《振弦式传感器》课件

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1、4.9振弦式传感器4.9.1工作原理及测量电路4.9.2振弦传感器的特性4.9.3振弦式传感器的应用4.9.1工作原理及测量电路工作原理振弦式传感器的工作原理可用图4-106说明。由图可见，在支点与活动支点间拉紧一根长度为、质量为的细弦，当细弦受张力作用时，其固有频率为：图4-106振弦式传感器的工作原理传感器的振荡频率与弦所受张力成单值函数关系。弦的激发方式及测量电路弦的激发方式有间歇激发和连续激发两种。1.间歇激发及测量电路间歇激发及测量电路见图4-107。图4-107间歇激发及测量电路a）间歇激发及测量电路b）振荡信

2、号的波形2.连续激发及测量电路为了克服间歇激发振荡幅值逐渐减小的缺点，可采用连续激发方式，其原理见图4-108。图4-108连续激发及测量电路a）连续激发结构示意图b）测量电路4.9.2振弦传感器的特性灵敏度由上式可见，灵敏度与材料系数成正比，而与弦的振动频率成反比。材料系数与材料的材质和几何尺寸有关，减小弦丝的长度和增加弦丝的横截面积是提高灵敏度行之有效的方法。但是弦丝长度不能太短，一般为宜，或，其中为弦丝的直径。式（4-126）两边平方材料系数K微分非线性误差设被测张力为时初始频率为，被测张力为时振动频率为，则：其二次

3、方非线性误差为：图4-109输入输出特性由上式可见，愈大，愈大。为改善非线性，常采用差动振弦传感器，见图4-110。图4-110差动振弦传感器于是可得其三次方非线性误差为：由上式可见，差动传感器的线性度得到极大的改善。频率稳定性环境温度的变化是频率稳定性的主要影响因素。由式（4-127）可知，体积密度以及由引起的不随环境温度变化。对式（4-127）两边取对数再微分得：由上式可见，振弦的长度和材料弹性模量受温度的影响直接影响传感器的稳定性，而两者的影响是相反的。4.9.3振弦式传感器的应用除了振弦式传感器外，还有振筒式、振梁

4、式和振膜式等传感器，它们统称为谐振式传感器。它们的工作原理与特性相似或相同，是20世纪70年代发展起来的。由于是频率式传感器，频率测量的精度最高（可达10－13数量级），由此成为最有发展前途的传感技术之一。它们被广泛应用于测量机械扭矩、振动、位移、速度、加速度、力、应力、压力、流体流量以及成分分析等。由于篇幅所限，仅介绍振弦式压力传感器。由于简单振弦式传感器非线性严重，常用差动振弦式压力传感器，其原理示意图见图4-110。图4-110差动振弦传感器Doyouhavemadeaprogresstoday?