一種壓電式加速度測量系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種壓電式加速度測量系統(tǒng)，目的在于提高測量系統(tǒng)的工作頻帶寬，并且靈敏度高、工作可靠和重量輕，所采用的技術方案為：包括安裝在待測物體上的沖擊加速度傳感器，沖擊加速度傳感器連接高精度電荷放大器，高精度電荷放大器的模擬電壓信號經過A/D轉換器轉換后輸送到單片機系統(tǒng)，單片機系統(tǒng)得到與被測加速度成比例的電壓輸出，單片機系統(tǒng)的電壓輸出端連接LED顯示模塊，單片機系統(tǒng)連接有電源模塊。
【專利說明】一種壓電式加速度測量系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種測量系統(tǒng)，具體涉及一種壓電式加速度測量系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]現(xiàn)代工業(yè)和自動化生產過程中，非電物理量的測量和控制技術會涉及大量的動態(tài)測試問題。所謂動態(tài)測試是指量的瞬時值以及它隨時間而變化的值的確定，即被測量為變量的連續(xù)測量過程。它以動態(tài)信號為特征，研究了測試系統(tǒng)的動態(tài)特性問題，而動態(tài)測試中振動和沖擊的精確測量尤其重要。振動與沖擊測量的核心是傳感器，常用壓電加速度傳感器來獲取沖擊和振動信號。壓電式傳感器是基于某些介質材料的壓電效應，當材料受力作用而變形時，其表面會有電荷產生，從而實現(xiàn)非電量測量。壓電式傳感器具有體積小，質量輕，工作頻帶寬等特點，因此在各種動態(tài)力、機械沖擊與振動的測量以及聲學、醫(yī)學、力學、宇航等方面得到了非常廣泛的應用?，F(xiàn)在的加速度測量設備安裝復雜、價格較貴。
【發(fā)明內容】
[0003]為了解決現(xiàn)有技術中的問題，本實用新型提出一種工作頻帶寬、靈敏度高、工作可靠和重量輕的壓電式加速度測量系統(tǒng)。
[0004]為了實現(xiàn)以上目的，本實用新型所采用的技術方案為:包括安裝在待測物體上的沖擊加速度傳感器，沖擊加速度傳感器連接高精度電荷放大器，高精度電荷放大器的模擬電壓信號經過A/D轉換器轉換后輸送到單片機系統(tǒng)，單片機系統(tǒng)得到與被測加速度成比例的電壓輸出，單片機系統(tǒng)的電壓輸出端連接LED顯示模塊，單片機系統(tǒng)連接有電源模塊。
[0005]所述的電源模塊為直流穩(wěn)壓電源，提供+5V電壓。
[0006]所述的電源模塊包括7805穩(wěn)壓電源，7805穩(wěn)壓電源上并接有用于濾波的電容，電源模塊中還設置有用于保護電路的二極管。
[0007]所述的沖擊加速度傳感器為壓電式傳感器，壓電式傳感器的敏感芯體包括壓電晶體和敏感質量塊。
[0008]所述的單片機系統(tǒng)采用P89C58X2單片機為系統(tǒng)控制核心。
[0009]所述的單片機系統(tǒng)與A/D轉換器之間設有帶全雙工串行通訊口的AT89C51單片機。
[0010]所述的高精度電荷放大器為TL062ID高精度運算放大器。
[0011]所述的A/D轉換器為ADC0809逐次逼近式A/D模數(shù)轉換器。
[0012]與現(xiàn)有技術相比，本實用新型的沖擊加速度傳感器安裝在待測物體上，傳感器外接信號變換器，當待測物體受到沖擊產生加速度時，傳感器產生壓電效應，將加速度轉換為電荷量，通過高精度電荷放大電路將電荷量變換為電壓量，模擬電壓信號再經A/D轉換電路之后送入單片機處理，得到與被測加速度成比例的電壓輸出，最后由LED將測量結果顯示出來。本實用新型基于壓電式傳感器的優(yōu)點和用戶實際的需求，提出的技術方案，實現(xiàn)了頻帶寬、靈敏度高、工作可靠和重量輕等優(yōu)點。
[0013]更進一步，本實用新型選用PHLIPS公司的P89C58X2單片機作為信號處理的控制核心，不僅功能完善，而且安裝簡便，價格低廉。復位電路的基本功能是系統(tǒng)上電時提供復位信號，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后撤銷復位信號，為可靠起見電源穩(wěn)定后，還要經一定的延時才撤銷復位信號，以防電源開關或電源插頭分-合過程中引起的抖動而影響復位。
[0014]更進一步，高精度運算放大器TL062ID在調理電路中起信號轉換放大、控制低頻和電壓偏置作用。
[0015]更進一步，ADC0809是A/D逐次逼近型轉換器，轉換中的逐次逼近是按對分原理由控制邏輯單元完成的，它原理簡單，便于實現(xiàn)，不存在延遲問題。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1為本實用新型工作原理框圖；
[0017]圖2為聞精度電荷放大電路圖；
[0018]圖3為A/D轉換電路圖；
[0019]圖4為單片機系統(tǒng)電路圖；
[0020]圖5為LED顯示電路圖；
[0021]圖6為電源模塊電路圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結合實施例對本實用新型做進一步說明。
[0023]一種壓電式加速度測量系統(tǒng)，包括安裝在待測物體上的沖擊加速度傳感器，沖擊加速度傳感器連接高精度電荷放大器，高精度電荷放大器采用TL062ID高精度運算放大器，高精度電荷放大器路的模擬電壓信號經過A/D轉換器輸送到單片機系統(tǒng)，A/D轉換器為ADC0809A/D逐次逼近型轉換器，單片機系統(tǒng)與A/D轉換器之間設有帶全雙工串行通訊口的AT89C51單片機，單片機系統(tǒng)采用PHLIPS公司的P89C58X2單片機為系統(tǒng)控制核心，單片機系統(tǒng)中設有復位電路，單片機系統(tǒng)得到與被測加速度成比例的電壓輸出，單片機系統(tǒng)的電壓輸出端連接LED顯示模塊。單片機系統(tǒng)連接有電源模塊，電源模塊為直流穩(wěn)壓電源，提供+5V電壓，電源模塊包括7805穩(wěn)壓電源,7805穩(wěn)壓電源上并接有用于濾波的電容，電源模塊中還設置有用于保護電路的二極管。沖擊加速度傳感器為壓電式傳感器，壓電式傳感器的敏感芯體包括壓電晶體和敏感質量塊。
[0024]參見圖1，本實用新型以PHLIPS的P89C58X2單片機為系統(tǒng)控制核心，其他組成部分有:LED顯示模塊，高精度電荷放大器，直流穩(wěn)壓電源，串口通訊電路，A/D轉換器等。
[0025]在軟件上通過時基進行任務的分配和調度各部分的功能，IXD顯示計時并顯示時間，同時配合指示燈反映系統(tǒng)各部分的工作狀態(tài)，通過傳感器對水位進行監(jiān)測，傳感器所采集的信號通過放大電路和A\D轉換電路輸送至單片機，單片機通過對該信號分析指揮各外設工作，維持水位的平衡。
[0026]參見圖2和圖3，高精度運算放大器TL062ID在調理電路中起信號轉換放大、控制低頻和電壓偏置作用，A\D轉換電路采用ADC0809，ADC0809是采用CMOS工藝制成的八位八通道單片A/D逐次逼近型轉換器，逐次逼近型轉換器包括I個比較器，I個數(shù)模轉換控制器，I個逐次逼近寄存器(SAR)和I個邏輯控制單元，轉換中的逐次逼近是按對分原理由控制邏輯單元完成的，它原理簡單，便于實現(xiàn)，不存在延遲問題。
[0027]參見圖4，單片機系統(tǒng)選用PHLIPS的P89C58X2單片機作為信號處理的控制核心，采用Philips公司出產的P89C52系列單片機，該系列單片機是采用高性能的靜態(tài)80C51設計，由先進CMOS工藝制造并帶有非易失性Flash程序存儲器。全部支持12時鐘和6時鐘操作 P89C51X2 和 P89C52X2/54X2/58X2，分別包含 128 字節(jié)和 256 字節(jié) RAM，32 條 I/O 口線，3個16位定時/計數(shù)器，6輸入4優(yōu)先級嵌套中斷結構，I個串行I/O 口可用于多機通信I/O擴展或全雙工UART以及片內振蕩器和時鐘電路。
[0028]此外由于器件采用了靜態(tài)設計可提供很寬的操作頻率范圍頻率可降至0，可實現(xiàn)兩個由軟件選擇的節(jié)電模式空閑模式和掉電模式空閑模式凍結CPU，但RAM定時器串口和中斷系統(tǒng)仍然可以工作，掉電模式保存RAM的內容。
[0029]復位電路的基本功能是系統(tǒng)上電時提供復位信號直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后撤銷復位信號為可靠起見電源穩(wěn)定后還要經一定的延時才撤銷復位信號以防電源開關或電源插頭分-合過程中引起的抖動而影響復位。
[0030]參見圖5，本實用新型LED顯示模塊的LED顯示電路:LED顯示塊是由發(fā)光二極管顯示字段的顯示器件，在單片機應用系統(tǒng)中通常使用的是七段LED，這種顯示塊有共陰極與共陽極兩種，共陰極LED顯示塊的發(fā)光二極管陰極共地，當某個發(fā)光二極管的陽極為高電平時，發(fā)光二極管點亮；共陽極LED顯示塊的發(fā)光二極管陽極并接。LED顯示器與顯示方式:在單片機應用系統(tǒng)中使用LED顯示塊構成N位LED顯示器，N位LED顯示器有N根位選線和8*N根段選線。根據(jù)顯示方式不同，位選線與段選線的連接方法不同。段選線控制字符選擇，位選線控制顯示位的亮、暗。LED顯示器有靜態(tài)顯示與動態(tài)顯示兩種方式，本實用新型使用的為動態(tài)顯示LED動態(tài)顯示方式。
[0031]參見圖6，本實用新型電源模塊，用于為主電路提供穩(wěn)定的+5V電壓，電容用于濾波，二極管用于保護電路。
[0032]壓電式傳感器是利用某些電介質受力后產生的壓電效應制成的傳感器，其中壓電效應是指某些電介質在受到某一方向的外力作用而發(fā)生形變，包括彎曲和伸縮形變時，由于內部電荷的極化現(xiàn)象，會在其表面產生電荷的現(xiàn)象。
[0033]壓電晶體是人工極化陶瓷材料，這種材料按不同的晶格方向切割做成壓電晶體片時，具有不同的壓電效應，只對單軸向受力敏感。敏感質量是附加質量塊，它和壓電晶體構成傳感器的敏感芯體，當質量塊受到加速度作用后便轉換成一個與加速度成正比的力，并加載到壓電晶體上
[0034]本實用新型測量系統(tǒng)工作時，壓電式傳感器，即沖擊加速度傳感器安裝在待測物體上，傳感器外接信號變換器。當待測物體受到沖擊產生加速度時，傳感器產生壓電效應，將加速度轉換為電荷量，通過高精度電荷放大器將電荷量變換為電壓量，模擬電壓信號再經A/D轉換電路之后送入單片機處理，得到與被測加速度成比例的電壓輸出，最后由LED將測量結果顯示出來。本設計已飛利浦的單片機為信號處理的控制核心，性能可靠，成本低廉
MTv ο
【權利要求】
1.一種壓電式加速度測量系統(tǒng)，其特征在于:包括安裝在待測物體上的沖擊加速度傳感器，沖擊加速度傳感器連接高精度電荷放大器，高精度電荷放大器的模擬電壓信號經過A/D轉換器轉換后輸送到單片機系統(tǒng)，單片機系統(tǒng)得到與被測加速度成比例的電壓輸出，單片機系統(tǒng)的電壓輸出端連接LED顯示模塊，單片機系統(tǒng)連接有電源模塊。
2.根據(jù)權利要求1所述的壓電式加速度測量系統(tǒng)，其特征在于:所述的電源模塊為直流穩(wěn)壓電源，提供+5V電壓。
3.根據(jù)權利要求2所述的壓電式加速度測量系統(tǒng)，其特征在于:所述的電源模塊包括7805穩(wěn)壓電源，7805穩(wěn)壓電源上并接有用于濾波的電容，電源模塊中還設置有用于保護電路的二極管。
4.根據(jù)權利要求1所述的壓電式加速度測量系統(tǒng)，其特征在于:所述的沖擊加速度傳感器為壓電式傳感器，壓電式傳感器的敏感芯體包括壓電晶體和敏感質量塊。
5.根據(jù)權利要求1所述的壓電式加速度測量系統(tǒng)，其特征在于:所述的單片機系統(tǒng)采用P89C58X2單片機為系統(tǒng)控制核心。
6.根據(jù)權利要求5所述的壓電式加速度測量系統(tǒng)，其特征在于:所述的單片機系統(tǒng)與A/D轉換器之間設有帶全雙工串行通訊口的AT89C51單片機。
7.根據(jù)權利要求1所述的壓電式加速度測量系統(tǒng)，其特征在于:所述的高精度電荷放大器為TL062ID高精度運算放大器。
8.根據(jù)權利要求1所述的壓電式加速度測量系統(tǒng)，其特征在于:所述的A/D轉換器為ADC0809逐次逼近式A/D模數(shù)轉換器。
【文檔編號】G01P15/09GK204065132SQ201420381606
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年7月10日 優(yōu)先權日:2014年7月10日
【發(fā)明者】兀旦暉, 趙晨飛, 楊萍 申請人:陜西科技大學