石英晶體諧振式傳感器 vibrating silicon crystal transducer 以石英晶體諧振器作為敏感元件的諧振式傳感�。石英晶體諧振器是用石英晶體�(jīng)過適�(dāng)切割后制�,當(dāng)被測(cè)參量�(fā)生變化時(shí),它的固有振�(dòng)頻率隨之改變,用基于壓電效應(yīng)(見壓電式傳感器)的激�(lì)和測(cè)量方法就可獲得與被測(cè)參量成一定關(guān)系的頻率信號(hào)。石英晶體諧振式傳感器的精度高,響應(yīng)速度較快,常用于�(cè)量溫度和壓力�
早期的石英晶體溫�-頻率傳感器采用具有非線性溫度-頻率特性的石英晶體諧振器制�。在�(fā)�(xiàn)具有線性溫度-頻率特性的石英晶體切型�,這種溫度傳感器的諧振器采用LC切型的平凸透鏡石英晶體塊制�,其直徑約為�(shù)毫米,凸面曲率半徑約�100毫米以上。諧振器封裝于充氦氣的管殼內(nèi),在傳感器電路中利用它的壓電效�(yīng)和固有振�(dòng)頻率隨溫度變化的特性構(gòu)成熱敏振蕩器,它的基本諧振頻率為28兆赫。電路中另有一�(gè)振蕩頻率�2.8兆赫的基�(zhǔn)振蕩�,它通過十倍頻后輸出一�(gè)28兆赫的參照頻�。兩�(gè)振蕩器的輸出�(jīng)門電路相加送往混頻器得到差頻輸出信�(hào),它是被�(cè)溫度與基�(zhǔn)溫度(即基準(zhǔn)振蕩器的溫度)之差與1000�/℃(溫度系數(shù))的乘積,因此該差頻輸出信號(hào)記錄了被�(cè)溫度的變�。由�(shí)間選擇開�(guān)�(chǎn)生不同的�(shí)間控制信�(hào)作為選通脈�,以獲得不同的分辨率。線性石英晶體-頻率傳感器可用于熱過程流�(dòng)速度不高、間隔時(shí)間較�(zhǎng)的各種高精度溫度�(cè)量的�(chǎng)合以及多路遙控系�(tǒng)、水底探�(cè)等方�,還可用它制成高分辨率的直讀式數(shù)字自�(dòng)溫度�(jì)�
這種傳感器所采用的諧振器是用厚度切變振動(dòng)模式AT切型石英晶體制作的。諧振器可制成包括圓片形振子和受力機(jī)�(gòu)的整體式或分離式�(jié)�(gòu)。振子有扁平�、平凸形和雙凸形三種,受力機(jī)�(gòu)為環(huán)繞圓片的�(huán)形或圓筒彀圖2是振子和圓筒為整體式�(jié)�(gòu)的諧振器的結(jié)�(gòu)�。振子和圓筒由一整塊石英晶體加工而成,諧振器的空腔被抽成真空,振�(dòng)兩側(cè)上各有一�(duì)電極。圓筒和端蓋�(yán)格密�。石英圓筒能有效地傳遞周圍的壓力。當(dāng)電極上加以激�(lì)電壓�(shí),利用逆壓電效�(yīng)使振子振�(dòng),同�(shí)電極上又出現(xiàn)交變電荷,通過與外電路相連的電極來補(bǔ)充這種電和�(jī)械等幅振蕩所需的能�。當(dāng)石英振子受靜�(tài)壓力作用�(shí),振�(dòng)頻率�(fā)生變�,并且與所加壓力成線性關(guān)�。在此過程中石英的厚度切變模量隨壓力的變化起了主要作用。與分離式結(jié)�(gòu)相比整體式結(jié)�(gòu)的主要優(yōu)�(diǎn)是滯后小、頻率穩(wěn)定�。但它的�(jié)�(gòu)�(fù)�、加工困�、成本也高。壓力傳感器的諧振器還有振梁�,也是由AT切型石英晶體制成,振梁橫跨于諧振器中�。在振梁的兩端上下對(duì)稱設(shè)置四�(gè)電極,用于激�(lì)振動(dòng)和拾取頻率信�(hào)。當(dāng)振梁受拉伸力�(shí),其諧振頻率提�,反之則頻率降�。因此輸出頻率的變化可反映輸入力的大��
這種傳感器的�(yōu)�(diǎn)是對(duì)溫度、振�(dòng)、加速度等外界干擾不敏感、穩(wěn)定性好、品�(zhì)因數(shù)�、動(dòng)�(tài)響應(yīng)特性好��