振动传感器AII-302讲述.ppt

振 动 传 感 器 的原 理 及 应 用 一、概述 二、原理 ? 1、振动筒传感器 ? 2、振动膜式传感器 ? 3、振动弦式传感器 ? 4、振动梁式传感器 三、应用及产品 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。谐振式传感器的重复性、分辨率和稳定性等非常优良，又便于和微处理器直接结合组成数字控制系统，自然成为当今人们研究的重点。 谐振式传感器大体分为两类：一类是基于机械谐振结构谐振式传感器；另一类是MOS环振式谐振传感器。这里主要介绍基于机械谐振结构的谐振式传感器。它们可利用振动频率、相位和幅值作为敏感信息的参数。由于谐振式传感器有许多优点,也 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，所以这类传感器已迅速发展成为一个新的传感器家族。 （1）基本结构 ? 由ERD组成的电— 机— 电谐振子环节，是谐振式传感器的核心。适当地选择激励和拾振手段，构成一个理想的ERD，对设计谐振式传感器至关重要。 ? 由ERDA组成的闭环自激环节，是构成谐振式传感器的条件。 ? 由RDO(C)组成的信号检测、输出环节，是实现检测被测量的手段。 （2） 谐振式传感器的本质特征与独特优势是： ① 输出信号是周期的，被测量能够通过检测周期信号而解算出来。这一特征决定了谐振式传感器便于与计算机连接，便于远距离传输； ② 传感器系统是一个闭环结构，处于谐振状态。这一特征决定了传感器系统的输出自动跟踪输入； ③ 谐振式传感器的敏感元件即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 相对与谐振子的振动能量，系统的功耗是极小量。这一特征决定了传感器系统的抗干扰性强，稳定性好。 一、概述 二、原理 ? 1、振动筒传感器 ? 2、振动膜式传感器 ? 3、振动弦式传感器 ? 4、振动梁式传感器 三、应用及产品 （1）振动筒传感器 振动筒传感器是一种典型的敏感频率的振动传感器，于60年代末实用。下图给出了一种用于绝压测量的振动筒压力传感器最早使用的原理结构。其测量敏感元件是一个恒弹合金（如3J53）制成的带有顶盖的薄壁圆柱壳。 振动与激励元件均由铁芯和线圈组成，为尽可能减小它们之间的电磁耦合，在空间呈正交安置，由环氧树脂骨架固定。圆柱壳与外壳之间形成真空腔，被测压力引入圆柱壳内腔。为减小温度引起的测量误差，在圆柱壳内安置了一个起补偿作用的温度敏感元件。 采用电磁方式作为激励、拾振手段最突出的优点是与壳体无接触，但也有一些不足。如电磁转换效率低，激励信号中需引入较大的直流分量，磁性材料的长期稳定性差，易于产生电磁耦合等。 近来发展了一种采用压电激励、压电拾振的新方案，见下图压电陶瓷元件直接贴于圆柱壳的波节处，筒内完全形成真空。 （2）振动膜式传感器 这种传感器的Q值很高，一般约为104，因此，输出信号的通频带很窄。膜片是振荡器中的谐振元件，振荡器的输出是频率变化的正弦波信号，经放大、整形、限幅后，作为高分辨力计数器的门控信号。这样，就提供了正比于加在膜片上压力的计数输出。使用的数字线性化电路与振筒式压力传感器相类似，不再赘述。 （3）振动弦式传感器 1. 结构特点 振弦式压力传感器的主要结构如下图所示 （1）振弦 ? 振弦是把待测压力值的变化转变为频率变化的敏感元件，对传感器的精度、灵敏度、稳定性起决定的作用。对振弦材料的要求是： ① 抗拉强度高。 ② 弹性模量大。 ③ 磁性和导电性能好。 ④ 线膨胀系数小，尺寸随时间的稳定性好。 （2）磁铁 根据振弦振动的激发方式不同，可以只用一块磁铁，或者用两块性能相同的磁铁，见图5-14。磁场可以由永久磁铁或直流电磁铁产生，永久磁铁一般用AlNiCo-5硬磁合金制造。在采用电磁铁的场合，常把磁铁做成U形，电磁线圈安置在U形磁铁的一臂，这时，磁力线的通路是磁铁-纯铁片-振弦-磁铁，形成一个封闭的磁回路。 （3）振弦夹紧装置 ? 传感器工作时振弦处于拉紧