一種光柵式振動傳感器的製作方法
2023-06-10 16:12:26
專利名稱：一種光柵式振動傳感器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種傳感器技術，特別涉及一種光柵式振動傳感器。
背景技術：
在高度發展的現代工業中，現代測試技術向數位化、信息化方向發展已成必然發 展趨勢，就振動傳感器來說，由於傳感器內部機電變換原理的不同，輸出的電量也各不相 同。有的是將機械量的變化變換為電動勢、電荷的變化，有的是將機械振動量的變化變換為 電阻、電感等電參量的變化，根據原理不同，可以分為一下幾種相對式電動傳感器、電渦流 式傳感器、電渦流式傳感器、電容式傳感器、慣性式電動傳感器、壓電式加速度傳感器、壓電 式力傳感器、阻抗頭、電阻應變式傳感器。但對於此類傳感器的靈敏度要求是越來越高，實 現起來非常困難。
發明內容本實用新型是針對現在振動傳感器的靈敏度要求是越來越高的問題，提出了一種 光柵式振動傳感器，可以達到相當高的靈敏度。本實用新型的技術方案為一種光柵式振動傳感器，包括傳感器的箱體、質量塊、 阻尼器、發光二極體、彈簧、移動光柵、固定光柵、光電元件，連接阻尼器垂直方向一頭連接 箱體，一頭接質量塊下端，質量塊上端與箱體之間接彈簧，在彈簧一邊平行位置依次安裝移 動光柵、固定光柵和光電元件，移動光柵固定在質量塊上，在彈簧另一邊平行位置安裝發光 二極體，固定光柵、光電元件、發光二極體固定在箱體上，箱體壓在被測物體上。本實用新型的有益效果在於本實用新型一種光柵式振動傳感器，由於光柵的精 度和靈敏度很高，所以設計出來的光柵式振動傳感器的靈敏度很高。
圖1為本實用新型光柵式振動傳感器設計模型圖；圖2為本實用新型通過matlab畫出速度幅值比圖。
具體實施方式
一種光柵式振動傳感器設計實現方法首先對已有的模型進行振動分析，通過一系 列運算求出被測物體的速度與質量塊速度的關係，然後利用matlab把得到的這種關係用 圖形表示出來，接著對圖形進行分析，從中找到規律。最後根據規律設計出光柵式振動傳感
ο通過對模型的振動分析來說明該設計的步驟，如圖1所示模型圖，包括被測物體 1、傳感器的箱體2、質量塊3、阻尼器4、發光二極體5、彈簧6、移動光柵7、固定光柵8、光電 元件9，連接阻尼器4垂直方向一頭連接箱體2，一頭接質量塊3下端，質量塊3上端與箱體 2之間接彈簧6，在彈簧6 —邊平行位置依次安裝移動光柵7、固定光柵8和光電元件9，移
3動光柵7固定在質量塊3上，在彈簧6另一邊平行位置安裝發光二極體5，固定光柵8、光電 元件9、發光二極體5固定在箱體2上。工作原理當被測物體1振動時，質量塊3相對於箱體2有相對的運動，這時移動 光柵7對於固定光8會運動，當發光二級管5出的光通過光柵時，會在光電元件9表面產生 摩爾條紋，這個條紋會隨質量塊3運動而產出相應的運動，通過後面的電路處理後就能測 出被測物體的速度。通過微分和積分電路還能測出物體的位移和加速度。已知質量塊3質量為m，剛度k，阻尼C，地基的位移是y，質量塊相對與箱體的位 移是ζ。設地基的振動為y = Ycoswt ；根據牛頓第二定律，可得到系統的運動微分方程為
YYl
dtJ . J^ , , ___ dtJ — J
dt
+ c一 + kz = -m~— = WW Ycoswt dt dt
通過求解可以得到方程的特解z = Zc0S(wt-p )w2，其中
mvj2YYx2
Z =
V(A:-mw2)2+(cw)2 yl(\-r2)2+(2er)2 cw 2srtan/ =— 2
k 一 mw \-r
w I k其中r=— =±， P \m^z / Φ . mW F =r.-wsi^vv 1 -p)!-wYsinwt
mw2Y, T,mw2幅值比,,, 、？ /-^Y = ■
'\l(k-mw2)2 + (cw)2k^l(i-r2)2 +(2sr)2 ^(l-r2)2 +(2ε rf
相位差P。
我們通過matlab畫出速度幅值比的圖形如圖2所示來分析一下，這個圖形的幾個 特殊位置。其中綠色的曲線是ε =0.7時的曲線，藍色的曲線是ε =1時的曲線，紅色的 曲線是ε =0.5時的曲線，青色的曲線是ε =0.25時的曲線，品紅色的曲線是ε =0.01 時的曲線；它們的不同取值是由於阻尼器c的不同而不同的。但當橫坐標r超過3. 5時， 以上各個曲線的值趨近於1。這一現象的物理意義是被測物體的振動頻率超過傳感器的固 有頻率3. 5時，質量塊3的速度就是被測物體1的速度，實際中只要物體的振動頻率較高 時高時，就能測出被測物體1的速度。因為r = w/p，當被測物體1的振動頻率w使r處於
0. 8-1. 5之間時，我們可以改變p，使ρ變小(ρ 二 λ/^即m變大k變小即可)，從而使r超過
V m
3. 5，這樣就能測量物體1的速度了，這樣我們可以設計出不同型號的傳感器。
權利要求一種光柵式振動傳感器，其特徵在於，包括傳感器的箱體(2)、質量塊(3)、阻尼器(4)、發光二極體(5)、彈簧(6)、移動光柵(7)、固定光柵(8)、光電元件(9)，連接阻尼器(4)垂直方向一頭連接箱體(2)，一頭接質量塊(3)下端，質量塊(3)上端與箱體(2)之間接彈簧(6)，在彈簧(6)一邊平行位置依次安裝移動光柵(7)、固定光柵(8)和光電元件(9)，移動光柵(7)固定在質量塊(3)上，在彈簧(6)另一邊平行位置安裝發光二極體(5)，固定光柵(8)、光電元件(9)、發光二極體(5)固定在箱體(2)上，箱體(2)壓在被測物體上。
專利摘要本實用新型涉及一種光柵式振動傳感器，連接阻尼器垂直方向一頭連接箱體，一頭接質量塊下端，質量塊上端與箱體之間接彈簧，在彈簧一邊平行位置依次安裝移動光柵、固定光柵和光電元件，移動光柵固定在質量塊上，在彈簧另一邊平行位置安裝發光二極體，固定光柵、光電元件、發光二極體固定在箱體上，箱體壓在被測物體上。通過一系列運算求出被測物體的速度與質量塊速度的關係，然後利用matlab把得到的這種關係用圖形表示出來，接著對圖形進行分析，從中找到規律。最後根據規律設計出光柵式振動傳感器。由於光柵的精度和靈敏度很高，所以設計出來的光柵式振動傳感器的靈敏度很高。
文檔編號G01H9/00GK201731936SQ20102022159
公開日2011年2月2日 申請日期2010年6月10日 優先權日2010年6月10日
發明者宋麗, 董新峰, 遲玉倫, 馬燕玲 申請人:上海理工大學