【课件】传感器与检测技术谐振式传感器讲述.ppt

拓展 ：频率式数字传感器 拓展 ：弹性振动体频率式传感器 （一) 振弦式压力传感器 　　 　 　 　　 图10-13示出测量地层压力用的振弦式压力传感器。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。 该传感器的外径为124mm，高29mm，膜片厚2.5mm，弦长78mm。压力变化0.1MPa时，频率变化170Hz。量程为10MP，精度约为± 1.5%。 图10-13 振弦式压力传感器 (二) 振弦式扭矩传感器 　　图10-14为振弦式扭矩传感器原理图。在被测轴两个相邻截面上装有两个套筒体1和2，在套筒的凸台1A、2A和1B、2B之间夹有两根振弦A和B。当轴转动传递扭矩时，轴产生扭转变形，两相邻的截面间产生一扭转角度，两个套筒体也随着转过同一角度，振弦A和B中一根受拉而另一根受压，引起振弦振动频率的变化。在弹性变形范围内，轴的扭转角与外加扭矩成正比，而振弦振动频率的平方差与两端所受应力成正比，因此可通过测量传感器输出的差频信号的频率来测量轴所承受的扭矩。 　 　 图10-14 振弦式扭矩传感器原理图 (三) 振弦式加速度传感器 　　振弦式加速度传感器结构原理图示于图10-15中，1是固定弦，3是激振磁铁。 　 　 图10-15 振弦式加速度计原理图 　　通过壳体7上引线孔8给振弦通以交流电，使质量块2两边振弦6A、6B产生振动。交流电可通过控制电源调节，使交流电压频率与两边振弦的谐振频率一致。当无加速度作用时，两边振弦的谐振频率相同。当有加速度作用时，质量块受到加速度作用，由惯性力引起振弦的强迫振动，两边振弦的频差与加速度成正比。 　 为了保证这种加速度计的正常工作，需要调节振弦6A、6B的初始张力，使振丝振荡初始频率保持不变，这可通过调整两边端盖4与螺钉5来达到。 　　 　 振弦式加速度传感器具有灵敏度高、测量范围大、耐冲击等特点，不仅可用于火箭、导弹的惯性导航系统中，也可用于航空与地面重力测量、地震测量、爆破振动与地基振动测量，它比通常的摆式加速度计更优越。 * 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。 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)。 第九章　　谐振式传感器 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。 谐振式传感器的种类很多，按照它们谐振的原理可分为：电的、机械的和原子的三类。本章只讨论机械式谐振传感器。 机械式谐振传感器将被测量转换为物体的机械谐振频率，其中振动部分被称为振子。这种传感器可以测量力、压力、位移、加速度、扭矩、密度、液位等。它主要用于航空、航天、计量、气象、地质、石油等行业中。 频率式数字传感器能直接将被测非电量转换成与之相对应的、便于处理的频率信号。频率式数字传感器一般有两种类型： 例：RC振荡器式频率传感器 温度 — 频率传感器就是RC振荡器式频率传感器的一种。 这里利用热敏电阻RT测量温度。RT作为RC振荡器的一部分，该电路由运算放大器和反馈网络构成。当外界温度T变化时．RT的阻值也随之变化，RC振荡器的频率因此而改变。 (1)利用振荡器的原理，将被测量的变化改变为振荡器的振荡频率，常用振荡器有RC荡电路和石英晶体振荡电路等。 (2)利用机械振动系统,通过其固有振动频率的变化来反映被测参数。 任何弹性体都具有固有振动频率，当外界的作用力（激励）可以克服阻尼力时，它就可能产生振动，其振荡频率与弹性体的固有频率、阻尼特性及激励特性有关。 若激励力的频率与弹性体的固有频率相同、大小刚好可以补充阻尼的损耗时，该弹性体即可作等幅连续振荡，振动频率为其自身的固有频率。弹性振动体频率式传感器就是利用这一原理来测量有关物理量的。 弹性振动体频率式传感器有振弦式、振膜式、振筒式和振梁式等， 一、机械式谐振传感器基本原理 振子即机械振动系统的谐振频率f 可近似用下式表示