文档介绍：谐振式传感器
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。
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。
一、概述
谐振传感器的优势:
输出信号是周期的,便于与计算机连接和远距离传输;
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;
谐振子固有的谐振特性,决定其具有高的灵敏度和分辨率;
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。
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
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-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。
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。
二、基础理论