谐振传多器 ①谱操传感器介留 谐振式传感器是直接将被测量的变化转换为物体谐振特性变化的装置，其工作 原理基于诺振技术，利用谐振子的振动赖率、相位和幅值作为敏感参数。达到对压 力，位移，密度等被测参数的测量。 传感器有一空胶空胶的酒缔做戌限片，叫压 力规片，在压力顺片的支架上安某有一短动 规片。空胶更压力引刻压力规片安形，使支 蒂角度改变外展紧纸城。螺膜的强力发生变 化。从使概黑的团有规动项丰文化，在城 根的高倒分利放上款娘线圈和拾城线墨。它 门与故大电路健成正反情能稀电路，补充痕 减的能曼以推持抓属的纸动。并轮出振属据 幼预果的信号。 1一源振线漏2一帮动颗片3-拾板线圈4-压力顾片 以机城式谐振传感器为例。振子的谐振坝率可近制用下式表示： f 2数V两， 式中：：一振子材料的刚度：网：一振子的等效振动顺最。可见，叛子的踏 影類率了与其刚度女和等效振动质量网：有关。设其初始谐叛類率为6，当振子受 力或其中的介质质量等发生变化时，服子的等效刚度或等效振动质量会发生变化， 从而使其诺振顿率发生变化 要使振子产生振动。就要外加激振力（激振元件），要测量拟子的振动類率则需 要拾振元件。由激振元件发振子振动，由拾振元件检测最子的振动频率，另外将 此信号经放大后输送到激振元件中形成闭环系统，以维特叛子特续振动。图1给出 了蒂振传感器的基本结构图：
谐振传感器 ① 谐振传感器介绍 谐振式传感器是直接将被测量的变化转换为物体谐振特性变化的装置，其工作 原理基于谐振技术，利用谐振子的振动频率、相位和幅值作为敏感参数，达到对压 力，位移，密度等被测参数的测量。 以机械式谐振传感器为例，振子的谐振频率 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。可见，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 ，当振子受 力或其中的介质质量等发生变化时，振子的等效刚度或等效振动质量会发生变化， 从而使其谐振频率发生变化。 要使振子产生振动，就要外加激振力(激振元件)，要测量振子的振动频率则需 要拾振元件。由激振元件激发振子振动，由拾振元件检测振子的振动频率，另外将 此信号经放大后输送到激振元件中形成闭环系统，以维持振子持续振动。图 1 给出 了谐振传感器的基本结构图：
补绘装置 语表了 拉期量M 信号检测器 输出X0 放大器 激的器 图】谐振传感器的基本结构 图1中，由组成的电一机一电诺振子环节，是谐据式传感器的核心：由M 组成的闭环自撒环节，是构成谐最式传感卷的条件：由0(C)组成的信号检测、输 出环节，是实现检测鼓测量的手爱。 ②谐振式传感器的应用 谐振式传感器因输出为频率信号而具有高精度、高分辨率、高抗干扰能力、适 于长距离传输，能直接与数字设备相连接的优点：又因无活动部件而具有高稳定性 和高可章性，并可能制迹出精度极高的传感器（目前可以做到精度超过万分之一）。 它的缺点是，要求材料质量较高，加工工艺复杂，所以生产周期长，成木较高：另 外，其输出领率与被测量往往是非线性关系。需进行线性化处理才能保证良好的精 度. 由于诺振式传感器有许多优点，己迅速发展成为一个新的传感器家族。可用于 多种参数的测量，例如压力、位移、加速度、扭矩、密度、液位等。谐振式传感器 主要用于航空，航天，计量、气象，随质，石油等行业中。 @请振式传移器的类型及优缺点 谐振式传感暮的种类很多。大体分为两类：一类是基于机械谐振结构诺振式传 绣器：另一类是5环振式谐振传感器。其中机城式谐振式传感器应用最广。机城
图 1 谐振传感器的基本结构 图 1 中，由 ERD 组成的电—机—电谐振子环节，是谐振式传感器的核心；由 ERDA 组成的闭环自激环节，是构成谐振式传感器的条件；由 RDO(C)组成的信号检测、输 出环节，是实现检测被测量的手段。 ② 谐振式传感器的应用 谐振式传感器因输出为频率信号而具有高精度、高分辨率、高抗干扰能力、适 于长距离传输、能直接与数字设备相连接的优点；又因无活动部件而具有高稳定性 和高可靠性，并可能制造出精度极高的传感器(目前可以做到精度超过万分之一)。 它的缺点是，要求材料质量较高，加工工艺复杂，所以生产周期长，成本较高；另 外，其输出频率与被测量往往是非线性关系，需进行线性化处理才能保证良好的精 度。 由于谐振式传感器有许多优点，已迅速发展成为一个新的传感器家族，可用于 多种参数的测量，例如压力、位移、加速度、扭矩、密度、液位等。谐振式传感器 主要用于航空、航天、计量、气象、地质、石油等行业中。 ③ 谐振式传感器的类型及优缺点 谐振式传感器的种类很多，大体分为两类：一类是基于机械谐振结构谐振式传 感器；另一类是 MOS 环振式谐振传感器。其中机械式谐振式传感器应用最广。机械
式著振传感器的扳子可以有不同的结构形式，图2所示为常见的：张性状，6顾片 状、©筒状，山梁状等。相应的有振动弦式、振动陕式，振动简式。振动梁式等活 服传感器之分。通常振子的材料采用诸如铁像恒弹合金等具有恒弹性颅量的所谓恒 核材料。国这种材料较易受外界砸场和周围环境温度的影响。石英品体在一般应力 下具有根好的重复性和最小的迟蒲，其谐振子的品质因素Q值极高，并且不受环境 温度影响，性能长期稳定，因此采用石英品体作为藏子可制成性能更加优良的压电 式清振传感器。其振子通常采用振粮或振梁形状，但按振子上下表面形状它又分为 。扁平形、「平凸形和？双凸形三种，如图2所示。表1给出了各种类型机械式谐 最传感器的优缺点及应用氯城。 图2据子的结构类型 表1各种类型机械式灌振传感器的优缺点及应用领战 类型 优点 缺点 应用额域 数磁式 结构简单牢倒、测量范围 对传感器的材 广泛用于大压力的测量， 传感器 大 科和加工工艺 也可用来测量位移、扭矩、 灵敏度高、 要求很高。精 力和加速度等 测量电路简单 度较低 城质式 具有很好的稳定性，重复 对传感墨的材 航空航天技术中大气参数 传感器 性和较高的分辨率（一般 料和加工工艺 (静压及动压)的测量：它 可达0.3-0.5kPa/Hz). 要求很高。精 还常用来酸标准计量仪器 精度可达0.01第，重复性 度较低 标定其它压力传感器成压 可达十万分之几的数量 力仪表。此外，它也可以 级，长期整定性可达每年 测液体密度、液位等参数 0.010.02 冢领式 迟滞误差和潭移误差小 对传感器的材 主要用于测量气体的压力
式谐振传感器的振子可以有不同的结构形式，图 2 所示为常见的 a 张丝状、b 膜片 状、c 筒状、d 梁状等，相应的有振动弦式、振动膜式、振动筒式、振动梁式等谐 振传感器之分。通常振子的材料采用诸如铁镍恒弹合金等具有恒弹性模量的所谓恒 模材料。但这种材料较易受外界磁场和周围环境温度的影响。石英晶体在一般应力 下具有很好的重复性和最小的迟滞，其谐振子的品质因素 Q 值极高，并且不受环境 温度影响，性能长期稳定，因此采用石英晶体作为振子可制成性能更加优良的压电 式谐振传感器。其振子通常采用振膜或振梁形状，但按振子上下表面形状它又分为 e 扁平形、f 平凸形和 g 双凸形三种，如图 2 所示。表 1 给出了各种类型机械式谐 振传感器的优缺点及应用领域。 图 2 振子的结构类型 表 1 各种类型机械式谐振传感器的优缺点及应用领域 类型 优点 缺点 应用领域 振弦式 传感器 结构简单牢固、测量范围 大、 灵敏度高、 测量电路简单 对传感器的材 料和加工工艺 要求很高，精 度较低 广泛用于大压力的测量， 也可用来测量位移、扭矩、 力和加速度等 振膜式 传感器 具有很好的稳定性、重复 性和较高的分辨率(一般 可达 0.3～ 0.5kPa/Hz)。 精度可达 0.01%，重复性 可达十万分之几的数量 级，长期稳定性可达每年 0.01～ 0.02% 对传感器的材 料和加工工艺 要求很高，精 度较低 航空航天技术中大气参数 (静压及动压) 的测量；它 还常用来做标准计量仪器 标定其它压力传感器或压 力仪表。此外，它也可以 测液体密度、液位等参数 振筒式 迟滞误差和漂移误差小， 对传感器的材 主要用于测量气体的压力
传感器 稳定性好，分辨率高以及 料和加工工艺 和密度等 轻便，成本低 要求很高。精 度较低 振梁式 稳定性好 对传感器的材 测静态力和准静态力 传感器 抗干找强 料和加工工艺 要求很高，精 度较低 压电式 体积小，重量轻：稳定性 对传感署的材 压力 诺振传 好：Q植可达40000：动老 料和加工工艺 压差 感器 响应好：抗干扰能力强 要求很高 (不受外界磁场干扰，灵 饭度稳漂为韩-/℃) ④请探式传感器的设计要点 谐振式传感器的振子是把被测量的变化转换为顿率变化的关键元件，它对传感 器的精度、灵敏度和整定性等有很大影响，因此对它的设计要求较高，主要可从下 遂儿个方面进行考虑， (1)减小非线性 谐鞭式传感器的特性曲线几平都是非线性的。选择合适的工作点和最佳工作颜 段对减小非线性非常重要，为获得较高的测量精度。必策在转换电路中进行线性 校正。 (2)提高灵敏度 可通过适当选择下面振子有关参数来提高灵敏度：密度、弹性棱量、泊松比等 材料物避特性参数：厚度、半径、长度等结构参数：初始藩振频率，预加截荷等。 压电式谐振传感器采取围压加载方式时，其灵敏度最高。 (3)提高稳定性 着先，应这择强度高、参数稳定的振子材料，如石英品体，琴钢丝，铁愎桃弹 合金等：其次，应选释Q值较大的振子，9值越大，罐振频率的稳定性感高，传级 器的工作也越稳定，抗外界干扰的能力越强。其重复性也就越好：再次，要尽量提
传感器 稳定性好，分辨率高以及 轻便、成本低 料和加工工艺 要求很高，精 度较低 和密度等 振梁式 传感器 稳定性好 抗干扰强 对传感器的材 料和加工工艺 要求很高，精 度较低 测静态力和准静态力 压电式 谐振传 感器 体积小，重量轻；稳定性 好；Q 值可达 40000；动态 响应好；抗干扰能力强 ( 不受外界磁场干扰， 灵 敏度稳漂为 4% -5%/℃) 对传感器的材 料和加工工艺 要求很高 压力 压差 ④ 谐振式传感器的设计要点 谐振式传感器的振子是把被测量的变化转换为频率变化的关键元件，它对传感 器的精度、灵敏度和稳定性等有很大影响，因此对它的设计要求较高，主要可从下 述几个方面进行考虑。 (1) 减小非线性 谐振式传感器的特性曲线几乎都是非线性的。选择合适的工作点和最佳工作频 段对减小非线性非常重要。为获得较高的测量精度，必须在转换电路中进行非线性 校正。 (2) 提高灵敏度 可通过适当选择下面振子有关参数来提高灵敏度：密度、弹性模量、泊松比等 材料物理特性参数；厚度、半径、长度等结构参数；初始谐振频率，预加载荷等。 压电式谐振传感器采取围压加载方式时，其灵敏度最高。 (3) 提高稳定性 首先，应选择强度高、参数稳定的振子材料，如石英晶体，琴钢丝，铁镍横弹 合金等；其次，应选择 Q 值较大的振子，Q 值越大，谐振频率的稳定性越高，传感 器的工作也越稳定，抗外界干扰的能力越强，其重复性也就越好；再次，要尽量提
高材料的弹性极限，保证在最大载荷下，材料弹性变形为材料弹性极限的1/3一1/2 以下：最后，结构上最好作成一体的。否则板子与其它部分的连接必须具有很强的 抗滑能力， ()减小温度误差 由于构成传感器的材料受温度影响，均将产生温度变形，造成输出信号的不稳 定。为减小度的影响，可深取下面精施：采用零温皮系数的材料，或温度系数恒 定的材料，而且其弹性榄量受温度影响小：采用线路补偿：采取恒温措施：传感器 设计成封闭系统，使传感器机城结构白身达到热补偿：对因温度变化而影响振子蕾 版颜率变化的传感器部分，通过选取适当的尺寸和温度系数，保持张增平衡。 回产品图片 单品硅诺振式传感器 诺振式气压传感器 带振式压力传感器 高精度石英带振压力 谐振式直接质量流量 谐振式气压传感器 传感器 传感器 重要厂家站点链接 传感卷商务网【中国传感器信息网「传感器信息网」传感器资讯网
高材料的弹性极限，保证在最大载荷下，材料弹性变形为材料弹性极限的 1/3～1/2 以下；最后，结构上最好作成一体的，否则振子与其它部分的连接必须具有很强的 抗滑能力。 (4) 减小温度误差 由于构成传感器的材料受温度影响，均将产生温度变形，造成输出信号的不稳 定。为减小温度的影响，可采取下面措施：采用零温度系数的材料，或温度系数恒 定的材料，而且其弹性模量受温度影响小；采用线路补偿；采取恒温措施；传感器 设计成封闭系统，使传感器机械结构自身达到热补偿；对因温度变化而影响振子谐 振频率变化的传感器部分，通过选取适当的尺寸和温度系数，保持胀缩平衡。 ⑤ 产品图片 单晶硅谐振式传感器 谐振式气压传感器 谐振式压力传感器 高精度石英谐振压力 传感器 谐振式气压传感器 谐振式直接质量流量 传感器 重要厂家站点链接 传感器商务网 | 中国传感器信息网 | 传感器信息网 | 传感器资讯网