谐振面积与电极图案对质量传感器性能的影响
9谐振传感器解析
非线性
振弦式传感器的输出-输入一般为非线性关系，其输出-输入
特性如下图所示。
为了得到线性的输出，可以选取曲线中近似直线的一段。
也可以用两根振弦构成差动式振弦传感器，通过测量两根 振弦的频率差来表示应力，可以大大地减小传感器的温度 误差和非线性误差。
第11章 谐振式传感器
频率稳定性
1 El f 2 K 4l vl
适合测量低频
第11章 谐振式传感器
谐振弦式压力传感器
特性方程
1 f = 2l
E l vl
第11章 谐振式传感器
间歇激发
当振荡器给出激励脉冲，继电器吸合，电流通过磁铁线圈，使 磁铁吸住振弦。脉冲停止后松开振弦，振弦便自由振动，在 线圈中产生感应电动势经继电器常闭接点输出。感应电动势 的频率即为振弦的固有频率，通过测量感应电动势的频率即 可测量振弦张力的大小。
第11章 谐振式传感器
连续激发
连续激振使用了两个电磁线圈，一个用于连续激励，另一个 用于接收振弦的振荡信号。当振弦被激励后，接收线圈2 接受感应电势，经放大后，正反馈给激励线圈1以维持振 弦的连续振荡。
A1
电磁铁1
i
电磁铁2
F
第11章 谐振式传感器
传感器的特性分析 1、灵敏度
1 f = 2l E l vl
第11章 谐振式传感器
11.1谐振式传感器理论
第11章 谐振式传感器
谐振式传感器的组成
要实现一个谐振式传感器，需要做三个方面的工作：第 一，激励振动元件使之发生谐振；第二，在振动元件 和待测物理量之间实现耦合，使元件的谐振频率随待 测物理量的变化而变化；第三，拾取出振动元件的谐 振频率，利用谐振频率与待测物理量之间的耦合关系， 实现对待测量的间接测量。
影响科氏质量流量计性能的因素及解决对策
Ｓｃｉ ｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈ Ｏｇｙ ｎｎｏｖ ｉ Ｈｅｒ ｄ ｎＯＩ Ｉ ａｔ ｏｎ ａｌ
．
工 业 技 术
影 响 科 氏质 量 流 量 计性 能 的 因素 及 解 决 对 策 ①
李 斌
（ 中国石 油长 庆石 化公 司 陕西 威 阳 ７ ０ ０ １ ０ ） ２
文章 编 号 ： ６ ４ ０ ８ （ ０ １０ （） ０ ５ — ２ １ ７ — ９ Ｘ ２ １ ） ７ｂ一 ０ ２ ０ 频 率 和 振 型 。 外 ， 氏 质量 流 量 计 在 使 用 此 科 过程 中， 由于 通 过 连 接 法 兰 安 装 时 ， 常 容 非 易 引 起 一 定 量 值 的 安 装 应 力 。 装 应 力将 安 有可 能 产 生对 流量 传 感 器复 合弹 性 敏 感结 构 振 动 特 性 的 影 响 。 述 这 些 引 起 传 感 器 上 敏 感 结 构 及 其 振 动 特 性 变 化 的 因 素 ， 际 实 上 就 是 影 响 传 感 器 的 工 作性 能 的 主 要 干扰 因素 。
１引言
４影响计量性能的Байду номын сангаас要 因素和解 决对 策
４． １结 构设计 及优 化 基 于 上 述 分 析 ， 当 着 重 解 决 影 响 科 应 氏 质量 流 量 计 工作 稳 定 性 和 可 靠 性 的 有 关 干扰 因素 对 传 感器 复 合 敏 感 结 构 的 干 扰 机 理 。 就 要 从 传 感 器 双 弹 性 弯 管 与 激 励 单 这 元 的 连 接 方 式 、 性 弯 管 上 的 定 距 板 实 现 弹 方式 、 流 器（ 分 汇流 器 ）连 接 底 板 、 护外 壳 、 保 体 以 及 法 兰连 接件 等 多 个环 节 进 行 深 入研 究和优化 设计。 （ ） 励 单 元 连接 方 式 与 定 距 板 连 接 方 １激 式 的 优 化 设 计 ： 振 式 科 氏 质 量 流 量 传 感 谐 器的激 励单元是保证 其连续 工作的基 础 ， 质 量 流 量 传 感 器 的 敏 感 结 构 中 有 一 对 完 全 对 称 的 弹 性 弯 管 ， 们 在 工 作 时 应 处 于 同 它 步 的 、 称 的 反 向振 动 。 此 重 点 研 究 激 励 对 因 单 元 连 接 方 式 以 及 相 应 的 激 励 方 式 对 复 合 弹 性 敏 感 结 构 的 影 响 ； 此 基 础 上 对 连 接 在 复 合 弹 性 敏 感 结 构 的 激 励 单 元 进 行 了优 化 设 计 。 距 板 也 是 影 响 复 合 弹 性 敏 感 结 构 定 的 关 键 因素 之 一 ， 同时 也 对 传 感 器 的 测 量 灵 敏 度 有 着 较 大 的 影 响 。 此 应 在 综 合 考 因 虑 传 感 器 的 测量 灵敏 度和 工作 稳 定 性 的 基 础上对定距板 的连接方式进行 优化设计 。 （ ） 流 器（ ２分 汇流 器） 构 及 其 连 接 方 式 结 的 优 化 设 计 ： 复 合 弹 性 弯 管 敏 感 结 构 固 以 有振动 特性不受 外界干扰影 响为 出发点 ， 深 入 研 究 分 流 器（ 流 器 ） 构 及 其 连 接 方 汇 结 式对 质量流量测量过程的影 响。 （ ） 接 底 板 、 护 外 箱 体 结 构 及 其 参 ３连 保 数 的 优 化 设 计 ： 振 式 科 氏 质 量 流 量 传 感 谐 器 复合 敏 感 结 构 的 工 作 模 式 对 敏 感 结 构 的
振动传感器的选型指南
振动传感器的选型指南工程振动量值的物理参数常用位移、速度和加速度来表示。
由于在通常的频率范围内振动位移幅值量很小，且位移、速度和加速度之间都可互相转换，所以在实际使用中振动量的大小一般用加速度的值来度量。
常用单位为：米/秒2 (m/s2)，或重力加速度(g)。
描述振动信号的另一重要参数是信号的频率。
绝大多数的工程振动信号均可分解成一系列特定频率和幅值的正弦信号，因此，对某一振动信号的测量，实际上是对组成该振动信号的正弦频率分量的测量。
对传感器主要性能指标的考核也是根据传感器在其规定的频率范围内测量幅值精度的高低来评定。
最常用的振动测量传感器按各自的工作原理可分为压电式、压阻式、电容式、电感式以及光电式。
压电式加速度传感器因为具有测量频率范围宽、量程大、体积小、重量轻、对被测件的影响小以及安装使用方便，所以成为最常用的振动测量传感器。
1.传感器的种类选择1)压电式压电式传感器是利用弹簧质量系统原理。
敏感芯体质量受振动加速度作用后产生一个与加速度成正比的力，压电材料受此力作用后沿其表面形成与这一力成正比的电荷信号。
压电式加速度传感器具有动态范围大、频率范围宽、坚固耐用、受外界干扰小以及压电材料受力自产生电荷信号不需要任何外界电源等特点，是被最为广泛使用的振动测量传感器。
虽然压电式加速度传感器的结构简单，商业化使用历史也很长，但因其性能指标与材料特性、设计和加工工艺密切相关，因此在市场上销售的同类传感器性能的实际参数以及其稳定性和一致性差别非常大。
与压阻和电容式相比，其最大的缺点是压电式加速度传感器不能测量零频率的信号。
日本富士陶瓷生产的加速度传感器最低检测频率为0.1Hz。
2)压阻式应变压阻式加速度传感器的敏感芯体为半导体材料制成电阻测量电桥，其结构动态模型仍然是弹簧质量系统。
现代微加工制造技术的发展使压阻形式敏感芯体的设计具有很大的灵活性以适合各种不同的测量要求。
在灵敏度和量程方面，从低灵敏度高量程的冲击测量，到直流高灵敏度的低频测量都有压阻形式的加速度传感器。
谐振式传感器的类型及优缺点
谐振式传感器的类型及优缺点谐振式传感器的种类许多，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。
其中机械式谐振式传感器应用最广。
机械式谐振传感器的振子可以有不同的结构形式，图所示为常见的 a 张丝状、b 膜片状、c 筒状、d 梁状等，相应的有振动弦式、振动膜式、振动筒式、振动梁式等谐振传感器之分。
通常振子的材料采纳诸如铁镍恒弹合金等具有恒弹性模量的所谓恒模材料。
但这种材料较易受外界磁场和四周环境温度的影响。
石英晶体在一般应力下具有很好的重复性和最小的迟滞，其谐振子的品质因素Q值极高，并且不受环境温度影响，性能长期稳定，因此采纳石英晶体作为振子可制成性能更加优良的压电式谐振传感器。
其振子通常采纳振膜或振梁外形，但按振子上下表面外形它又分为e 扁平形、f 平凸形和g 双凸形三种，如图2所示。
表1给出了各种类型机械式谐振传感器的优缺点及应用领域。
图振子的结构类型表1 各种类型机械式谐振传感器的优缺点及应用领域类型优点缺点应用领域振弦式传感器结构简洁坚固、测量范围大、灵敏度高、测量电路简洁对传感器的材料和加工工艺要求很高，精度较低广泛用于大压力的测量，也可用来测量位移、扭矩、力和加速度等振膜式传感器具有很好的稳定性、重复性和较高的辨别率(一般可达0.3～0.5kPa/Hz)。
精度可达0.01%，重复性可达十万分之几的数量级，长期稳定性可达每年0.01～0.02%对传感器的材料和加工工艺要求很高，精度较低航空航天技术中大气参数(静压及动压) 的测量；它还常用来做标准计量仪器标定其它压力传感器或压力仪表。
此外，它也可以测液体密度、液位等参数振筒式传感器迟滞误差和漂移误差小，稳定性好，辨别率高以及轻巧、成本低对传感器的材料和加工工艺要求很高，精度较低主要用于测量气体的压力和密度等振梁式传感器稳定性好抗干扰强对传感器的材料和加工工艺要求很高，精度较低测静态力和准静态力压电式谐振传感器体积小，重量轻；稳定性好；Q值可达40000；动态响应好；抗干扰力量强( 不受外界磁场干扰，灵敏度稳漂为4% -5%/℃)对传感器的材料和加工工艺要求很高压力压差。
谐振式硅微传感器闭环系统动态特性影响因素
Ｄｙ ｍ ｉ ｎａ ｃ Ｃｈａ ａ ｔ ｒｓ ｉ ｎｆｕｅ ｃ ｃ ｏｒ ｆＲｅ ｏ ａｎ ｌ ｏ ｉ ｒ ｓｒ ｃ ｕｒ ｅ ｏｒ Ｃｌ ｓ ｄ—ｏ ｐ Ｓ ｓ ｅ ｒ ｃ ｅ ｉｔｃ Ｉ ｌ ｎ ｅ Ｆａ ｔ ｓ ｏ ｓ ｎ ｔＳｉ ｃ ｎ Ｍ ｃ ｏ－ｔ ｕ ｔ ｅ Ｓ ｎｓ ｏ ｅ ｌ ｏ ｙ ｔ ｍ ｉ ＸＩ ＮＧ ｅ ｗｅ Ｗ ｉ ｉ， ＦＥＮＧ ａ ｙａ Ｘｉ ｏ ｎ， ＦＡＮ Ｓｈａ ｃｈ ｎｇ ｕｎ， ＴＡＮＧ Ｚｈａｎ ｙａ ｇ ｎｇ
（ ｃｏｌ ｆ ｎｔ ｍ ｎ Ｓｉ ｃ Ｓｈｏ ｏ ｓｕ ｅｔ ｃ ｎｅ＆ Ｏ ｔ— ｅｔ ｎｃ，Ｂ ｉｎ ｎｖｒｔ ｏ Ａ ｒｎｕｉ ｎ ｓ ｏａｔ ｓ Ｂ ｉｎ ０ １ １ Ｃ ｉａ Ｉ ｒ ｅ ｐ ｅ ｃ ｏｉ ｏ ｌ ｒ ｓ ｅｉｇＵ ｉｅｓｙ ｆ ｅｏａｔ ｓａｄＡ ｔ ｎｕｉ ， ｅ ｉｇ１０ ９ ， ｈｎ ） ｊ ｉ ｃ ｒ ｃ ｊ
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工业设计概论 谐振
工业设计概论谐振
在工业设计领域中，谐振是一个非常重要的概念。
谐振是指当一个物体受到外力作用时，产生的振动频率与外力作用频率相同的现象。
这种现象在工业设计中有着广泛的应用，可以用来增强产品的性能和美感。
谐振在工业设计中的应用可以体现在多个方面。
首先，谐振可以用来改善产品的声学性能。
通过合理设计产品的结构，使其在振动时产生特定的频率，可以达到减少噪音的效果。
这在家电产品、汽车等领域有着广泛的应用，可以提升产品的品质和用户体验。
谐振还可以用来增加产品的稳定性和耐久性。
通过合理设计产品的结构和材料，使其在受到外力作用时能够形成谐振，可以有效减少外力对产品的影响，提升产品的抗震性能。
这在建筑、航天等领域都有着重要的应用，可以保障产品的安全性和可靠性。
谐振还可以用来提升产品的美感和设计感。
通过合理设计产品的外形和结构，使其在振动时产生优美的谐振效果，可以增加产品的审美价值和艺术感。
这在家具、灯具等领域中尤为重要，可以让产品更具设计感和时尚感。
总的来说，谐振在工业设计中具有重要的作用，可以用来改善产品的性能、稳定性和美感。
设计师在进行工业设计时，应该充分考虑谐振的原理和应用，以实现产品的创新和优化。
只有在谐振的指导
下，产品才能更好地适应市场需求，满足用户的需求，实现设计的价值和意义。
因此，工业设计师在进行产品设计时，应当深入研究谐振的原理和应用，灵活运用谐振的技术手段，不断创新和改进产品设计，以提升产品的竞争力和市场影响力。
只有这样，工业设计才能真正实现工程技术与艺术设计的完美结合，为人类社会的发展进步做出更大的贡献。
谐振状态及其评估 传感器技术及应用课件
Q
1
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当 P 12n2
Amax
2n
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谐振频率
仪器科学与光电工程学院
School of Instru. Sci. & Opto-electro. Eng.
5艺
Q
设计
值
环境
仪器科学与光电工程学院
5.3 闭环自激系统的实现 5.3.1 基本结构 开环特性
拾振器
谐振敏感元件
激励器
放大器
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5.3 闭环自激系统的实现
5.3.1 基本结构
被测量
输出
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5.3 闭环自激系统的实现
5.3.1 基本结构 5.3.2 闭环系统的实现条件
复频域分析 时域分析
？
设计 与 实验
激励器
谐振子 放大器
拾振器
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第5讲：谐振式传感器 (Resonator Sensors)
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5.5 几种典型的谐振式传感器
5.5.1 谐振弦式压力传感器
5.5.2 振动筒压力传感器
5.5.3 谐振膜式压力传感器 5.5.4 石英谐振梁式压力传感器
谐振电路的品质因素
关于谐振电路的品质因素（Q值）在研究各种谐振电路时，常常涉及到电路的品质因素Q值的问题，那末什么是Q值呢？下面我们作详细的论述。
图1是一串联谐振电路，它由电容C、电感L和由电容的漏电阻与电感的线电阻R所组成。
此电路的复数阻抗Z为三个元件的复数阻抗之和。
Z=R+jωL+(-j/ωC)=R+j(ωL-1/ωC) ⑴上式电阻R是复数的实部，感抗与容抗之差是复数的虚部，虚部我们称之为电抗用X表示, ω是外加信号的角频率。
当X=0时，电路处于谐振状态,此时感抗和容抗相互抵消了，即式⑴中的虚部为零，于是电路中的阻抗最小。
因此电流最大，电路此时是一个纯电阻性负载电路，电路中的电压与电流同相。
电路在谐振时容抗等于感抗，所以电容和电感上两端的电压有效值必然相等，电容上的电压有效值U C=I*1/ωC=U/ωCR=QU 品质因素Q=1/ωCR，这里I是电路的总电流。
电感上的电压有效值U L=ωLI=ωL*U/R=QU 品质因素Q=ωL/R因为：U C=U L所以Q=1/ωCR=ωL/R电容上的电压与外加信号电压U之比U C/U= （I*1/ωC）/RI=1/ωCR=Q电感上的电压与外加信号电压U之比U L/U= ωLI/RI=ωL/R=Q从上面分析可见，电路的品质因素越高，电感或电容上的电压比外加电压越高。
电路的选择性：图1电路的总电流I=U/Z=U/[R2+(ωL-1/ωC)2]1/2=U/[R2+(ωLω0/ω0-ω0/ωCω0)2]1/2ω0是电路谐振时的角频率。
当电路谐振时有：ω0L=1/ω0C 所以I=U/{R2+[ω0L(ω/ω0-ω0/ω)]2}1/2= U/{R2+[R2(ω0L/R)2](ω/ω0-ω0/ω)2}1/2= U/R[1+Q2(ω/ω0-ω0/ω)2]1/2因为电路谐振时电路的总电流I0=U/R，所以I=I0/[1+Q2(ω/ω0-ω0/ω)2]1/2有：I/I0=1/[1+Q2(ω/ω0-ω0/ω)2]1/2作此式的函数曲线。
耳机的谐振频率对音质的影响
耳机的谐振频率对音质的影响耳机是现代人生活中不可或缺的电子产品之一，其音质的好坏直接关系到听音体验的舒适度和效果。
而耳机的谐振频率是决定其音质的一个重要参数。
本文将就耳机的谐振频率对音质的影响进行探讨。
一、什么是耳机的谐振频率谐振频率指的是在外界作用下，一个系统容易发生共振的频率。
对于耳机而言，它是指在特定频率下，其振动会被放大达到最大值的频率。
不同的材质和结构的耳机，其谐振频率也有所不同。
二、耳机谐振频率与音质的关系耳机的谐振频率直接影响着音质表现。
如果谐振频率过低或过高，都会对音质产生不良影响。
1. 谐振频率过低当耳机的谐振频率过低时，音质表现会显得沉闷且低音过强。
这是因为低频信号会在谐振频率上产生共振，导致低音得到放大，而高音则会被抑制，使整体音质失衡。
此外，谐振频率过低容易引起音乐细节混乱，无法清晰地表现音频信号。
2. 谐振频率过高当耳机的谐振频率过高时，音质则会偏向尖锐和聒噪。
过高的谐振频率会使高音过分突出，而低音则会被削弱。
这样会导致音乐听起来刺耳不舒适，同时也会使人听音疲劳。
三、如何选择合适的耳机谐振频率选择合适的耳机谐振频率非常重要，它能够使听音体验更好并避免听觉疲劳。
1. 不同音乐类型的适用频率要根据不同的音乐类型选择合适的谐振频率。
例如，摇滚和电子音乐通常以低频为主，适合选择谐振频率相对较低的耳机；而古典音乐则更加注重高频细节，适合选择谐振频率相对较高的耳机。
2. 个人喜好和听力特点每个人的音质偏好和听力特点也不尽相同。
有些人喜欢低音浑厚的音质，可以选择谐振频率稍低的耳机；而有些人追求高音的清晰度和音乐细节的还原，可以选择谐振频率稍高一些的耳机。
3. 测试和试听在购买耳机时，最好能够进行试听和测试。
通过试听不同频率下的音乐，对比耳机的表现，以此来判断谐振频率对音质的影响是否符合个人需求。
四、其他影响音质的因素除了谐振频率，还有其他因素也会对耳机音质产生影响。
1. 驱动单元耳机的驱动单元是决定音质好坏的核心部分。
第9章谐振式传感器_2精选全文
9.1.2 谐振式传感器的基本原理
然而阻尼总是存在的，除电磁阻尼外还有空 气阻尼等。振弦在运动过程中切割磁力线产生感 应电势，该电势通过外接闭合回路形成电流，使 振弦受到大小正比于运动速度、方向和运动速度 相反的磁场力的作用，此即电磁阻尼。
设想将上述感应电势测出来，然后通过正反 馈在振弦两端加幅度相同、相位也相同的外接电 势，则不会产生电磁阻尼。若外接电势略大于上 述感应电势，还可消除其他阻尼的影响。
9.1 谐振式传感器的类型与原理
√ 9.1.1 谐振式传感器的类型 9.1.2 谐振式传感器的基本原理
9.1.2 谐振式传感器的基本原理
设振子等效刚度为ke，等效振动质量为me，则 振子谐振频率f可近似表示为
f 1 ke
(9.1)
2π me
若振子受到力的作用或其中的介质质量发生
变化，导致振子的等效刚度或等效振动质量发生
(a)扁平形
(b)平凸形
h
(c)双凸形
9.1.1 谐振式传感器的类型
根据能陷理论，选择谐振子外形的主要依据
是径向尺寸f和晶片厚度h之比值的大小。一般， 在f/h≤15时，采用双凸形。当15＜f/h≤45时， 采用平凸形f/h＞45时，采用扁平形。
9.1.1 谐振式传感器的类型
石英晶体振荡器的基本原理 在石英晶体的电极上施加交变激励电压时，
变化，其谐振频率也会发生变化。此即机械式谐
振传感器的基本工作原理。
9.1.2 谐振式传感器的基本原理
1.谐振频率 如图所示，一根两端固定，长
度为l，线密度(单位长度质量)为r
的弦，受到张力T作用。其谐振频 率(一次振型)为
x Tl
f 1 1 T 2π 2l 2l r
基桩低应变完整性检测中的安装谐振影响
第21卷 第4期岩石力学与工程学报 21(4)：582～5852002年4月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering April ，20021999年10月16日收到初稿，2000年7月26日收到修改稿，2001年12月29日收到改定稿。
作者 王雪峰 简介：男，1965年生，高级工程师、武汉岩海公司副董事长，2001年获浙江大学岩土工程专业博士学位，现在同济大学做博士后研究，主要从事桩基动测理论和实践方面的研究工作。
基桩低应变完整性检测中的安装谐振影响王雪峰(浙江大学岩土工程研究所 杭州 310027)摘要 从理论和实验方面说明了桩基动测过程中，传感器安装谐振的存在及影响，给出了它们形成振荡干扰的条件，有利于指导测试人员在现场采取有效措施获取正确的实测信号。
关键词 基桩动测，安装谐振，振荡，频响分类号 TU 473.1 文献标识码 A 文章编号 1000-6915(2002)04-0582-041 前 言传感器的安装问题一直深深影响着国内测桩界。
有关速度计能否用于桩基检测、测试信号中“指数衰减或振荡”曲线是否合理的争论以及人们在传感器安装及振源和锤击点选择方面莫衷一是的讨论等等，都涉及到传感器的安装及伴随而来的与振源的匹配问题。
任何动态测量都不能离开测试系统各环节频响问题的合理分析，桩基动测也不例外，否则，极易造成理解和应用上的偏差。
长期存在于桩基动测领域的许多争论，很大程度上是由于人们对大量使用的速度计与加速度计频响曲线，尤其是安装以后的频响曲线认识不足引起的，本文也因此就上述问题展开理论推导与实验验证。
2 常用传感器的频响曲线桩基动测用传感器主要有速度计和加速度计两种，它们均属惯性式传感器，其接收部分可以简化为单自由度“质-弹-阻”振动系统，如果传感器底座完全刚性地固定在测量对象上，则测点x 与被测位移x r 之间满足运动方程：0)(r r r =+++kx x c xx m &&&&& (1) 利用方程(1)求得的速度计和加速度计传递函数幅频特性曲线分别如图1实线部分(固定安装)所示，相应无量纲动力放大系数[1，2]为⎪⎪⎭⎪⎪⎬⎫+−=+−=2222222224)1(14)1(λζλβλζλλβ加速(2)式中：n /ωωλ=，为频率比，m k /n =ω，为传感器的“固有频率”；mk c 2/=ζ，为接收部分的阻尼比；n ω和ζ 为决定传感器使用频率范围的主要参数；β为接收量与被测量之间的振幅比。
cmos霍尔器件 灵敏度和面积的关系
cmos霍尔器件灵敏度和面积的关系CMOS（互补金属氧化物半导体）霍尔器件是一种常用的传感器，用于测量磁场的强度和方向。
它具有灵敏度高、面积小的特点，因此在许多应用领域中得到广泛应用。
我们来了解一下CMOS霍尔器件的工作原理。
CMOS霍尔器件是由霍尔元件和CMOS电路组成的集成芯片。
霍尔元件是一种基于霍尔效应的磁场传感器，通过感受电流通过时产生的磁场来测量外部磁场的强度和方向。
CMOS电路则用于放大、处理和输出从霍尔元件获取的信号。
灵敏度是衡量霍尔器件对磁场变化的响应程度的指标。
对于CMOS 霍尔器件来说，灵敏度取决于霍尔元件的设计和制造工艺。
一般来说，采用先进的制造工艺和优化的设计可以获得较高的灵敏度。
此外，器件的尺寸也会对灵敏度产生影响。
较小的尺寸可以提高器件对磁场的敏感度，因为它可以更容易地感受到外部磁场的变化。
然而，面积也是衡量霍尔器件性能的重要指标之一。
面积越小，器件就越适合集成到复杂的电路中，可以实现更高的集成度和更小的系统尺寸。
此外，面积的减小还可以降低制造成本，提高生产效率。
因此，在设计CMOS霍尔器件时，需要在灵敏度和面积之间进行权衡。
为了实现高灵敏度和小面积的平衡，研究人员采用了许多创新的设计和制造技术。
例如，采用磁隧道结构和纳米尺寸的器件可以提高器件的灵敏度。
同时，采用三维封装和微纳加工技术可以减小器件的尺寸。
此外，优化器件的材料选择、结构设计和工艺参数也可以在一定程度上改善灵敏度和面积的关系。
除了设计和制造技术的改进，还可以通过电路设计来改善灵敏度和面积的关系。
例如，采用差分输出电路可以提高信号的抗干扰能力，从而提高灵敏度。
此外，通过优化功耗和噪声性能，可以减小电路的面积。
CMOS霍尔器件具有高灵敏度和小面积的特点，这使得它在许多应用中具有广泛的应用前景。
在设计和制造过程中，需要综合考虑多个因素，如器件的设计和制造工艺、尺寸、材料选择和电路设计等，以实现灵敏度和面积的最佳平衡。
【课件】传感器与检测技术---谐振式传感器
当然，电流也可相应地分解成两部分i1和i2，则有F1=BlBi1=m(dv/dt)，所以
v BlB m
i1dt
在磁场中以速度 v 运动的导线便产生感生电动势
e1
BlBv
B2lB2 m
1 i1dt m /(B2lB2 )
i1dt
上式与电容充电时的电压电流关系相比较，可以看出，在磁场中运动的振弦相当于一个 电容的作用，其等效电容值C=m/(B2LB2 )。
f 1 k
式中：k ──振子材料的刚度2； me
me──振子的等效振动质量。
(10-1)
f 1 k
2 me
可见，振子的谐振频率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。 那么，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。这就是机械式谐振传感器的基本工作 原理。但应注意，变化之间的关系一般是非线性的。
拓展 ：频率式数字传感器
频率式数字传感器能直接将被测非电量转换成与之相对应的、便于处理的频率信 号。频率式数字传感器一般有两种类型：
(1)利用振荡器的原理，将被测量的变化改变为振荡器的振 荡频率，常用振荡器有RC荡电路和石英晶体振荡电路等。
(2)利用机械振动系统,通过其固有振动频率的变化来反映被 测参数。
由此可见，线圈兼有激励和拾振两种作用。当然，也可同时放置两个线圈，一个只是 用于激励，另一个只是用来拾振，但使传感器体积增大。
需要指出，振弦式传感器输出频率f与被测力T之间是由式(10-2)
f1 T
所描述的非线性关系，即使取2特l性曲线1 较直的一段作为工作范围，其非线性误差也会
高达5~ 6%左右。为提高测量精度，采用图10-8所示以f 2为传感器输出的电路，其线 性度可达0.5~ 2.5%。
电动汽车充电站谐振现象及其分析
电动汽车充电站谐振现象及其分析电动汽车充电站是电动汽车充电的基础设施之一，它能够为电动汽车提供充电服务。
在充电过程中，电动汽车充电站也可能出现谐振现象。
谐振是指在外力作用下，系统与外力的频率相吻合或相近，从而引起系统振动增强的现象。
本文将对电动汽车充电站的谐振现象进行分析。
电动汽车充电站是由电源、充电桩、电动汽车等组成的系统。
在充电过程中，电源会通过充电桩向电动汽车输送电能。
由于这段电能在充电桩和电动汽车之间传输，存在电感、电容等元件和线路。
当电源的频率和充电桩之间的电感和电容产生相近或相同的谐振频率时，就会引起系统的谐振现象。
谐振现象的出现会导致充电效率下降，甚至对系统的稳定性造成影响。
电动汽车充电站的谐振现象可能是串联谐振或并联谐振。
串联谐振是指电源、电容和电感构成的串联回路中，存在频率相同或相近的外力激励。
并联谐振是指电源、电容和电感构成的并联回路中，存在频率相同或相近的外力激励。
对于电动汽车充电站而言，串联谐振和并联谐振都可能发生。
对于串联谐振而言，当电源的频率与电动汽车充电站的电感和电容产生谐振时，系统中的电流和电压会出现共振现象。
在共振状态下，电流和电压的振幅会迅速增大，达到峰值，从而导致充电效率下降，甚至损坏充电设备。
为了避免谐振现象的发生，可以采取增加阻尼、改变回路参数、加入衰减电路等措施。
除了采取上述措施外，还可以通过合理设计电动汽车充电站的电路和元件参数来避免谐振现象的发生。
在选择电感和电容时，可以根据系统的频率范围来确定合适的参数。
也可以采用频率自适应的控制方法，通过监测电动汽车充电站的电路参数，实时调整频率，避免与外力的谐振。
电动汽车充电站的谐振现象是可能发生的，它会对充电效率和系统稳定性造成影响。
为了解决谐振问题，可以通过增加阻尼、改变回路参数、加入衰减电路等措施来避免谐振现象的发生。
合理设计电动汽车充电站的电路和元件参数也是避免谐振现象的重要手段。
电涡流传感器谐振电路的优化设计
电涡流传感器谐振电路的优化设计电涡流传感器是一种常用的非接触式传感器，用于检测金属材料的位置、形状、尺寸和表面缺陷等。
谐振电路是电涡流传感器中的关键部分，其设计优化对于提高传感器的性能至关重要。
在电涡流传感器中，谐振电路的主要作用是通过感应线圈和金属材料之间的电涡流相互作用来实现信号的检测和转换。
谐振电路能够将输入信号与电涡流传感器的谐振频率相匹配，从而使得传感器的灵敏度和稳定性得到提高。
为了实现电涡流传感器谐振电路的优化设计，首先需要确定谐振频率的选择。
谐振频率的选择应该考虑到被检测金属材料的特性和所需的检测精度。
一般来说，当金属材料的尺寸较小时，谐振频率应选择较高；当金属材料的尺寸较大时，谐振频率应选择较低。
谐振电路的元件参数也需要进行合理的选择和设计。
感应线圈的参数包括匝数、线径和线圈材料等，应根据被检测金属材料的特性和所需的灵敏度来确定。
此外，电容器的参数也需要根据谐振频率和电感的数值来选择，以实现谐振电路的匹配。
谐振电路的阻尼系数也是优化设计的关键因素之一。
阻尼系数的大小直接影响着传感器的响应速度和稳定性。
一般来说，较小的阻尼系数可以提高传感器的响应速度，但也会增加传感器的噪声；较大的阻尼系数可以提高传感器的稳定性，但会降低传感器的响应速度。
在实际的优化设计中，可以通过改变感应线圈的匝数、调节电容器的数值和选择合适的阻尼电阻来实现谐振电路的优化。
此外，还可以通过计算机模拟和实验验证的方式来评估和优化谐振电路的性能。
电涡流传感器谐振电路的优化设计对于提高传感器的性能至关重要。
通过合理选择谐振频率、优化感应线圈和电容器的参数以及调节阻尼系数，可以实现传感器的高灵敏度、快速响应和稳定性。
在实际的设计中，可以借助计算机模拟和实验验证的方法，不断优化谐振电路的性能，以满足不同应用场景的需求。
谐振式传感器
谐振式传感器前言谐振式传感器（Resonator Sensor），是指利用谐振原理将被测量变化转换成谐振频率变化的传感器。
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，是当今人们研究的重点。
一、谐振式传感器的优点与应用谐振式传感器具有体积小、重量轻、结构紧凑、分辨率高、精度高以及便于数据传输、处理和存储等优点。
主要用于测量压力，也用于测量转矩、密度、加速度和温度等。
二、谐振式传感器的种类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。
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。
按谐振元件的不同，谐振式传感器又可分为振弦式、振筒式、振梁式、振膜式和压电谐振式等。
1、振弦式传感器以拉紧的金属弦作为敏感元件的谐振式传感器。
当弦的长度确定之后，其固有振动频率的变化量即可表征弦所受拉力的大小,通过相应的测量电路,就可得到与拉力成一定关系的电信号。
振弦的固有振动频率f与拉力T的关系为，式中l为振弦的长度，ρ为单位弦长的质量。
振弦的材料与质量直接影响传感器的精度、灵敏度和稳定性。
钨丝的性能稳定、硬度、熔点和抗拉强度都很高,是常用的振弦材料。
此外,还可用提琴弦、高强度钢丝、钛丝等作为振弦材料。
振弦式传感器由振弦、磁铁、夹紧装置和受力机构组成。
振弦一端固定、一端连接在受力机构上。
利用不同的受力机构可做成测压力、扭矩或加速度等的各种振弦式传感器。
2、振筒式传感器以振动的金属薄圆筒为敏感元件的谐振式传感器。
振筒的固有振动频率决定于筒的形状、大小、材料的弹性模量、筒的应力和周围介质的性质。
被测参量的变化使得筒的某一物理特性被改变，从而改变了筒的固有振动频率，通过测量筒的振动频率即可达到测量被测参量的目的。
工业设计概论 谐振
工业设计概论谐振
工业设计是一门关于如何设计和制造产品的学科，它涉及到产品的外观、功能、结构等方面。
而谐振则是一个在工程设计中经常遇到的现象，它可以影响产品的性能和稳定性。
本文将探讨工业设计中的谐振现象，并讨论如何避免谐振对产品造成的负面影响。
谐振是指系统在受到外力作用时，产生的共振现象。
当系统的固有频率与外力频率相等时，就会发生谐振现象。
在工业设计中，谐振可以导致产品的损坏、噪音增加、甚至使产品失效。
因此，设计师需要特别注意谐振现象，以确保产品的稳定性和可靠性。
为了避免谐振对产品造成的负面影响，设计师可以采取一些措施。
首先，可以通过改变产品的结构和材料来改变其固有频率，从而避免与外力频率相等。
其次，可以在设计过程中考虑加入阻尼器或减振器，来减少谐振的影响。
此外，设计师还可以通过在产品表面添加吸音材料，来减少谐振产生的噪音。
除了在设计阶段注意谐振现象外，制造过程中也需要注意谐振对产品的影响。
例如，在装配产品时，需要确保零部件之间的间隙和摩擦力不会引起谐振现象。
此外，在产品测试阶段，也需要对产品进行振动测试，以确保产品在不同频率下的性能稳定性。
总的来说，工业设计中的谐振现象是一个需要设计师高度重视的问题。
通过合理的设计和制造过程，可以有效避免谐振对产品造成的
负面影响，从而提高产品的性能和可靠性。
设计师应该不断学习和积累经验，以应对不同情况下的谐振现象，为产品的发展和创新提供支持。
GEM孔几何形状对GEM探测器性能影响分析
-361-GEM孔几何形状对GEM探测器性能影响分析中国原子能科学研究院 单 超 李笑梅 胡守扬 周 静 蹇司玉 李兴隆【摘要】气体电子倍增器(GEM)因独特的电极结构，使其具有高计数率、高位置分辨以及高稳定性等优越性能。
本文分析了GEM探测器因孔径大小、孔几何结构的不同对探测器性能的影响，利用Maxwell 2D/3D有限元算法计算了不同孔结构孔中心线上的场强分布。
【关键词】GEM；有限元计算；电子倍增引言Gas Electron Multiplier(GEM——气体电子倍增器)是Fabio Sauli在1997年于CERN发明研制的，属于新型的微结构气体探测器。
其独特的电极结构和探测器几何设置，使得GEM 具有高计数率、高位置分辨以及高稳定性等优越性能。
作为新型气体微结构探测器，它现已成为目前国际上几个大型实验设备建造或升级的重要部分。
典型的单层GEM探测器示意图如图1所示，它包括阴极层(Cathode)、漂移区(Drift Gap)、倍增区(GEM Foil)、收集区(Induction Gap)和读出阳极(Anode)。
图1 典型的GEM探测器工作示意图整个探测器外层为一个仅有工作气体流通的密闭腔室，腔室顶部为探测器窗口和阴极层；中间是粒子倍增放大的GEM膜部分；最底端是收集极（阳极），各个区之间的固定距离由环氧树脂层作为间隔。
流气系统通过气管从相对两侧进出腔室，作为供电子雪崩的工作介质。
GEM膜是一种“三明治”结构，中间的基板是一层厚度为50μm的绝缘介质聚酰亚胺，两面镀上5-10μm的铜层。
标准GEM(注：区别于厚GEM——“ThGEM”)膜的制作工艺类似于PCB柔性电路板的制作流程，经过掩膜、曝光、显影、去胶和化学蚀刻工艺，最后可以蚀刻出正六边形排列的，孔径为70μm、孔间距为140μm的规则微孔。
当有入射粒子进入漂移区后，一定能量的入射粒子会与漂移区的工作气体碰撞发生初级电离，电离后的正离子和电子在电场力的作用下分别被牵引到两侧。
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Ｉ ｎｆ ｌ ｕ ｅ ｎｃ ｅ ｏ ｆ Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｄ ｅ Ａｒ ｅ ａ ａ ｎｄ Ｐａ ｔ ｔ ｅ ｒ ｎ ｔ ｏ Ｍａ ｓ ｓ Ｓｅ ｎ ｓ ｏ ｒ Ｃａ ｐａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ
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郑 丹 。
（ １ ． 武 汉软 件 工 程 职 业 学 院 光 电 系 ， 湖北 武 汉 ４ ３ ０ ２ ０ ５ ； ２ ． 湖北大 学 物电学院， 湖北 武 汉 ４ ３ ０ ０ ６ ２ ）
摘
要： 在 Ｐ型 （ １ ０ ０ ） 单晶 Ｓ ｉ 基衬底 上 ， 利 用磁 控 溅射 设 备 完 成 直流 溅 射 Ｍｏ ／ Ｔｉ 布拉 格 反 射层 和 射
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｕｓ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｒ ｏ ｎ ｓ ｐ ｕ ｔ ｔ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ，Ｍ ｏ ／ Ｔｉ ｂ ｒ ａ ｇ ｇ ｒ ｅ ｆ ｌ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ ａ ｎ ｄ Ａ１ Ｎ ｐ ｉ ｅ ｚ ｏ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ｌ ａ ｙ ｅ ｒ ｗｅ ｒ ｅ ｓ ｐ ｕ ｔ ｔ ｅ ｒ ｅ ｄ ｓ ｅ ｑ ｕ ｅ ｎ —
Ｗｕ ｈ ａ ｎ ４ ３ ０ ２ ０ ５ ， Ｃｈ ｉ ｎ ａ ； ２ ．Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｐｈ ｙ ｓ ｉ ｃ ｓ ａ ｎ ｄ Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ，Ｈｕ ｂ ｅ ｉ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｗｕ ｈ ａ ｎ ４ ３ ０ ０ ６ ２ ，Ｃｈ ｉ ｎ ａ ）
时， 电极 图案 为 圆形 的损耗 最小 ； 内角为直 角的正 方形 损耗 最 大 ， 内角为钝 角的五边 形损耗 居 中。
关键 词 ： 磁控 溅 射 ； 质 量传 感 器 ； 谐 振 面积 ； 电 极 图 案
中图 分类 号 ： ＴＮ ４ ０ ５
文 献标 志码 ： Ａ
ＺＨ ＥＮ Ｇ Ｄａ ｎ ・ 。
频 反应 溅射 Ａｌ Ｎ压 电层 ， 用光刻微 加 工工 艺设计 了不 同谐振 面积与 电极 图案 的 Ｔｉ ／ Ａｕ上 电极 ， 在优 化 工 艺条件 下 制备 了氮化 铝基 体 声 波 质量 传 感 器 ， 比较 分 析 了不 同电 极 图案 和谐 振 面 积 对传 感 器性 能 的影
响 。研 究表 明 ， 电极 图案相 同时 ， 谐 振 面积 为 １ ０ ０ ０ ０ （ １ ０ ０ ×１ ０ ０ ） ｍ 的器件 电学性 能最好 ， 谐振 面积相 同