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(2) 材料选择及尺寸确定: a. 壳体及质量块选用碳钢,质量块取 M= 50g b. 弹性元件(悬臂梁)选用铍青铜主要参数: 选取 作为梁的材料。( E=5000Mpa , P=,) 取 d=10mm c. 许用应力(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=π d^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= 经计算可知满足要求 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