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諧振式傳感器
閱讀�9298�(shí)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�(zhuǎn)換成諧振頻率變化的傳感器?;谥C振技�(shù)的諧振式傳感�,自身為周期信號輸出(準(zhǔn)�(shù)字信號),只用簡單的�(shù)字電�即可�(zhuǎn)換為微處理器容易接受的數(shù)字信�。諧振式傳感器的重復(fù)��分辨�和穩(wěn)定性等非常�(yōu)�,又便于和微處理器直接結(jié)合組成數(shù)字控制系�(tǒng),是�(dāng)今人們研究的重點(diǎn)�

�(yōu)�(diǎn)與應(yīng)�

  諧振式傳感器具有體積�、重量輕、結(jié)�(gòu)緊湊、分辨率�、精度高以及便于�(shù)�(jù)傳輸、處理和存儲等優(yōu)�(diǎn)。主要用于測量壓�,也用于測量�(zhuǎn)矩、密�、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(zhì)特征與獨(dú)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�(jì)算機(jī)連接,便于遠(yuǎn)距離傳輸�

 ?�?傳感器系�(tǒng)是一�(gè)閉環(huán)�(jié)�(gòu),處于諧振狀�(tài)。這一特征決定了傳感器系統(tǒng)的輸出自動跟蹤輸入;

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

 ?�?相對與諧振子的振動能量,系統(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(qiáng),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��

  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(dāng)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(yīng)的測量電�,就可得到與拉力成一定關(guān)系的電信�。振弦的固有振動頻率f與拉力T的關(guān)系為,式中l(wèi)為振弦的長度,ρ為單位弦長的質(zhì)�。振弦的材料與質(zhì)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�(diǎn)和抗拉強(qiáng)度都很高,是常用的振弦材料。此�,還可用提琴弦、高�(qiáng)度鋼�、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�(jī)�(gòu)組成。振弦一端固�、一端連接在受力機(jī)�(gòu)�。利用不同的受力�(jī)�(gòu)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器。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(yīng)力和周圍介質(zhì)的性質(zhì)。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�(dá)到測量被測參量的目的。振筒式傳感器已�(jīng)�(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(yīng)的測量電路就可獲得與被測力成一定關(guān)系的頻率信號。振梁一般連接于彈性受力機(jī)�(gòu)上以感受被測壓力。振梁式傳感器用于測量靜�(tài)或緩變壓力�

  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器。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(yīng)的測量電路就可獲得與被測壓力成一定關(guān)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�(lì)線圈、拾振線圈和放大振蕩電路組成。在空腔受壓力影響時(shí),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�。在振膜的兩�(cè)分別放置激�(lì)線圈和拾振線�。工作時(shí),激�(lì)線圈接通交變電流而使膜片�(chǎn)生振�,拾振線圈則將所感應(yīng)的振動信號送往放大振蕩電路,該信號�(jīng)放大后又正反饋給激�(lì)線圈,使振膜保持它固有頻率的振動。激�(lì)線圈和拾振線圈還可以用兩�(gè)壓電元件代替,其�(jié)�(gòu)也可做成使振膜直接感受被測壓力。作為拾振器的壓電元件利用正壓電效應(yīng)將振動信號送往放大�,該信號�(jīng)放大后又正反饋到作為激振器的壓電元件,利用逆壓電效�(yīng)�(chǎn)生振動激�(lì)以維持膜片的振動。為提高�(wěn)定�,壓電元件的固有振蕩頻率�(yīng)�(yuǎn)離振膜的固有振蕩頻率,并�(shè)置高頻衰減網(wǎng)�(luò)抑制高頻振蕩�

�(shè)�(jì)要點(diǎn)

 ?�?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(jì)�,確定諧振子的實(shí)際結(jié)�(gòu)、參�(shù)及所敏感的振動特征參�(shù)。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�(gè)高Q�、高靈敏度的諧振��

  � 檢測�、激�(lì)源的選擇以及諧振子的配合問題。主要包括它們與諧振子的相對位置的選擇與激�(lì)能量大小的確定;

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

 ?�?引入恰當(dāng)?shù)难a(bǔ)償機(jī)�,解算檢測信�,給出被測量�

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