【正文】 ?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) 。 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) 。因此 ， 振弦的兩端必須與支架及運(yùn)動(dòng)部分固接 。 動(dòng)能和彈性能在彈性力作用下周期性地相互轉(zhuǎn)化 。 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 。 t與 f無關(guān) ， 是常量 。 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，可測靜態(tài)力和準(zhǔn)靜態(tài)力。 殼體所包圍的空間抽成真空 。 置于被測氣體之中時(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 。 兩管的振動(dòng)頻率相同但振動(dòng)方向相反 ， 對固定基座的作用相互抵消 ， 不引起基座運(yùn)動(dòng) 。 當(dāng)被測物傾斜角度發(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 。 為提高測量精度 ， 采用以 f 2為輸出的轉(zhuǎn)換電路 ， 則線性度可達(dá) ～ %。 IC1的輸出信號經(jīng) C R5及 C R6兩級相移 ， 以滿足電路自激振蕩的要求 。 tt激勵(lì)脈沖輸出信號張馳振蕩器 輸出 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 √ 閉環(huán)式轉(zhuǎn)換電路 這是采用 連續(xù)激勵(lì)方式 的諧振傳感器的轉(zhuǎn)換電路 。 P和 F F2的接觸面及 F F2的端部都應(yīng) 研磨光潔 ，以減小磁阻并使磁力線分布均勻 。 諧振式傳感器的設(shè)計(jì)要點(diǎn) (2)提高靈敏度 。 T12341— 鐵片； 2— 感應(yīng)線圈； 3— 永久磁鐵； 4— 電磁鐵 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 √ √ 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 √ 諧振式傳感器的特性與設(shè)計(jì)要點(diǎn) 諧振式傳感器通過測量諧振頻率來確定被測量的大小 ， 而 諧振頻率與被測量之間通常是非線性關(guān)系 。 諧振式傳感器的基本原理 ② 電磁法 ， 也稱 線圈法 。 其諧振頻率 (一次振型 )為 lTxy 諧振式傳感器的基本原理 )(212π21ru? Tllf ???)(212π21ru? Tllf ???當(dāng)振弦一定時(shí) ， 諧振頻率 f與張力 T及長度 l有關(guān) 。 用石英晶體振子可制成性能優(yōu)良的壓電式諧振傳感器 。 如圖所示 ， 在應(yīng)力作用下 ， 由于硅的壓阻效應(yīng) ， MOS管源 、 漏極之間的溝道電阻將發(fā)生變化 ， 從而改變反相器的延遲時(shí)間 。 常用電子振蕩器有 RC振 蕩電路和石英晶體振蕩電路等 。 補(bǔ)償裝置主要對溫度誤差進(jìn)行補(bǔ)償 。 當(dāng)強(qiáng)迫振動(dòng)頻率等于其固有振動(dòng)頻率時(shí)會(huì)產(chǎn)生諧振 。 若不考慮阻尼 ， 外接線路無需再給振弦提供電流 ， 即可依靠彈性力 維持等幅振動(dòng) ， 振動(dòng)頻率即諧振頻率 。 這樣就可組成自激振蕩電路 ，使梁在一階彎曲狀態(tài)下起振 ， 通過正反饋維持等幅振蕩 。 ph2 rl 諧振式傳感器的特性 (4)壓電式諧振傳感器 石英振子壓力傳感器采用 厚度切變 振動(dòng)模式 AT切型 石英晶體制成 ， 用一整塊石英加工出振子和圓筒 ， 端蓋是密封的 ， 空腔被抽成真空 。 ).(/)/().()/(12 2892792100mffQAQD???????x 諧振式傳感器的設(shè)計(jì)要點(diǎn) 要提高 Q， 必須提高振子的固有頻率 f0， 也就必須采用彈性模量高 、 剛度大 、 質(zhì) 量小且參數(shù)穩(wěn)定的振子材料 。 它們各有優(yōu)缺點(diǎn) ， 可根據(jù)加工條件 、 精度要求 、 調(diào)頻及裝拆情況等方面來選擇 ， 也可設(shè)計(jì)成其他形式的結(jié)構(gòu) 。 即 )(21rTlf ? 閉環(huán)式轉(zhuǎn)換電路 圖示電路中 ， 振弦等效諧振回路作為整個(gè)振蕩電路的 正反饋網(wǎng)絡(luò) 。 R2和 R4起溫度補(bǔ)償 的作用 。 它的缺點(diǎn)是對傳感器的材料和加工工藝要求很高 ， 精度較低 。 此外 ， 它也可測液體密度 、 液位等參數(shù) 。 壓電式諧振傳感器應(yīng)用舉例 石英晶體微天平檢測精度非常高 。 故普遍稱之為具有 ng(10－ 9 g)級 的 質(zhì)量檢測精度 。 561243p1— 拾振線圈； 2— 振動(dòng)膜片；3— 激振線圈； 4— 放大振蕩電路； 5— 壓力膜片； 6— 空腔 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 √ √ √ 振筒式傳感器應(yīng)用舉例 振筒式傳感器主要用于測氣體壓力和密度等物理量 。 測量時(shí)底座上的膜片與所要測量的地層面接觸 。 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 ， 起著激發(fā)并維持振蕩的作用 。 R1R2R3R4R5CVVDN S+輸出傳感器A 閉環(huán)式轉(zhuǎn)換電路 電路停振時(shí) ， 輸出信號等于零 ， 場效應(yīng)管零偏 ， 其漏源極對 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 。 前者是由單獨(dú)的信號發(fā)生器產(chǎn)生激勵(lì)信號 ， 后者是由拾振環(huán)節(jié)的信號通過正反饋?zhàn)鳛榧?lì)信號 。 ).(/)