03第三部分-测量原理5-谐振课件.ppt

1、北京航空航天大学宇航学院 王可东 1/193.6 谐振式测量原理谐振式测量原理 谐振现象及特征谐振现象及特征 谐振现象谐振现象kmc( )F t( )mxcxkxF t2nnn,2kcmm 令令2nnn( )2F txxxm m( )sinF tFtmsin()FxAtk222nn21(1)(2)2tan1APPPP 则则如果如果其中其中得得北京航空航天大学宇航学院 王可东 2/193.6 谐振式测量原理谐振式测量原理当 或2n1 2P2nmax2nnn1 21,arctan21A 2nnr1 2北京航空航天大学宇航学院 王可东 3/193.6 谐振式测量原理谐振式测量原理 机械品质因素机械品

2、质因素ac2EQE22a22222mm2n2cnm0n222n2acnn112211cos ()sin ()22d2cos ()sin ()22TEmxkxkAtkAtEcx xA kttEQE北京航空航天大学宇航学院 王可东 4/19 机械品质因素的意义机械品质因素的意义 反映阻尼消耗能量的速度反映阻尼消耗能量的速度 反映幅频特性曲线的陡峭程度，即谐振敏感元件的选频能力反映幅频特性曲线的陡峭程度，即谐振敏感元件的选频能力 提高机械品质因素的方法提高机械品质因素的方法 选择高选择高Q值材料值材料 减小加工过程中引起的谐振子内部残余应力减小加工过程中引起的谐振子内部残余应力 将谐振子与基础软隔离

3、将谐振子与基础软隔离 减小被测介质对谐振子的影响减小被测介质对谐振子的影响对于弱阻尼系统对于弱阻尼系统 或或3.6 谐振式测量原理谐振式测量原理n12Qr21Q北京航空航天大学宇航学院 王可东 5/193.6 谐振式测量原理谐振式测量原理 电路谐振电路谐振谐振条件谐振条件：RIj L)1 (CjUUCULUR(1)ZRjLCZ01CL2222amm22cm0ac1111( )( )22221( )d2CCTELitCutLICUERittRIELQER北京航空航天大学宇航学院 王可东 6/193.6 谐振式测量原理谐振式测量原理 闭环自激振荡闭环自激振荡 基本结构基本结构RDEACO被测量R：

4、谐振敏感元件：谐振敏感元件D：信号检测器：信号检测器A：信号放大器：信号放大器E：激励器：激励器C：干扰补偿装置：干扰补偿装置O：信号输出单元：信号输出单元北京航空航天大学宇航学院 王可东 7/193.6 谐振式测量原理谐振式测量原理 自激振荡的条件自激振荡的条件R(s)D(s)E(s)A(s)( )( )( )( )( )G sR s E s A s D s( j)1( j)2,0,1,2,GGnn北京航空航天大学宇航学院 王可东 8/193.6 谐振式测量原理谐振式测量原理 敏感机理及特点敏感机理及特点 敏感机理敏感机理 幅值测量幅值测量 相位测量相位测量 频率（周期）测量频率（周期）测量

5、 特点特点 输出信号是周期性信号：便于数字处理和远距离传输输出信号是周期性信号：便于数字处理和远距离传输 正常工作状态为谐振状态：频率稳定性好正常工作状态为谐振状态：频率稳定性好 相对于谐振子振动能量，系统功耗为小量：抗干扰强相对于谐振子振动能量，系统功耗为小量：抗干扰强( )()x tAft北京航空航天大学宇航学院 王可东 9/19 频率检测方法频率检测方法 频率法频率法 通过计通过计1s时间内的脉冲数实时间内的脉冲数实 现对输出信号频率的测量现对输出信号频率的测量 特点特点 适合于对高频信号的测量适合于对高频信号的测量 量化误差较大量化误差较大 周期法周期法 计传感器输出信号整周期内的计传

6、感器输出信号整周期内的 脉冲数脉冲数 特点特点 量化误差小量化误差小3.6 谐振式测量原理谐振式测量原理CP传感器传感器输出输出1sCP传感器传感器输出输出nT北京航空航天大学宇航学院 王可东 10/19思考题思考题 3-9 P189题题8.2。 3-10 P189题题8.4。北京航空航天大学宇航学院 王可东 11/193.7 其它测量原理其它测量原理 热敏传感器热敏传感器 双金属温度计双金属温度计北京航空航天大学宇航学院 王可东 12/193.7 其它测量原理其它测量原理 热电偶温度计热电偶温度计 热电效应热电效应 将两种不同材料的导体将两种不同材料的导体A和和B串接成一个闭合回路，当两个接

7、点串接成一个闭合回路，当两个接点温度不同时，在回路中就会产生热电势，形成电流，此现象称为温度不同时，在回路中就会产生热电势，形成电流，此现象称为热电效应。热电效应。ABTT0BAABNNekTTEln)(BAABNNekTTEln)(00北京航空航天大学宇航学院 王可东 13/193.7 其它测量原理其它测量原理 热敏电阻传感器热敏电阻传感器北京航空航天大学宇航学院 王可东 14/193.7 其它测量原理其它测量原理 气敏传感器气敏传感器烟雾报警器烟雾报警器酒精传感器酒精传感器二氧化碳传感器二氧化碳传感器北京航空航天大学宇航学院 王可东 15/193.7 其它测量原理其它测量原理 超声波检测传

8、感器超声波检测传感器 声波分类声波分类 次声波：次声波：20kHz 超声波特点超声波特点 方向性强方向性强 能量大，并具有穿透性能量大，并具有穿透性 测量原理测量原理 发生：铁磁测量在交变磁场中产生高频机械振动，发射超声波发生：铁磁测量在交变磁场中产生高频机械振动，发射超声波 接收：超声波作用于磁致伸缩产生电势输出接收：超声波作用于磁致伸缩产生电势输出北京航空航天大学宇航学院 王可东 16/193.7 其它测量原理其它测量原理北京航空航天大学宇航学院 王可东 17/193.7 其它测量原理其它测量原理 光电传感器光电传感器 能敏感到由紫外到红外波动的光能量，并将光能量转换为电能输能敏感到由紫外

9、到红外波动的光能量，并将光能量转换为电能输出的传感器，工作原理为光电效应出的传感器，工作原理为光电效应 工作方式工作方式 辐射式辐射式 吸收式吸收式 反射式反射式 遮光式遮光式 产品产品 光敏电阻光敏电阻 光电池光电池 CCD 光电式光电式CMOS北京航空航天大学宇航学院 王可东 18/193.7 其它测量原理其它测量原理 光纤传感器光纤传感器 物性型光纤传感器物性型光纤传感器 传输型光纤传感器传输型光纤传感器北京航空航天大学宇航学院 王可东 19/193.7 其它测量原理其它测量原理 生物传感器生物传感器 检测对象中的生命特征检测对象中的生命特征 应用应用 食品发酵工业食品发酵工业 环境检测环境检测 医学医学热热/ /光光电量电量微生物微生物/酶等酶等敏感元件敏感元件