【正文】 并聯(lián)的 LC回路 ， 其諧振頻率為 ).( 349π21π21ee mkCLf ??).( 33922e klBL ? ).( 31922e lBmC ? 閉環(huán)式轉(zhuǎn)換電路 ).( 349π21π21ee mkCLf ?? 若將橫向剛度 k＝ p2T/l代入上式 ， 即可得到式 ()。 IC1的輸出信號(hào)經(jīng) C R5及 C R6兩級(jí)相移 ， 以滿(mǎn)足電路自激振蕩的要求 。 按圖 (b)所示連接成拾振橋路 ， 靈敏度可比單個(gè)壓敏電阻大 1倍 。 為提高測(cè)量精度 ， 采用以 f 2為輸出的轉(zhuǎn)換電路 ， 則線性度可達(dá) ～ %。 所以 ).( 369221r221ro fUTUU tt ??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 諧振式傳感器的轉(zhuǎn)換電路 開(kāi)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 √ √ √ 第 9章 諧振式傳感器 諧振式傳感器的類(lèi)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 √ √ √ 諧振式傳感器應(yīng)用舉例 振弦式傳感器應(yīng)用舉例 振梁式傳感器應(yīng)用舉例 振膜式壓力傳感器應(yīng)用舉例 振筒式傳感器應(yīng)用舉例 壓電式諧振傳感器應(yīng)用舉例 微型硅諧振式傳感器應(yīng)用舉例 振弦式傳感器應(yīng)用舉例 振弦式傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單牢固 、 測(cè)量范圍大 、 靈敏度高 、 測(cè)量電路簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn) ， 廣泛用于大壓力的測(cè)量 ， 也可用來(lái)測(cè)位移 、 扭矩 、 力和加速度等 。 當(dāng)被測(cè)物傾斜角度發(fā)生變化 ， 導(dǎo)致重物的重心轉(zhuǎn)動(dòng) ， 從而使振弦的張力發(fā)生變化 。 因此 ，常用于航空航天技術(shù)中 ， 用來(lái)測(cè)量大氣參數(shù) (靜壓及動(dòng)壓 )， 并通過(guò)計(jì)算機(jī)求飛行速度 、 飛行高度等飛行參數(shù)；它還常用來(lái)做為標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量?jī)x器 ， 標(biāo)定其他壓力傳感器或壓力儀表 。 兩管的振動(dòng)頻率相同但振動(dòng)方向相反 ， 對(duì)固定基座的作用相互抵消 ， 不引起基座運(yùn)動(dòng) 。 特別適合生物分子的檢測(cè) ， 可廣泛用于臨床化學(xué) 、 藥物分析 、 環(huán)境質(zhì)量檢測(cè)等諸多領(lǐng)域 。 置于被測(cè)氣體之中時(shí) ， 微梁表面的敏感膜吸附氣體分子 ， 微橋質(zhì)量增加 ， 使橋的諧振頻率減小 。 壓電式諧振傳感器應(yīng)用舉例 諧振式傳感器應(yīng)用舉例 振弦式傳感器應(yīng)用舉例 振梁式傳感器應(yīng)用舉例 振膜式壓力傳感器應(yīng)用舉例 振筒式傳感器應(yīng)用舉例 壓電式諧振傳感器應(yīng)用舉例 微型硅諧振式傳感器應(yīng)用舉例 √ √ √ √ √ 微型硅諧振式傳感器應(yīng)用舉例 下硅片中間部分的壓力膜作為 一次敏感元件 ， 直接感受被測(cè)壓力 。 殼體所包圍的空間抽成真空 。 如圖所示為 單管式密度傳感器結(jié)構(gòu) 。 諧振式傳感器應(yīng)用舉例 振弦式傳感器應(yīng)用舉例 振梁式傳感器應(yīng)用舉例 振膜式壓力傳感器應(yīng)用舉例 振筒式傳感器應(yīng)用舉例 壓電式諧振傳感器應(yīng)用舉例 微型硅諧振式傳感器應(yīng)用舉例 √ 振梁式傳感器應(yīng)用舉例 用彈性圓環(huán)作為敏感元件，可測(cè)靜態(tài)力和準(zhǔn)靜態(tài)力。 1652 11109873 41— 夾緊裝置； 2— 膜片； 3— 振弦； 4— 線圈； 5— 鐵心； 6— 電纜； 7— 絕緣材料； 8— 塞子；9— 蓋子； 10— 支架； 11— 底座 振弦式傳感器應(yīng)用舉例 通過(guò)調(diào)整端蓋上的螺釘 ， 使得無(wú)加速度作用時(shí) ， 質(zhì)量塊左右兩側(cè)振弦的諧振頻率相同 。 t與 f無(wú)關(guān) ， 是常量 。 RtUPRUP22c o s22d2s??? ，(c)閉環(huán)自激測(cè)量系統(tǒng) 其中 閉環(huán)式轉(zhuǎn)換電路 當(dāng)滿(mǎn)足正反饋條件 ， 且 ?等于諧振頻率的 1/2時(shí) ， 即可按諧振頻率振蕩 。 如圖所示 ， 傳感器工作在 5 MHz的初始頻率上 ， 經(jīng)倍頻器乘以 40， 由差頻檢測(cè)電路得到它與 5 MHz基準(zhǔn)振蕩器 (也乘以 40)的頻率差 ， 再送入計(jì)數(shù)器 。 起振后 ， V截止 ， 負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)起穩(wěn)定輸出信號(hào)幅度的作用 。 動(dòng)能和彈性能在彈性力作用下周期性地相互轉(zhuǎn)化 。 為提高輸出輸入關(guān)系的線性度 ， 對(duì)非線性嚴(yán)重的諧振式傳感器 ， 還可將諧振頻率平方后再進(jìn)行輸出 。因此 ， 振弦的兩端必須與支架及運(yùn)動(dòng)部分固接 。 可采取的措施有： ① 采用零溫度系數(shù)的材料 ， 或溫度系數(shù)恒定的材料 ， 且其彈性模量受溫度影響??； ② 采用電路補(bǔ)償； ③ 采取恒溫措施； ④ 傳感器設(shè)計(jì)成封閉系統(tǒng) ， 使傳感器機(jī)械結(jié)構(gòu)自身達(dá)到熱補(bǔ)償； ⑤ 對(duì)因溫度變化而影響振子諧振頻率的部分 ， 通過(guò)選取適當(dāng)?shù)某叽绾蜏囟认禂?shù) ， 保持脹縮平衡 。 在諧振式傳感器中 ， 諧振子的 品質(zhì)因數(shù) Q是一個(gè)極其重要的指標(biāo) 。 諧振式傳感器的特性 (5)硅微機(jī)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(shí)的諧振頻率 。 為了方便 ， 寫(xiě)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(guò)選擇合適的工作點(diǎn)可使 Df/f01， 從而可忽略上式中的平方項(xiàng) ， 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(xiàng)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(dòng)結(jié)構(gòu) 。 激振電阻中通以交變的激勵(lì)電流 ， 產(chǎn)生橫向振動(dòng) 。 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 。 設(shè)想將上述感應(yīng)電勢(shì)測(cè)出來(lái) ， 然后通過(guò) 正反饋 在振弦兩端加幅度相同 、 相位也相同的外接電勢(shì) ， 則不會(huì)產(chǎn)生電磁阻尼 。 給振子補(bǔ)充能量的方式一般有兩種： 連續(xù)激勵(lì)法 和 間歇激勵(lì)法 。 其振子常為微懸臂梁 、 兩端固支微梁 (橋 )、方膜或圓膜等形狀 ， 尺寸在 微米 量級(jí) 。 h(a)扁平形 (b)平凸形 (c)雙凸形 諧振式傳感器的類(lèi)型