题目
惯性式振动传感器中,当传感器的固有频率远大于被测振动频率时,传感器主要用于测量()。A. 位移B. 速度C. 加速度D. 频率
惯性式振动传感器中,当传感器的固有频率远大于被测振动频率时,传感器主要用于测量()。
A. 位移
B. 速度
C. 加速度
D. 频率
题目解答
答案
C. 加速度
解析
本题考查惯性式振动传感器的工作原理以及固有频率与被测振动频率的关系对测量物理量的影响。解题思路是根据惯性式振动传感器的动力学方程,分析在固有频率远大于被测振动频率时,传感器输出与被测物理量之间的关系。
设惯性式振动传感器的质量为 $m$,弹簧刚度为 $k$,阻尼系数为 $c$,被测振动的位移为 $x(t)=X\sin(\omega t)$,其中 $X$ 是振幅,$\omega$ 是被测振动的角频率。传感器中质量块相对于外壳的位移为 $y(t)$。
根据牛顿第二定律,可列出质量块的运动方程:
$m\frac{d^{2}(y + x)}{dt^{2}}+c\frac{d(y + x)}{dt}+k(y + x)=0$
将 $x(t)=X\sin(\omega t)$ 代入上式并整理可得:
$m\frac{d^{2}y}{dt^{2}}+c\frac{dy}{dt}+ky=-m\frac{d^{2}x}{dt^{2}}-c\frac{dx}{dt}-kx$
传感器的固有角频率 $\omega_{n}=\sqrt{\frac{k}{m}}$,当固有频率远大于被测振动频率,即 $\omega_{n}\gg\omega$ 时,$\frac{d^{2}x}{dt^{2}}$ 项起主导作用。
此时,传感器输出的位移 $y$ 与被测振动的加速度 $\frac{d^{2}x}{dt^{2}}$ 近似成正比关系,所以传感器主要用于测量加速度。