基于压电式加速度计的冲击加速度测量方法研究

基于压电加速度计速度测量信号调理电路设计要点

课程设计报告题目基于单片机的压电加速度传感器低频信号采集系统的设计 2014-2015 第二学期专业班级2012级电气5班姓名赵倩学号201295014196 指导教师马鸣教学单位电子电气工程学院 2015年7月6日

课程设计任务书 1．设计目的： ①掌握电子系统的一般设计方法和设计流程；并完成加速器低频信号的理论设计。 ②掌握应用电路的multisim等软件对所设计的电路进行仿真，通过仿真结果验证设计的正确性，完成电路设计。 2．设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：压电式加速度传感器作为一种微型传感器，其输出信号比较微弱，通常为几十个毫伏或几百个微伏。所以有必要对其输出电压进行信号调理。主要包括电源模块、放大模块、滤波模块等组成。 3．设计工作任务及工作量的要求：（1）查阅相关资料，完成系统总体方案设计；（2）完成系统硬件设计；（3）对所设计的电路进行仿真；（4）按照要求撰写设计说明书；

一、压电式加速度传感器的概要 (4) 二、信号采集系统的总设计方案 (5) 三、信号采集系统分析 (6) 1、电荷转换部分: (6) 2、适调放大部分 (6) 3、低通滤波部分: (7) 4、输出放大部分 (7) 5、积分器部分： (8) 四、单片机软件设计 (8) 五、Multisim仿真分析 (10) 1．仿真电路图 (10) 2.仿真波形及分析 (11) 六、误差分析 (11) 1、连接电缆的固定 (11) 2、接地点选择 (12) 3、湿度的影响 (12) 4、环境温度的影响 (12) 七、改进措施 (12) 六、心得体会 (12) 七、参考文献 (13)

冲击试验设备

冲击试验设备冲击试验设备性能说明：冲击试验设备主要用于测定金属材料在动负荷下抵抗冲击的性能进行检测，是冶金、机械制造等单位必备的检测仪器，也是科研单位进行新材料研究不可缺少的测试仪器。 1.本机为微机屏显式全自动冲击试验机，可实现扬摆→送料→定位→冲击→二次扬摆等一体化操作，操作简便，工作效率高，测量精度高。特别适用于连续做冲击试验的实验室和大量做冲击试验的冶金、机械制造等行业更能体现其优越性。 2.试验机主机为分体式结构，悬臂式挂摆方式，摆锤锤体U型。 3.冲击刀采用螺钉安装固定，更换简单方便。 4.试样简支梁式支承，试样端面定位。 5.主机装有安全防护销，并配备了安全防护网。 6.验机按国家标准GB/T3808-2002《摆锤式冲击试验机》、GB/T229-2007《金属夏比摆锤冲击试验方法》对金属材料进行冲击试验。冲击试验设备测控部分说明： 1)联想品牌电脑（17吋液晶，1G内存，160G硬盘） 2)惠普激光打印机 3)Windows操作系统为工作平台，屏幕显示，鼠标操作。 4)软件支持多个摆锤。 5)记录冲击强度，冲击能量等.也可计算最大最小平均值和标准偏差。 6)实验数据自动处理，自动测量摆动周期 7)系统参数全部开放，用户级操作者全方位掌握系统核心。

8)具备完美的数据分析功能，适合于用户进行各类复杂的数据分析。 9)具备完整的文件操作系统。、试验报告文件、试样文件等。 10)以ASC码的形式存贮试验数据，可用任何通用商业报表、字处理软件对试验数据进行用户方再处理 11)单台计算机通过配置AD、I/O等卡板，可满足多台试验机的测控需要。 12)在线提示，使您的工作得心应手。 13)支持各类商业通用打印机。 14)出厂设置可以文件形式存贮，便于恢复。 15)系统升级简易。 16)测控系统界面显示主窗口（如图）是软件操作控制中心。主管试验结果管理. 测试软件能实时虚拟数码管显示，监控能量值和角度值，并实时保持一次打击或空摆的冲击能量主窗口结果窗口

重力加速度多种测量方法的讨论汇总

分类号：密级：毕业论文（设计）题目:重力加速度多种测量方法的讨论系别: 专业年级: 姓名: 学号: 指导教师: 2015年06月03日

原创性声明本人郑重声明：本人所呈交的毕业论文，是在指导老师的指导下独立进行研究所取得的成果。毕业论文中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。除文中已经注明引用的内容外，不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究成果做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：日期：

关于毕业论文使用授权的声明本人在指导老师指导下所完成的论文及相关的资料（包括图纸、试验记录、原始数据、实物照片、图片、录音带、设计手稿等），知识产权归属吕梁学院。本人完全了解吕梁学院有关保存、使用毕业论文的规定，同意学校保存或向国家有关部门或机构送交论文的纸质版和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权吕梁学院可以将本毕业论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用任何复制手段保存和汇编本毕业论文。如果发表相关成果，一定征得指导教师同意，且第一署名单位为吕梁学院。本人离校后使用毕业论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为吕梁学院。论文作者签名：日期：指导老师签名：日期：

摘要物理学的产生和发展都离不开实验，而对于一个相同的物理量来说，可以有不同的测量方法和测量途径。本论文主要是研究用弹簧测力计和天平组合测量法、水滴法、单摆法、打点计时器法来测量重力加速度。并分别从以下几个方面来对这四种实验进行讨论：实验原理理解的难易程度、操作过程的繁易程度、是否适合自身条件、是否适合测量当地的重力加速度、每个实验所产生误差的原因。通过对前边四种实验的理解，结合自己的实验条件，设计出了一个用小球和细管的组合来测量重力加速度的方法。并多次做了这个实验，并把实验的结果与前边四种实验方法进行比较，比较了这几种方法的优点缺点以及测量的精确度。最后对这几种测量方法进行分析归纳，总结出这几种实验方法的利与弊，找出了一种既方便又能精确测量当地重力加速度的方法。关键词：重力加速度；实验；测量方法

压电式加速度传感器

HEFEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 《传感器原理及应用》课程考核论文题目压电式加速度传感器班级机设七班学号 20111488 姓名孙国强成绩机械与汽车工程学院机械电子工程系二零一四年五月

压电式加速度传感器摘要：现代工业和自动化生产过程中，非电物理量的测量和控制技术会涉及大量的动态测试问题。所谓动态测试是指量的瞬时值以及它随时间而变化的值的确定，即被测量为变量的连续测量过程。振动与冲击测量的核心是传感器，常用压电加速度传感器来获取冲击和振动信号。压电式传感器是基于某些介质材料的压电效应，当材料受力作用而变形时，其表面会有电荷产生，从而实现非电量测量。其中，压电式加速度传感器是以压电材料为转换元件，将加速度输入转化成与之成正比的电荷或电压输出的装置，具有结构简单、重量轻、体积小、耐高温、固有频率高、输出线性好、测量的动态范围大、安装简单的特点。一、传感器物理效应及工作原理压电效应：某些材料在受力时所产生的电极化现象。正压电效应：某些电介质在受到某一方向的机械力而变形时，在一定表面上产生电荷，若外力变向，电荷极性随之而变；当撤除外力后，又重新回到不带电状态。逆压电效应：当在电介质的极化方向施加电场，电场力使其在一定方向上产生机械变形或机械应力；当撤除外加电场时，变形或应力随之消失，又称电致伸缩效应。压电材料:石英晶体是目前广泛应用成本较低的人造石英晶体，有很大的机械强度和稳定的机械性能，温度稳定性好，但灵敏度低，介电常数小，因此逐渐被其他压电材料所代替，至今石英仍是最重要的也是用量最大的振荡器、谐振器和窄带滤波器等元件的压电材料。除此之外，压电陶瓷有较高的压电系数和介电常数，灵敏度高，但机械强度不如石英晶体好。压电式加速度传感器又称为压电加速度计，它是典型的有源传感器，利用某些物质如石英晶体、人造压电陶瓷的压电效应，在加速度计受振时，质量块加在压电元件上的力也随之变化。压电敏感元件是力敏元件，在外力作用下，压电敏感元件的表面上产生电荷，从而实现非电量电测量的目的。压电加速度传感器的原理框图如图1所示，原理如图2所示。

大学物理重力加速度的测定实验报告范文.doc

大学物理重力加速度的测定实验报告范文一、实验任务精确测定银川地区的重力加速度二、实验要求测量结果的相对不确定度不超过5% 三、物理模型的建立及比较初步确定有以下六种模型方案：方法一、用打点计时器测量所用仪器为：打点计时器、直尺、带钱夹的铁架台、纸带、夹子、重物、学生电源等. 利用自由落体原理使重物做自由落体运动.选择理想纸带，找出起始点0，数出时间为t的p点，用米尺测出op的距离为h，其中t=0.02秒×两点间隔数.由公式h=gt2/2得g=2h/t2，将所测代入即可求得g. 方法二、用滴水法测重力加速度调节水龙头阀门，使水滴按相等时间滴下，用秒表测出n个(n 取50—100)水滴所用时间t，则每两水滴相隔时间为t′=t/n，用米尺测出水滴下落距离h，由公式h=gt′2/2可得g=2hn2/t2. 方法三、取半径为r的玻璃杯，内装适当的液体，固定在旋转台上.旋转台绕其对称轴以角速度ω匀速旋转，这时液体相对于玻璃

杯的形状为旋转抛物面重力加速度的计算公式推导如下：取液面上任一液元a，它距转轴为x，质量为m，受重力mg、弹力n.由动力学知： ncosα-mg=0 (1) nsinα=mω2x (2) 两式相比得tgα=ω2x/g，又tgα=dy/dx，∴dy=ω2xdx/g， ∴y/x=ω2x/2g. ∴ g=ω2x2/2y. .将某点对于对称轴和垂直于对称轴最低点的直角坐标系的坐标x、y测出，将转台转速ω代入即可求得g. 方法四、光电控制计时法调节水龙头阀门，使水滴按相等时间滴下，用秒表测出n个(n 取50—100)水滴所用时间t，则每两水滴相隔时间为t′=t/n，用米尺测出水滴下落距离h，由公式h=gt′2/2可得g=2hn2/t2. 方法五、用圆锥摆测量所用仪器为：米尺、秒表、单摆. 使单摆的摆锤在水平面内作匀速圆周运动，用直尺测量出h(见图1)，用秒表测出摆锥n转所用的时间t，则摆锥角速度ω=2πn/t 摆锥作匀速圆周运动的向心力f=mgtgθ，而tgθ=r/h所以mgtgθ=mω2r由以上几式得： g=4π2n2h/t2. 将所测的n、t、h代入即可求得g值.

压电式传感器测量加速度

压电式加速度测试系统姓名：张书峰学号：201003140125 学院：机电学院班级：机自101 指导教师：王玮

一设计概论压电传感器是一种可逆性传感器，既可以将机械能转换为电能，又可以将机械能转换为电能。它是利用某些物质（如石英、钛酸钡或压电陶瓷、高分子材料等）的压电效应来工作的。在外力作用下，在电介质表面产生电荷，从而实现非电量测量的目的。因此是一种典型的自发电式传感器。压电传感器是力敏感元件，它可以测量最终能变换为力的那些非电物理量，例如，动态力、动态压力、振动加速度等现有测试系统的各个组成部分常常以信息流的过程来划分。一般可以分为：信息的获得，信息的转换，信息的显示、信息的处理。作为一个完整的非电量电测系统，也包括了信息的获得、转换、显示和处理等几个部分。因为它首先要获得被测量的信息，把它变换成电量，然后通过信息的转换，把获得的信息变换、放大，再用指示仪或记录仪将信息显示出来，有的还需要把信息加以处理。因此非电量电测系统，具体来说，一般包括传感器(信息的获得)、测量电路(信息的转换)、放大器、指示器、记录仪(信息的显示)等几部分有时还有数据处理仪器(信息的处理)。它们间的关系可用右框图来表示。其中传感器是一个把被测的非电物理变换成电量的装置，因此是一种获得信息的手段，它在非电量电测系统中占有重要的位置。它获得信息的正确与否，直接影响到整个测量系统的测量效果。测量电路的作用是把传感器的输出

变量变成易于处理的电压或电流信号，使信号能在指示仪上显示或在记录仪中记录。测量电路的种类由传感器的类型而定。压电加速度传感器常用的测量电路是电荷放大器。常用的压电加速度传感器的动态测量系统如图1.2 二整体设计方案 1、测量的示意图 2、设计的原理压电式加速度传感器属于惯性式传感器，工作原理是以某些物质的压电效应为基础，在加速度计受振时，加在压电元件上的力也随之变化。当被测振动频率远低于加速度计的固有频率时，则力的变化与被测加速度成正比，可以把被测的非电物理量加速度转化为电量。由于压电式传感器的输出电信号是微弱的电荷，而且传感器本身有很大内阻，故输出能量甚微，这给后接电路带来一定困难。为此，通常器信号选用电荷放大器作为电信号的测量电路。 3、方框图

冲击振动试验机工作原理

冲击振动试验机工作原理一、冲击振动试验机类型主要分为： 1)环境适应性试验：冲击振动试验机通过选用试验对象未来可能承受的振动环境去激励对象，检验其对环境的适应性。 2)动力学强度试验：考核试验对象结构的动强度，检验在给定的试验条件下试件是否会产生疲劳破坏，这类试验的对象主要是结构件。 3)动力特性试验：用试验的方法测试出对象的动特性参数，如振型、频率、阻尼等。 4)其他试验：如振动筛选试验，其目的是对生产线上的元器件、组件、整机进行振动筛选，找出工艺中的薄弱环节，剔出低质量的产品从而提高整个产品的可靠性。振动又分为正弦振动、随机振动、复合振动、扫描振动、定频振动。最常使用振动方式可分为正弦振动(Sinevibration)及随机振动(Randomvibration)两种。正弦振动以模拟海运、船舰使用设备耐振动能力验证以及产品结构共振频率分析和共振点驻留验证为主。正弦定频试验：在选定的频率上（可以是共振频率，特定频率，或危险频率）按规定的量值进行正弦振动试验，并达到规定要求的时间。正弦扫频试验：在规定的频率范围内，按规定的量值以一定的扫描速率由低频到高频，再由高频到低频作为一次扫频，直到达到规定的总次数为止。随机振动则以产品整体性结构耐振动强度评估以及在包装状态下运输环境模拟。。随机振动环境条件假定振动响应为各态历经平稳随机过程,采用功率谱密度矩阵定义振动条件,矩阵的阶数等于试验控制的界面自由度数量。谱密度矩阵的对角项是传统单轴振动试验中采用的描

述一维随机振动环境的自谱密度函数,它同时也规定了相应振动方向的均方根加速度值,自谱密度的定义可以遵循现有的环境试验标准,使用外场测量包络以覆盖产品在使用过程中可能出现的所有振动过程。非对角项是复数形式的互谱密度函数,反映了不同自由度的振动响应之间的相关程度,从外场数据规定合理的互谱是相当困难的,特别是尚无可接受的包络程序综合不同振动过程的影响,工程中一种近似处理方法是用相干函数规定互谱的幅值,而以[0,2π]均匀分布的随机变量表示其频域的相位。相干函数可以采用与自谱定义相对应的平均或包络处理,反映了空间运动的某种方向性。二、冲击振动试验机详细说明：冲击振动试验机对产品、设备、工程等在运输、使用等环境中所受的振动环境进行模拟，以检验其可靠性以及稳定性。机械振动试验用来确定机械的薄弱环节，产品结构的完好性和动态特性、常用于型式试验、寿命试验、评价试验和综合试验。对于汽车电子耐振动能力更为重要。三、参考标准： GJB150《军用装备实验室环境试验方法》 GJB360A-96电子及电气元件试验方法方法214随机振动试验 GJB4.7-83《舰船电子设备环境试验振动试验》 GJB367.2-87《军用通信设备通用技术条件》 GB/T2423GJB548A-96《微电子器件试验方法和程序》四、分类、原理、特点：振动试验机按它们的工作原理可以分为电磁式振动试验机、机械式振动试验机、液压振动

加速度计类型简介

定义中文名称：加速度传感器英文名称：acceleration transducer 定义：能感受加速度并转换成可用输出信号的传感器应用学科：机械工程（一级学科）；传感器（二级学科）；物理量传感器（三级学科）。加速度传感器是一种能够测量加速力的电子设备。加速力就是当物体在加速过程中作用在物体上的力，就好比地球引力，也就是重力。加速力可以是个常量。加速度计有两种：一种是角加速度计，是由陀螺仪（角速度传感器）改进的。另一种就是线加速度计。[1] 2分类压电式压电式加速度传感器又称压电加速度计。它也属于惯性式传感器。压电式加速度传感器的原理是利用压电陶瓷或石英晶体的压电效应，在加速度计受振时，质量块加在压电元件上的力也随之变化。当被测振动频率远低于加速度计的固有频率时，则力的变化与被测加速度成正比。压阻式基于世界领先的MEMS硅微加工技术，压阻式加速度传感器具有体积小、低功耗等特点，易于集成在各种模拟和数字电路中，广泛应用于汽车碰撞实验、测试仪器、设备振动监测等领域。加速度传感器网为客户提供压阻式加速度传感器/压阻加速度计各品牌的型号、参数、原理、价格、接线图等信息。电容式电容式加速度传感器是基于电容原理的极距变化型的电容传感器。电容式加速度传感器/电容式加速度计是对比较通用的加速度传感器。在某些领域无可替代，如安全气囊，手机移动设备等。电容式加速度传感器/电容式加速度计采用了微机电系统（MEMS）工艺，在大量生产时变得经济，从而保证了较低的成本。伺服式

伺服式加速度传感器是一种闭环测试系统，具有动态性能好、动态范围大和线性度好等特点。其工作原理，传感器的振动系统由"m-k”系统组成，与一般加速度计相同，但质量m上还接着一个电磁线圈，当基座上有加速度输入时，质量块偏离平衡位置，该位移大小由位移传感器检测出来，经伺服放大器放大后转换为电流输出，该电流流过电磁线圈，在永久磁铁的磁场中产生电磁恢复力，力图使质量块保持在仪表壳体中原来的平衡位置上，所以伺服加速度传感器在闭环状态下工作。由于有反馈作用，增强了抗干扰的能力，提高测量精度，扩大了测量范围，伺服加速度测量技术广泛地应用于惯性导航和惯性制导系统中，在高精度的振动测量和标定中也有应用。线加速度计的原理是惯性原理，也就是力的平衡，A(加速度)=F(惯性力)/M(质量) 我们只需要测量F就可以了。怎么测量F？用电磁力去平衡这个力就可以了。就可以得到F对应于电流的关系。只需要用实验去标定这个比例系数就行了。当然中间的信号传输、放大、滤波就是电路的事了。多数加速度传感器是根据压电效应的原理来工作的。所谓的压电效应就是"对于不存在对称中心的异极晶体加在晶体上的外力除了使晶体发生形变以外，还将改变晶体的极化状态，在晶体内部建立电场，这种由于机械力作用使介质发生极化的现象称为正压电效应"。一般加速度传感器就是利用了其内部的由于加速度造成的晶体变形这个特性。由于这个变形会产生电压，只要计算出产生电压和所施加的加速度之间的关系，就可以将加速度转化成电压输出。当然，还有很多其它方法来制作加速度传感器，比如压阻技术，电容效应，热气泡效应，光效应，但是其最基本的原理都是由于加速度产生某个介质产生变形，通过测量其变形量并用相关电路转化成电压输出。每种技术都有各自的机会和问题。压阻式加速度传感器由于在汽车工业中的广泛应用而发展最快。由于安全性越来越成为汽车制造商的卖点，这种附加系统也越来越多。压阻式加速度传感器2000年的市场规模约为4.2亿美元，根据有关调查，预计其市值将按年平均4.1%速度增长，至2007年达到5.6亿美元。这其中，欧洲市场的速度最快，因为欧洲是许多安全气囊和汽车生产企业的所在地。压电技术主要在工业上用来防止机器故障，使用这种传感器可以检测机器潜在的故障以达到自保护，及避免对工人产生意外伤害，这种传感器具有用户，尤其是质量行业的用户所追求的可重复性、稳定性和自生性。但是在许多新的应用领域，很多用户尚无使用这类传感器的意识，销售商冒险进入这种尚待开发的市场会麻烦多多，因为终端用户对由于使用这种传感器而带来的问题和解决方法都认识不多。如果这些问题能够得到解决，将会促进压电传感器得到更快的发展。2002年压电传感器市值为3亿美元，预计其年增长率将达到4.9%，到2007年达到4.2亿美元。使用加速度传感器有时会碰到低频场合测量时输出信号出现失真的情况，用多种测量判断方法一时找不出故障出现的原因，经过分析总结，导致测量结果失真的因素主要是：系统低频响应差，系统低频信噪比差，外界环境对测量信号的影响。所以，只要出现加速度传感器低频测量信号失真情况，对比以上三点看看是哪个因素造成的，有针对性的进行解决[5]。

冲击试验台操作规程

冲击试验台操作规程为正确、安全、规范的使用AK-SP冲击试验台，确保人身安全和设备正常运行。制定本操作规程。一【操作程序】 1电源开关: ①.将控制箱后面板上的空气开关拨至通电位置. ②.电源开关打到空气开关通电位置,面板上的数位操作面板会有显示以及电源指示灯会亮. 2面板选择开关(启动开关): ①.在设定参数前，面板选择开关拨至停止状态，参数设定及冲击波形设定后，启动开关拨至启动状态，设备开始运行。 ②.如果启动开关拨至启动状态时无法运行,证明参数设定有误请重新设定即可(参考举例操作方法设定). 3波型选择开关: ①.平常选择全波(即空档)位置 ②.按开关白色指示线可分别打到垂直(上下)半波/水平(左右)半波/垂直+水平半波(上下左右半波) 4各种冲击方向选择开关:（本机只可选择垂直冲击） ①.可选择垂直(上下)冲击/水平(左右)冲击/垂直+水平冲击皆可以(上下左右冲击) ②此开关在机器运行时不能直接转换,否则此开关会很容易烧坏

③此开关损坏时会造成机器无输出 ④无输出时原因请检查以下几点： a.检查设定参数是否有错误，可重新复位（按复位方法操作），再重新设定参数 b.接线方法 c.垂直（上下）微调或水平（左右）微调旋钮位置为中间或最大位置 d.垂直(上下)微调或水平（左右）微调可用万用表检测此阻值是否正常，470K/2W. e.如以上确认OK后，机器还是不能冲击，可更换机箱内部调幅板的另两组（对插即可） f.如以上检查有问题可于我司联系，请求处理方法 5.设定参数（注：①、CD003与CD005为冲击大小开关，CD003一般取值为80--110之间，CD005一般取值为24--28之间。②、中心轴为本司特殊制造中心轴。③、本司中心轴IE片之间有垫有硅胶片（3片），使用半年到一年后一定要自行更换即可。）（1）打开电源开关，设备通电，变频器操作面板闪烁，按下菜单键（PROG）设定代码，通过▲(+)/▼(-)/DISP移位键可设定所要的数值，在按确认键（ENTER）即可（2）先按总复位开关,面板显示C00，调CD065=0，CD041=3 ①CD012=CD013=0.1 ②CD000= 所要设定频率 (1-30HZ) ③CD088= 执行时间 (0-65500秒) ④CD064为CD088的运转次数,总时间=CD088(秒)×CD064(次)

速度、加速度的测定和牛顿运动定律的验证

中国石油大学（华东）现代远程教育实验报告课程名称：大学物理（）实验名称：速度、加速度的测定和牛顿运动定律的验证实验形式：在线模拟+现场实践提交形式：提交书面实验报告学生姓学号：年级专业层次：高起专学习中心：________ 提交时间：2016 年6 月15 日

、实验目的 1.了解气垫导轨的构造和性能，熟悉气垫导轨的调节和使用方法。 2?了解光电计时系统的基本工作原理，学会用光电计时系统测量短暂时间的方法。 3.掌握在气垫导轨上测定速度、加速度的原理和方法。 4?从实验上验证F=ma的关系式，加深对牛顿第二定律的理解。 5?掌握验证物理规律的基本实验方法。二、实验原理 1速度的测量一个作直线运动的物体，如果在t~t+ △时间内通过的位移为\x x~x+ Ax ,则该物体在 1F =—— At时间内的平均速度为亠，△越小，平均速度就越接近于t时刻的实际速度。当 A t T 时，平均速度的极限值就是t时刻（或x位置）的瞬时速度 ir = lim ------------------——— （1）实际测量中，计时装置不可能记下 A t T0勺时间来，因而直接用式（1）测量某点的速度就难以实现。但在一定误差范围内，只要取很小的位移Ax测量对应时间间隔At就可以用平均速度订近似代替t时刻到达x点的瞬时速度r。本实验中取Ax为定值（约10mm ）, 用光电计时系统测出通过Ax所需的极短时间A,较好地解决了瞬时速度的测量问题。 2.加速度的测量在气垫导轨上相距一定距离S的两个位置处各放置一个光电门，分别测出滑块经过这两个位置时的速度v1和v2。对于匀加速直线运动问题，通过加速度、速度、位移及运动时间之间的关系，就可以实现加速度a的测量。（1）由■- "-+■-测量加速度在气垫导轨上滑块运动经过相隔一定距离的两个光电门时的速度分别为v1和v2,经过两个光电门之间的时间为t21，则加速度a为 (2) （2）根据式（2）即可计算出滑块的加速度。（3）由厂测量加速度设v1和v2为滑块经过两个光电门的速度，S是两个光电门之间距离，则加速度a为根据式（3）也可以计算出作匀加速直线运动滑块的加速度。

重力加速度的测量及应用

重力加速度的测量及应用重力加速度g值的准确测定对于计量学、精密物理计量、地球物理学、地震预报、重力探矿和空间科学等都具有重要意义。测量：最早测定重力加速度的是伽利略。约在1590年，他利用倾角为θ的斜面将g的测定改为测定微小加速度a=gsinθ,。1784年，G?阿特武德将质量同为M的重物用绳连接后，挂在光滑的轻质滑轮上，再在另一个重物上附加一重量小得多的重物m，使其产生一微小加速度a ＝mg/（2M＋m），测得a后，即可算出g。 1888年，法国军事测绘局使用新的方法进行了g值的计量.它的原理简述为：若一个物体如单摆那样以相同的周期绕两个中心摆动，则两个中心之间的距离等于与上述周期相同的单摆的长度。当时的计量结果为：g=9.80991m/s2。 1906年，德国的库能和福脱万勒用相同的方法在波茨坦作了g值的计量，作为国际重力网的参考点，即称为“波茨坦重力系统”的起点，其结果为g（波茨坦）=9.81274m/s2。根据波茨坦得到的g值可以通过相对重力仪来求得其他地点与它的差值，从而得出地球上各地的g值，这样建立起来的一系列g值就称为波茨坦重力系统。国际计量局在1968年10月的会议上推荐，自1969年1月1日起，g（波茨坦）减小到9.81260m/s2。根据上述修正了的波茨坦系统，在地球上的一级点位置的g值的不确定度可小于5×10-7。应用：地球对表面物体具有吸引力，重力加速度是度量地球重力大小的物理量。按照万有引力定律，地球各处的重力加速度应该相等。但是由于地球的自转和地球形状的不规则，造成各处的重力加速度有所差异，与海拔高度、纬度以及地壳成分、地幔深度密切相关。重力预震:地球物理学研究中要求观测重力长期的细微的变化，即所谓g的长度；这种变化可能是由于地壳运动，地球的内部结构和形状的演变，太阳系中动力常数的长度以及引力常数G的变化等等。观测这些变化要求g值的计量不确定度达10-8至10-9量级。观测g值的变化可能对预报地震有密切的关系.据有关方面报道，七级地震相对应的g值变化约为0.1×10-5m/s2。目前，许多国家都在探索用g值的变化作临震预报。重力探矿:利用地下岩石和矿体密度的不同而引起地面重力加速度的相应的变化。故根据在地面上或海上测定g的变化，就可以间接地了解地下密度与周围岩石不同的地质构造、矿体和岩体埋藏情况，圈定它们的位置。所用的仪器是重力仪和扭秤（目前已为高精度重力仪所代替）。

激光位移传感器与压电式加速度传感器

传感器原理及其应用右图是激光测量机器人，利用两个激光位移传感器进行板材厚度测量的。由于生产车间的板材不能无间隙的且较水平的放在工作台上，那么若直接测量的话误差较大,若采用两个激光位移传感器进行测量时，可实时精确测量板材厚度。按照操作手册对两个传感器主从站的分布，将测量结果发送给PLC，那么PLC就很容易计算出板材厚度的结果。例如：两个传感器测量的结果分别为A、B，两个传感器之间距离为S，那么板材厚度 W=S-（A+B）。本文主要对激光位移传感器及压电式加速度传感器进行介绍。激光位移传感器激光位移传感器能够利用激光的高方向性、高单色性和高亮度等特点可实现无接触远距离测量。激光位移传感器(磁致伸缩位移传感器)就是利用激光的这些优点制成的新型测量仪表，它的出现，使位移测量的精度、可靠性得到极大的提高，也为非接触位移测量提供了有效的测量方法。激光位移传感器因其较高的测量精度和非接触测量特性，广泛应用于高校和研究机构、汽车工业、机械制造工业、航空与军事工业、冶金和材料工业的精密测量检测。激光位移传感器可精确非接触测量被测物体的位置、位移等变化，主要应用于检测物的位移、厚度、振动、距离、直径等几何量的测量。按照测量原理,激光位移传感器原理分为激光三角测量法和激光回波分析法,激光三角测量法一般适用于高精度、短距离的测量，而激光回波分析法则用于远距离测量，下面分别介绍激光位移传感器的两种测量原理。一．激光位移传感器的测量原理激光三角法测量原理

图1 激光三角法测量原理图半导体激光器1被镜片2聚焦到被测物体6。反射光被镜片3收集，投射到CCD阵列4上;信号处理器5通过三角函数计算阵列4上的光点位置得到距物体的距离。激光发射器通过镜头将可见红色激光射向物体表面，经物体反射的激光通过接受器镜头，被内部的CCD线性相机接受，根据不同的距离，CCD线性相机可以在不同的角度下“看见”这个光点。根据这个角度即知的激光和相机之间的距离，数字信号处理器就能计算出传感器和被测物之间的距离。由传感器探头（发光LED）发射出的一束670nm激光，通过特殊的多重透镜被汇聚成一个直径极小的光束，此光束被测量表面漫反射到一个分辨率极高的CCD/PSD/CMOS探测器上，通过CCD/PSD/CMOS所感应到光束位置的不同，可精确测量被测物体位置的变化。同时，光束在接收元件的位置通过模拟和数字电路处理，并通过微处理器分析，计算出相应的输出值，并在用户设定的模拟量窗口内，按比例输出标准数据信号。如果使用开关量输出，则在设定的窗口内导通，窗口之外截止。另外，模拟量与开关量输出可设置独立检测窗口。激光回波分析法测量原理激光位移传感器采用回波分析原理来测量距离可以达到一定程度的精度。传感器内部是由处理器单元、回波处理单元、激光发射器、激光接受器等部分组成。激光位移传感器通过激光发射器每秒发射一百万个脉冲到检测物并返回至接收器，处理器计算激光脉冲遇到检测物并返回接收器所需时间，以此计算出距离值，该输出值是将上千次的测量结果进行的平均输出。

机械冲击碰撞试验台

深圳供电局有限公司机械冲击碰撞试验台技术要求 1.概述本技术要求规定了深圳供电局有限公司机械冲击碰撞试验台的技术要求、验收检验内容及制造厂商售后服务要求等，必须满足下列所有条款。 2.规范与标准下列文件中的条款通过本规范的引用而成为本协议的条款。凡是注明日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本技术要求。鼓励根据本规范达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注明日期的引用文件，其最新版本适用于本技术要求。 --GJB150 --GJB360 --GJB548 --GB/T2423 --GJB1217 --JJG497 --GIEC68-2-27 3.技术指标 3.1额定负载：25kg

3.2台面尺寸（长×宽）：300×350mm 3.3冲击波形：半正弦波 3.4峰值加速度(半正弦波)：150～15000m/s2 3.5脉冲持续时间(半正弦波)：11～0.8ms 3.6冲击形式：自由跌落 3.7电源：三相380V，50/60Hz 3.8液压源：随机配置 3.9环境条件：温度（℃）0～40 3.10湿度（25℃）＜85％ 3.11可靠性：平均无故障积累工作时间≥1000h； 3.12半正弦波形发生器连续冲击次数不小于5000次； 3.13半正弦波形发生器的在干净、常温环境下的存储时间不小于5 年。 3.14测控系统ShockDAQ冲击、碰撞测量控制系统： 3.15检定标准加速度幅值、脉宽、均匀度和横向运动比满足 JJG541-88的要求。 4．售后服务 4.1厂商应提供：全套设备使用说明书、产品使用操作手册、产品出厂检验报告、产品质量证明书、产品质量意见反馈单、其他相关资料。 4.2厂商负责将设备运到用户现场，包装运输包装材料坚固、环保、方便拆卸、吊装、防潮、防震、适应各类运输。 4.3安装与调试：负责所有设备的现场安装与调试。

重力加速度测量的十种方法

重力加速度测量的十种方法方法一、用弹簧秤和已知质量的钩码测量将已知质量为m的钩码挂在弹簧秤下，平衡后，读数为G.利用公式 G=mg得g=G/m. 方法二、用滴水法测重力加速度调节水龙头阀门，使水滴按相等时间滴下，用秒表测出n个（n取50—100）水滴所用时间t，则每两水滴相隔时间为t′=t/n，用米尺测出水滴下落距离h，由公式h=gt′2/2可得g=2hn2/t2. 方法三、用单摆测量（见高中物理学生实验）方法四、用圆锥摆测量.所用仪器为：米尺、秒表、单摆. 使单摆的摆锤在水平面内作匀速圆周运动，用直尺测量出h（见图1），用秒表测出摆球n转所用的时间t，则摆球角速度ω=2πn/t 摆球作匀速圆周运动的向心力F=mgtgθ，而tgθ=r/h所以mgtgθ=mω2r由以上几式得：

g=4π2n2h/t2. 将所测的n、t、h代入即可求得g值. 方法五、用斜槽测量，所用仪器为：斜槽、米尺、秒表、小钢球. 按图2所示装置好仪器，使小钢球从距斜槽底H处滚下，钢球从水平槽底末端以速度v作平抛运动，落在水平槽末端距其垂足为H′的水平地面上，垂足与落地点的水平距离为S，用秒表测出经H′所用的时间t，用米尺测出S，则钢球作平抛运动的初速度v=S/t.不考虑摩擦，则小球在斜槽上运动时，由机械能守恒定律得：mgH=mv2/2.所以g=v2/2H=S2/2Ht2，将所测代入即可求得g值. 方法六、用打点计时器测量.所用仪器为：打点计时器、直尺、带钱夹的铁架台、纸带、夹子、重物、学生电源等. 将仪器按图3装置好，使重锤作自由落体运动.选择理想纸带，找出起始点0，数出时间为t的P点，用米尺测出OP的距离为h，其中t=0.02 秒×两点间隔数.由公式h=gt2/2得g=2h/t2，将所测代入即可求得g.

压电式加速度传感器及其应用备课讲稿

压电式加速度传感器及其应用

压电式加速度传感器及其应用一、压电式加速度传感器原理压电式加速度传感器又称压电加速度计。它也属于惯性式传感器。它是利用某些物质如石英晶体的压电效应，在加速度计受振时，质量块加在压电元件上的力也随之变化。当被测振动频率远低于加速度计的固有频率时，则力的变化与被测加速度成正比。由于压电式传感器的输出电信号是微弱的电荷，而且传感器本身有很大内阻，故输出能量甚微，这给后接电路带来一定困难。为此，通常把传感器信号先输到高输入阻抗的前置放大器。经过阻抗变换以后，方可用于一般的放大、检测电路将信号输给指示仪表或记录器。二、压电式加速度传感器构成元件常用的压电式加速度计的结构形式如图所示，是由预压弹簧，质量块，基座，压电元件和外壳组成。图中为环形剪切型，结构简单，能做成极小型、高共振频率的加速度计，环形质量块粘到装在中心支柱上的环形压电元件上。由于粘结剂会随温度增高而变软，因此最高工作温度受到限制。预压弹簧压电元件外壳质量块基座

三、压电式加速度传感器幅频特性图1 压电式加速度计的幅频特性曲线加速度限频率取决于幅频曲线中的共振频率图（图1）。一般小阻尼(z<=0.1)的加速度计，上限频率若取为共振频率的 1/3，便可保证幅值误差低于1dB（即12%）；若取为共振频率的1/5，则可保证幅值误差小于0.5dB（即6%），相移小于30。但共振频率与加速度计的固定状况有关，加速度计出厂时给出的幅频曲线是在刚性连接的固定情况下得到的。实际使用的固定方法往往难于达到刚性连接，因而共振频率和使用上限频率都会有所下降。四、压电式加速度传感器的灵敏度压电式加速度计的灵敏度压电加速度计属发电型传感器，可把它看成电压源或电荷源，故灵敏度有电压灵敏度和电荷灵敏度两种表示方法。前者是加速度计输出电压（mV）与所承受加速度之比；后者是加速度计输出电荷与所承受加速度之比。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= 9.80665m/s2。对给定的压电材料而言，灵敏度随质量块的增大或压电元件的增多而增大。一般来说，加速度计尺寸越大，其固有频率越低。因此

(完整版)重力加速度的测定实验报告

重力加速度的测定一，实验目的 1，学习秒表、米尺的正确使用 2，理解单摆法和落球法测量重力加速度的原理。 3，研究单摆振动的周期与摆长、摆角的关系。 4，学习系统误差的修正及在实验中减小不确定度的方法。二，实验器材单摆装置，停表（精度为0.01s），钢卷尺（精度为1mm），游标卡尺（精度为0.02mm) 三，实验原理单摆是由一根不能伸长的轻质细线和悬在此线下端体积很小的重球所构成。在摆长远大于球的直径，摆球质量远大于线的质量的条件下，将悬挂的小球自平衡位置拉至一边（很小距离，摆角小于5°），然后释放，摆球即在平衡位置左右作周期性的往返摆动，如图2-1所示。 f =F sinθf θ T=F cosθ F= mg L 单摆原理图

摆球所受的力f 是重力和绳子张力的合力，f 指向平衡位置。当摆角很小时（θ<5°），圆弧可近似地看成直线，f 也可近似地看作沿着这一直线。设摆长为L ，小球位移为x ，质量为m ，则 L x = θsin f=θsin F =-L x mg - =-m L g x 由f=ma ，可知a=- L g x 式中负号表示f 与位移x 方向相反。单摆在摆角很小时的运动，可近似为简谐振动，比较谐振动公式：a = m f =-ω2 x 可得ω=l g ，即02 22=+x dt x d ω，解得)cos(0?ω+=t A x ，0A 为振幅，?为初相。应有[])2cos())((cos )cos(000?πω?ω?ω++=++=+=t A T t A t A x 于是得单摆运动周期为：T =ωπ 2=2πg L 即 T 2=g 2 4πL 或 g=4π22 T L 又由于细线不是完全没有质量，他在外力作用下也不可能完成伸长，所以，单摆的重力加速度公式修正为 22 21 4T d L g +=π 四，实验步骤 1，数据采集（1）测量摆长L 用米尺测量摆球支点和摆球顶点或最低点的间距l ，用游标卡尺测量小球的直径d,则摆长 d l L 2 1+= （2）测量摆动周期用手把摆球拉至偏离平衡位置约? 5放开，让其在一个铅直面内自由摆动，当小球通过平衡位置的瞬间，开始计时，连续默数100次全振动时间为t ，再除以100，得到周期T 。（3）将所测数据列于下表中，并计算出摆长、周期及重力加速度。

冲击试验台性能指标及技术原理

冲击试验台性能指标及技术原理 1、技术指标冲击试验台用于实验室模拟产品在实际使用中，需要承受的冲击破坏的能力，以此来评定产品结构的抗冲击能力，并通过试验数据，优化产品结构强度。使用环境应无腐蚀性介质及强烈振动源，环境温度为5～30℃，相对湿度不超过85%（25℃时,不结露），电源电压变化不超过±10%。由于台体采用了减震器，一般在小能量情况下，可以不设置专用基础，用地脚螺钉紧固在坚固地面上即可。台体安装应保证水平位置，水平度不应超过1/1000。台体安装完成后，将机械台体与电气箱用专用电缆连接，将个人电脑和电气箱用专用电缆连接，接通电源，接通油源。接通传感器。 2、冲击波形功率谱具有测量量程设置功能，有效提高信号分辨率；自动增益调整，FIR数字无级滤波；具有冲击波形自动参数测量功能，可以自动显示冲击加速度峰值，脉冲宽度及速度变化量等参数；具有单次采集和连续采集功能；具有历史纪录显示，存储，最大值最小值统计功能；提供数据库管理功能，实现采集参数的自动保存和加载；测量数据保存和复现；采集的数据能形成试验报告、word文档，方便用户打印冲击曲线和后期文档制作；

提供GJB150、GJB360A、GB2423、GJB548A、GJB1217、MIL-STD-810F等标准容差带；提供冲击波形功率谱、响应谱分析功能（选项） 3、脉冲波形发生器冲击台设计了减震装置，由底座、气囊和阻尼器组成，用于减小冲击时试验台作用在地基上的冲击力。测试件安装在工作台上，工作台由四根安装在底座上的滑动导轨导向，可以上下运动。两气缸通过安装在工作台上的支架和工作台连接，当气缸充气时，活塞杆伸出，活塞杆带动工作台提升运动。冲击时，气缸充气，工作台提升，当提升到设定高度时，气缸快速放气，工作台自由跌落，工作台底面撞击波形发生器，完成一次冲击过程。从以上的冲击过程可以看出，调节工作台的跌落高度，可以得到不同的冲击初始速度，从而可得到不同的冲击过载值；而改变波形发生器的刚度，可以得到不同的脉冲宽度值，两者协调配合，可

用三种方法测量重力加速度

用三种方法测量重力加速度朱津纬1 （1.复旦大学物理学系，上海市200433）摘要：本实验通过手机phyphox软件，用三种方法测量了重力加速度。分别将落币法、复摆法和弹簧法所得的重力加速度结果与实际值比较，误差不超过4%。 1 引言随着科技的发展，如今智能手机功能越来越丰富。许多应用软件全面地利用手机中传感器，可以用来实施物理实验[1,2]。其中，“phyphox”是集合了很多实验项目的应用软件。本实验将利用它来测量重力加速度。重力加速度可通过多种方法进行测得。如单摆法[3]，多管落球法[4]，和利用自由落体的方法[5]等。在本实验中，重力加速度利用落币法、复摆法和弹簧法三种方法被测量，并与标准值比较。 2 实验原理首先，分别介绍三种方法的理论原理。 2.1 落币法该实验将利用“phyphox”中的“声控秒表”项目，测量硬币从不同高度?自由落体所需的时间t。通过对t?√?数据线性拟合，得到重力加速度g=2 斜率2 。如图1所示，硬币自由落体下落的高度为?。用水笔敲击直尺发出敲击声，设该时刻为t0。经过微小时间差Δt（与高度无关，假设为常量），硬币开始下落，设该时刻为t1。一段时间后，硬币落到地上，并发出与地面的碰撞声，设该时刻为t2。“声控秒表”测量了两次声响的时间差t=t2?t0。由自由落体公式可知 ?=1 2g(t2?t1)2=1 2 g(t?Δt)2，(2.1) 即 t=√2 g √?+Δt。(2.2) 因此t?√?呈线性关系，斜率为√2 g 。 2.2 复摆法图1 落币法实验示意图

该实验将利用“phyphox ”中的“单摆”项目，测量不同摆长L 复摆的摆动周期T 。通过对T 2? L 2+bL+ b 23 (L+b 2) 数据线性拟合，得到重力加速度g = 4π 2 斜率。如图2所示，长度为L 的细线与宽度为b 的手机组成复摆，以杆子为轴前后摆动。设复摆的转动惯量为I ，手机（过中心水平轴）的转动惯量为I c = mb 212 。则由平行轴定理得 I =I c +m(L +b 2)2。 (2.3) 由复摆摆动周期公式得 T =2π√ I mg(L+b 2 ) =2π√ L 2+bL+ b 23 g(L+b 2 ) 。 (2.4) 因此T 2? L 2+bL+ b 23 (L+b 2) 呈线性关系，斜率为4π2g 。 2.3 弹簧法该实验将利用“phyphox ”中的“弹簧”项目，测量悬挂不同质量重物弹簧的（平衡时的）下端位置x 和振动周期T 。通过对x ?T 2数据线性拟合，得到重力加速度g =斜率。之后，将考虑空气阻力，得到修正结果。如图3所示，弹簧悬挂重物。设弹簧不悬挂重物时的平衡位置为x 0（是常量）、弹簧的弹性系数为k 、塑料袋重物的总质量为m 。由受力平衡，得 mg =k (x ?x 0)。 (2.5) 再由弹簧的周期公式 T =2π√m k ， (2.6) 消去m ，得 x =g (T 2π)2+x 0。 (2.7) 图3 弹簧法实验示意图图2 复摆法实验示意图