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什么是多维力传感器的自然频率,它和响应频率有什么

2020-05-25 14:46:31

我们在使用多维力传感器的时候,往往都需要关注传感器的响应速度,比如一个100kg的物体只放在传感器上面0.1s,传感器是否能够准确测量出来,这就需要传感器的响应频率足够高。

  这里我们先需要知道传感器的自然频率,也就是传感器发生共振时候的频率,多维力传感器的内部结构也可以看成一个振动系统。固有频率就是系统的一阶振动频率,在此频率下系统振动幅值较大。传感器使用频率在此频率附近时,传感器的灵敏系数偏差较大。所以当传感器的使用频率接近于这个值时,传感器的输出信号就会失真,导致测量准确度严重下降,所以,为了保证测量的准确性,我们只能使用传感器固有频率的1/3或者1/5以内的这个频率段。

传感器的固有震荡频率与尺度成反比,与刚度成正比。共振频率与它金属的硬度、质量、外形尺寸有关,当其发生形变时,弹力使其灰复,弹力主要与尺寸和硬度有关,质量影响其加速度。同样外形时,硬度高的频率高,质量大的频率低。

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  若再做更深一层考虑,在《固体物理学》的基本理论中,有所表述:

  每个物体都是有N个子物体构成的,每个子物体有6个自由度,那么每个物体就有6N个自由度。而物体的自由度不同,其自然频率也不同。一般多自由度系统有多个自然频率。

  物体的固有频率取决于物体自身的刚度(不是强度),并且具有方向性,而刚度由物体的结构形式决定。

  当物体作受迫振动时,其震动的频率取决于外界振动的频率,外界振动作用在物体上,当外界振动频率与物体固有频率相近时,就会产生明显的振动加剧现象。

  《固体物理学》有一个简化公式,T=2×π×sql(m/k)。

  实际上任何一个系统它们的刚度、质点都是比较复杂的,很难计算准确。多数场合是要用测量的办法。

  所以,传感器的固有频率主要还是和传感器自身结构以及材料有关,我们在实际应用的时候,必须考虑到自身使用情况,按照需求来选择响应频率合适的传感器,才能保证我们实验数据的真实性。


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