transducer)
汽车高速运行保驾系统中的应用
项目经理:
市场调研:
方案策划:
软硬件:
采买:
质量保证:
1设计名称: 2
2摘要 3
3应用背景与目的: 3
4设计原理: 3
5设计任务及技术指标: 4
6悬臂梁结构设计: 4
7应变电桥的选择及设计计算 5
8电桥电路的选择设计与分析 8
1设计名称:
应变片式加速度传感器
2摘要
本设计通过应变片感应加速度的变化,并把应变片接到直流电桥中,通过电阻的变化引起直流电桥电压的变化,再将电桥输出的电压通过逻辑电路放大输出,然后将输出的电压信号送到控制中心,从而达到对加速度进行实时监控的目的。
3应用背景与目的:
将应变片式加速度传感器,应用到汽车的高速运行保驾系统当中,对汽车在高速运行时的加速度进行实时监测,如有意外状况出现,汽车将自动启动保驾系统防止汽车侧翻等功能。
4设计原理:
机械振动带动传感器的质量块振动,于是他们有共同的加速度 a。然后根据公式 F=ma,把加速度的变化转为力的变化。力作用在悬臂梁上使梁横向拉长或压缩,从而带动应变片电阻进行变化。应变片受拉,电阻增大,应变片受压,电阻减小。再通过电桥把位移的变化转为电压的变化,通过电压表测出相应被放大的电压信号,当被测振动频率远低于加速度计的固有频率时,力的变化则会与被测加速度成正比(加速度单位为m/s2,但在振动测量中往往用标准重力加速度g作单位,1g= 。
)从而就可以得到相应的加速度。
5设计任务及技术指标:
⑴测量范围:20g; ⑵精度:1%; ⑶频响:~100HZ; ⑷重量:不大于 150g; ⑸电桥电压:5V。
6悬臂梁结构设计:
(1)采用等强度悬臂梁结构,其图如下

1——惯性质量块 2——应变量 3——硅油阻尼液 4——应变片 5——温度补偿电阻
6——绝缘套管 7——接线柱 8——电缆 9——压线柱 10——壳体 11——限位块
材料选择及尺寸确定:
,质量块取 M=50g
(悬臂梁)选用铍青铜
主要参数:。(E=5000Mpa,P=,)取d=10mm
(悬臂梁)最大拉应力应取:
F=ma=50*20*10*10-3=10N(设g=10N/KG)
(3)设计计算:
a、在最大加速度时,即 a=20g 时,有悬臂梁最大的拉。压力为10N。
强度计算及校核 A = πd^2/4 得:A=×10-6
σ=N/A≤[σ] 是否成立?
如果成立,则强度足够;如果不成立,则强度不够。
[σ] =σu /n 其中:n---安全系数。取 n=
b、质量块相对于基座的位移可按下列原则确定:
⑴当 a≤20g 时。其中 a 为被测加速度。
设计步骤:⑴根据胡克定律及变形得(∆L AB )= NL/(EA AB)
⑵取原长 L=20mm,则△L=(10×20×10-3)/(5000×)=×10-5M
且温度的变化引起长度,直径的变化可以忽略。

7应变电桥的选择及设计计算
应变片的选择:选用小型硅应变片
额定电阻:120欧
A:分析及各尺寸确定
R =(ρL)/S (2-1)
其中:L-金属导线长度 S-金属导线横截面积ρ-电导率(不同材料电阻率不同)
当金属导线两端受拉力 F 伸长变形。设其伸长ΔL,横截面积则缩小,它的截面圆半径减少Δr。金属电阻丝在变形后,电阻率也会有所改变,这种现象称为电阻应变效应。
将变形后电导率记作Δρ,对式(2-1)求全微分,即求出电阻丝伸长后,其电阻值改变了多少。有,
∆R = (∆ρL)/s+ (∆Lρ)/s -(∆SρL)/S^2 (2-2)
用式(2-1)去除式(2-2)得到
∆R/R= ∆L/L- ∆S/S + ∆ρ/ρ(2-3)
另外,我们知道导线的横截面积 S = πr^2,则∆S = 2πr*∆r ,所以,
∆S/S= (2∆r)/r (2-4)
从材料力学我们知道: ∆r/r= - µ∆L/L (2-5)
其中,负号表示伸长时,半径方向是缩小的。μ是表示材料横向效应泊松系数。把式(2-4)(2-5)代入(2-3)。
∆R/R= ∆ρ/ρ+∆L/L+2µ∆L/L=(1+2µ(∆ρ/ρ)/(∆L/L))*∆L/L = K*∆L/L(2-6)
其中: K = 1+2µ+(∆ρ/ρ)/(∆L/ L) (2-7)
在材料力学中ΔL/L 称作为应变,记作ε,