【文章內(nèi)容簡介】 諧振式傳感器的設計要點 (2)提高靈敏度 。 通過適當選擇振子的參數(shù)來提高靈敏度 。 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 結構參數(shù) ， 包括厚度 h、 半徑 r、 長度 l等； ③ 初始諧振頻率 f0、 預加載荷 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 。 諧振式傳感器的設計要點 (3)提高穩(wěn)定性 。 在諧振式傳感器中 ， 諧振子的 品質因數(shù) Q是一個極其重要的指標 。 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 諧振式傳感器的設計要點 式中 ， ? ?2對應的幅值增益為 ， 稱為 半功率點 。 因此 ， 可根據(jù)幅頻特性曲線求振子的品質因數(shù)及阻尼比 。 ).(/)/().()/(12 2892792100mffQAQD???????x?1A ()??1 ? 2?00AmA/m212/2/mA 2/mA 諧振式傳感器的設計要點 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 的強弱 。 它越大 ， 自激振蕩回路越易于起振 ， 諧振頻率的穩(wěn)定性越高 ， 傳感器的工作越穩(wěn)定 ， 抗外界干擾的能力越強 ， 重復性也就越好 。 ).(/)/().()/(12 2892792100mffQAQD???????x 諧振式傳感器的設計要點 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 量小且參數(shù)穩(wěn)定的振子材料 。 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 。 ).(/)/( 12 289 00 ffQ D?? ??? 諧振式傳感器的設計要點 (4)減小溫度誤差 。 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小； ② 采用電路補償； ③ 采取恒溫措施； ④ 傳感器設計成封閉系統(tǒng) ， 使傳感器機械結構自身達到熱補償； ⑤ 對因溫度變化而影響振子諧振頻率的部分 ， 通過選取適當?shù)某叽绾蜏囟认禂?shù) ， 保持脹縮平衡 。 鐵 對需要采用磁鐵激勵振蕩或進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 。 諧振式傳感器的設計要點 在 電流法激勵振弦 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 。 圖中P為永久磁鐵 ， 材料為 AlNiCoⅤ 硬磁合金 ， F F2為磁極 。 P和 F F2的接觸面及 F F2的端部都應 研磨光潔 ，以減小磁阻并使磁力線分布均勻 。 PF1 F 2 諧振式傳感器的設計要點 諧振式傳感器的設計要點 在 電磁法激勵振弦 的方式中 ， 磁鐵一般用AlNiCoⅤ 硬磁合金 ， 激勵線圈和感應線圈應垂直放置 ， 以防它們之間直接耦合 。 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 。 振弦式傳感器工作時 ， 振弦處于張緊狀態(tài) 。因此 ， 振弦的兩端必須與支架及運動部分固接 。固接方法有兩種 ① 將振弦兩端與支架及運動部分焊接； ② 用夾緊裝置將振弦夾緊 。 一般采用第二種方法 ， 為此需設計專門的夾緊裝置 。 諧振式傳感器的設計要點 諧振式傳感器的設計要點 一個良好的振弦夾緊裝置應滿足： ① 抗滑能力強 ， 弦在長期受拉或反復激發(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 ， 并能重復使用； ③ 易于調整弦的初始頻率 ，安裝和調頻時能保證振弦不發(fā)生轉動 。 目前 ， 振弦式傳感器中常用的夾緊裝置有 銷釘式 、 錐形栓式 和 剪式 等幾種 。 它們各有優(yōu)缺點 ， 可根據(jù)加工條件 、 精度要求 、 調頻及裝拆情況等方面來選擇 ， 也可設計成其他形式的結構 。 諧振式傳感器的特性與設計要點 諧振式傳感器的特性 諧振式傳感器的設計要點 √ √ 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計要點 諧振式傳感器的轉換電路 諧振式傳感器應用舉例 √ √ 諧振式傳感器的轉換電路 按激勵信號產(chǎn)生的方式可將轉換電路分為 開環(huán)式 和 閉環(huán)式 兩種 。 前者是由單獨的信號發(fā)生器產(chǎn)生激勵信號 ， 后者是由拾振環(huán)節(jié)的信號通過正反饋作為激勵信號 。 為提高輸出輸入關系的線性度 ， 對非線性嚴重的諧振式傳感器 ， 還可將諧振頻率平方后再進行輸出 。 諧振式傳感器的轉換電路 開環(huán)式轉換電路 閉環(huán)式轉換電路 以頻率的平方為輸出的轉換電路 開環(huán)式轉換電路 這是采用 間歇激勵方式 的振弦式諧振傳感器的轉換電路 。 如圖所示 ， 是一種比圖 簡單的轉換電路形式 。 線圈兼有激振和拾振兩種作用 ， 有利于減小傳感器體積 。 tt激勵脈沖輸出信號張馳振蕩器 輸出 諧振式傳感器的轉換電路 開環(huán)式轉換電路 閉環(huán)式轉換電路 以頻率的平方為輸出的轉換電路 √ 閉環(huán)式轉換電路 這是采用 連續(xù)激勵方式 的諧振傳感器的轉換電路 。 連續(xù)激勵方式不同 ，轉換電路也不同 。 轉換電路如圖所示 ，適用于振弦式傳感器 。 閉環(huán)式轉換電路 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 。 動能和彈性能在彈性力作用下周期性地相互轉化 。 閉環(huán)式轉換電路 從另一角度 ， 可認為外接電路提供的 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 ， 即認為 振弦動能和彈性能的相互轉化是由磁場力FC促成的 。 閉環(huán)式轉換電路 此時 置于磁場中的振弦相當于一個 LC并聯(lián)回路 ，當外接電路滿足正反饋條件時 ， 即可產(chǎn)生振蕩 。 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 ， 由外接電路補充一定的能量即可克服 。 閉環(huán)式轉換電路 因此 ， 位于磁場中的通電振弦 ， 可等效為并聯(lián)的 LC回路 ， 其諧振頻率為 ).( 349π21π21ee mkCLf ??).( 33922e klBL ? ).( 31922e lBmC ? 閉環(huán)式轉換電路 ).( 349π21π21ee mkCLf ?? 若將橫向剛度 k＝ p2T/l代入上式 ， 即可得到式 ()。 即 )(21rTlf ? 閉環(huán)式轉換電