【正文】 硅微橋作為 二次敏感元件 ， 間接感受被測(cè)壓力 。 實(shí)驗(yàn)得知 ， X向切割或 Y向切割時(shí) ， 其諧振頻率有較大的溫度系數(shù) 。 但管子對(duì)兩端固定塊有反作用力 ， 將引起基座運(yùn)動(dòng) ， 導(dǎo)致測(cè)量誤差 。因只有單根振梁，非線性誤差較大。 8765421361— 固定弦； 2— 質(zhì)量塊； 3— 激振磁鐵； 4— 端蓋； 5— 螺釘；6— 振弦； 7— 殼體； 8— 引線孔 振弦式傳感器應(yīng)用舉例 振弦式加速度傳感器具有靈敏度高 、 測(cè)量范圍大 、 耐沖擊等特點(diǎn) ， 既可用于火箭 、 導(dǎo)彈的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中 ， 又可用于航空與地面重力測(cè)量 、 地震測(cè)量 、 爆破振動(dòng)與地基振動(dòng)測(cè)量 ，它比通常的擺式加速度計(jì)更優(yōu)越 。 整形放大低通濾波器 u2u1Ur1Uo單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器fV—轉(zhuǎn)換電路 1u3Ur2低通濾波器 uo1uo2fV—轉(zhuǎn)換電路 2 以頻率的平方為輸出的轉(zhuǎn)換電路 頻率 — 電壓轉(zhuǎn)換電路如圖所示 ， u3高電平期間三極管截止 ， 場(chǎng)效應(yīng)管柵極低電位而導(dǎo)通 ， 輸出等于輸入 ， u3低電平期間三極管導(dǎo)通 ， 場(chǎng)效應(yīng)管柵極高電位而截止 ， 輸出等于零 。 (c)閉環(huán)自激測(cè)量系統(tǒng) 諧振式傳感器的轉(zhuǎn)換電路 開環(huán)式轉(zhuǎn)換電路 閉環(huán)式轉(zhuǎn)換電路 以頻率的平方為輸出的轉(zhuǎn)換電路 √ √ 以頻率的平方為輸出的轉(zhuǎn)換電路 諧振式傳感器輸出信號(hào)的頻率一般與被測(cè)量的開方成正比 。 (a)電阻布置 閉環(huán)式轉(zhuǎn)換電路 由于微橋的長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于其寬度 ， 應(yīng)變主要沿長(zhǎng)度方向 。 A為振子 ， RE為貼在振子上的應(yīng)變片 。 閉環(huán)式轉(zhuǎn)換電路 此時(shí) 置于磁場(chǎng)中的振弦相當(dāng)于一個(gè) LC并聯(lián)回路 ，當(dāng)外接電路滿足正反饋條件時(shí) ， 即可產(chǎn)生振蕩 。 如圖所示 ， 是一種比圖 簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)換電路形式 。 一般采用第二種方法 ， 為此需設(shè)計(jì)專門的夾緊裝置 。 諧振式傳感器的設(shè)計(jì)要點(diǎn) 在 電流法激勵(lì)振弦 的方式中 ， 為提高氣隙中心磁通密度 ， 并照顧加工方便 ， 通常用電工純鐵制成尖形的磁極 ， 然后與永久磁鐵連在一起 。 因此 ， 可根據(jù)幅頻特性曲線求振子的品質(zhì)因數(shù)及阻尼比 。 (1)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(shí) ， 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) 。 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(lì)法 不是按振動(dòng)周期 ， 而是 按一定的時(shí)間間隔 (多個(gè)振動(dòng)周期 )給振子補(bǔ)充能量 。 左邊兩個(gè)為一組 ， 右邊兩個(gè)為一組 。 諧振式傳感器的基本原理 電流法的缺點(diǎn)是：振弦連續(xù)激勵(lì)容易疲勞 ，又因振弦通電 ， 所以須考慮它與外殼絕緣問題 。 又可分為 電流法 、電磁法 、 電荷法 和 電熱法 等 。 此即機(jī)械式諧振傳感器的基本工作原理 。 當(dāng) 15＜ f/h≤45時(shí) ，采用平凸形 f/h＞ 45時(shí) ， 采用扁平形 。 ② 石英晶體 ， 在一般應(yīng)力下具有很好的重復(fù)性和極小的遲滯 ， 特別是其品質(zhì)因數(shù) Q值極高 ， 且不受環(huán)境溫度影響 ， 性能長(zhǎng)期穩(wěn)定 。 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(jì)要點(diǎn) 諧振式傳感器的轉(zhuǎn)換電路 諧振式傳感器應(yīng)用舉例 諧振式傳感器的類型與原理 機(jī)械式諧振傳感器的基本組成如圖所示 。 輸出頻率與每個(gè)門的平均延遲時(shí)間及門的數(shù)目成反比 。 優(yōu)點(diǎn) ： ① 精度高 、 分辨力高； ② 穩(wěn)定性高 、可靠性高 、 抗干擾能力強(qiáng)； ③ 適于長(zhǎng)距離傳輸且功耗低； ④ 能直接與數(shù)字設(shè)備相連接； ⑤ 無(wú)活動(dòng)部件 ， 機(jī)械結(jié)構(gòu)牢固等 。 RT作為 RC振蕩器的一部分 ， 振蕩頻率與 RT有關(guān) 。 第 9章 諧振式傳感器 本章主要討論 機(jī)械式諧振傳感器 。 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(jié)構(gòu) ， 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(duì)應(yīng)的振子形狀分別為張絲狀 、 梁狀 、 膜片狀和筒狀 。石英晶體的振動(dòng)模式有 長(zhǎng)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(yīng)用模式 。 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(jià)格低廉 、 體積小 、 功耗低的產(chǎn)品 ， 特別是便于構(gòu)成集成化測(cè)量系統(tǒng) 。 起振后 ， 還需要及時(shí)補(bǔ)充能量 。 振弦在運(yùn)動(dòng)過程中切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì) ， 該電勢(shì)通過外接閉合回路形成電流 ， 使振弦受到大小正比于運(yùn)動(dòng)速度 、 方向和運(yùn)動(dòng)速度相反的磁場(chǎng)力的作用 ， 此即電磁阻尼 。 通過外接電路形成正反饋 ， 使振弦維持連續(xù)振動(dòng) 。 用半導(dǎo)體擴(kuò)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 。 諧振式傳感器的特性與設(shè)計(jì)要點(diǎn) 諧振式傳感器的特性 諧振式傳感器的設(shè)計(jì)要點(diǎn) 諧振式傳感器的特性 對(duì)圖示振弦式傳感器 ， 其諧振頻率如式 ()所示 。 腔壁受靜態(tài)壓力 p作用時(shí) ， 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 。 諧振式傳感器的設(shè)計(jì)要點(diǎn) (3)提高穩(wěn)定性 。 ).(/)/( 12 289 00 ffQ D?? ??? 諧振式傳感器的設(shè)計(jì)要點(diǎn) (4)減小溫度誤差 。 振弦式傳感器工作時(shí) ， 振弦處于張緊狀態(tài) 。 前者是由單獨(dú)的信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生激勵(lì)信號(hào) ， 后者是由拾振環(huán)節(jié)的信號(hào)通過正反饋?zhàn)鳛榧?lì)信號(hào) 。 閉環(huán)式轉(zhuǎn)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 。 R1R2R3R4R5CVVDN S+輸出傳感器A 閉環(huán)式轉(zhuǎn)換電路 電路停振時(shí) ， 輸出信號(hào)等于零 ， 場(chǎng)效應(yīng)管零偏 ， 其漏源極對(duì) R2的并聯(lián)作用使負(fù)反饋電壓近似等于零 ， 從而大大削弱了負(fù)反饋回路的作用 ， 使回路增益大大提高 ，有利于起振 。 LAR1C 1R3R 2R ER 4IC 1C 2 C 3R 5 R6R 14R7R8R9IC 2C4R 10R 11R 12R13C 5VEc++ 閉環(huán)式轉(zhuǎn)換電路 壓電式諧振傳感器常用差頻檢測(cè)電路 。 設(shè)激振電阻阻值為R， 所加激勵(lì)電壓為 Ucos?t， 則熱激勵(lì)功率為 ).()(1)()( 3592 2c o sc o s ds22PPR tUR tUtP +?+?? ??(c)閉環(huán)自激測(cè)量系統(tǒng) 閉環(huán)式轉(zhuǎn)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