振动传感器ppt课件

的抗干扰性强，稳定性好。
一、概述 二、原理 1、振动筒传感器 2、振动膜式传感器 3、振动弦式传感器 4、振动梁式传感器 三、应用及产品
（1）振动筒传感器
振动筒传感器是一种典型的敏感频率的 振动传感器，于60年代末实用。下图给出 了一种用于绝压测量的振动筒压力传感器 最早使用的原理结构。其测量敏感元件是 一个恒弹合金（如3J53）制成的带有顶盖 的薄壁圆柱壳。
（3）振动弦式传感器
1. 结构特点
振弦式压力传感器的主要结构如下图所示 （1）振弦 振弦是把待测压力值的变化转变为频率 变化的敏感元件，对传感器的精度、灵敏 度、稳定性起决定的作用。对振弦材料的 要求是：
① 抗拉强度高。
② 弹性模量大。
③ 磁性和导电性能好。
④ 线膨胀系数小，尺寸随时间的稳定性好。

（2） 谐振式传感器的本质特征与独特 优势是：
① 输出信号是周期的，被测量能够通过 检测周期信号而解算出来。这一特征决定 了谐振式传感器便于与计算机连接，便于 远距离传输； ② 传感器系统是一个闭环结构，处于谐
振状态。这一特征决定了传感器系统的输
出自动跟踪输入；
③ 谐振式传感器的敏感元件即谐振子固 有的谐振特性，决定其具有高的灵敏度和 分辨率； ④ 相对与谐振子的振动能量，系统的功 耗是极小量。这一特征决定了传感器系统

（3）振弦夹紧装置
传感器工作时振弦处于拉紧的状态，振 弦两端必须与支架和运动部分固接，一般采 用专门的夹紧装置。对它的要求是： ① 抗滑能力好，振弦在长期受拉或反复 振动的情况下，夹头不松动； ② 加工简单，安装振弦方便，易拆卸， 能反复使用，能任意调整弦的初始频率。
2．工作原理
要测量振弦固有频率f0的变化，必须先激发振弦起振， 其激发方法有两种：
（1）间歇激发法 图所示为间歇激发 的振弦压力传感器 的示意图。 （2）连续激发法
连续激发时，振弦也是置于电磁铁的磁
场中，同时，振弦通以交变电流，由于电磁
感应，振弦受到一个垂直于磁力线的作用力，
从而激发振弦作频率等于其自振频率的周期
运动。然而，同间歇激发一样，由于阻力作
用，振弦的自振也将逐渐衰减，因此必须补 给能量以维持振弦稳定的等幅振荡。
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。这里主要介绍基
于机械谐振结构的谐振式传感器。它们可
利用振动频率、相位和幅值作为敏感信息 的参数。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
振动传感器
一、概述
二、原理 1、振动筒传感器 2、振动膜式传感器 3、振动弦式传感器 4、振动梁式传感器 三、应用及产品
一、概述
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，自然 成为当今人们研究的重点。
振动与激励元件均由铁芯和线圈组成，
为尽可能减小它们之间的电磁耦合，在空
间呈正交安置，由环氧树脂骨架固定。圆
柱壳与外壳之间形成真空腔，被测压力引
入圆柱壳内腔。为减小温度引起的测量误
差，在圆柱壳内安置了一个起补偿作用的
温度敏感元件。
电磁激励振动筒压力传感器原理结构
采用电磁方式作为激励、拾振手段最突
弯曲方式振动的两端固定梁，这种形状的
感受力的灵敏度高，即施加单位应力引起
的频率变化大。
2、机械隔离器
为了避免振梁与产生力的机械系统直
接连接，在振动梁两端固定着机械隔离系
统，它包括隔离器弹性体，隔离器质量块
以及弯曲去载区。隔离系统的自振频率要
成为一个新的传感器家族。
（1）基本结构

由ERD组成的电— 机— 电谐振子环节， 是谐振式传感器的核心。适当地选择激励 和拾振手段，构成一个理想的ERD，对设 计谐振式传感器至关重要。

由ERDA组成的闭环自激环节，是构成 谐振式传感器的条件。 由RDO(C)组成的信号检测、输出环节， 是实现检测被测量的手段。
出的优点是与壳体无接触，但也有一些不
足。如电磁转换效率低，激励信号中需引
入较大的直流分量，磁性材料的长期稳定
性差，易于产生电磁耦合等。
近来发展了一种采用压电激励、压电拾
振的新方案，见下图压电陶瓷元件直接贴
于圆柱壳的波节处，筒内完全形成真空。
压电激励方案
（2）振动膜式传感器
这种传感器的 Q 值很高，一般约为 104 ， 因此，输出信号的通频带很窄。膜片是振 荡器中的谐振元件，振荡器的输出是频率 变化的正弦波信号，经放大、整形、限幅 后，作为高分辨力计数器的门控信号。这 样，就提供了正比于加在膜片上压力的计 数输出。使用的数字线性化电路与振筒式 压力传感器相类似，不再赘述。

（2）磁铁
根据振弦振动的激发方式不同，可以只用 一块磁铁，或者用两块性能相同的磁铁，见 图 5-14。磁场可以由永久磁铁或直流电磁铁 产生，永久磁铁一般用 AlNiCo-5 硬磁合金制 造。在采用电磁铁的场合，常把磁铁做成 U 形，电磁线圈安置在 U 形磁铁的一臂，这时， 磁力线的通路是磁铁 -纯铁片-振弦-磁铁，形 成一个封闭的磁回路。
振动梁式传感器
下图所示为由石英晶体谐振器构成的振 梁式差压传感器。两个相对的波纹管用来接 收输入压力 P1 与 P2 ，作用在波纹管有效面 积上的压力差产生一个Biblioteka Baidu力，造成了一个绕 支点的力矩，该力矩由石英晶体的拉伸力或 压缩力来平衡，这样就改变了晶体的谐振频 率。频率的变化是被测压力的单值函数，从 而达到了测量目的。
下面扼要叙述差压传感器的主要组件及其作 用。
1、 振动梁谐振器
振动梁是压力传感器的敏感元件，横 跨在传感中央。石英晶体振动梁不直接固 定在产生输出力的构件上，以防止反作用 力和力矩造成基座上的能量损失，从而使 品质因素Q值降低。同时外界的有害干扰 也会
传递进来，降低稳定性，直接影响谐振器
的性能。梁的形状选择得使其成为一种以