谐振式传感器 OLOOLLOLo, o 110010oof 7 7
谐振式传感器
、概述 自从人类创造了音乐,谐振技术就问世了 远古石器时代的人已会应用长度和直径不同的乐 管吹奏不同的音调,即其谐振频率不同。后来发 展了弦乐器和乐鼓,改变弦的粗细和长度,或者 改变鼓皮的张紧度和厚度,就可改变它们的发 频率。然而,在传感器上利用谐振技术却是从上0 世纪七十年代才开始的。 o0010010f
一、概述 自从人类创造了音乐，谐振技术就问世了。 远古石器时代的人已会应用长度和直径不同的乐 管吹奏不同的音调，即其谐振频率不同。后来发 展了弦乐器和乐鼓，改变弦的粗细和长度，或者 改变鼓皮的张紧度和厚度，就可改变它们的发声 频率。然而，在传感器上利用谐振技术却是从上 世纪七十年代才开始的
、概述 基于谐振技术的谐振式传感器,自身为周期 信号输出(准数字信号),只用简单的数字电路 即可转换为微处理器容易接受的数字信号。分为 两类:基于机械谐振结构谐振式传感器和MQS环 振式谐振传感器。本课主要介绍基于机械谐振结。 构的谐振式传感器。它们可以利用振动频率相0 位和幅值作为敏感信息的参数。 01001
一、概述 基于谐振技术的谐振式传感器，自身为周期 信号输出（准数字信号），只用简单的数字电路 即可转换为微处理器容易接受的数字信号。分为 两类：基于机械谐振结构谐振式传感器和MOS环 振式谐振传感器。本课主要介绍基于机械谐振结 构的谐振式传感器。它们可以利用振动频率、相 位和幅值作为敏感信息的参数
、概述 谐振传感器的优势: 1.输岀信号是周期的,便于与计算机连接和远距离 传输; 2.传感器系统是一个闭环结构,处于谐振状态,决 定了传感器系统的输出自动跟踪输入;9 3谐振子固有的谐振特性,决定其具有高的灵敏度 和分辨率; o0o10010f 4.相对于谐振子的振动能量,系统的功耗是极小量。 表明传感器系统的抗干扰性强,稳定性好
一、概述 谐振传感器的优势： 1. 输出信号是周期的，便于与计算机连接和远距离 传输； 2. 传感器系统是一个闭环结构，处于谐振状态，决 定了传感器系统的输出自动跟踪输入； 3. 谐振子固有的谐振特性，决定其具有高的灵敏度 和分辨率； 4. 相对于谐振子的振动能量，系统的功耗是极小量。 表明传感器系统的抗干扰性强，稳定性好
、概述 谐振式传感器适于多种参数测量,如 压力、力、转角、流量、温度、湿度、 液位、粘度、密度和气体成分等。使得 这类传感器已发展成为一个新的传感器01010010 家族。 110010oof 7 7
一、概述 谐振式传感器适于多种参数测量，如 压力、力、转角、流量、温度、湿度、 液位、粘度、密度和气体成分等。使得 这类传感器已发展成为一个新的传感器 家族
、概述 目前的谐振式传感器种类很多。包括 以精密合金用精密机械加工制成的谐振亻 谐振梁、谐振膜、谐振弯管;以及利用微 机械加工技术,以硅和石英为基底制的 微结构谐振式传感器;另外,声表面波传。0 感器是一种基于高的机械振动频率的谐振 式传感器。上述谐振式传感器的频率范围 音频到100MHz
一、概述 目前的谐振式传感器种类很多。包括 以精密合金用精密机械加工制成的谐振筒、 谐振梁、谐振膜、谐振弯管；以及利用微 机械加工技术，以硅和石英为基底制出的 微结构谐振式传感器；另外，声表面波传 感器是一种基于高的机械振动频率的谐振 式传感器。上述谐振式传感器的频率范围 是从音频到100MHz
二、基础理论 电一机一电谐振子环节 被测量M信号检测输出环节 (补偿装置) (谐振敏感元件) (信号检测器) 0 系统检测输出装置)输出x( E (激励器 (放大器) 闭环自激环节 谐振式传感器的基本结构
二、基础理论 R （谐振敏感元件） C （补偿装置） O （系统检测输出装置） A （放大器） D （信号检测器） E （激励器） 被测量M 输出x (t) 谐振式传感器的基本结构 闭环自激环节 信号检测输出环节 电—机—电谐振子环节
R为谐振敏感元件又称谐振子。是传感器的核心元 件,工作时以其自身固有的振动模态持续振动。谐 振子的振动特性直接影响谐振式传感器的性能。谐 振子有多种:谐振梁、复合音叉、谐振筒等 D、E分别为信号检测器和激励器,实现机电转换, 提供闭环自激的条件。激励方式有:电磁、静电 (逆)压电效应等:检测方式有:磁电,电谷 (正)压电效应、光电检测等。 A是放大器,用于调节信号的幅值和相位,使系统可 靠稳定地工作于闭环自激状态。 010010 0是系统检测输出装置。用于检测周期信号的频率 幅值或相位 4c补偿装置,主要对温度误差的补偿
R为谐振敏感元件又称谐振子。是传感器的核心元 件，工作时以其自身固有的振动模态持续振动。谐 振子的振动特性直接影响谐振式传感器的性能。谐 振子有多种：谐振梁、复合音叉、谐振筒等。 D、E分别为信号检测器和激励器，实现机电转换， 提供闭环自激的条件。激励方式有：电磁、静电、 （逆）压电效应等；检测方式有：磁电、电容、 （正）压电效应、光电检测等。 A是放大器，用于调节信号的幅值和相位，使系统可 靠稳定地工作于闭环自激状态。 O是系统检测输出装置。用于检测周期信号的频率、 幅值或相位。 C是补偿装置，主要对温度误差的补偿
六个主要部件构成了谐振式传感器的三 个重要环节: (1)由ERD组成的电一机一电谐振子环 节,核心; (2)由ERD组成的闭环自激环节,构 成的条件; 0111011oo0 (3)由RD(C)组成的信号检测、输出。10 环节,实现检测被测量的手段。 10001001 1111001
六个主要部件构成了谐振式传感器的三 个重要环节： （１）由ERD组成的电－机－电谐振子环 节，核心； （２）由ERDA组成的闭环自激环节，构 成的条件； （３）由RDO(C)组成的信号检测、输出 环节，实现检测被测量的手段
周平均的能量 由阻尼损耗的能 二、基础理论 堦振子的Q值 Q=每周平均储存的能量 每周由阻尼损耗的能量 由定义可见Q值表示阻尼的大小及消耗能量快慢的程度。 从幅频曲线上可以看,Q值表示了曲线陡峭程度。 P2 P
谐振子的Q值 由定义可见Q值表示阻尼的大小及消耗能量快慢的程度。 从幅频曲线上可以看，Q值表示了曲线陡峭程度。 每周由阻尼损耗的能量 每周平均储存的能量 每周由阻尼损耗的能量 每周平均储存的能量 Am 2 Am 1 0 1 2 P1 n P2 P A 二、基础理论 每周由阻尼损耗的能量 每周平均储存的能量 Q＝