谐振式传感器的理论与设计论文

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1、摘要谐振式传感器是利用某种谐振子的固有频率随被测物理量的变化进行测量的一类准数字式装置它的主要技术关键在于利用正反馈原理构成包括机械振子在内的机电一体的高品质闭环谐振系统本文主要对机械振子的谐振特性和机电谐振系统建模及其闭环稳定性等问题作了较为深入的讨论与研究机械振子是谐振传感系统的核心部件论文首先从谐振理论角度出发在机电相似变换的基础上引入速度阻抗与导纳的概念以及电学的分析方法对谐振子的阻尼特性动力特性幅相关系和内部能量变换过程等问题进行了一般性描述着重对谐振子处于位移速度和加速度三种

2、谐振状态时的幅相特征作了对比分析认为以速度信号作为回授时所构成的闭环谐振系统具有最优的谐振特性为了分析激励电路和拾振电路对谐振子的影响文中建立了谐振传感系统的等效电路模型并通过对系统的机电耦合分析得出了以恒流源作为激励和高输入阻抗放大器作为拾振的机电解耦设计原则在系统谐振的必要条件基础上本文运用准线性理论得到了系统谐振稳定的充分条件并提出了评价系统稳定性好坏的性能指标最后依据前述所得的一些具有设计意义的结论定性验证设计出一个谐振式传感系统并给予其稳关键词谐振式传感器谐振特性机电模拟

3、稳定性IAbstractResonantsensorsystemisakindofquasi-digitalmeasuringdeviceutilizingtheeffectthatthenaturalfrequencyoftheresonatorchangesaccordingtothemeasuredfrequency.Itsmajorkeytechniqueistoconstituteahighqualityelectromechanicalclose-loopresonantsystemwithme

4、chanicalresonatorusingpositivefeedbackprinciple.Thisthesismainlydiscussesandstudiestheresonantcharacteristicsofthemechanicalresonance,modelingoftheelectromechanicalresonantsystemanditsclose-loopstabilityindepth.Mechanicalresonanceisthecorecomponentofthereso

5、nantsensorsystem.Startingfromresonanttheoryandbasedonelectromechanicalanalogy,thisthesisintroducestheconceptsofspeedimpedanceandmobilityaswellastheelectricalanalyzingmethods.Itprovidesuniversaldescriptionstothedampingcharacteristicsdynamiccharacteristics,ph

6、ase-amplituderelationandinternalenergyconversionoftheresonator.Thenbycomparingandanalyzingthephase-amplitudecharacteristicsoftheresonatorinresonantstateofdisplacement,velocityandacceleration,itshowsthattheclose-loopresonantsystemwithvelocitysignalfeedbackha

7、sthebestresonantcharacteristics.Inordertoanalyzetheinfluencetheexcitationcircuitandpick-upcircuitexertingontheresonator,theequivalentcircuitmodelfortheresonantsensorsystemisestablished,thentheelectromechanicaldecouplingdesignprincipleofusingtheconstant-curr

8、entsourceandhighinput-impendenceamplifierascollectorisobtainedthroughelectromechanicalanalysis.Basedontheprerequisiteofsystemresonance,thisthesisobtainsthesufficientconditionofsystemstabilityusingquasi