陀螺儀工作原理

1、2021/8/141速度、轉(zhuǎn)速、加速度測(cè)量2021/8/142速 度 測(cè) 量速度測(cè)量線速度測(cè)量（m/s，km/h) 角速度測(cè)量(rad/s) （轉(zhuǎn)速測(cè)量(轉(zhuǎn)/分）2 nRotary speed：revolutions per minute (r.p.m.)Angular VelocityLinear Velocity2021/8/143 測(cè)量原理： 1. 物體運(yùn)動(dòng)的線速度可以從物體在一定時(shí)間內(nèi)移動(dòng)的距離或者從物體移動(dòng)一定距離所需的時(shí)間求得，這種方法只能求某段距離或時(shí)間的平均速度。越越小，越接近瞬時(shí)速度。相關(guān)法;空間濾波器法2. 角速度和線速度的相互轉(zhuǎn)化。svtvr3. 利用物理參數(shù)測(cè)量：多普勒

2、效應(yīng)、流體力學(xué)定律、電磁感應(yīng)原理4. 加速度積分法和位移微分法2021/8/144光束切斷法 光束切斷法檢測(cè)速度適合于定尺寸材料的速度檢測(cè)。這是一種非接觸式測(cè)量，測(cè)量精度較高。 圖2所示它是由兩個(gè)固定距離為L的檢測(cè)器實(shí)現(xiàn)速度檢測(cè)的。檢測(cè)器由光源和光接收元件構(gòu)成。被測(cè)物體以速度v行進(jìn)時(shí)，它的前端在通過第一個(gè)檢測(cè)器的時(shí)刻，由于物體遮斷光線而產(chǎn)生輸出信號(hào)，由這信號(hào)驅(qū)動(dòng)脈沖計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)至物體到達(dá)第二個(gè)檢測(cè)器時(shí)刻檢測(cè)器發(fā)出停止脈沖計(jì)數(shù)。由檢測(cè)器間距L和計(jì)數(shù)脈沖的周期T、個(gè)數(shù)N，可求出物體的行進(jìn)速度。 2021/8/145LvNT 圖2 光束切斷式速度測(cè)量2021/8/146 相關(guān)法檢測(cè)線速度，是利

3、用隨機(jī)過程互相關(guān)函數(shù)的方法進(jìn)行的，其原理如圖3所示。被測(cè)物體以速度V行進(jìn)，在靠近行進(jìn)物體處安裝兩個(gè)相距L相同的傳感器（如光電傳感器、超聲波傳感器等）。傳感器檢測(cè)易于從被測(cè)物體上檢測(cè)到的參量(如表面粗糙度、表面缺陷等），例如對(duì)被測(cè)物體發(fā)射光，由于被測(cè)物表面的差異及傳感器等受隨機(jī)因素的影響傳感器得到的反射光信號(hào)是經(jīng)隨機(jī)噪聲調(diào)制過的。圖中傳感器2得到的信號(hào)x（t）是由于物體A點(diǎn)進(jìn)入傳感器2的檢測(cè)區(qū)得到的。當(dāng)物體A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到傳感器1的檢測(cè)區(qū)得到信號(hào)y（t）。當(dāng)隨機(jī)過程是平穩(wěn)隨機(jī)過程時(shí)，y(t)的波形和x（t)是相似的，只是時(shí)間上推遲了t0(=L/v)，即相 關(guān) 法2021/8/147 圖3 相關(guān)測(cè)速原理

4、圖 其物理含義是x(t)延遲to后成x(tt0)，其波形將和y（t）幾乎重疊，因此互相關(guān)值有最大值。00000( )()11( )lim() ( )lim() ()()TTxyTTxy tx t tRx ty t dtx t t x tdtTTRt2021/8/148可用于生產(chǎn)過程中的塑料板帶、布、鋼板帶等速度檢測(cè)。注意測(cè)量輥與被測(cè)物之間的滑移所造成的測(cè)量誤差。 圖1 接觸輥式速度測(cè)量接 觸 輥 法 接觸輥式速度檢測(cè)法是應(yīng)用最廣泛的一種方法。如圖1所示把旋轉(zhuǎn)輥輪（測(cè)量輥）接觸在行進(jìn)的物體上，被測(cè)物體以速度v行進(jìn)并帶動(dòng)測(cè)量輥轉(zhuǎn)動(dòng)由測(cè)量輥的轉(zhuǎn)速和周長求得物體的行進(jìn)速度。vr2021/8/149皮托

5、管測(cè)速法2021/8/1410理想不可壓縮流體在重力場(chǎng)中作定常流動(dòng)時(shí)，具有三種形式的能量：位勢(shì)能、壓力勢(shì)能和動(dòng)能，在流線上任何一處三者能量之和保持恒定。1.potential energy: mgz1, mgz2Permass: gz1, gz22. Kinetic energy:Permass:3.pressure energy:Workdoneforcedistance= Permass: p為動(dòng)壓強(qiáng)2112mv2212mv2112v2212vmmppAA1p2pV2,p2z1z2V1,p1221211221122ppvgzvgz動(dòng)壓(Pv) 靜止壓(Ps) 全壓（Pt)流體伯努力方程流體

6、伯努力方程：(Benoullis Equation)2021/8/1411皮托管： 12zz2212122211112202()ppvvvppv皮托管是測(cè)量流體速度的主要工具之一,廣泛用于船舶和飛行體的測(cè)速。圖6為皮托管測(cè)流速原理圖，圖中所示從滯止點(diǎn)一直到壓力表液面上的空間是一個(gè)內(nèi)管，在它的外面包著外管，且與壓力表的另一個(gè)液面上的空間相通，外管的壁上開有小孔，就是靜壓孔。在測(cè)量時(shí)，只要把皮托管對(duì)準(zhǔn)流體流動(dòng)的方向，使內(nèi)管頂端（滯止點(diǎn)）能感受全壓力 pt，而具有靜壓孔的外管感受靜壓力 ps。2021/8/1412 多普勒測(cè)速 當(dāng)光源和反射體或散射體之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，接收到的聲波頻率與入射聲波頻率

7、存在差別的現(xiàn)象稱為光學(xué)多普勒效應(yīng)，是奧地利學(xué)者多普勒于1842年發(fā)現(xiàn)的。 當(dāng)單色光束人射到運(yùn)動(dòng)體上某點(diǎn)時(shí)，光波在該點(diǎn)被運(yùn)動(dòng)體散射，散射光頻率與人射光頻率相比，產(chǎn)生了正比于物體運(yùn)動(dòng)速度的頻率偏移，稱為多普勒頻移。2021/8/1413 圖4多普勒效應(yīng)原理kiksP(Apparent frequency),iPcPP sii靜止時(shí)，入射光頻率為：為光速， 為入射光波波長。表示平行于入射光波矢量的單位矢量； 表示平行于散射光波矢量的單位矢量若 點(diǎn)以速度v k遠(yuǎn)離光源，則對(duì)P點(diǎn)來說入射光的視在頻率為：入射波相對(duì)于 點(diǎn)的速度對(duì)光電探測(cè)器來說，散射光視在波長、頻KK率分別為：，0 0i if f = =c

8、 c/ /s ss sp p f f = =( (c c- -v v k k ) )/ / c c- -v v k kp pi ii ii if f = =s sc c= =( (c c- -v v k k) )/ /f f, , 1,:vcP2則散射光和原始光之間的頻移為：由于則散射波相對(duì)于 點(diǎn)的速度其中為物體至光源方向與物體運(yùn)動(dòng)方向間的夾角;為物體至觀察者方向與物體運(yùn)動(dòng)方向間的夾角，s ss s1 12 2i ic c( (c c- -v v k k ) )i i( (c c- -v v k k ) )s si ic c- -v v k kc ci i f f = =f f - -f f

9、= =( (- -1 1) )s s0 0d dc c- -v v k ki is sv v ( (k k - -k k ) )s si i f f = =d di ic c- -v v k kv v( (c co os s+ +c co os s) )= =2021/8/1414,iPcPi靜止時(shí)，入射光頻率為：為光速，為入射光波波長。若點(diǎn)以相對(duì)速度vk 遠(yuǎn)離光源，則入射光對(duì)P點(diǎn)的視在頻率為：對(duì)光電探測(cè)器來說，散射光波長、頻率分別為：則散射光和原始光之間的頻移為：0 0i if f = = c c/ /s ss sp p f f= =( (c c- - v vk k ) )/ /p pi i

10、i ic c( (c c- - v vk k ) )i if f = =s s( (c c- - v vk k ) )s si ic c- - v vk kc ci i f f = = f f - - f f = =( (s s0 0d dc c- - v vi i= =( (c c- - v vk k ) )/ /f f , , 1,:vc2由于則其中為物體至光源方向與物體運(yùn)動(dòng)方向間的夾角;為物體至觀察者方向與物體運(yùn)動(dòng)方向間的夾角1 12 2i i- -1 1) )k ks sv v ( (k k - - k k ) )s si i f f = =d di iv v( (c co os s

11、+ +c co os s ) )= = 圖4多普勒效應(yīng)原理kiksP122021/8/1415后向散射型多普勒測(cè)速原理 從入射光束方向看，后向散射是指接收散射光束的光電檢測(cè)器位于被測(cè)物體后面，即與光源在同一側(cè)。激光器S發(fā)出光束垂直人射到運(yùn)動(dòng)體，并在P點(diǎn)散射，散射光由光電檢測(cè)器R接收。根據(jù)多普勒效應(yīng)檢測(cè)多普勒頻移，如果人射光與散射光的夾角為，則多普勒頻移為：0120090 ,90sin/sin/(sin )diddfvff vcvcff 2v2021/8/1416多普勒效應(yīng)的另一種解釋 輻射的波長因?yàn)楣庠春陀^測(cè)者的相對(duì)運(yùn)動(dòng)光源和觀測(cè)者的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生變化而產(chǎn)生變化。在運(yùn)動(dòng)的波源前面，波被壓縮，波

12、長變得較短，頻率變得較高 (藍(lán)移 (blue shift)。在運(yùn)動(dòng)的波源后面，產(chǎn)生相反的效應(yīng)。波長變得較長，頻率變得較低 (紅移 (red shift)。波源的速度越高，所產(chǎn)生的效應(yīng)越大。根據(jù)光波紅 /藍(lán)移的程度，可以計(jì)算出波源循著觀測(cè)方向運(yùn)動(dòng)的速度。所有波動(dòng)現(xiàn)象 (包括光波) 都存在多普勒效應(yīng)。2021/8/1417 多普勒測(cè)速儀的工作原理是利用相對(duì)運(yùn)動(dòng)的物體頻率的變化。電磁波的傳播同樣有多普勒特性。當(dāng)一個(gè)發(fā)出固定頻率的波的物體，相對(duì)于觀察地點(diǎn)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，在觀察地點(diǎn)收到的頻率隨著它們的相對(duì)速度而變化即當(dāng)物體物體向著觀察點(diǎn)接近時(shí)，波長就變短，頻率就變高；而遠(yuǎn)離觀察點(diǎn)時(shí)，波長就變向著觀察點(diǎn)接近

13、時(shí)，波長就變短，頻率就變高；而遠(yuǎn)離觀察點(diǎn)時(shí)，波長就變長，頻率就變低長，頻率就變低,這樣通過頻率的變化就能計(jì)算出衛(wèi)星的高度、速度和方位。若用此法連續(xù)測(cè)量，就可得到精確的衛(wèi)星實(shí)際軌道數(shù)據(jù)。 2、超聲多普勒法是怎樣測(cè)量血液流動(dòng)的、超聲多普勒法是怎樣測(cè)量血液流動(dòng)的? ?多普勒測(cè)速儀應(yīng)用實(shí)例多普勒測(cè)速儀應(yīng)用實(shí)例1 1、衛(wèi)星跟蹤測(cè)軌系統(tǒng)、衛(wèi)星跟蹤測(cè)軌系統(tǒng)2021/8/1418 利用多普勒效應(yīng)制成的儀器有激光多普勒測(cè)量儀、超聲多普勒測(cè)量儀等，具有精度高、非接觸、不擾亂流場(chǎng)、響應(yīng)快、空間分辨率高、使用方便的特點(diǎn)，廣泛用于流速測(cè)量、工業(yè)中鋼板、鋁材測(cè)量、醫(yī)學(xué)中血液循環(huán)監(jiān)測(cè)、醫(yī)學(xué)診斷等。非接觸測(cè)量可以克服由于機(jī)械

14、磨損和打滑造成的測(cè)量誤差。2021/8/1419陀螺儀測(cè)角速度（gyroscope ） 陀螺儀的基本功能是敏感角位移和角速度。在航空、航海、航天、兵器以及其它一些領(lǐng)域中，有著十分廣泛和重要的應(yīng)用。 在航空上，陀螺儀用來測(cè)量飛機(jī)的姿態(tài)角(俯仰角、橫滾角、航向角)和角速度，成為飛行駕駛的重要儀表。飛行控制系統(tǒng)如自動(dòng)駕駛儀和自動(dòng)穩(wěn)定器，則是在測(cè)量出這些參數(shù)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)飛機(jī)的自動(dòng)控制或穩(wěn)定，因而陀螺儀又是飛行控制系統(tǒng)的重要部件。2021/8/1420陀螺儀原理： 高速旋轉(zhuǎn)的剛體稱為陀螺。高速旋轉(zhuǎn)的剛體稱為陀螺。 二自由度陀螺作用原理：轉(zhuǎn)子1裝在框架2軸承中，并統(tǒng)其軸2以很高轉(zhuǎn)速 旋轉(zhuǎn)，只一般為12

15、00024000rmin，甚至更高。這個(gè)轉(zhuǎn)速稱為陀螺轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)子軸Z叫主軸，其正方與自轉(zhuǎn)角速度矢量方向一致。陀螺繞主軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角動(dòng)量以H表示。2021/8/1421Js為陀螺轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量當(dāng)二自由度陀螺底座繞垂直于X軸與Z軸成 角的軸以角速度 旋轉(zhuǎn)時(shí)則將有陀螺力矩Mg作用于框架上，陀螺力矩Mg為：sHJsingMH2021/8/1422三自由度陀螺結(jié)構(gòu)原理如圖所示。三自由度陀螺具有以下主要特性： 1)定軸性定軸性 2)進(jìn)動(dòng)性進(jìn)動(dòng)性 3)無慣性無慣性 2021/8/1423 (2)微分陀螺儀作用原理 圖中標(biāo)注直角坐標(biāo)系Oxyz，X軸沿框架軸旋轉(zhuǎn)方向。Y軸稱為陀螺儀的輸入軸。因?yàn)槲⒎滞勇輧x就是測(cè)量它的

16、殼體繞Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度，故又稱為測(cè)量軸。Z0的方向?yàn)橹鬏S起始位置，即當(dāng)0時(shí)，Z軸應(yīng)與Z0重合。2021/8/1424兩根彈簧應(yīng)調(diào)節(jié)得使主軸在起始位置時(shí)，彈簧作用于框架上的力矩為零。X軸稱為輸出軸，因?yàn)榫哂薪撬俣鹊臍んw將引起框架繞X軸轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，殼體以角速度 繞Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)。根據(jù)二自由度陀螺特性，將產(chǎn)生陀螺力矩Mg，使H以最短途徑向 運(yùn)動(dòng)，從而將使轉(zhuǎn)子軸抬頭向上轉(zhuǎn)動(dòng)，主軸將偏離起始位置Z0軸。當(dāng)框架繞X軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，彈簧將產(chǎn)生彈性力矩My反抗陀螺力矩Mg。只有在陀螺力矩和彈性力矩以及框架轉(zhuǎn)動(dòng)而引起的摩擦力矩Mf相平衡時(shí)，框架停止轉(zhuǎn)動(dòng)。這時(shí)框架運(yùn)動(dòng)的角 就反映了殼體Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度 。2021

17、/8/14253.2021/8/1426第二節(jié) 轉(zhuǎn)速測(cè)量1.數(shù)字式轉(zhuǎn)速表（1）測(cè)量原理： 數(shù)字式轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)由頻率式轉(zhuǎn)速傳感器、數(shù)字轉(zhuǎn)換電路和數(shù)字顯示器等部分組成。首先由傳感器把轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)變成頻率信號(hào)，再通過測(cè)量信號(hào)的頻率或周期來測(cè)量轉(zhuǎn)速。2021/8/1427（2）轉(zhuǎn)速傳感器把被測(cè)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)。電渦流式轉(zhuǎn)速傳感器光電式轉(zhuǎn)速傳感器磁電感應(yīng)式轉(zhuǎn)速傳感器2021/8/1428光電式轉(zhuǎn)速傳感器 光電式轉(zhuǎn)速傳感器分為反射式和透射式反射式和透射式兩大類，它們都由光源、光路系統(tǒng)、調(diào)制器和光敏元件組成。調(diào)制器的作用是把連續(xù)光調(diào)制成光脈沖信號(hào)，它可以是一個(gè)其上開有均勻分布的多個(gè)縫隙(或小孔)的圓盤，或是直接

18、在被測(cè)轉(zhuǎn)軸的某一部位上涂以黑白相間的條紋。當(dāng)安裝在被測(cè)軸上的調(diào)制器隨被測(cè)鈾一起旋轉(zhuǎn)時(shí)，利用圓 盤縫隙(或小孔)的透光性，或黑白條紋對(duì)光的吸收或反射性把被測(cè)轉(zhuǎn)速調(diào)制成相應(yīng)的光脈沖。光脈沖照射到光敏元件上時(shí)，即產(chǎn)生相應(yīng)的電脈沖信號(hào)，從而把轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成了電脈沖信號(hào)。2021/8/1429轉(zhuǎn)軸每旋轉(zhuǎn)一周，光敏元件就輸出數(shù)目與白條紋數(shù)目相同個(gè)電脈沖信號(hào)。2021/8/1430磁電感應(yīng)式轉(zhuǎn)速傳感器 當(dāng)安裝在被測(cè)轉(zhuǎn)軸上的齒輪(導(dǎo)磁體)旋轉(zhuǎn)時(shí)，其齒依次通過永久磁鐵兩磁極間的間隙，使磁路的磁阻和磁通發(fā)生周期性變化，從而在線圈上感應(yīng)出頻率和幅值均與軸轉(zhuǎn)速成此例的交流電壓信號(hào)u0。2021/8/1431隨著轉(zhuǎn)速下降輸

19、出電壓幅值減小，當(dāng)轉(zhuǎn)速低到一定程度時(shí)，電壓幅值將會(huì)減小到無法檢測(cè)出來的程度。故這種傳成器不適合于低速測(cè)量。2021/8/1432電渦流式轉(zhuǎn)速傳感器2021/8/1433（3）數(shù)字化電路 為了讀出被測(cè)轉(zhuǎn)速，還需要進(jìn)一步把傳傳感器輸出信號(hào)的頻率或周期轉(zhuǎn)換成數(shù)字量感器輸出信號(hào)的頻率或周期轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，以便于數(shù)字顯示。一般對(duì)中、高轉(zhuǎn)速采用頻率法，對(duì)低轉(zhuǎn)速采用周期法測(cè)量。2021/8/1434 在電子計(jì)數(shù)器采樣時(shí)間內(nèi)對(duì)轉(zhuǎn)速傳感器輸出的電脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。利用標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間控制計(jì)數(shù)器閘門。當(dāng)計(jì)數(shù)器的顯示值為N時(shí)，被測(cè)量的轉(zhuǎn)速n為60Nnzt式中，z為旋轉(zhuǎn)體每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)傳感器發(fā)出的電脈沖信號(hào)數(shù)；t為采樣時(shí)間(s)。

20、頻率法測(cè)轉(zhuǎn)速頻率法測(cè)轉(zhuǎn)速2021/8/1435 時(shí)基電路的功能是提供時(shí)間基準(zhǔn)(又稱為時(shí)標(biāo))，它由晶體振蕩器和分頻器電路組成。振蕩器輸出的標(biāo)準(zhǔn)頻率信號(hào)經(jīng)放大整形和分頻后，產(chǎn)生出以脈沖寬度形式表示的時(shí)間基準(zhǔn)，來控制計(jì)數(shù)門(其中fv振蕩器的輸出頻率，n為分頻數(shù)12nvtf2021/8/14362021/8/1437周期法測(cè)轉(zhuǎn)速 與頻率數(shù)字轉(zhuǎn)換電路不同，其特點(diǎn)是通過對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行分頻來提供計(jì)數(shù)時(shí)間，而計(jì)數(shù)器是對(duì)晶體振蕩器的輸出信號(hào)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。這里用被測(cè)周期T來控制閘門，填充時(shí)間0進(jìn)入計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)N。為了提高周期測(cè)量的準(zhǔn)確度，通過將周期信號(hào)分頻，使被測(cè)量的周期得到倍乘。故被測(cè)量的轉(zhuǎn)速n為0060KTNz

21、knzNk為周期倍乘數(shù)1，10，100. 晶振周期N為計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值Z為傳感器細(xì)分?jǐn)?shù)02021/8/1438數(shù)字式轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)除應(yīng)包括轉(zhuǎn)速傳感器、數(shù)字化轉(zhuǎn)換電路和顯示器外，由于實(shí)際測(cè)量總是在一段時(shí)間內(nèi)連續(xù)進(jìn)行的，因此在每個(gè)測(cè)量循環(huán)開始之前，必須首先對(duì)時(shí)基電路、計(jì)數(shù)器和顯示器進(jìn)行清零。另外也需要使顯示延長一定的時(shí)間，以便觀察測(cè)量結(jié)果。故系統(tǒng)中還應(yīng)沒有完成這些功能的控制邏輯電路。2021/8/14392021/8/1440 四、閃光測(cè)轉(zhuǎn)速法 閃光測(cè)轉(zhuǎn)速法是利用人眼的視覺暫留現(xiàn)象來測(cè)量轉(zhuǎn)速。一個(gè)閃光目標(biāo)，當(dāng)閃動(dòng)頻率大于10Hz時(shí)，人眼看上去就是連續(xù)發(fā)亮的。根據(jù)這一原理，用一個(gè)頻率連續(xù)可調(diào)的

22、閃光燈照射被測(cè)旋轉(zhuǎn)軸上的某一固定標(biāo)記(如齒輪的齒，圓盤的輻條或在旋轉(zhuǎn)軸上涂以黑白點(diǎn))，并調(diào)節(jié)閃光頻率f，直到旋轉(zhuǎn)軸上出現(xiàn)一個(gè)單定象為止，即達(dá)到n=f的條件，這時(shí)便可以從電子計(jì)數(shù)器或圓刻度盤上讀出被測(cè)的轉(zhuǎn)速值。 2021/8/1441但是若在連續(xù)兩次閃光的時(shí)間間隔內(nèi)，旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)過整數(shù)倍的因數(shù)時(shí)，即nk0f時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)單定象。式中的k0為單定象停留的次數(shù)(1、2、3、)。 還可能出現(xiàn)另一種情況，即當(dāng)閃光頻率比被測(cè)轉(zhuǎn)速高二倍、三將、m倍時(shí)，則會(huì)出現(xiàn)二重象、三重象以至于m重象。f=mn2021/8/14422021/8/1443測(cè)速發(fā)電機(jī) 橫穿導(dǎo)體的磁通發(fā)生變化時(shí)，該導(dǎo)體將產(chǎn)生電勢(shì)。這一現(xiàn)象稱為電磁感應(yīng)

23、作用。這樣產(chǎn)生的電壓稱為感應(yīng)電勢(shì)。測(cè)速發(fā)電機(jī)是利用電磁感應(yīng)原理制成的一種把轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出的裝置，與普通發(fā)電機(jī)不同之處是它有較好的測(cè)速特性，例如輸出電壓與轉(zhuǎn)速之間有較好的線性關(guān)系，較高的靈敏度等。測(cè)速發(fā)電機(jī)也分為直流和交流兩類。2021/8/1444直流測(cè)速發(fā)電機(jī)直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的平均直流輸出電壓U0與轉(zhuǎn)速N大體上成正比，表達(dá)式為2021/8/14452021/8/14462021/8/1447 交流測(cè)速發(fā)電機(jī)2021/8/1448加速度是表征物體在空間運(yùn)動(dòng)本質(zhì)的一個(gè)基本物理量。因此，可以通過測(cè)量加速度來測(cè)量物體的通過測(cè)量加速度來測(cè)量物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。例如，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)就是通過

24、飛行器的加速度來測(cè)量它的加速度、速度(地速)、位置、已飛過的距離以及相對(duì)于預(yù)定到達(dá)點(diǎn)的方向等。通常還通過測(cè)量加速度來判斷運(yùn)動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)所承通過測(cè)量加速度來判斷運(yùn)動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)所承受的加速度負(fù)荷的大小受的加速度負(fù)荷的大小，以便正確設(shè)計(jì)其機(jī)械強(qiáng)度和按照設(shè)計(jì)指標(biāo)正確控制其運(yùn)動(dòng)加速度，以免機(jī)件損壞。對(duì)于加速度，常用絕對(duì)法測(cè)量，即把慣性型測(cè)量裝置安裝在運(yùn)動(dòng)體上進(jìn)行測(cè)量。 第三節(jié)第三節(jié) 加速度測(cè)量加速度測(cè)量2021/8/1449當(dāng)前測(cè)量加速度的傳感器基本上都是基于圖所示的基本結(jié)構(gòu)。通常是質(zhì)量彈簧阻尼二階慣性系統(tǒng)。由質(zhì)量塊m、彈簧k和阻尼器c所組成的慣性型二階測(cè)量系統(tǒng)。質(zhì)量塊通過彈簧和阻尼器與傳感器基座相連接。傳

25、感器基座與被測(cè)運(yùn)動(dòng)體相固連，因而隨運(yùn)動(dòng)體一起相對(duì)于運(yùn)動(dòng)體之外慣性空間的某一參考點(diǎn)作相對(duì)運(yùn)動(dòng)。由于質(zhì)量塊不與傳感器基座相固連，因而在慣性作用下將與基座之間產(chǎn)生相對(duì)位移。質(zhì)量塊感受加速度并產(chǎn)生與加速度成比例的慣性力，從而使彈簧產(chǎn)生與質(zhì)量塊相對(duì)位移相等的伸縮變形，彈簧變形又產(chǎn)生與變形量成此例的反作用力。當(dāng)慣性力與彈簧反作用力相平衡時(shí)，質(zhì)量塊相對(duì)于基座的位移與加速度成正比例，質(zhì)量塊相對(duì)于基座的位移與加速度成正比例，故可通過該位移或慣性力來測(cè)量加速度。故可通過該位移或慣性力來測(cè)量加速度。2021/8/1450設(shè)傳感器基座相對(duì)于慣性空間參考坐標(biāo)的位移為xb，質(zhì)量塊m相對(duì)于慣性空間參考坐標(biāo)的位移為x，質(zhì)量塊相對(duì)于傳感器基座的位移為y，則有如上所述，質(zhì)量彈簧阻尼系統(tǒng)可以把加速度轉(zhuǎn)換成與之成比例的質(zhì)量塊相對(duì)于傳感器基座的位移，采用位移傳感器作為變換器，把質(zhì)量塊的相對(duì)位移轉(zhuǎn)變成與加速度成比例的電信號(hào)，就可構(gòu)成各種類型的位移式加速度傳感器。byxx2021/8/1451（a)是一種變磁阻式加速度傳感器，它是以通過彈簧片與殼體相連的質(zhì)量塊m作為差動(dòng)變壓器的銜鐵。當(dāng)質(zhì)量塊感受加速度而產(chǎn)生相對(duì)位移時(shí)，差動(dòng)變壓器就輸出與位移(也即與加速度)成近似線性關(guān)系的電壓，加速度方向改變時(shí)，輸出電壓的相位相應(yīng)地改變180。位