一种新型的谐振梁频率测量方法研究

谐振梁是一种应用广泛的谐振器。谐振式传感器可以通过测量谐振梁谐振频率的变化,解算谐振梁所受的轴向载荷的大小,从而达到测量目的。目前谐振梁常用的频率测量方法对于动态测量问题的效果并不理想,在很多应用场合都受到限制。本文针对双端固支型谐振梁的频率测量问题,设计了一种基于希尔伯特变换的频率测量方法。使用数值方法对谐振梁振动方程进行求解,获得多种典型的测试信号。仿真实验表明,该方法能很好地获取动态信号频率。     

一种谐振式传感器频率特性测试平台

谐振式传感器的谐振频率和Q值可以通过其频率特性计算得到,因此需要有一种通用的测试平台来测量各种不同谐振式传感器的频率特性.本文描述了一种谐振式传感器频率特性测试平台,并提出了一种采用间歇激励方法测试谐振式传感器谐振频率的新方法,采用线性调频信号激励谐振式传感器,传感器自由振动状态下的振动频率即是传感器的谐振频率;测得传感器自由振动状态下的振动频率,即可得到谐振式传感器的谐振频率.     

基于锁相环的谐振筒式液体密度传感器检测系统

为实现液体密度的在线测量,设计了一种基于谐振原理的液体密度传感器检测系统,并进行了检测实验.液体密度传感器由薄壁短管式谐振筒和检测系统构成,所设计的检测系统以锁相环为核心,可实现无相差的频率跟踪,并由单片机对频率进行测量、控制和输出显示.实验测试结果表明:在1~5 k Hz频率范围内,检测系统能够实时跟踪谐振频率的变化,频率跟踪不确定度为0.01 Hz;20℃下的传感器系数K0、K1、K2分别为153.867 0 kg/m3、-3.321 4×106kg/(m3·s)、1.766 7×1010kg/(m3·s2).在密度为700~1 200 kg/m3的测量范围内,传感器综合测量精度为0.076%.     

基于调制FFT的谐振式SAW传感器快速频率估计算法

针对高动态环境下的谐振式声表面波（Surface Acoustic Wave,SAW）传感器快速精确频率估计,提出一种基于调制快速傅里叶变换（Fast Fourier Transform,FFT）的谐振式SAW传感器快速频率估计算法。对单次谐振式SAW传感器回波信号进行N点取样后进行调制FFT计算,获得回波信号频谱,然后利用最大谱线的两相邻谱线取代I_Rife算法频谱细化后的谱线对频率偏移因子进行估计,最后使用频率偏移因子对最大频谱频率进行修正。该算法较I_Rife算法不需要判断频率修正方向,减少了3N次复数乘法和4（N-1）次复数加法运算,频率估计均方根误差的平均值减小了26%。该算法在提高精度的同时,实现了对谐振式SAW传感器的快速频率估计。     

谐振高压传感器信号的高精度测量

差分谐振式高电压传感器的测量精度与后续频率测量电路的性能密切相关,而传统的谐振式传感器频率测量电路普遍存在精度和分辨率不高、响应速度慢以及携带不便等问题,针对这些问题,设计了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的高精度测频电路.该测频电路主体基于脉冲计数原理,同时利用Xilinx FPGA内的CARRY4延时单元构造T...     

基于高阶谐振悬臂的轻敲式原子力显微镜测量特性

轻敲式原子力显微镜的悬臂为无限自由度系统,具有多阶谐振模态.为了提高动态原子力显微镜的测量特性,采用激励硅悬臂工作于高阶谐振模态的方法.相较于基础模态,高阶谐振悬臂的振动频率和品质因数有所提高,结合振型的不同以及光杠杆检测法的特性,从理论上对高阶谐振模态下动态原子力显微镜的测量特性进行了分析.构建了基于高阶谐振的动态原子力显微镜系统,围绕其主要测量特性,如表面探测垂直分辨力、时间扫描速度以及阻尼特性进行了研究和测试,理论分析和实验结果均表明,相较于一阶谐振模态,二阶谐振模态下的动态原子力显微镜系统的测量特性得到了提高:二阶谐振悬臂扫描速度约为一阶谐振悬臂的3.3倍;二阶谐振悬臂的探测垂直分辨力可达到0.5 nm,远远优于一阶悬臂的0.9 nm;并且二阶谐振悬臂的品质因数远高于一阶谐振状态,降低了大气阻尼对悬臂系统的影响.     

一种基于光纤F-P腔的石墨烯谐振式压力传感器

谐振式传感器具有良好的重复性、分辨率和稳定性,全光纤谐振式微型传感器则集合了微纳结构与光纤传感特性两者的优点。石墨烯作为近年来发现的一种新型材料,具有良好的热学和力学特性,可以作为谐振式传感器中的敏感元件。本文提出了一种基于光纤F-P结构的石墨烯谐振式压力传感器,其兼具微机械传感器和光纤谐振器的优点,具有较高的谐振频率,在测量压力的实验中展现出良好的性能,压力灵敏度最高可达2. 93Hz/Pa,具有重要的应用价值。     

基于单端口多模态微悬臂梁的谐振式大量程智能气体传感器(英文)

基于悬臂梁的谐振气体传感器可以通过测量悬臂梁谐振频率的偏移而检测相应气体分子.本文介绍了一种使用自激励自检测(SAD)电路驱动单端口多模态微悬臂梁的智能谐振式气体传感器.这种激励模式简化了悬臂梁结构和微加工过程.另外,还可以通过便捷地改变悬臂梁谐振模态实现大量程的气体浓度检测.通过仿真分析了不同模态下悬臂梁的模型和敏感度.通过测量这种基于单端口多模态悬臂梁的气体传感器对于气体的响应情况,展示了这种多模态SAD系统以及其改变模态增加测量量程的功能.     

利用Linnik显微干涉技术测量微结构动态特性

为了实现微结构的离面运动、幅频特性和谐振频率等动态参数的测量,设计开发了微结构动态测试系统,采用Linnik显微干涉结构,具有放大倍率高和工作距离长的特点.首先,系统利用频闪成像技术、五步相移方法和分割线去包裹算法测量微结构离面运动,然后,再通过扫频技术得到微结构的幅频特性和谐振频率.利用该测试系统对硅微悬臂梁的离面振动和幅频特性进行了测试,实验结果表明:硅微悬臂梁的谐振频率为13.03kHz,离面振动测量重复性误差小于10nm.系统具有较好的测量可重复性和较高的测量精度,能满足微结构动态特性测量对测试系统的性能要求.     

有关压力传感器动态校准和动态性能评价的几个问题

在本文中,作者根据简单的线性系统分析和实践中的体会,对压力传感器的动态校准和动态性能的评价提出下列几点看法:(1)阶跃压力是较理想的动态校准压力源;激波管可以作为标准动态压力标准装置(微压传感器除外)。(2)压力传感器的主要动态性能指标为:上升时间、超调量、振荡频率或谐振频率、冲击加速度灵敏度。(3)压力传感器的校准可采用静态校准和动态校准相结合的方法,没有必要在整个量程范围内进行动态校准。用“动态灵敏度”来概括压力传感器的动态性能是不确切的。     

双光纤光栅高频加速度传感器的研究

研制了一种新型双光纤光栅加速度传感器,并对该传感器的工作原理和基本特性进行了理论分析,实测表明,这种新型双光纤光栅加速度传感器可在5?2000Hz频率范围内获得稳定的振动信号。这不仅解决了传统悬臂梁FBG加速度传感器难以实现高频振动测量的问题,而且具有温度自补偿、谐振频率高、使用方便等优点,在高频测量中具有广阔的应用前景。     

谐振筒式液体密度传感器的设计

短筒谐振式密度传感器是以短筒谐振管为核心，基于正反馈原理，由激振元件、拾振元件、谐振子和放大电路组成的高品质闭环谐振系统．采用有限元法分析方法，研究计算了圆筒谐振子的静力学特性和模态响应等动力学特性；设计了短筒谐振管传感器和闭环振荡电路及单片机信号处理系统；分析了温度、压力、黏度等因素对测量结果的影响，对传感器进行了标定，并采用温度补偿方法提高了传感器的测量精度．实验表明20℃时传感器测量结果的不确定度为0.96kg／m3．圆筒谐振燃油密度传感器测量精度达到0.4kg，m3．     

基于微梁谐振原理的相对湿度检测技术

提出了一种基于微梁谐振原理的相对湿度检测方法．建立了微梁谐振频率与环境相对湿度的函数关系，通过检测谐振频率可以测量环境相对湿度．利用压电微梁直接激励法进行实验，得出了30％～80％湿度范围内微梁谐振频率与相对湿度的关系曲线．经实验验证，基于谐振原理的微梁湿度传感器有良好的精度和重复性，分辨率可达0．2％RH，精度优于±2．0％RH．微梁湿度传感器体积小、响应快、精度高，在微机电系统和微全分析系统中有广泛的应用前景，     

激励功率对微机械谐振梁谐振频率的影响

对谐振式微机械传感器的敏感元件——微机械谐振梁的谐振频率特性进行了详细的实验研究，并从理论上分析了激励功率对谐振频率的影响．实验结果表明，谐振频率随着激励功率的增加而近似线性减小，当激励功率从1．1mW提高到10．1mW时，谐振梁的谐振频率降低了1．609kHz，灵敏度为0．179kHz／mW．实验结论与理论分析的结果基本一致．若要使激励功率对谐振频率的影响减小，则要求降低激励功率并减小梁的长度，增大梁的厚度和宽度．上述研究结论对优化谐振式微机械传感器敏感元件结构尺寸的设计有指导意义．     

圆筒谐振式液体密度传感器的结构设计

简要介绍了圆筒谐振式液体密度传感器的测量原理与系统结构,分析了在结构设计上应该特别注意的几个问题,提出了一种新的圆筒谐振式液体密度传感器的振动筒设计方法。试验数据表明,该传感器的测量精度有了很大提高,具有很高的现实意义和使用价值。     

仪器介绍

HC-1型超声硬度计营口市仪器厂广大革命职工,经过一年的努力,反复进行研究试验,试制成 HC-1型超声硬度计,已经过鉴定,定型投产。HC-1型超声硬度计是借助于传感器杆的超声振动来测量硬度的一种新颖的仪器。当这种仪器的传感器杆顶端的压头在均匀的压力下与试件表面接触时,传感器杆的谐振频率随试件的硬度而改变。超声硬度试验法,就是通过测量传感器杆的这个谐振频率的变化,来确定试件表面的硬度。HC-1型超声硬度计体积小,重量轻,便于携带,操作方法简单,测量速度很快,能立刻从表盘上读出硬度数值。在650克重负荷下,既可以测定黑色金属、有色金属和     

动态测试技术的发展系列讲座

第二讲 振动冲击测量的发展、现状与未来振动与冲击测量的核心是传感器.被广泛使用的加速度传感器至今已有60年的历史.本文将对压电加速度计的发展、振动与冲击测量技术的现状、以及新一代智能加速度计和振动、冲击测量的未来进行综合评述.1 加速度传感器的发展由于加速度传感器的发明,使振动与冲击测量逐渐在工业界获得广泛应用.最早的加速度传感器于1938年在电阻应变计发明后不久就研制成功,并于1940年开始在航空和土木等工程中获得应用.电阻应变式加速度计的缺点较多:一是输出信号小(最大输出信号约30mV),信噪比低;二是灵敏度与频率范围矛盾突出;三是为了提高使用频率范围需加人工阻尼(如采用硅油阻尼,阻尼比可达临界值,从而使可用频率达到谐振频率的一半),但阻尼介质对温度敏感,且不能在高温下工作.     

导电介质交流阻抗测量的自由衰减振荡方法

通过测量导电介质交流阻抗特性参数可实现多种物理或化学量的检测.对一阶传感系统添加电容或电感元件以构成二阶谐振单元,用连续方波脉冲信号激励谐振单元进入自由衰减振荡模式,可同时获取谐振单元的衰减因子和谐振频率.对金属板材的电涡流检测及盐溶液的电导率测量系统分别进行了实验.结果表明,这种方法可有效抑制提离距离或电极引线等非理想因素,在交流阻抗测量技术的传感器化研究方面有很好的应用前景.     

压电谐振式结冰传感器的结冰试验和数据处理

本文介绍了压电谐振式结冰传感器的实验平台和结冰试验过程,并利用支持向量机非线性回归模型对有限的实验数据进行处理。结果表明,该方法能有效地依据少量的试验数据较精确地预测其他冰厚对应的谐振频率,实现冰厚测量的标定。     

光纤光栅传感器在CFRP冲击载荷监测中的应用研究

提出了一种用光纤光栅传感器监测CFRP结构冲击载荷的方法,构建了冲击监测系统。将FBG传感器粘贴于CFRP试件表面构成传感网络,针对不同冲击点,同一传感器监测的冲击响应信号进行分析,CFRP试件的一阶、二阶谐振频率为53 Hz、100 Hz,不同谐振频率对应的幅值随冲击点的改变而不同。冲击CFRP试件,对FBG传感网络感知的冲击响应信号进行小波包分解,获得各传感器的小波包能量谱图。结果表明传感器信号的第6阶小波包能量变化明显,能量大小与冲击点和传感器之间的距离及其夹角有关。研究结果将为CFRP结构的动态监测领域提供了实验参考。