《谐振式传感器》PPT课件.ppt

第九章 谐振式传感器,谐振式传感器是直接将被测量变化转换为物体谐振频率变化的装置。,优点：由于其输出为频率信号，故具有高精度、高分辨力、高抗干扰能力、适于长距离传输、能直接与数字设备相连接等优点，又因无活动部件而具有高稳定性和高可靠性。缺点：要求材料质量较高，加工复杂、成本高，并且输出频率与被测量往往是非线性关系，需要进行线性化处理。,第一节 原理与类型,一、基本原理,振子即机械振动系统的谐振频率f可近似用下式表示：,式中：,振子材料的刚度,振子的等效振动质量,上式表示振子的谐振频率 与其刚度 和等效振动质量 有关，设其初始谐振频率为。那么，如果振子受力或其中的介质质量等发生变化，则导致振子的等效刚度或等效振动质量发生变化。这即为机械谐振传感器的基本工作原理。,二、组成与类型,谐振式传感器的组成,机械振子的类型,a）张丝式 b）膜片式 c）筒式 d）梁式 e）扁平型 f）平凸型 g）双凸型（e、f、g为压电式谐振传感器）,第二节 特性和设计要点,一、振弦式谐振传感器特性,式中：,振弦的线密度,振弦的有效振动长度,当弦的张力增加 时，则,幂级数展开,非线性误差,灵敏度,改进：差动方式,二、振膜式谐振传感器特性,压力频率关系曲线,非线性误差,灵敏度,三、振筒式谐振传感器特性,式中：,压差灵敏度系数,被测压力,压力频率关系曲线,近似,非线性误差,灵敏度,四、振梁式谐振传感器特性,近似,压力频率关系曲线,非线性误差,灵敏度,五、压电式谐振传感器特性,式中：,石英振子的密度,石英振子的切变模量,其中，对频率的影响起主导作用。当石英振子受静态压力 作用时，则引起振子上应力发生变化而使振子的谐振频率 变化，而频率的变化与所加压力 成线性关系，这一静压力频移效应主要是 随压力 变化而产生的。,工作原理：,六、设计要点,1、减小非线性2、提高灵敏度3、提高稳定性4、减小温度误差,第三节 转换电路,即将与被测量有确定关系的振子谐振频率转换成电信号。转换电路中的主要部件：激振环节按激励信号产生的方式分类：开环式：由一单独信号发生器产生激励信号闭环式：由测量信号通过反馈环节产生激励信号,一、开环式转换电路亦称间歇式电路 主要用于振弦式传感器,间歇激励式电路原理图,振弦式谐振传感器转换电路,a）电路原理框图 b）单稳态触发器 c）fV 转换电路,即输出电压与振弦谐振频率的平方成正比,二、闭环式转换电路亦称连续激励方式,要求振子作等幅振动，继而要求放大环节为要求的非线性，即输入输出特性为下图：,激励方式：3种,1、电流法,2、电磁法,3、电荷法,第四节 应用举例,一、振弦式传感器,振弦式压力传感器,振弦式扭矩传感器,振弦式加速度传感器,二、振膜式传感器,振膜式压力传感器,振膜式压力传感器,三、振筒式传感器,振筒式压力传感器,振管式密度传感器,双管式密度传感器,四、振梁式和压电谐振式传感器,振梁式力传感器,压电谐振式压力传感器,压电谐振式压差传感器,