專利名稱：一種光柵式振動傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種傳感器技術(shù)，特別涉及一種光柵式振動傳感器。
背景技術(shù)：
在高度發(fā)展的現(xiàn)代工業(yè)中，現(xiàn)代測試技術(shù)向數(shù)字化、信息化方向發(fā)展已成必然發(fā) 展趨勢，就振動傳感器來說，由于傳感器內(nèi)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(jù)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(yīng)變式傳感器。但對于此類傳感器的靈敏度要求是越來越高，實 現(xiàn)起來非常困難。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型是針對現(xiàn)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(dá)到相當(dāng)高的靈敏度。本實用新型的技術(shù)方案為一種光柵式振動傳感器，包括傳感器的箱體、質(zhì)量塊、 阻尼器、發(fā)光二極管、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(zhì)量塊下端，質(zhì)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(zhì)量塊上，在彈簧另一邊平行位置安裝發(fā)光 二極管，固定光柵、光電元件、發(fā)光二極管固定在箱體上，箱體壓在被測物體上。本實用新型的有益效果在于本實用新型一種光柵式振動傳感器，由于光柵的精 度和靈敏度很高，所以設(shè)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(shè)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(shè)計實現(xiàn)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(zhì)量塊速度的關(guān)系，然后利用matlab把得到的這種關(guān)系用 圖形表示出來，接著對圖形進行分析，從中找到規(guī)律。最后根據(jù)規(guī)律設(shè)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(shè)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(zhì)量塊3、阻尼器4、發(fā)光二極管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(zhì)量塊3下端，質(zhì)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(zhì)量塊3上，在彈簧6另一邊平行位置安裝發(fā)光二極管5，固定光柵8、光電 元件9、發(fā)光二極管5固定在箱體2上。工作原理當(dāng)被測物體1振動時，質(zhì)量塊3相對于箱體2有相對的運動，這時移動 光柵7對于固定光8會運動，當(dāng)發(fā)光二級管5出的光通過光柵時，會在光電元件9表面產(chǎn)生 摩爾條紋，這個條紋會隨質(zhì)量塊3運動而產(chǎn)出相應(yīng)的運動，通過后面的電路處理后就能測 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(zhì)量塊3質(zhì)量為m，剛度k，阻尼C，地基的位移是y，質(zhì)量塊相對與箱體的位 移是ζ。設(shè)地基的振動為y = Ycoswt ；根據(jù)牛頓第二定律，可得到系統(tǒng)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(lán)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于阻尼器c的不同而不同的。但當(dāng)橫坐標(biāo)r超過3. 5時， 以上各個曲線的值趨近于1。這一現(xiàn)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(zhì)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(dāng)被測物體1的振動頻率w使r處于
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(shè)計出不同型號的傳感器。
權(quán)利要求一種光柵式振動傳感器，其特征在于，包括傳感器的箱體(2)、質(zhì)量塊(3)、阻尼器(4)、發(fā)光二極管(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(zhì)量塊(3)下端，質(zhì)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(zhì)量塊(3)上，在彈簧(6)另一邊平行位置安裝發(fā)光二極管(5)，固定光柵(8)、光電元件(9)、發(fā)光二極管(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(zhì)量塊下端，質(zhì)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(zhì)量塊上，在彈簧另一邊平行位置安裝發(fā)光二極管，固定光柵、光電元件、發(fā)光二極管固定在箱體上，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(zhì)量塊速度的關(guān)系，然后利用matlab把得到的這種關(guān)系用圖形表示出來，接著對圖形進行分析，從中找到規(guī)律。最后根據(jù)規(guī)律設(shè)計出光柵式振動傳感器。由于光柵的精度和靈敏度很高，所以設(shè)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(yōu)先權(quán)日2010年6月10日
發(fā)明者宋麗, 董新峰, 遲玉倫, 馬燕玲 申請人:上海理工大學(xué)