【正文】 T12341— 鐵片； 2— 感應(yīng)線圈；3— 放大器； 4— 激振線圈 諧振式傳感器的基本原理 諧振式傳感器的基本原理 ③ 電荷法 。 左邊兩個為一組 ， 右邊兩個為一組 。 + + 諧振式傳感器的基本原理 兩組電極所加電場的極性相反時 ， 梁就呈一階彎曲狀態(tài)；變換這兩組電極上電場的極性 ， 梁向相反方向彎曲 。 + + + + ④ 電熱法 。 激振電阻中通以交變的激勵電流 ， 產(chǎn)生橫向振動 。 1432hl5p1— 硅微橋； 2—激振電阻； 3—拾振電阻； 4—支柱； 5— 膜片 諧振式傳感器的基本原理 諧振式傳感器的基本原理 (2)間歇激勵法 不是按振動周期 ， 而是 按一定的時間間隔 (多個振動周期 )給振子補充能量 。 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 √ 諧振式傳感器的特性與設(shè)計要點 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 。 為了方便 ， 寫成 )(210 rTlf ?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可使 Df/f01， 從而可忽略上式中的平方項 ， 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 ， 常常采用差動結(jié)構(gòu) 。 123 諧振式傳感器的特性 (1)振梁式諧振傳感器 振梁受到壓力 p作用時 ， 其諧振頻率 f和壓力 p的關(guān)系為 ).( 209200???????? DD?ffbffap式中 ， a、 b為常數(shù) 。 rph 諧振式傳感器的特性 (3)振筒式諧振傳感器 振筒受到壓力 p作用時 ， 諧振頻率 f與壓力 p的關(guān)系近似為 ).( 32910 Bpff +?式中 ， B≈[3(1－ ?2)/(4E)](r/h)3。 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 。 諧振式傳感器的特性 (5)硅微機械諧振傳感器 其諧振頻率 f與軸向應(yīng)力 s的關(guān)系為 ).( 2591er0 ss+? ff式中 ， ser為 臨界歐拉應(yīng)力 ； f0為軸向應(yīng)力 s＝ 0時的諧振頻率 。 (1)減小非線性 。 諧振式傳感器的設(shè)計要點 (2)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(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 。 在諧振式傳感器中 ， 諧振子的 品質(zhì)因數(shù) Q是一個極其重要的指標(biāo) 。 因此 ， 可根據(jù)幅頻特性曲線求振子的品質(zhì)因數(shù)及阻尼比 。 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(fù)性也就越好 。 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 。 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?。?② 采用電路補償； ③ 采取恒溫措施； ④ 傳感器設(shè)計成封閉系統(tǒng) ， 使傳感器機械結(jié)構(gòu)自身達(dá)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(dāng)?shù)某叽绾蜏囟认禂?shù) ， 保持脹縮平衡 。 諧振式傳感器的設(shè)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 。 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 。 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 。因此 ， 振弦的兩端必須與支架及運動部分固接 。 一般采用第二種方法 ， 為此需設(shè)計專門的夾緊裝置 。 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 。 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 。 為提高輸出輸入關(guān)系的線性度 ， 對非線性嚴(yán)重的諧振式傳感器 ， 還可將諧振頻率平方后再進(jìn)行輸出 。 如圖所示 ， 是一種比圖 簡單的轉(zhuǎn)換電路形式 。 tt激勵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)激勵方式 的諧振傳感器的轉(zhuǎn)換電路 。 轉(zhuǎn)換電路如圖所示 ，適用于振弦式傳感器 。 動能和彈性能在彈性力作用下周期性地相互轉(zhuǎn)化 。 閉環(huán)式轉(zhuǎn)換電路 此時 置于磁場中的振弦相當(dāng)于一個 LC并聯(lián)回路 ，當(dāng)外接電路滿足正反饋條件時 ， 即可產(chǎn)生振蕩 。 閉環(huán)式轉(zhuǎn)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