实验用的加速度计替代品

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实验用的加速度计替代品

    压电片在电子产品商店中常见。这些元件主要用做低价的喇叭和发音器(例如烟雾警告器,汽车警报等等)的元件。典型的压电片是一直径约一英寸,由黄铜或其他非铁金属制作的。放置在压电片一面的是由压电晶体制成的陶制材料。当电压施加在压电片上时,正是这些晶体在振动。大部分压电片已焊接好两个金属导线,所以很容易接到电路上。

  1.构造压电片加速度计

  在供电状态下,在铁球或其他重物的帮助下使压电片产生机械能。把球或重物放在片上,陶瓷面向上,把球缚牢在适当的位置上,使之不会滚动或从片上跌落下来。把压电片的输出连到反应快速的电压表或示波器上。把片快速地举上举下,就会看到压电片波动的电压输出,可能是一或二伏。压电片移动得越快,电压变化得越大。

    同样重要的,可以注意到电压变化的极性决定于移动的方向。当向上移动时,压电片的输出是正电压,当向下移动时是负电压。

    制作加速度计时,既可以把压电片放置在单独的传感器板上也可以直接放在机器人上。作为感知水平运动的加速度计,压电片要安在竖直位置,虽然这样会降低灵敏度,因为球或重物正被重力拉开压电片。要确保缚球的带子是可靠的。你可以构造一个更可靠的紧固机构,如把压电片和球或重物放入闭合箱中。可截取合适大小的35毫米胶片,或塑胶“窃听器箱”(象泡泡糖机中得到的那种)都是很好的选择。

    像正规的加速度计一样,可用压电片加速度计检测摆动和震动。突然的摇晃——像机器人撞到某物上——压电片的输出会产生异常的变化。把这个加速度计连到机器人大脑上时,此信息可用来判定机器人行动的合适路线。

  2.压电片加速度计的局限

    尽管压电片可制成便宜易用的加速度计,还是有局限性的。这里有几个问题需要考虑:

    (1)压电片只能测量运动的变化,因为它本身是交流设备。一旦压电片运动稳定了,输出电压会跌落到极小状态。因为重力的作用像恒定的直流信号,这就意味着将压电片用做倾角传感器不容易。

    (2)压电片的输出很容易超过微机,微控制器或其他接口电子元件的输入电压。如果压电片受到剧烈碰撞的打击,电压输出会轻易超过20,50甚至100伏特。因此,你必须装一个稳压二极管来箝制电压。

    (3)选择一个电压与所用的接口的输入电压相匹配的稳压二极管。例如,如果接口电压是5Vdc,可用5.1伏电压的稳压管。

    (4)压电片基本上是一电容器,所以它存储过去充入的电荷。你可通过在压电片的输出端并联50k到250k电阻来降低电容充电的作用(这会有助于“泄放”电荷)。你也可以把压电片输出馈给线性放大器。

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