传感器—国科大教程详解.ppt

2. 基础知识：研究对象的选择 振膜 振筒 2. 基础知识：特征分析之谐振状态 2. 基础知识：特征分析之谐振状态 2. 基础知识：特征分析之谐振状态 开环特性 1 谐振现象的评估——机械品质因数 Q 值 针对能量的定义： 2. 基础知识：特征分析之谐振状态 如何提高 Q 值——实例分析 2. 基础知识：特征分析之谐振状态 2. 基础知识：特征分析之闭环状态 闭环自激系统实现的条件（时域） ——幅值条件 ——相位条件 2. 基础知识：特征分析之闭环状态 闭环自激系统实现的条件（复频域） ——幅值条件 ——相位条件 2. 基础知识：特征分析之闭环状态 3. 典型的谐振式传感器 谐振筒压力传感器 硅谐振式压力传感器 常用弹性敏感元件的特性 ——圆柱壳 在均布压力作用下的动力学特性——固有振动 3.1 谐振筒压力传感器 传感器结构 ——基于电磁激励 3.1 谐振筒压力传感器 新一代战机的急需 3.2 硅谐振式压力传感器 大气参数如何测量？ 硅谐振梁式压力传感器 ——基于梁的振动特性 传感器结构 硅谐振梁微传感器频率特性测试结果 北航在硅微结构谐振式压力传感器方面的工作 微传感器 谐振式 复合敏感 差动方式 多参数测量 新型硅谐振式压力传感器 法向位移 径向位移 原理模型 新型差动式硅谐振梁式压力传感器 * 现代传感器技术与应用 * 现代传感器技术与应用 问题与讨论 附：发现教材中有两处疑似印刷错误，供樊老师参考 1．第2页的图中的“谐振线圈”是否应为：激振线圈 2．第12页的习题1.9中的:“量力力学”是否应为： 量子力学 谢 谢 ！ 问题与讨论 罗伯特·胡克 问题与讨论 第三讲：典型传感器 3.1 应变式圆柱式力传感器 3.2 应变式扭矩传感器 3.3 电容式压力传感器 扭矩传感器的设计 设计哪些参数？ 如何设计这些参数？ 几何结构参数：弹性杆长度，半经 应变电桥的工作电压 根据应变范围、弹性杆的工作稳定性、许用应力等 设计几何结构参数 拉伸 圆柱体的振动特性 一端固支，一端自由 扭转 扭矩传感器稳定性的考虑 弯曲 3.3 电容式压力传感器 ——典型的电容式压力传感器 ——硅微机械电容式压力传感器(MEMS) 3.3.1 典型电容式压力传感器 ——基于圆膜片的位移特性 电容式压力传感器 ——原理 电容式压力传感器 ——设计 圆平膜片几何结构参数的设计 圆平膜片的半径与厚度 圆平膜片的边界隔离部分 固定极板的设计 输出电路 电容式压力传感器 ——圆平膜片几何结构参数的设计 圆平膜片的半径与厚度 应该考虑的因素 测量范围 膜片的工作特性 ——位移、应变 电容量的大小 电容量的变化范围 电容式压力传感器 ——固定极板的设计 与活动极板的相对位置 ——间隙 型面 电容式压力传感器 ——输出电路 差动电桥的实现 非线性特性的影响 敏感结构与工作原理 ——基于方膜片的位移特性 3.3.2 硅微机械电容式压力传感器(MEMS) 画出原理框图 方膜片的位移特性 方膜片的位移特性(上表面) 沿 x 方向的位移 沿 y 方向的位移 工作原理 3.3.2 硅微机械电容式压力传感器(MEMS) 差动原理 集成化 方膜片的大挠度特性 ——非线性分析 方膜片的位移描述(线性) —方形膜片最大法向位移 方膜片的大挠度特性 ——非线性分析 方膜片位移方程(非线性) 方膜片的大挠度特性 ——非线性分析 ——线性分析 问题：A＝1，H＝20um，E＝1.9×10 Pa， 压力范围：0～500kPa； 计算压力位移曲线(线性与非线性情况) 11 附：如果 ，是否合理？ 方膜片的振动特性 方膜片的振动位移与频率 第四讲：谐振式传感技术 1. 概 述 2. 基础知识 3. 典型的谐振式传感器 第四讲：谐振式传感技术 Foucault (1819～1868)，法国实验物理学家 傅科摆——最早的谐振式测量装置 谐振膜压力传感器 直径18mm； 膜厚0.16mm 周边固支 圆形平膜片 位移测量原理 位移—静态特性—测量原理扩展[ ] 谐振测量原理 谐振—周期运动—测量原理扩展[ ] 第四讲：谐振式传感技术 1. 概 述 重要结论： 谐振式是非常重要的传感器 数字式的高性能