【正文】 段作為工作范圍 ， 其非線性誤差也會高達 5～ 6 %左右 。 設激振電阻阻值為R， 所加激勵電壓為 Ucos?t， 則熱激勵功率為 ).()(1)()( 3592 2c o sc o s ds22PPR tUR tUtP +?+?? ??(c)閉環(huán)自激測量系統(tǒng) 閉環(huán)式轉換電路 Ps為恒定分量 ， 不是激發(fā)及維持振蕩的因素 ； Pd為交變分量 ， 起著激發(fā)并維持振蕩的作用 。 因此 ， 只有 R1和 R3受壓阻效應的影響 。 LAR1C 1R3R 2R ER 4IC 1C 2 C 3R 5 R6R 14R7R8R9IC 2C4R 10R 11R 12R13C 5VEc++ 閉環(huán)式轉換電路 壓電式諧振傳感器常用差頻檢測電路 。 閉環(huán)式轉換電路 應變片檢測振子的振動信號 。 R1R2R3R4R5CVVDN S+輸出傳感器A 閉環(huán)式轉換電路 電路停振時 ， 輸出信號等于零 ， 場效應管零偏 ， 其漏源極對 R2的并聯(lián)作用使負反饋電壓近似等于零 ， 從而大大削弱了負反饋回路的作用 ， 使回路增益大大提高 ，有利于起振 。 至于其他阻尼 (如空氣阻尼 )， 就像LC并聯(lián)回路存在阻尼 (如線圈電阻 )一樣 ， 由外接電路補充一定的能量即可克服 。 閉環(huán)式轉換電路 曾指出 ， 在振弦起振后的振蕩過程中 ，外加電流只是克服阻尼作用 ， 不使能量損失 。 線圈兼有激振和拾振兩種作用 ， 有利于減小傳感器體積 。 前者是由單獨的信號發(fā)生器產(chǎn)生激勵信號 ， 后者是由拾振環(huán)節(jié)的信號通過正反饋作為激勵信號 。 諧振式傳感器的設計要點 諧振式傳感器的設計要點 一個良好的振弦夾緊裝置應滿足： ① 抗滑能力強 ， 弦在長期受拉或反復激發(fā)振動的情況下 ， 夾頭不松動； ② 加工簡單 ， 安裝方便 ， 發(fā)生故障后易于拆卸 ， 并能重復使用； ③ 易于調整弦的初始頻率 ，安裝和調頻時能保證振弦不發(fā)生轉動 。 振弦式傳感器工作時 ， 振弦處于張緊狀態(tài) 。 圖中P為永久磁鐵 ， 材料為 AlNiCoⅤ 硬磁合金 ， F F2為磁極 。 ).(/)/( 12 289 00 ffQ D?? ??? 諧振式傳感器的設計要點 (4)減小溫度誤差 。 ).(/)/().()/(12 2892792100mffQAQD???????x?1A ()??1 ? 2?00AmA/m212/2/mA 2/mA 諧振式傳感器的設計要點 顯然 ， Q值反映了諧振子阻尼比的大小及振動中消耗能量快慢的程度 ， 同時也反映了幅頻特性曲線諧振峰陡峭的程度 ， 即振子 選頻能力 的強弱 。 諧振式傳感器的設計要點 (3)提高穩(wěn)定性 。 ① 選擇合適的工作點和最佳工作頻段 ， 也可在轉換電路中進行非線性校正；② 采用差動結構來減小非線性 、 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 。 腔壁受靜態(tài)壓力 p作用時 ， 引起振子應力發(fā)生變化 ， 導致振子諧振頻率變化 ， 而 諧振頻率 f的變化與所加壓力 p呈線性關系 ， 這種靜應力 — 頻移效應主要是 E66隨壓力 p變化而產(chǎn)生的 。 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的關系及 Wp與 p的關系分別為 ).()().(22916132191442310pEhrhWchWhWcffppp??????????++?式中 ， c c為常數(shù) 。 諧振式傳感器的特性與設計要點 諧振式傳感器的特性 諧振式傳感器的設計要點 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 。 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 ， 使振幅再次達到最大值 ，重新開始下一輪衰減振動 。 用半導體擴散工藝 ， 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 。 當一組電極加上某方向的電場時 ， 因逆壓電效應產(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 。 通過外接電路形成正反饋 ， 使振弦維持連續(xù)振動 。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 。 振弦在運動過程中切割磁力線產(chǎn)生感應電勢 ， 該電勢通過外接閉合回路形成電流 ， 使振弦受到大小正比于運動速度 、 方向和運動速度相反的磁場力的作用 ， 此即電磁阻尼 。 諧振式傳感器的基本原理 ① 電流法 。 起振后 ， 還需要及時補充能量 。 )(π21eemkf ? 諧振式傳感器的基本原理 如圖所示 ， 一根兩端固定 ， 長度為 l， 線密度 (單位長度質量 )為 r的弦 ， 受到張力 T作用 。 這種傳感器利用成熟的硅集成制造工藝 ， 能得到大批量的可靠性高 、 靈敏度高 、 價格低廉 、 體積小 、 功耗低的產(chǎn)品 ， 特別是便于構成集成化測量系統(tǒng) 。 諧振式傳感器的類型 諧振式傳感器的類型 石英晶體振蕩器的基本原理 在石英晶體的電極上施加交變激勵電壓時 ，由于 逆壓電效應 ， 石英晶體會產(chǎn)生機械振動 。石英晶體的振動模式有 長度伸縮 、 彎曲 、 面切變 和厚度切變 等 ， 其中厚度切變是主要的應用模式 。 ③ 硅 。 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 諧振式傳感器的類型 按諧振子的結構 ， 常見的諧振式傳感器可分為振弦式 、 振梁式 、 振膜式 和 振筒式 ， 對應的振子形狀分別為張絲狀 、 梁狀 、 膜片狀和筒狀 。 振動元件是核心部件 ， 稱為 振子 或 諧振子 。 第 9章 諧振式傳感器 本章主要討論 機械式諧振傳感器 。 第 9章 諧振式傳感器 第 9章 諧振式傳感器 MOS環(huán)振式數(shù)字加速度傳感器利用了 MOS管的力敏效應 。 RT作為 RC振蕩器的一部分 ， 振蕩頻率與 RT有關 。 第 9章 諧振式傳感器 缺點 ： ① 要求材料質量較高； ② 加工工藝復雜 、 生產(chǎn)周期長 、 成本較高； ③ 其輸出頻率與被測量的關系往往是非線性的 ， 須進行線性化處理才能保證良好的精度 。 優(yōu)點 ： ① 精度高 、 分辨力高； ② 穩(wěn)定性高 、可靠性高 、 抗干擾能力強； ③ 適于長距離傳輸且功耗低； ④ 能直接與數(shù)字設備相連接； ⑤ 無活動部件 ， 機械結構牢固等 。 第 9章 諧振式傳感器 — 頻率傳感器 如圖所示 ， 它利用熱敏電阻 RT測量溫度 。 輸出頻率與每個門的平均延遲時間及門的數(shù)目成反比 。 第 9章 諧振式傳感器 為了減小環(huán)境溫度的影響 ， 可以采用如圖所示結構 。 第 9章 諧振式傳感器 諧振式傳感器的類型與原理 諧