《諧振式傳感器》ppt課件-文庫吧
2025-04-18 18:19 本頁面
【正文】 電流法的缺點是：振弦連續(xù)激勵容易疲勞 ，又因振弦通電 ， 所以須考慮它與外殼絕緣問題 。若絕緣材料的熱膨脹系數(shù)與振弦的熱膨脹系數(shù)差別大 ， 則易產(chǎn)生溫度誤差 。 諧振式傳感器的基本原理 ② 電磁法 ， 也稱 線圈法 。 這種方法在振弦中無電流通過 。 用兩組電磁線圈 ， 激振線圈用來連續(xù)激勵振弦 ， 感應(yīng)線圈用來接收信號 。 通過外接電路形成正反饋 ， 使振弦維持連續(xù)振動 。 T12341— 鐵片； 2— 感應(yīng)線圈；3— 放大器； 4— 激振線圈 諧振式傳感器的基本原理 諧振式傳感器的基本原理 ③ 電荷法 。 對振子材料為石英晶體的諧振式傳感器 ， 用金屬蒸發(fā)沉積法在石英振梁上下表面對稱地設(shè)置四個電極 。 左邊兩個為一組 ， 右邊兩個為一組 。 當(dāng)一組電極加上某方向的電場時 ， 因逆壓電效應(yīng)產(chǎn)生 厚度切變 ， 矩形梁段變成平行四邊形；電場反向 ， 平行四邊形的傾斜也反向 。 + + 諧振式傳感器的基本原理 兩組電極所加電場的極性相反時 ， 梁就呈一階彎曲狀態(tài)；變換這兩組電極上電場的極性 ， 梁向相反方向彎曲 。 這樣就可組成自激振蕩電路 ，使梁在一階彎曲狀態(tài)下起振 ， 通過正反饋維持等幅振蕩 。 + + + + ④ 電熱法 。 用半導(dǎo)體擴散工藝 ， 在硅微橋上表面中部制作 激振電阻 ， 在一端制作 壓敏拾振電阻 。 激振電阻中通以交變的激勵電流 ， 產(chǎn)生橫向振動 。 拾振電阻受到交變的應(yīng)力作用 ， 阻值周期性變化 ， 通過正反饋電路使硅微橋按諧振頻率振動 。 1432hl5p1— 硅微橋； 2—激振電阻； 3—拾振電阻； 4—支柱； 5— 膜片 諧振式傳感器的基本原理 諧振式傳感器的基本原理 (2)間歇激勵法 不是按振動周期 ， 而是 按一定的時間間隔 (多個振動周期 )給振子補充能量 。 振子在激勵脈沖作用下起振后做振幅逐漸衰減的振動 ， 衰減到一定程度后再次激勵 ， 使振幅再次達(dá)到最大值 ，重新開始下一輪衰減振動 。 T12341— 鐵片； 2— 感應(yīng)線圈； 3— 永久磁鐵； 4— 電磁鐵 諧振式傳感器的類型與原理 諧振式傳感器的類型 諧振式傳感器的基本原理 √ √ 第 9章 諧振式傳感器 諧振式傳感器的類型與原理 諧振式傳感器的特性與設(shè)計要點 諧振式傳感器的轉(zhuǎn)換電路 諧振式傳感器應(yīng)用舉例 √ 諧振式傳感器的特性與設(shè)計要點 諧振式傳感器通過測量諧振頻率來確定被測量的大小 ， 而 諧振頻率與被測量之間通常是非線性關(guān)系 。 因此 ， 分析其特性時不僅要分析其輸出輸入關(guān)系 、 靈敏度等 ， 還要分析其非線性誤差 。 諧振式傳感器的設(shè)計則主要是振子的設(shè)計 ， 因為它是實現(xiàn)將被測量的變化轉(zhuǎn)換為輸出頻率變化的關(guān)鍵元件 。 諧振式傳感器的特性與設(shè)計要點 諧振式傳感器的特性 諧振式傳感器的設(shè)計要點 諧振式傳感器的特性 對圖示振弦式傳感器 ， 其諧振頻率如式 ()所示 。 為了方便 ， 寫成 )(210 rTlf ?弦的張力增加 DT后 )(1210 TTfTTlf D+?D+?rlT將式 ()兩邊平方 ， 并令 Df＝ f－ f0， 得 ).( 1692200 TTffff D????????? D+D)(1210 TTfTTlf D+?D+?r 諧振式傳感器的特性 ).( 1692200 TTffff D????????? D+D通常 ， 通過選擇合適的工作點可使 Df/f01， 從而可忽略上式中的平方項 ， 得到近似的線性輸出輸入關(guān)系為 )(2 0 TTff D?D 諧振式傳感器的特性 忽略非線性項后 ， 非線性誤差 d和靈敏度 Sn分別為 ).().(1992189220n0020TfTfSffffff?DD?D????????? D???????? D?d 諧振式傳感器的特性 ).( 1692200 TTffff D????????? D+D 為了得到良好的線性關(guān)系 ， 常常采用差動結(jié)構(gòu) 。 通過差頻電路測得兩弦的頻率差 ， 則不僅能提高靈敏度 ，還可減小非線性 。 123 諧振式傳感器的特性 (1)振梁式諧振傳感器 振梁受到壓力 p作用時 ， 其諧振頻率 f和壓力 p的關(guān)系為 ).( 209200???????? DD?ffbffap式中 ， a、 b為常數(shù) 。 lph 諧振式傳感器的特性 (2)振膜式諧振傳感器 膜片受到壓力 p作用時 ， 諧振頻率 f與膜片中心靜 撓度 Wp的關(guān)系及 Wp與 p的關(guān)系分別為 ).()().(22916132191442310pEhrhWchWhWcffppp??????????++?式中 ， c c為常數(shù) 。 rph 諧振式傳感器的特性 (3)振筒式諧振傳感器 振筒受到壓力 p作用時 ， 諧振頻率 f與壓力 p的關(guān)系近似為 ).( 32910 Bpff +?式中 ， B≈[3(1－ ?2)/(4E)](r/h)3。 ph2 rl 諧振式傳感器的特性 (4)壓電式諧振傳感器 石英振子壓力傳感器采用 厚度切變 振動模式 AT切型 石英晶體制成 ， 用一整塊石英加工出振子和圓筒 ， 端蓋是密封的 ， 空腔被抽成真空 。 pp1 2 13 4 3 2 諧振式傳感器的特性 設(shè)石英振子的密度為 r， 中心厚度為 h， 則石英振子的諧振頻率為 ).(1 249266hEfr?式中 ， E66為石英振子的 切變模量 ， 它對頻率的影響起主導(dǎo)作用 。 腔壁受靜態(tài)壓力 p作用時 ， 引起振子應(yīng)力發(fā)生變化 ， 導(dǎo)致振子諧振頻率變化 ， 而 諧振頻率 f的變化與所加壓力 p呈線性關(guān)系 ， 這種靜應(yīng)力 — 頻移效應(yīng)主要是 E66隨壓力 p變化而產(chǎn)生的 。 諧振式傳感器的特性 (5)硅微機械諧振傳感器 其諧振頻率 f與軸向應(yīng)力 s的關(guān)系為 ).( 2591er0 ss+? ff式中 ， ser為 臨界歐拉應(yīng)力 ； f0為軸向應(yīng)力 s＝ 0時的諧振頻率 。 1432hl5p 諧振式傳感器的特性 諧振式傳感器的特性與設(shè)計要點 諧振式傳感器的特性 諧振式傳感器的設(shè)計要點 √ 諧振式傳感器的設(shè)計要點 子 振子設(shè)計主要從以下幾方面考慮 。 (1)減小非線性 。 ① 選擇合適的工作點和最佳工作頻段 ， 也可在轉(zhuǎn)換電路中進(jìn)行非線性校正；② 采用差動結(jié)構(gòu)來減小非線性 、 提高靈敏度 ， 同時還可減小溫度等外界因素的影響； ③ 采用厚度切變振動模式 AT切型石英晶體制作石英振子 ， 能得到線性的輸出輸入特性 。
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