外文资料翻译--应用石英音叉谐振器的智能温度传感器

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1、毕业设计(论文)外文资料翻译学院(系)：专业：姓名：学号：外文出处:OPTICSANDPRECISIONENGINEERING附件：1.外文资料翻译译文；2.外文原文。指导教师评语：签名：年月日附件1：外文资料翻译译文应用石英音叉谐振器的智能温度传感器摘要：为了实现高精密温度测量，设计了高性能数字温度传感器，该传感器由石英音叉谐振器，数字接口电路和基于现场可编程门阵列的传感器重置控制算法构成。依据石英晶体压电效应原理，对石英音叉谐振器的热敏切型和电极设置进行了研究；基于力学振动原理，导出石英音叉

2、谐振器弯曲振动模式的微分方程；讨论了谐振式温度传感器的工作原理，提取出石英音叉温度传感器的特征参数并进行了非线性误差分析；采用光刻和侵蚀技术加工制作了石英音叉谐振器。该传感器的频率输出信号通过数字接口进入现场可编程门阵列，通过重置控制算法实现传感器的重置和现场自动校验。实验结果表明．在-20～140℃，该传感器的灵敏度可达65×10-6／℃，测温分辨率为0．001℃，响应时间为1S。测温精度为0．01℃。关键词：智能传感器；温度传感器；石英音又谐振器；数字设计101引言随着科学技术的飞速发展，已

3、经出台的高性能和低功耗系统，以满足市场的不断需求。高精度温度测量的要求越来越高。压电谐振器已被广泛使用，不仅为计时设备，同时也为温度测量传感器。预测其温度频率特性以及其电气端子的阻抗为他们设计的首要重要性。石英的各向异性，以及使用不同类型的振动控制，如温度，质量，压力，加速度，湿度等这些参数，为人们研究提供了可能性。许多先前的研究已得到解决。如散装声波（广管局宽）作为温度传感器的发展。这些传感器主要是基于厚度剪切模式谐振器或音叉谐振器。北汽的传感器体积小，重量轻，可靠，稳定，灵敏。共振温度传感器

4、的关键部分是振荡器的结构。振荡器当外界电压变化不会使其频率改变。此外，其品质因数超过104，因此外部电路的温度测量精度没有受到影响。石英晶体切割的选择是北汽基于传感器设计中的重要问题。使用不同的石英晶体切割，北汽传感器将有不同试验。因此，有必要选择最优的石英晶体切割生产最佳性能的传感器。1962年，韦德设计了高厚度剪切石英谐振器的温度传感器。他的追随者史密斯和史帕索建议把Y型温度传感器进行削减。因此把石英切割的具有共振频率大幅温度传感器命名为其在惠普工作的名字哈蒙德。那些温度传感器使用高共振线性

5、频率，因此有较大的体积和更高的功耗。为了设计出小型化和低功耗的传感器，良好的音叉谐振器是不可缺少的。一个微型谐振器作为温度传感器是至关重要的。通过使用一个方向晶体旋转器获取晶体的方位，然后将一个弯曲的石英音叉谐振器安装在温度传感器上面。低共振频率的音叉，应用了CMOS电子低功耗和小型化的体积优势，通过光刻和蚀刻技术，使传感器的应用非常有吸引力。在本文中，大量的前期工作即是石英调谐频移由温度引起的叉分温度传感器（QTTS）分析的理论方法。使用光刻技术的类型设置和侵蚀技术，使石英音叉尺寸减小多。石英

6、音叉温度传感器的软件和硬件设计分别运用了特殊的算法与选材方法。应用智能传感器的概念，频率在0℃的调整步骤是可以避免的，并可以存储在传感器校准曲线电子数据表（TEDS）。叉分温度传感器的温度频率特性都已通过实验研究。102传感器设计石英晶体被广泛用于温度传感器。水晶削减与欧拉角（θ，ψ，φ）反映了晶体轴的旋转角度可以表示成晶体削减（X，Y，Z）的基板坐标轴（X，Y，Z）。读者可以参考压电（IEEE标准176-1978），IEEE标准石英切割的定义。在本文中，为获得更高的灵敏度和更好的线性，双旋转Z

7、Ytw（1180，1800，00）（在关于θ为旋转角，X轴旋转轴，然后在φ约旋转方向切割，方法为Y轴为旋转轴，θ=118◦，φ=18◦，定义X轴电动轴，Y轴为机械轴和Z轴为光轴）被使用。石英晶体的几何取向音叉谐振器，见图1。图1晶体音叉石英音叉的电极布局图2所示。我们可以看到，使用了石英音叉为中心轴和应变和负应变石英音叉双方分别位于音叉悬臂的交叉部分。我们适用于镜像的方法来获得其他的音叉悬臂，并使用电极缩进石英音叉。表面上，银梁厚度或金电极垂直对应只包括其表面的一部分。图2石英音叉元素10在这一

8、分析方法中，石英音叉处于弯曲振动模式，把每束音叉分开来考虑。弯曲振动波模式差分方程可以描述如下。其中δ音叉悬臂大号相对偏移量，A是悬臂的截面面积，E是质量的硬度，ρ是石英晶体的密度，而I是音叉的运动惯性。此为忽略剪切效应的模型推导。谐振频率如下。其中W是宽束，Syy是弹性系数，λ是解决方案本征频率，方程运算取决于边界条件。对于一个固定的光束，特征频率方程为1+cosλ*coshλ=0。频率温度特性F（T）的弯曲振动音叉在参考温度时可能会被形容为泰勒级数（忽略高阶项）Nth温度系数为对于热灵敏度高