【正文】 即使取特性曲線較直的一段作為工作范圍 ， 其非線性誤差也會高達(dá) 5～ 6 %左右 。 因此 ， 只有 R1和 R3受壓阻效應(yīng)的影響 。 閉環(huán)式轉(zhuǎn)換電路 應(yīng)變片檢測振子的振動信號 。 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(bǔ)充一定的能量即可克服 。 線圈兼有激振和拾振兩種作用 ， 有利于減小傳感器體積 。 諧振式傳感器的設(shè)計要點 諧振式傳感器的設(shè)計要點 一個良好的振弦夾緊裝置應(yīng)滿足： ① 抗滑能力強(qiáng) ， 弦在長期受拉或反復(fù)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(fù)使用； ③ 易于調(diào)整弦的初始頻率 ，安裝和調(diào)頻時能保證振弦不發(fā)生轉(zhuǎn)動 。 圖中P為永久磁鐵 ， 材料為 AlNiCoⅤ 硬磁合金 ， F F2為磁極 。 ).(/)/().()/(12 2892792100mffQAQD???????x?1A ()??1 ? 2?00AmA/m212/2/mA 2/mA 諧振式傳感器的設(shè)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(qiáng)弱 。 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 。 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) 。 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 。 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 。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 ① 電流法 。 )(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(zhì)量 )為 r的弦 ， 受到張力 T作用 。 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(yīng) ， 石英晶體會產(chǎn)生機(jī)械振動 。 ③ 硅 。 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 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(yīng) 。 第 9章 諧振式傳感器 缺點 ： ① 要求材料質(zhì)量較高； ② 加工工藝復(fù)雜 、 生產(chǎn)周期長 、 成本較高； ③ 其輸出頻率與被測量的關(guān)系往往是非線性的 ， 須進(jìn)行線性化處理才能保證良好的精度 。 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 。 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(jié)構(gòu) 。 頻率檢測實現(xiàn)對周期信號頻率即諧振頻率的檢測 ， 從而可確定被測量的大小 。 其中雙凸形振子 Q值最高可達(dá) 106～ 107， 因而較多采用 。 思考題：固有頻率與諧振頻率是否相同 ？ 為什么 ？ 諧振式傳感器的類型 隨著 微電子技術(shù) 和 微機(jī)械加工技術(shù) 的興起 ， 以硅為振子材料的 硅微機(jī)械諧振傳感器 越來越受到了重視 。 諧振式傳感器的基本原理 為測出諧振頻率 ， 須設(shè)法激勵振子振動 。 N S放大正反饋T 諧振式傳感器的基本原理 然而阻尼總是存在的 ， 除 電磁阻尼 外還有 空氣阻尼 等 。 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 。 + + + + ④ 電熱法 。 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 。 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 。 ① 物理特性參數(shù) ， 包括材料的密度r、 泊松比 ?、 彈性模量 E等； ② 結(jié)構(gòu)參數(shù) ， 包括厚度 h、 半徑 r、 長度 l等； ③ 初始諧振頻率 f0、 預(yù)加載荷 T0等； ④ 壓電式諧振傳感器采取圍壓加載方式時 ， 其靈敏度最高 。 振弦材料可選鎢絲 、 鍍銀的石英絲 、 琴鋼絲等；振筒材料可選具有恒彈性模量的鐵鎳恒彈合金等；振膜和振梁材料可選石英晶體等 。 為方便線圈的安裝 ， 磁鐵常制成 U形 ， 而把電磁線圈安裝在U形磁鐵的一臂 。 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 √ √ 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 √ √ 諧振式傳感器的轉(zhuǎn)換電路 按激勵信號產(chǎn)生的方式可將轉(zhuǎn)換電路分為 開環(huán)式 和 閉環(huán)式 兩種 。 轉(zhuǎn)換電路如圖所示 ，適用于振弦式傳感器 。 RR2和場效應(yīng)管 V組成 負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò) ， R R 二極管 VD和電容 C支路控制場效應(yīng)管的柵極電壓 。 三極管 V是功放 。 (b)拾振橋路 (a)電阻布置 閉環(huán)式轉(zhuǎn)換電路 圖 (c)為自激測量系統(tǒng) 。 u1經(jīng)放大整形后得到頻率為 f的方波 u2。 振弦式傳感器應(yīng)用舉例 圖示是測地層壓力用的振弦式壓力傳感器 。 美國基康公司是該類傾斜傳感器的著名生產(chǎn)廠家 。 振膜式壓力傳感器應(yīng)用舉例 壓力膜片 5的支架上固定著振動膜片 2，被測壓力 p進(jìn)人空腔之后 ， 壓力膜片發(fā)生變形 ， 支架角度改變 ，使振動膜片張緊 ， 剛度變化 ， 固有頻率也發(fā)生改變 。 1 2 31— 波紋管； 2— 拾振線圈； 3— 激振線圈 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 √ √ √ √ 壓電式諧振傳感器應(yīng)用舉例 用兩個相對的波紋管實現(xiàn)壓力差的傳遞 ， 采用杠桿形成繞支點的力矩并傳遞給力敏石英振子作用力 。 10 MHz基頻的晶振 ， 質(zhì)量變化 1 ng時 ， 頻率變化