一种压电式加速度测量系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种压电式加速度测量系统，目的在于提高测量系统的工作频带宽，并且灵敏度高、工作可靠和重量轻，所采用的技术方案为：包括安装在待测物体上的冲击加速度传感器，冲击加速度传感器连接高精度电荷放大器，高精度电荷放大器的模拟电压信号经过A/D转换器转换后输送到单片机系统，单片机系统得到与被测加速度成比例的电压输出，单片机系统的电压输出端连接LED显示模块，单片机系统连接有电源模块。
【专利说明】一种压电式加速度测量系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种测量系统，具体涉及一种压电式加速度测量系统。
【背景技术】
[0002]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。它以动态信号为特征，研究了测试系统的动态特性问题，而动态测试中振动和冲击的精确测量尤其重要。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。压电式传感器具有体积小，质量轻，工作频带宽等特点，因此在各种动态力、机械冲击与振动的测量以及声学、医学、力学、宇航等方面得到了非常广泛的应用。现在的加速度测量设备安装复杂、价格较贵。
【发明内容】
[0003]为了解决现有技术中的问题，本实用新型提出一种工作频带宽、灵敏度高、工作可靠和重量轻的压电式加速度测量系统。
[0004]为了实现以上目的，本实用新型所采用的技术方案为:包括安装在待测物体上的冲击加速度传感器，冲击加速度传感器连接高精度电荷放大器，高精度电荷放大器的模拟电压信号经过A/D转换器转换后输送到单片机系统，单片机系统得到与被测加速度成比例的电压输出，单片机系统的电压输出端连接LED显示模块，单片机系统连接有电源模块。
[0005]所述的电源模块为直流稳压电源，提供+5V电压。
[0006]所述的电源模块包括7805稳压电源，7805稳压电源上并接有用于滤波的电容，电源模块中还设置有用于保护电路的二极管。
[0007]所述的冲击加速度传感器为压电式传感器，压电式传感器的敏感芯体包括压电晶体和敏感质量块。
[0008]所述的单片机系统采用P89C58X2单片机为系统控制核心。
[0009]所述的单片机系统与A/D转换器之间设有带全双工串行通讯口的AT89C51单片机。
[0010]所述的高精度电荷放大器为TL062ID高精度运算放大器。
[0011]所述的A/D转换器为ADC0809逐次逼近式A/D模数转换器。
[0012]与现有技术相比，本实用新型的冲击加速度传感器安装在待测物体上，传感器外接信号变换器，当待测物体受到冲击产生加速度时，传感器产生压电效应，将加速度转换为电荷量，通过高精度电荷放大电路将电荷量变换为电压量，模拟电压信号再经A/D转换电路之后送入单片机处理，得到与被测加速度成比例的电压输出，最后由LED将测量结果显示出来。本实用新型基于压电式传感器的优点和用户实际的需求，提出的技术方案，实现了频带宽、灵敏度高、工作可靠和重量轻等优点。
[0013]更进一步，本实用新型选用PHLIPS公司的P89C58X2单片机作为信号处理的控制核心，不仅功能完善，而且安装简便，价格低廉。复位电路的基本功能是系统上电时提供复位信号，直至系统电源稳定后撤销复位信号，为可靠起见电源稳定后，还要经一定的延时才撤销复位信号，以防电源开关或电源插头分-合过程中引起的抖动而影响复位。
[0014]更进一步，高精度运算放大器TL062ID在调理电路中起信号转换放大、控制低频和电压偏置作用。
[0015]更进一步，ADC0809是A/D逐次逼近型转换器，转换中的逐次逼近是按对分原理由控制逻辑单元完成的，它原理简单，便于实现，不存在延迟问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本实用新型工作原理框图；
[0017]图2为闻精度电荷放大电路图；
[0018]图3为A/D转换电路图；
[0019]图4为单片机系统电路图；
[0020]图5为LED显示电路图；
[0021]图6为电源模块电路图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合实施例对本实用新型做进一步说明。
[0023]一种压电式加速度测量系统，包括安装在待测物体上的冲击加速度传感器，冲击加速度传感器连接高精度电荷放大器，高精度电荷放大器采用TL062ID高精度运算放大器，高精度电荷放大器路的模拟电压信号经过A/D转换器输送到单片机系统，A/D转换器为ADC0809A/D逐次逼近型转换器，单片机系统与A/D转换器之间设有带全双工串行通讯口的AT89C51单片机，单片机系统采用PHLIPS公司的P89C58X2单片机为系统控制核心，单片机系统中设有复位电路，单片机系统得到与被测加速度成比例的电压输出，单片机系统的电压输出端连接LED显示模块。单片机系统连接有电源模块，电源模块为直流稳压电源，提供+5V电压，电源模块包括7805稳压电源,7805稳压电源上并接有用于滤波的电容，电源模块中还设置有用于保护电路的二极管。冲击加速度传感器为压电式传感器，压电式传感器的敏感芯体包括压电晶体和敏感质量块。
[0024]参见图1，本实用新型以PHLIPS的P89C58X2单片机为系统控制核心，其他组成部分有:LED显示模块，高精度电荷放大器，直流稳压电源，串口通讯电路，A/D转换器等。
[0025]在软件上通过时基进行任务的分配和调度各部分的功能，IXD显示计时并显示时间，同时配合指示灯反映系统各部分的工作状态，通过传感器对水位进行监测，传感器所采集的信号通过放大电路和A\D转换电路输送至单片机，单片机通过对该信号分析指挥各外设工作，维持水位的平衡。
[0026]参见图2和图3，高精度运算放大器TL062ID在调理电路中起信号转换放大、控制低频和电压偏置作用，A\D转换电路采用ADC0809，ADC0809是采用CMOS工艺制成的八位八通道单片A/D逐次逼近型转换器，逐次逼近型转换器包括I个比较器，I个数模转换控制器，I个逐次逼近寄存器(SAR)和I个逻辑控制单元，转换中的逐次逼近是按对分原理由控制逻辑单元完成的，它原理简单，便于实现，不存在延迟问题。
[0027]参见图4，单片机系统选用PHLIPS的P89C58X2单片机作为信号处理的控制核心，采用Philips公司出产的P89C52系列单片机，该系列单片机是采用高性能的静态80C51设计，由先进CMOS工艺制造并带有非易失性Flash程序存储器。全部支持12时钟和6时钟操作 P89C51X2 和 P89C52X2/54X2/58X2，分别包含 128 字节和 256 字节 RAM，32 条 I/O 口线，3个16位定时/计数器，6输入4优先级嵌套中断结构，I个串行I/O 口可用于多机通信I/O扩展或全双工UART以及片内振荡器和时钟电路。
[0028]此外由于器件采用了静态设计可提供很宽的操作频率范围频率可降至0，可实现两个由软件选择的节电模式空闲模式和掉电模式空闲模式冻结CPU，但RAM定时器串口和中断系统仍然可以工作，掉电模式保存RAM的内容。
[0029]复位电路的基本功能是系统上电时提供复位信号直至系统电源稳定后撤销复位信号为可靠起见电源稳定后还要经一定的延时才撤销复位信号以防电源开关或电源插头分-合过程中引起的抖动而影响复位。
[0030]参见图5，本实用新型LED显示模块的LED显示电路:LED显示块是由发光二极管显示字段的显示器件，在单片机应用系统中通常使用的是七段LED，这种显示块有共阴极与共阳极两种，共阴极LED显示块的发光二极管阴极共地，当某个发光二极管的阳极为高电平时，发光二极管点亮；共阳极LED显示块的发光二极管阳极并接。LED显示器与显示方式:在单片机应用系统中使用LED显示块构成N位LED显示器，N位LED显示器有N根位选线和8*N根段选线。根据显示方式不同，位选线与段选线的连接方法不同。段选线控制字符选择，位选线控制显示位的亮、暗。LED显示器有静态显示与动态显示两种方式，本实用新型使用的为动态显示LED动态显示方式。
[0031]参见图6，本实用新型电源模块，用于为主电路提供稳定的+5V电压，电容用于滤波，二极管用于保护电路。
[0032]压电式传感器是利用某些电介质受力后产生的压电效应制成的传感器，其中压电效应是指某些电介质在受到某一方向的外力作用而发生形变，包括弯曲和伸缩形变时，由于内部电荷的极化现象，会在其表面产生电荷的现象。
[0033]压电晶体是人工极化陶瓷材料，这种材料按不同的晶格方向切割做成压电晶体片时，具有不同的压电效应，只对单轴向受力敏感。敏感质量是附加质量块，它和压电晶体构成传感器的敏感芯体，当质量块受到加速度作用后便转换成一个与加速度成正比的力，并加载到压电晶体上
[0034]本实用新型测量系统工作时，压电式传感器，即冲击加速度传感器安装在待测物体上，传感器外接信号变换器。当待测物体受到冲击产生加速度时，传感器产生压电效应，将加速度转换为电荷量，通过高精度电荷放大器将电荷量变换为电压量，模拟电压信号再经A/D转换电路之后送入单片机处理，得到与被测加速度成比例的电压输出，最后由LED将测量结果显示出来。本设计已飞利浦的单片机为信号处理的控制核心，性能可靠，成本低廉
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【权利要求】
1.一种压电式加速度测量系统，其特征在于:包括安装在待测物体上的冲击加速度传感器，冲击加速度传感器连接高精度电荷放大器，高精度电荷放大器的模拟电压信号经过A/D转换器转换后输送到单片机系统，单片机系统得到与被测加速度成比例的电压输出，单片机系统的电压输出端连接LED显示模块，单片机系统连接有电源模块。
2.根据权利要求1所述的压电式加速度测量系统，其特征在于:所述的电源模块为直流稳压电源，提供+5V电压。
3.根据权利要求2所述的压电式加速度测量系统，其特征在于:所述的电源模块包括7805稳压电源，7805稳压电源上并接有用于滤波的电容，电源模块中还设置有用于保护电路的二极管。
4.根据权利要求1所述的压电式加速度测量系统，其特征在于:所述的冲击加速度传感器为压电式传感器，压电式传感器的敏感芯体包括压电晶体和敏感质量块。
5.根据权利要求1所述的压电式加速度测量系统，其特征在于:所述的单片机系统采用P89C58X2单片机为系统控制核心。
6.根据权利要求5所述的压电式加速度测量系统，其特征在于:所述的单片机系统与A/D转换器之间设有带全双工串行通讯口的AT89C51单片机。
7.根据权利要求1所述的压电式加速度测量系统，其特征在于:所述的高精度电荷放大器为TL062ID高精度运算放大器。
8.根据权利要求1所述的压电式加速度测量系统，其特征在于:所述的A/D转换器为ADC0809逐次逼近式A/D模数转换器。
【文档编号】G01P15/09GK204065132SQ201420381606
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年7月10日 优先权日:2014年7月10日
【发明者】兀旦晖, 赵晨飞, 杨萍 申请人:陕西科技大学