传感器 第十章 谐振式传感器课件

传感器结构原理与设计Tel:2786982办公室：新实验楼427第十章谐振式传感器定义：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，故也称为频率式传感器。

特点：优点：高精度(0.01%)、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、高稳定性和高可靠性。缺点：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；输出频率与被测量往往是非线性关系，需进行线性化处理。种类：电式、机械式、原子式。

外形振筒谐振筒压力传感器[～0.015％]

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，从而使其谐振频率发生变化。谐振式传感器的组成振子；激振元件：对振子施加激振力；拾振元件：测量振子的振动频率。激振元件振子拾振元件放大器被测量频率输出二、类型机械振子的结构：张丝状、膜片状、筒状、梁状。材料：铁镍恒弹合金；石英晶体（振膜或振梁，分扁平形、平凸形、双凸形）等。谐振式传感器类型：振弦式、振膜式、振筒式、振梁式等。一、振弦式谐振传感器振弦受张力T作用，其等效刚度发生变化，谐振频率f为ρl——振弦的线密度；l——振弦的有效振动长度。第二节特性为了得到良好的线性，常采用差动式结构。上下两弦对称，初始张力相等，当被测量作用在膜片上时，两个弦张力变化大小相等、方向相反。通过差频电路测得两弦的频率差，则式(9-3)中的偶次幂项相抵消，使非线性误差大为减小，同时提高了灵敏度、减小了温度的影响。

二、振膜式谐振传感器三、振筒式谐振传感器五、压电式式谐振传感器特点：振子和圆筒由一整块石英加工；空腔为真空；振子两边一对电极连接外电路组成振荡电路。原理：静态压力p→静应力→切变模量E66→固有频率f0公式：一、开环电路（间歇激励式电路）第三节转换电路工作原理：当张驰振荡器给出激励脉冲时，继电器吸合，电流通过磁铁线圈，使磁铁吸住振弦。脉冲停止后松开振弦，振弦便自由振动、与线圈磁铁的间隙就周期性地变化，在线圈中产生感应电动势并经继电器常闭接点输出。感应电动势的频率即为振弦的固有频率。线圈兼有激励和拾振两种作用。

一、振弦式传感器振弦式压力传感器可测对象：地层压力；工作原理：测量时，底座11上的膜片2和所要测量的地层面直接接触，地层压力变化，膜片便受压力发生挠曲，带动两个支架10向两侧拉开，振弦3被拉紧，改变了振弦的频率，根据频率变化测定膜片所受压力的大小。

第四节应用实例振弦式锚索传感器测量锚索/锚杆加载或长期工作时的应力变化；工作原理：承压筒载荷转换为筒体应变。

二、振膜式压力传感器性能优异：高的稳定性、重复性和较高灵敏度（0.3~0.5kPa/Hz）；测量精度可达0.01%，重复性达十万分之几，稳定性每年0.01%~0.02%。应用：航空航天领域测大气参数（静压及动压）、飞行高度、飞行速度等；标准计量仪器对其他压力传感器标定。1、微型应变片2、平膜片(振子)3、电磁线圈4、环状壳体5、压力室6、参考压力腔7、基座8、导管振膜式压力传感器原理结构拾振器谐振敏感元件激励器振管式密度传感器（单管式）双管式密度传感器单管式的工作原理：激磁线圈3使振筒振动时，管中的被测介质随之振动，介质质量必然附加在筒的质量上，结果系统谐振频率被改变并由拾振线圈4检测。介质密度不同使系统谐振频率