基于压电加速度传感器的天车监测系统设计.pdf

传感器与微系统( Transducer and Microsystem Technologies)
2014年第33卷第11期
DOI:10.13873/、J.1000-9787(2014)11-0076-03
基于压电加速度传感器的天车监测系统设计
陈至坤,逄鹏,王福斌,王一
(河北联合大学电气工程学院,河北唐山063009)
摘要:天车吊运系统不能实时监测大车、小车的运行速度和行车位置,为实现对天车的实时监测,将压
电式加速度传感器应用到天车吊运系统中;介绍了加速度传感器的基本原理;阐述了振动信号采集系统的
硬件组成,并利用图形化开发工具 LABVIEW平台实现信号的高速采集;通过采集加速度传感器的输出电
压,根椐输出电压和灵敏度的关系,获得加速度的值,将加速度的值积分运算可进一步获得天车的速度和
位移量;最终达到天车运行状态的实时监测,提高了天车运行系统的可靠性。
关键词:压电加速度传感器;数据采集;虚拟仪器
中图分类号:TP212.9
文献标识码:A
文章编号:10009787(2014)11-00706-03
Design on crane monitoring system based on piezoelectric
acceleration sensor
CHEN Zhi-kun, PANG Peng, WANG Fu-bin, WANG Y
College of Electrical Engineering, Hebei United University, Tangshan 63009, China)
Abstract The crane hoisting system annot monitor its running speed and position real-time, to realize real-time
monitoring on crane, piezoelectric acceleration sensor is applied to crane hoisting system; introduce basic principle
of acceleration sensor; describe hardware composition of vibration signal acquisition system, and using LABVIEW
graphical development tool platform for high-speed signal acquisition; by collecting output voltage of acceleration
sensor, according to relationship between output voltage and sensitivity, obtain value of acceleration, acceleration
alues are integral operated to obtain speed and displacement of the crane; finally, real-time monitoring on cran
operation state can be achieved, improve reliability of crane operation system
Key words: piezoelectric acceleration sensor; data acquisition; virtual instrument
0引言
行状态和位置参数,实现了天车吊运系统的安全稳定运行。
压电加速度传感器属于惯性传感器,借助特殊介质材1压电加速度传感器
料的压电效应特点,当压电材料受力发生形变时,其表面会1.1压电加速度传感器的原理
产生电荷,从而实现非电量测量。压电式加速度传感器具
压电加速度传感器又称压电加速度计,是由质量块、压
有动态范围大、频率范围宽、灵敏度高、质量轻、体积小等特
电元件和支座组成,如图1所示。支座与待测物(大车、小
点,因此,成为最常用的振动测量传感器。在核爆炸、铁路、车的机匣)刚性的固定在一起。当待测物运动时,支座与
桥梁、地质、石油、自动控制、导航制导和机器人等领域得到
待测物以同一加速度运动,压电元件受到质量块与加速度
了广泛的应用2。
相反方向的惯性力作用,在晶体的2个表面上产生变化的
天车(桥式起重机)在室内外仓库、厂房、码头和露天电荷。当振动频率远低于传感器的固有频率时,传感器的
心料场等处得到广泛的应用,国内大多数天车没有安装自输出电荷将正比于作用力的。
动监测系统,少数能够定位天车的位置,但定位精度低,给1.2测点的选择
生产带来了诸多不便。
天车的振动测量,首先应选择合适的测振点安装加速
针对上述问题,本文将压电加速度传感器应用到天车
度传感器。由于受到外界条件的限制和传感器技术水平有
上,构成的天车监测系统能够监测到天车在任意时刻的运
限,传感器受温度、体积和电缆噪声的影响,只能将测振点
收稿日期:2014-04-08
*基金项目:河北省自然科学基金资助项目(F2013209266