《传感器原理》PPT课件

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,3.3.3,谐振式压力传感器,力,/,压力谐振频率,组成,:,振动体,激振单元,拾振单元,谐振式传感器是高精度传感器发展的重要方向,!,3.3,其它力,/,压力传感器,1,谐振式传感器示意图,激励,谐振器,检测,调幅,移相,输出,开环,闭环,被测量,3.3,其它力,/,压力传感器,2,按振动结构不同分为：,振弦式压力传感器,振动筒式压力传感器,振动膜式压力传感器,振梁式压力传感器,乐器的发音机理！,3.3,其它力,/,压力传感器,3,Q,值越高：,损耗小,谐振稳定,抗干扰能力强,传感器重复性好,品质因数,Q,3.3,其它力,/,压力传感器,谐振子不直接接触被测气体,二级敏感,4,A,A,m,0.707,A,m,利用幅频特性获得,Q,值,0,3.3,其它力,/,压力传感器,5,一、基本原理和类型,1.,振弦式传感器,敏感元件：,有预紧力的振弦。,原理：,固有频率,f,与拉紧力,T,的关系式,：,L,为振弦的有限长度，,M,为振弦单位长度的质量,kg/m,）。,3.3,其它力,/,压力传感器,6,结构形式：,v,预紧力：,上、下夹块、螺钉。,v,加力：,P,膜片、下夹块。,v,激励：,电磁激励,振弦式压力传感器,3.3,其它力,/,压力传感器,7,2.,振筒式传感器,3.3,其它力,/,压力传感器,8,3.3,其它力,/,压力传感器,激振：,激,励,线圈,磁场变化,筒,壁变形,拾振：,筒,壁变形,拾,振,线圈,产,生感生电势,压力变化,圆,筒刚度变化,谐,振频率,变化,9,v,气体空腔,v,压力膜片的,支架上,安装有振动膜片,v,振动膜片的两侧有激,振线圈、拾振线圈,v,正,反馈振荡电路,1 激振线圈,2 振动膜片,3 拾振线圈,4 压力膜片,3,、膜片状谐振传感器,3.3,其它力,/,压力传感器,10,4,、梁式谐振传感器,3.3,其它力,/,压力传感器,11,拾振电阻,谐振梁,激励电阻,电极,引线,Si,-,Si,键合,膜片,浅槽,z,y,x,3.3,其它力,/,压力传感器,电热激励,电阻拾振,12,压力,压力,3.3,其它力,/,压力传感器,13,2,A,P,界面,H,G,膜片,h,气体介质,谐振梁,3.3,其它力,/,压力传感器,14,P,F,5.,梁式谐振传感器,3.3,其它力,/,压力传感器,隔离结构非常重要！,15,杠杠放大 杠杠机构的,柔性设计,石英梁,3.3,其它力,/,压力传感器,16,杠杆机构对比示意图,微杠杆机构可行性,(,a),(,b),b,3,c,1,2,a,柔性铰链,硅材料特性,微尺寸效应,3.3,其它力,/,压力传感器,17,敏感单元：,石英音叉,原理：,P F,压电激振、拾振,石英的压电效应和谐振,特性,！,6.,石英音叉谐振传感器,3.3,其它力,/,压力传感器,18,3.3,其它力,/,压力传感器,19,3.3.4,光纤力学量传感器,强度调制型反射式光纤微压传感器,检测微小压力、微小压差,Y,型光纤束：,光纤入射臂、光纤出射臂，光纤探头。,敏感单元：,弹性薄膜、高反射率薄片。,光,源,光,接,收,信号,处理,Y,型光线,弹性薄膜,气孔1,气孔2,3.3,其它力,/,压力传感器,光纤探头,原理：,气体压力变化引起光强变化,测试气压、压力差,20,3.3.5,压电涂层传感器,一、,结构,涂料：,填料：压电陶瓷材料如,PZT,和压电聚脂薄膜如,PVDF。,基液：环氧树脂胶液。,制作：,涂刷结构、印刷电极和导线,极化处理,3.3,其它力,/,压力传感器,21,二、性能,1.,压电效率：,指单位应变所能感应出的电荷多少。,2.,阈值体积：,微观上，,PZT,颗粒是相互隔离,PZT,填料组份大于阀值,V,PZT,极化电场强度,；,涂层厚度,；,极化时间,；,3.3,其它力,/,压力传感器,22,一、,Z,元件概述,Z-,元件发明于,80,年代,，,公开报道于,90,年代,，,专利费高达,10,亿美元,。,俄罗斯传感器,专家,V.ZOTOV,教授,发明,温敏、光敏、磁敏,、,力敏,Z,元件,优点：直接输出,开关信号、频率信号，,三端传感器,。,不足：,体积很小，非常薄脆。,3.3.6,力敏,Z,元件及触觉传感器,3.3,其它力,/,压力传感器,Z-,元件具有很大开发潜力,23,突出优势：,电路简单，组态灵活，输出多路的开关、模拟或脉冲频率信号，构成不同品种的三端传感器。,工作原理,：,N,区被重掺杂补偿的,特种,PN,结。,利用不同扩散源的扩散特征，使普通的,PN,结结构从另一侧对,N,区进行穿透性,金（或铜或锌）扩散,，形成独特的半导体敏感元件。,3.3,其它力,/,压力传感器,24,二、,Z,元件的机理,3.3.6,力敏,Z,元件及触觉传感器,材料：,N,型硅单晶、,Al,扩散形成,PN,结、单面打磨、镀,Ni,电极。,结构：,PN,结和,N,型侧敏感层的复合结构。,Z,元件的工作电路,3.3,其它力,/,压力传感器,25,外力作用于,Z,元件,P,端时：,敏感层,电阻率变小,，使线性区斜率增大，达到电流值,I,m,时其电压值小于静态下发生跳变时,U,m,，曲线,向左移,，施加的力值越大，左移的距离越大。,外力作用于,Z,元件,P,端时：,三、,电流,-,电压特性,3.3,其它力,/,压力传感器,26,四,、在触觉传感器中的应用,触觉传感器：,是,智能机器人,最需解决的研究重点之一,。,目前有机械式、压阻式、电容式、压电式、磁电式和光电式。,3.3,其它力,/,压力传感器,力敏触觉传感器：,施加外力载荷时，必须通过某种,弹性体,作为依托。,当力载荷作用于弹性体时，内应力改变力敏,Z-,元件的工作状态(,低阻态、高阻态,)。,弹性体：,条形、园形膜片；磷铜、合金钢材料；悬臂式结构和简支式结构。,27,原理：,通过,平板结构的变形,把力传递给,Z,力敏元件，触点上很大的力转换成力敏元件上,很小的力,。,特点：,用,Z,元件的触觉传感器可减小传感器的体积,，,使触觉系统小型化，分辨力高，线性好，抗干扰能力强，转换电路简单。,应用：,机器人手,3.3,其它力,/,压力传感器,28,