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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。振筒式传感器已经发展到较高水平,主要用于测量气体压力和密度等。
在这种传感器中,筒内靠近筒壁的介质(如气体)和筒一起组成有效振动质量。当介质密度发生变化时,有效振动质量也发生变化,从而使筒振动的固有频率发生变化。在测量电路中对所测信号的非线性进行校正后,可使测量精度达0.01%。振筒是采用低温度系数的铁镍合金材料,经冷挤压和热处理等特殊工艺加工制成的薄壁管,它的两端用固定块固定。激振器、振筒、拾振器和放大振荡电路构成一个反馈振荡系统(图1)。工作时,给用磁铁线圈构成的激振器通以交变电流,磁性振筒在交变磁场的激励下起振,而拾振器则完成相反的电磁感应过程,将筒的振动信号反馈到振荡电路去。由于振筒具有高品质因数,整个振荡系统以振筒的固有频率振动。当被测介质流过振筒内时,振筒的有效振动质量增加,使振动频率发生变化,测量电路就可取出与介质密度成一定关系的频率信号。振动频率 f与被测介质密度ρ 的关系为:式中f0为筒内处于真空状态时筒的固有振动频率;ρ0为与振筒的截面积、内腔截面和材料密度有关的常数。为改善固定块随筒一起振动而产生的频率不稳定性,常采用双筒式结构,使双筒的振动频率相同而振动方向相反。这种结构不会引起固定块振动,从而提高了振动频率的稳定性。
在这种传感器中,筒内气体压力的变化引起筒应力变化,从而改变了筒的振动频率。振筒的一端固定于底座,另一端密闭为自由端(图2),筒壁约为0.08毫米。外壳与振筒之间为真空以作为压力参考。振筒等效为二阶强迫振动系统,有很高的品质因数。激振线圈和拾振线圈通过振筒耦合,与放大电路一起组成正反馈振荡电路。筒的固有振动频率f与筒内压力P 的关系为:式中f0为筒内压力为零时筒的固有振动频率;B为压差灵敏度系数,它与筒的材料性质和物理尺寸有关。振筒式压力传感器的精度可达万分之几。
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。振筒式传感器已经发展到较高水平,主要用于测量气体压力和密度等。
这个概念我觉得看怎么理解了,这些传感器应该统属于光学传感器,你所说的三个概念相互之间都有交叉,光栅传感器里面包括,光纤光栅,透射体光栅等,也就是既有光纤的也有光电的,光纤传感器又分为功能型和非功能型,...
霍尔传感器是数字式传感器,有两根电源线,和一根信号线,如果外部有磁信号,信号线上面会有一个脉冲信号,速度与脉冲信号的个数成正比。磁电式传感器,无需外部供电,外部运动的磁铁会引起磁电式传感器内部的电磁线...
磁感应式传感器也称互感器,互感器利用电磁感应原理,即变化的磁场产生电场的原理。将两个线圈绕在同一个铁芯上,二次绕组感应出于一次绕组呈比例关系的电压或电流。因此,也有称互感原理或变压器原理。霍尔传感器是...
静电振膜式电压传感器及其仿真分析
为了解决一般光电式电压传感器存在的温度对测量结果影响大、工艺上不容易实现等问题,提出了一种静电振膜式电压传感器,建立了该传感器的数学模型并分析了其工作稳定性和测量准确度.理论上静电振膜式电压传感器要求极化电压大于待测电压的峰值,这一条件在工程上难以满足.并且电网电压主要存在奇次谐波,通过平方项以后就变成了偶次谐波,这是系统带来的误差.因此提出了一种降低极化电压的方法,且采用陷波滤波器滤除偶次谐波来消除系统自身带来的误差.仿真结果表明在极化电压小于待测电压峰值的条件下,静电振膜式电压传感器可以实现准确、快速的电压测量.
一种振弦式力传感器的设计与验证
受弦式乐器启发,该文设计了一种振弦式力传感器,以一根恒弹振弦为敏感单元,测量力作用在振弦两端,通过检测振弦固有频率的变化实现力的测量。结构上,振弦的中间位置固定了钕铁硼磁铁,对应的支撑结构上,设计了电磁线圈。线圈由脉冲电信号控制产生脉冲力,实现振弦的自由衰减振动。同时,磁铁与线圈符合法拉第电磁感应原理,线圈中感应出与振弦振动频率相同的衰减振动信号。通过标定,建立了频率与力的函数关系,实现了力的测量。初步实验结果表明,该方法可实现力的测量,在10 N量程范围内,绝对测量精度可达±0.02 N。
振筒式气压传感器是一种新型的气压感应元件。它由两个同轴的一端密封的圆筒组成。一个是内振筒,一个是外保护筒。内振筒一般采用镍基恒弹合金。外保护筒一般用不锈钢制成。这两个筒的一端固定在公共基座上,另一端为自由端。线圈架安装在基座上,并位于圆筒的中央。线圈架上有激振线圈,它用于激励内振筒;线圈架上另有拾振线圈,它用于检测内振筒的振动频率。内振动筒和外保护筒之间的空间被抽空作为绝对压力的标准。内振动筒和线圈架之间的空间与被测气体相通。
对于大多数振筒的几何尺寸来说,轴向半波数m=1,周向波数n=3或4的模式具有最低的固有频率和最大振幅,并且容易激振。对称模式最稳定,对测量有利。所以m=I,n二4的振动模式,多用来作为气压传感器的工作模式。由于波型的对称性,使得传感器经得起大加速度位移而不致于损失任何磁性性能。
拾振线圈在线圈架中安装成与激振线圈相垂直,这样可避免两个线圈的互相规合。这种空间位置和相位关系有助于振筒以四瓣对称波型起振,波节的对称性也对滤掉外来的干扰有益。
激振线圈、拾振线圈和机械共振的内振筒由通过导线的电流和由磁力线所产生的力相互联系着,构成为闭环控制电路。
空气引入线圈架和振筒之间的空腔,筒壁由作用在筒内表面的压力所张紧,这个张力使筒的固有频率随压力的增加而增加。当机械频率增加时,拾振线圈直接检测出频率增量,并立即将这个信息转送到放大器和限幅器。该新的频率和新的极限电压又反馈到激振线圈,产生一个增强了的、并以适当频率脉动的力。
传感器在零压力点有一个固有频率的选择原则是:对于气压传感器而言,要尽可能使频率高些,这样可以使方程的二次项占的比例明显减小,有利于线性化。
振筒式气压传感器工作在不同的环境温度条件下,随着环境温度的变化,其测量误差也会不同。为了提高测量精度,必须对振动筒式压力传感器的温度误差进行修正。在压力传感器的底座内安置了一个二极管,利用二极管的正向电压随温度变化的特性来检测传感器的工作温度。虽然不同的振动筒式压力传感器的温度特性存在差异,但就某一具体传感器而言, 其温度特性是确定的。在飞机上专用的计算机中,存储了振动筒式压力传感器的温度特性数据,根据环境温度的大小,可有效地对温度误差进行修正,以达到提高测量精度的目的。温度测量电路的输出电压经过A/D 转换。变成数字量后, 由单片机结合温度特性数据对传感器输出的频率量实施修正,从而消除温度误差。
为了提高分辨率,一般的变换方法是打开一个逻辑门,让一个精密的高频时钟脉冲通过,并用计数器按二进制来积累通过门的时钟脉冲。时钟门最初是在传感器一个输出矩形波的起点被打开,而在传感器后一个输出矩形波的起点被关闭。固定频率的时钟脉冲数随后在传感器一个输出周波的时间内被积累在计数器内。若用28=64个传感器的周波数来控制,而时钟为15兆赫时,分辨率将为1/213312或土0.0005%。
振筒式气压传感器,由于没有支承点的摩擦,因此具有低的阻尼,谐振响应曲线很“陡”。由于低阻尼,它的品质因数Q值在5000以上。
振筒式气压传感器重复性好和迟滞低。其所以迟滞低主要是因为它没有支承点的摩擦和元件本身的永久变形。而且内振筒焊接在外保护筒的较重的环形基座上,该组件又夹紧在传感器基座上,因而不存在相对运动。而振筒所受的应力只要在材料的弹性极限以内,元件就不会有永久性变形。两项的全部影响不大于传感器所测压力“满刻度”的±0.0001%。
振筒式气压传感器的长期稳定性好。一年的长期稳定性,2σ(σ为均方误差)为“满刻度”的±0.006%。影响它的长期稳定性的因素是:内外筒之间的标准真空(标准真空度为10-6毫米汞高)的电子束焊处的多孔性,其次是材料的多孔性。
温度既影响振筒的弹性常数,又影响与振筒相接触的气体密度。前者的温度系数在百万分之几以内,可以认为是零。
一种较好的温度补偿方法是用一个加热线圈放人线圈架和用一个简单的比例闭环控制系统去控制内部结构和气体的温度。经温度补偿后,若恒温点在710C,则在“满刻度”点上的误差为士0.001%。