谐振式传感器的设计要点
谐振式传感器的振子是把被测量的变化转换为频率变化的关键元件,它对传感器的精度、灵敏度和稳定性等有很大影响,因此对它的设计要求较高,主要可从下述几个方面进行考虑。
(1) 减小非线性
谐振式传感器的特性曲线几乎都是非线性的。选择合适的工作点和最佳工作频段对减小非线性非常重要。为获得较高的测量精度,必须在转换电路中进行非线性校正。
(2) 提高灵敏度
可通过适当选择下面振子有关参数来提高灵敏度:密度、弹性模量、泊松比等材料物理特性参数;厚度、半径、长度等结构参数;初始谐振频率,预加载荷等。压电式谐振传感器采取围压加载方式时,其灵敏度最高。
(3) 提高稳定性
首先,应选择强度高、参数稳定的振子材料,如石英晶体,琴钢丝,铁镍横弹合金等;其次,应选择Q值较大的振子,Q值越大,谐振频率的稳定性越高,传感器的工作也越稳定,抗外界干扰的能力越强,其重复性也就越好;再次,要尽量提高材料的弹性极限,保证在最大载荷下,材料弹性变形为材料弹性极限的1/3~1/2以下;最后,结构上最好作成一体的,否则振子与其它部分的连接必须具有很强的抗滑能力。
(4) 减小温度误差
由于构成传感器的材料受温度影响,均将产生温度变形,造成输出信号的不稳定。为减小温度的影响,可采取下面措施:采用零温度系数的材料,或温度系数恒定的材料,而且其弹性模量受温度影响小;采用线路补偿;采取恒温措施;传感器设计成封闭系统,使传感器机械结构自身达到热补偿;对因温度变化而影响振子谐振频率变化的传感器部分,通过选取适当的尺寸和温度系数,保持胀缩平衡。
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