山东理工大学：《传感器结构原理与设计》课程教学资源（PPT课件）第十章 谐振式传感器

山东理工大学机械学院 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

山东理工大学机械学院 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

山东理工火学机械学院 外壳 振动简 谐振线圈 支承骨架 拾振线圈 铂电阻 基座 外形 振筒 谐振筒压力传感器[≈0.015%]

山东理工大学机械学院 外形 振筒 外壳 振动筒 支承骨架 基座 拾振线圈 谐振线圈 铂电阻 谐振筒压力传感器[～0.015％]

山东理工大学机械学院 第一节原理与类型 ■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。 一、基本原理 ●振子谐振频率f: .1 k—振子材料的刚度； m。一振子的等效振动质量。 ●振子谐振频率f与其刚度和等效振动质量m有关，设其初 始谐振频率为f石

山东理工大学机械学院 第一节 原理与类型 ◼ 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。 一、基本原理 ⚫ 振子谐振频率f： ⚫ 振子谐振频率f与其刚度k和等效振动质量me有关，设其初 始谐振频率为f0。 k——振子材料的刚度； me——振子的等效振动质量

山东理工火学机械学院 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 ① 振子； ② 激振元件：对振子施加激振力； ③ 拾振元件：测量振子的振动频率。 被测量 激振元件 振子 拾振元件 放大器 频率输出

山东理工大学机械学院 ⚫ 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 ① 振子； ② 激振元件：对振子施加激振力； ③ 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

山东理工大学机械学院 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

山东理工大学机械学院 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

山东理工火学机械学院 第二节特性 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 振弦的线密度； 21 ,0 振弦的有效振动长度

山东理工大学机械学院 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

山东理工大学机械学院 张力增加△T,振弦的振动频率变为 f- ● 因为△TT<<1,所以可将上式中括弧里的项展开为幂级 数，则上式为 小管】 ●单根振弦测压力时的非线性误差δ为

山东理工大学机械学院 ⚫ 张力增加ΔT，振弦的振动频率变为 ⚫ 因为ΔT/T< < 1，所以可将上式中括弧里的项展开为幂级 数，则上式为 ⚫ 单根振弦测压力时的非线性误差δ为

山东理工大学机械学院 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。 一上弦 膜片 一下弦 Tafs 777 差动式振弦传感器原理图

山东理工大学机械学院 ⚫ 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

山东理工大学机械学院 二、振膜式谐振传感器 -1+a寓1j月 3f691(1-2)r4 32E%4 所1h+c(项12.1-2 16 2方

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山东理工大学机械学院 三、振筒式谐振传感器 〔p=a(f-f6)+bf-)2+c(J-f6)3 l= B 22 人f=0√1+取 1 2

山东理工大学机械学院 三、振筒式谐振传感器