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諧振式傳感器
閱讀�9308時間�2011-04-20 00:07:41

  諧振�傳感�(resonator sensor�,是指利用諧振原理將被測量變化轉換成諧振頻率變化的傳感器?;谥C振技術的諧振式傳感器,自身為周期信號輸出(準數字信號�,只用簡單的數字電路即可轉換�微處理器容易接受的數字信�。諧振式傳感器的重復��分辨�和穩(wěn)定性等非常�(yōu)�,又便于和微處理器直接結合組成數字控制系�(tǒng),是當今人們研究的重點�

�(yōu)點與應用

  諧振式傳感器具有體積�、重量輕、結構緊�、分辨率�、精度高以及便于數據傳輸、處理和存儲等優(yōu)�。主要用于測量壓�,也用于測量轉矩、密度、加速度和溫度等�

特征�(yōu)�

  相對其它類型的傳感器,諧振式傳感器的本質特征與獨特優(yōu)勢是�

 ?�?輸出信號是周期的,被測量能夠通過檢測周期信號而解算出�。這一特征決定了諧振式傳感器便于與計算機連接,便于遠距離傳輸�

 ?�?傳感器系�(tǒng)是一個閉�(huán)結構,處于諧振狀�(tài)。這一特征決定了傳感器系統(tǒng)的輸出自動跟蹤輸��

 ?�?諧振式傳感器的敏感元件即諧振子固有的諧振特性,決定其具有高的靈敏度和分辨率�

 ?�?相對與諧振子的振動能�,系�(tǒng)的功耗是極小�。這一特征決定了傳感器系統(tǒng)的抗干擾性強,穩(wěn)定性好�

種類

  按諧振元件的不同,諧振式傳感器可分為振弦�、振筒式、振梁式、振膜式和壓電諧振式等�

  1、振弦式傳感�

  以拉緊的金屬弦作為敏感元件的諧振式傳感器。當弦的長度確定之后,其固有振動頻率的變化量即可表征弦所受拉力的大小,通過相應的測量電�,就可得到與拉力成一定關系的電信�。振弦的固有振動頻率f與拉力T的關系為,式中l(wèi)為振弦的長度,ρ為單位弦長的質�。振弦的材料與質量直接影響傳感器的精�、靈敏度和穩(wěn)定�。鎢絲的性能�(wěn)�、硬�、熔點和抗拉強度都很�,是常用的振弦材料。此�,還可用提琴弦、高強度鋼絲、鈦絲等作為振弦材料。振弦式傳感器由振弦、磁�、夾緊裝置和受力機構組成。振弦一端固�、一端連接在受力機構上。利用不同的受力機構可做成測壓力、扭矩或加速度等的各種振弦式傳感器�

  2、振筒式傳感�

  以振動的金屬薄圓筒為敏感元件的諧振式傳感�。振筒的固有振動頻率決定于筒的形狀、大�、材料的彈性模�、筒的應力和周圍介質的性質。被測參量的變化使得筒的某一物理特性被改變,從而改變了筒的固有振動頻率,通過測量筒的振動頻率即可達到測量被測參量的目�。振筒式傳感器已經發(fā)展到較高水平,主要用于測量氣體壓力和密度��

  3、 振梁式傳感器

  以彈性梁為敏感元件的諧振式傳感器。振梁的固有振動頻率隨它兩端所受的力而變�,通過相應的測量電路就可獲得與被測力成一定關系的頻率信號。振梁一般連接于彈性受力機構上以感受被測壓力。振梁式傳感器用于測量靜�(tài)或緩變壓��

  4、振膜式傳感�

  以圓形恒彈性合金膜片為敏感元件的諧振式傳感�。膜片的固有振動頻率隨膜片上所受壓力的變化而變�,通過相應的測量電路就可獲得與被測壓力成一定關系的頻率信號。振膜式傳感器廣泛用于壓力測�,它由空�、壓力膜�、振動膜�、激勵線�、拾振線圈和放大振蕩電路組成。在空腔受壓力影響時,壓力膜片即發(fā)生變�,裝在壓力膜片支架上的振膜則因支架角度改變而發(fā)生剛度變�。膜片的振動頻率取決于振膜的剛度、壓力膜片和支架的剛度。在振膜的兩側分別放置激勵線圈和拾振線圈。工作時,激勵線圈接通交變電流而使膜片產生振動,拾振線圈則將所感應的振動信號送往放大振蕩電路,該信號經放大后又正反饋給激勵線�,使振膜保持它固有頻率的振動。激勵線圈和拾振線圈還可以用兩個壓電元件代�,其結構也可做成使振膜直接感受被測壓�。作為拾振器的壓電元件利用正壓電效應將振動信號送往放大�,該信號經放大后又正反饋到作為激振器的壓電元�,利用逆壓電效應產生振動激勵以維持膜片的振�。為提高�(wěn)定�,壓電元件的固有振蕩頻率應遠離振膜的固有振蕩頻率,并設置高頻衰減網絡抑制高頻振蕩�

設計要點

 ?�?諧振子的選擇及其振動特性(即振動模�(tài),包括諧振頻率和振型)的分析、計算,確定諧振子的實際結構、參數及所敏感的振動特征參�。這部分工作的核心是建立諧振式傳感器的模型,優(yōu)化出一個高Q�、高靈敏度的諧振子;

 ?�?檢測�、激勵源的選擇以及諧振子的配合問�。主要包括它們與諧振子的相對位置的選擇與激勵能量大小的確定�

 ?�?檢測信號的接收、處�、轉換及按幅相條件設計的放大電路。對于靈敏頻率的諧振式傳感器要在滿量程內綜合考慮,而敏感幅值比、相位差的諧振式傳感器要合理設計出“雙閉環(huán)”系�(tǒng),并選擇好參考位��

  � 引入恰當的補償機�,解算檢測信�,給出被測量�

維庫電子�,電子知�,一查百��

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