【正文】 根據(jù) 能陷理論 ， 選擇諧振子外形的主要依據(jù)是徑向尺寸 f和晶片厚度 h之比值的大小 。 lTrphph2rllph (a)張絲狀 (b)梁狀 (c)膜片狀 (d)筒狀 諧振式傳感器的類型 振子材料有 ① 恒彈性模量的恒模材料 ， 如鐵鎳恒彈合金等 。 它是一種 頻率式數(shù)字傳感器 。 該電路是由運(yùn)算放大器和反饋網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的一種 RC文氏電橋 正弦波發(fā)生器 。傳感器原理與應(yīng)用 第 9章 諧振式傳感器 第 9章 諧振式傳感器 諧振式傳感器是 直接將被測量的變化轉(zhuǎn)換為物體諧振頻率變化 的裝置 ， 也稱 頻率式傳感器 。 環(huán)形振蕩器最基本的形式是由奇數(shù)個首尾相連成閉環(huán)的反相器組成 ， 如圖所示 。 所謂頻率式數(shù)字傳感器是指 ， 它能直接將被測非電量轉(zhuǎn)換成與之相對應(yīng)的 、 便于處理的準(zhǔn)數(shù)字信號 —— 頻率信號 。 但這種材料易受外界磁場和周圍環(huán)境溫度的影響 。 一般 ，在 f/h≤15時 ， 采用雙凸形 。 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 √ 設(shè)振子 等效剛度 為 ke， 等效振動質(zhì)量 為 me，則振子諧振頻率 f可近似表示為 若振子受到力的作用或其中的介質(zhì)質(zhì)量發(fā)生變化 ， 導(dǎo)致振子的等效剛度或等效振動質(zhì)量發(fā)生變化 ， 其諧振頻率也會發(fā)生變化 。 (1)連續(xù)激勵法 是指 按振子的振動周期補(bǔ)充能量 ， 使其振幅維持不變 。 若外接電勢略大于上述感應(yīng)電勢 ， 還可消除其他阻尼的影響 。 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 。 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 。 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 。 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 。 Q的定義為 ).(每周因阻尼損耗的能量 每周平均存儲的能量 269?Q 諧振式傳感器的設(shè)計要點 對阻尼系數(shù) x1的弱阻尼系統(tǒng) ， 利用諧振子的幅頻特性可得 ?1A ()??1 ? 2?00AmA/m212/2/mA 諧振式傳感器的設(shè)計要點 式中 ， ? ?2對應(yīng)的幅值增益為 ， 稱為 半功率點 。 鐵 對需要采用磁鐵激勵振蕩或進(jìn)行信號測量的諧振式傳感器 ， 磁場可由 永久磁鐵 產(chǎn)生 ， 也可用 直流電磁鐵 。固接方法有兩種 ① 將振弦兩端與支架及運(yùn)動部分焊接； ② 用夾緊裝置將振弦夾緊 。 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 開環(huán)式轉(zhuǎn)換電路 這是采用 間歇激勵方式 的振弦式諧振傳感器的轉(zhuǎn)換電路 。 閉環(huán)式轉(zhuǎn)換電路 從另一角度 ， 可認(rèn)為外接電路提供的 電流由 iC、 iL兩部分組成 ， iL受到的磁場力 FL始終和彈性力大小相等方向相反 ， 抵消了彈性力的作用 ， iC受到的磁場力 FC則始終和彈性力大小相等方向相同 ， 即認(rèn)為 振弦動能和彈性能的相互轉(zhuǎn)化是由磁場力FC促成的 。 R1R2R3R4R5CVVDN S+輸出傳感器ALAR1C 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 如圖所示 ， 由帶有磁鋼的電磁線圈 L產(chǎn)生激勵力 ， 可用于振弦式 、 振膜式 、 振筒式和振梁式傳感器 。 被測量輸出計數(shù)器5M Hz振蕩器5M Hz振蕩器倍頻器 40()倍頻器) 40(差頻檢測電路石英振子 閉環(huán)式轉(zhuǎn)換電路 為提高拾振靈敏度并補(bǔ)償溫度的影響 ， 在微橋一端制作四個壓敏電阻 ， 排列方式如圖 (a)所示 ， 置于微橋一端是因為端部應(yīng)變最大 。 放大器要有足夠的放大倍數(shù) ， 以滿足自激振蕩的幅值條件 ， 而移相器的作用是對閉環(huán)內(nèi)各環(huán)節(jié)的總相移進(jìn)行調(diào)整 (主要是激振器 → 拾振器的 90?左右相移 )， 以滿足相位條件 。 VDDu2u3C M O S時基電路 以頻率的平方為輸出的轉(zhuǎn)換電路 u3同時控制著兩個頻率 — 電壓轉(zhuǎn)換電路 ， 使它們在每個周期 T里輸出寬度為 t、 幅值分別為 UrUr2的方波 uo1和 uo2。有 水平方向 加速度作用時 ， 測出兩邊振弦的頻差即可知道加速度 。有 兩個振動系統(tǒng) ，一個用來測量，另一個進(jìn)行溫度補(bǔ)償。 振筒振動時管中 被測介質(zhì)的質(zhì)量必然附加在振筒的質(zhì)量上 ， 使系統(tǒng)諧振頻率和介質(zhì)質(zhì)量有關(guān) 。 p1p21 654321— 波紋管； 2— 殼體；3— 杠桿； 4— 支點； 5—配重； 6— 力敏石英振子 壓電式諧振傳感器應(yīng)用舉例 石英晶體諧振后 ， 它的振蕩頻率與溫度之間存在一定的關(guān)系 。 在上硅片的中間部分制作硅微橋 、 激振電阻與拾振電阻 。 p14326 51— 微橋； 2— 激振電阻； 3—拾振電阻； 4— 上硅片； 5—下硅片； 6— 壓力膜 微型硅諧振式傳感器應(yīng)用舉例 不同之處是增加了氣體敏感膜 。 石英晶體微天平是以表面鍍有敏感薄膜的石英晶體作為敏感元件 ， 以 AT切型石英晶體為換能元件 ， 利用石英晶體的質(zhì)量 — 頻率變化關(guān)系 ， 將待測物質(zhì)的濃度信號轉(zhuǎn)換成頻率信號輸出 ， 從而實現(xiàn)濃度檢測 。 拾振器 被測流體 激振器 放大器 固定塊 固定塊 振筒式傳感器應(yīng)用舉例 雙管式結(jié)構(gòu)可提高振動頻率的穩(wěn)定性 。 65測量電路F12347891— 圓環(huán)； 9— 激振器； 3—振梁； 7— 拾振器； 6—放大振蕩電路； 8— 振桿 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 √ √ 振膜式壓力傳感器應(yīng)用舉例 振膜式壓力傳感器的分辨力可以達(dá)到 ～ kPa/Hz， 精度可達(dá) %， 重復(fù)性可達(dá)十萬分之幾 ， 長期穩(wěn)定性可達(dá)每年 ～ %， 這是一般模擬輸出的壓力傳感器所不能比擬的 。 振弦式傳感器應(yīng)用舉例 它是利用振弦技術(shù)對傾斜角度進(jìn)行檢測 ， 內(nèi)部有一個垂直重物 ， 用振弦和彈性樞紐支撐著 。 + Ec EcUr1( Ur2) u o1 ( u o2 )u3 以頻率的平方為輸出的轉(zhuǎn)換電路 低通濾波后 Uo＝ (Ur2t)/T， Ur2＝ (Ur1t)/T。