【正文】 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 √ √ √ √ √ √ 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 √ √ √ √ 第 9章作業(yè) 、 。 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 。 在上硅片的中間部分制作硅微橋 、 激振電阻與拾振電阻 。 故普遍稱之為具有 ng(10－ 9 g)級(jí) 的 質(zhì)量檢測(cè)精度 。 壓電式諧振傳感器應(yīng)用舉例 石英晶體微天平檢測(cè)精度非常高 。 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(cè)物質(zhì)的濃度信號(hào)轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)輸出 ， 從而實(shí)現(xiàn)濃度檢測(cè) 。 p1p21 654321— 波紋管； 2— 殼體；3— 杠桿； 4— 支點(diǎn)； 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 。 通過(guò)改變杠桿兩臂的比值 、 波紋管的截面積及配重來(lái)選擇合適的壓力 — 頻率轉(zhuǎn)換關(guān)系 。 振動(dòng)管與外部管道采用軟性聯(lián)結(jié) (如波紋管 )， 以防止外部管道的應(yīng)力和熱膨脹對(duì)管子振動(dòng)頻率的影響 。 拾振器 被測(cè)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(dòng)頻率的穩(wěn)定性 。 振筒振動(dòng)時(shí)管中 被測(cè)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) 。 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(cè)氣體壓力和密度等物理量 。 此外 ， 它也可測(cè)液體密度 、 液位等參數(shù) 。 65測(cè)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(wàn)分之幾 ， 長(zhǎng)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 。有 兩個(gè)振動(dòng)系統(tǒng) ，一個(gè)用來(lái)測(cè)量，另一個(gè)進(jìn)行溫度補(bǔ)償。 圖示為其應(yīng)用 。 振弦式傳感器應(yīng)用舉例 通過(guò)測(cè)定弦的振動(dòng)頻率可知被測(cè)物的傾斜角度 。 振弦式傳感器應(yīng)用舉例 它是利用振弦技術(shù)對(duì)傾斜角度進(jìn)行檢測(cè) ， 內(nèi)部有一個(gè)垂直重物 ， 用振弦和彈性樞紐支撐著 。有 水平方向 加速度作用時(shí) ， 測(cè)出兩邊振弦的頻差即可知道加速度 。 測(cè)量時(shí)底座上的膜片與所要測(cè)量的地層面接觸 。 它的缺點(diǎn)是對(duì)傳感器的材料和加工工藝要求很高 ， 精度較低 。 + 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。 VDDu2u3C M O S時(shí)基電路 以頻率的平方為輸出的轉(zhuǎn)換電路 u3同時(shí)控制著兩個(gè)頻率 — 電壓轉(zhuǎn)換電路 ， 使它們?cè)诿總€(gè)周期 T里輸出寬度為 t、 幅值分別為 UrUr2的方波 uo1和 uo2。 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 以頻率的平方為輸出的轉(zhuǎn)換電路 u2觸發(fā)如圖所示的 CMOS單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 ， 得到頻率仍為 f， 周期仍為 T， 但脈沖寬度為 t的方波 u3。 以頻率的平方為輸出的轉(zhuǎn)換電路 如圖所示 ， 諧振式傳感器輸出信號(hào) u1的頻率為 f、 周期 T＝ 1/f。 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(huì)高達(dá) 5～ 6 %左右 。 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(duì)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 。 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(cè)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 。 R2和 R4起溫度補(bǔ)償 的作用 。 因此 ， 只有 R1和 R3受壓阻效應(yīng)的影響 。 被測(cè)量輸出計(jì)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(cè)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(gè)壓敏電阻 ， 排列方式如圖 (a)所示 ， 置于微橋一端是因?yàn)槎瞬繎?yīng)變最大 。 LAR1C 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 壓電式諧振傳感器常用差頻檢測(cè)電路 。 高增益放大器 IC2使輸出信號(hào)大到一定值后飽和 ， 以達(dá)到限幅目的 。 閉環(huán)式轉(zhuǎn)換電路 應(yīng)變片檢測(cè)振子的振動(dòng)信號(hào) 。 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(lì)力 ， 可用于振弦式 、 振膜式 、 振筒式和振梁式傳感器 。 R1R2R3R4R5CVVDN S+輸出傳