圆筒谐振式密度传感器的计算及有限元分析

谐振式传感器是一种新型高精度的传感器.选用薄壁圆筒作为谐振子,设计了短管谐振式密度传感器.用有限元法建立了圆筒谐振子的模型,通过MATLAB软件编程,计算出合理的谐振子参数,对其频率密度特性进行了分析,并给出了振子的振型分布.仿真结果表明,传感器系数为K0=-181.59 kg/m3,K1=1.17×10-8 kg/m3·s,K2=4.93×10 8 kg/m3·s2.     

谐振式压力传感器驱动仿真研究

谐振式传感器由于其重量轻、精度高、响应快在压力测量领域获得了飞速发展,传感器的构成包括机械谐振子在内的机电一体的谐振系统,而驱动系统对保持机械谐振器振荡的稳定性和可靠性起着重要作用.本文针对一种典型结构的谐振式压力传感器,分析比较了不同的闭环驱动结构,最后构建了其行为级闭环自激仿真模型,在MATLAB中对自激回路的起振情况进行了仿真;验证了AGC对压力传感器幅度与频率的双重跟踪性.     

基于AGC闭环控制的谐振式压力传感器驱动仿真及接口电路设计

谐振式压力传感器利用正反馈原理,构成包括机械谐振子在内的机电一体的高品质闭环谐振系统,闭环拓扑结构对保持机械谐振器振荡的稳定性和可靠性起着重要作用。本文针对一种典型结构的静电驱动电容检测谐振式压力传感器,在分析工作原理的基础上,构建了其行为级闭环自激仿真模型,在MATLAB中对自激回路的起振情况进行了仿真;最后设计了基于AGC的闭环控制电路。     

薄壁圆筒谐振式液体密度传感器的设计

在对圆筒谐振子的数学模型计算和有限元分析的基础上,设计了一种新型的谐振式液体密度传感器.该传感器由双端固定的圆筒谐振子、自动增益和相位调节的测量控制电路、C8051F020单片机的信号处理系统组成,具有对压力变化不敏感和智能温度补偿的功能.实验结果表明,20℃时传感器系数为K0=-129.5668 kg/m3,K1=-0.253 5×106(kg/m3)/s,K2=0.623 9×1010 (kg/m3)/s2,在700～900 kg/m3的测量范围内,综合测量精度为0.1%.     

热激励谐振式硅微结构压力传感器闭环系统

讨论了一 执 式硅微结构压力传感器闭环系统。该谐振式硅微结构压力传感器以方形硅膜片作为一次敏感元件;硅梁作为二次敏感元件。在硅梁谐振子的中部设置一电阻,作为热激励单元;在梁的要部设置一压敏电阻,作为拾振单元。基于该夺式硅微结构压力传感器敏感机理,分析了信号的相互转换,给出传感器闭环系统实现的条件。     

热激励谐振式硅微结构压力传感器

对一种以方形硅膜片作为一次敏感元件;硅梁作为二次敏感元件的硅谐振式压力微传感器进行了研究:建立了微传感器敏感结构的数学模型;敏感结构参数:方形膜边长4 mm,膜厚0.1 mm,梁谐振子长1.3 mm,宽0.08 mm,厚0.007 mm;对原理实验样件采用电热激励、压阻拾振方式作了开环测试,讨论了传感器的闭环系统.     

静电驱动MEMS谐振式压力传感器闭环拓扑研究

谐振式压力传感器闭环拓扑结构对保持机械谐振器振荡的稳定性和可靠性起着重要作用.针对一种典型结构的静电驱动电容检测MEMS谐振式压力传感器,在分析工作原理的基础上,构建了其混合信号模型.基于该模型搭建了自激振荡、自动增益控制、锁相环和带AGC的自激振荡四种闭环拓扑结构.在混合信号仿真平台下,对四种拓扑结构在起振状况、自动...     

硅谐振式压力微传感器模型与开环特性测试

基于谐振式硅微结构压力传感器幅、相频率特性的分析,利用北京航空航天大学微传感器实验室研制的谐振式硅微结构传感器开环测试系统的测试实验结果和Matlab实验数据处理与拟和分析计算,建立了微传感器的二阶模型.该模型排除了未知相位延迟的影响,从幅值和相位混合的测试数据中精确计算出谐振频率、品质因数以及相位特性,为闭环测试系统的研制提供了依据.     

低品质因数谐振筒的谐振频率测量系统

谐振筒式密度计的测量原理为谐振筒的谐振频率会随筒内液体密度的变化而变化,从而通过测量其谐振频率来达到测量其密度的目的。但由于低品质因数谐振筒在谐振频率附近的幅度与其他频率的幅度区分度太小,导致谐振难以实现。因此如何使低品质因数谐振筒达到谐振状态并测得其谐振频率,是谐振筒式燃油密度传感器激励系统的关键问题。激励系统以DSP为主控芯片,运用椭圆拟合的方法解决了低品质因数谐振筒式密度计激励系统的关键技术问题-增益测量和相位测量,运用原位计算节省了DSP大量的内存空间,同时运算量又较小。仿真结果表明,增益测量精度优于0.05%,相位测量精度优于0.05%,高于实际需要。系统在测量并记录了增益、相位差之后,利用相关算法实现了自动增益调节和自动相位调节,并实现了谐振筒的谐振,测得了其谐振频率。     

基于锁相环接口电路的高性能扭转谐振模态微悬臂梁传感器研究

扭转谐振模态微悬臂梁低能耗、高品质因数的特性,使它比传统的弯曲模态悬臂梁拥有更高的灵敏度和分辨率.将微传感器加工技术和生物检测技术相结合,利用扭转谐振模态微悬臂梁传感器对生物素和亲和素的特异性反应进行检测,结果传感器的灵敏度为0.9 pg/Hz,分辨可达到49 fg.本文还着重介绍了为谐振梁传感器设计的以锁相环(Phase-Locked Loop简称PLL)为核心的闭环接口电路,分析了悬臂梁和电路在闭环系统中的工作特性,并探讨了解决谐振式传感器在使用中常见的稳定性差、噪声干扰强等问题的方法.     

Magnetic-field measurements using an integrated resonant magnetic-field sensor

The present paper introduces a magnetic-field sensor based on a resonating single-crystal silicon structure. The excitation of the resonator is achieved by the Lorentz force generated by a sinusoidal current flowing through a rectangular coil deposited on the surface of the structure. The amplitude of the vibration, which is proportional to the magnetic field, is detected by sensing capacitors. Because of the high-quality factor of the resonator, a lower detection limit of 1 nT, or even smaller might be realised when the device is vacuum-packaged. This paper describes the working principle, the fabrication procedure as well as open- and closed-loop measurement results.     

采用RLC激励的EMAT圆柱探头设计参数分析

电磁超声换能器(EMAT)的线圈探头是激发和接收检测信号的传感器,为获得满足检测需要的具有一定频率和幅值的超声信号,需要对线圈探头进行合理的结构设计,以提高检测效率。在介绍RLC脉冲激励源原理的基础上,提出了空心圆柱线圈探头,并针对探头在激励和换能过程中的双重作用,详细分析了线圈探头的各种参数对激励信号源和检测效能的影响,为采用RLC脉冲放电激励的线圈探头设计提供了理论和实际指导。依据分析结果,设计了探头线圈和实验检测系统,证明了理论分析的正确性。     

高分子线团中特定基团分布的分析方法

目的：描述高分子线团中特定基团的分布情况。方法：以线团质心和第i个特定基团的质心的连线为轴线，以适合的半径R做一虚拟圆柱，从线团质心开始，沿轴线方向，以合适的步长将圆柱分成若干个小圆柱，统计每一个小圆柱中的原子个数，根据小圆柱的原子个数确定线团在该方向的边缘，从而确定基团的相对位置。研究所有的特定基团后，就可求出起分布。结果：将该方法应用到乙烯－苯乙烯共聚物中苯环侧基的分析中，结果表明苯环主要位于线团的外部，苯乙烯含量高时，线团内部的苯环含量增加。结论：该方法可以准确描述高分子线团中特定基团的分布。该方法也可用于表征支化点的位置。     

圆柱壳体振动陀螺谐振子的品质因数研究

品质因数是衡量陀螺振动特性的重要指标,它决定了陀螺的检测灵敏度.首先从理论上分析了影响圆柱壳体振动陀螺谐振子品质因数的主要因素.然后针对各种因素进行一系列的实验研究,包括谐振子的材料、形状以及尺寸等因素对于陀螺谐振子品质因数的影响.研究结果表明,谐振子的品质因数在很大程度上决定于谐振子材料、谐振环的形状及外径尺寸.材料...     

微型半球谐振陀螺仪谐振体振动特性研究

半球壳谐振体是微型半球谐振陀螺的敏感部件。应用有限元方法对半球谐振体进行振动特性分析,得出一种计算其质量和刚度矩阵的方法,并通过M athem atica软件计算出各阶固有频率;同时,应用ANSYS软件,分析谐振体的各阶振型和固有频率与半球壳半径、厚度及固定角之间的关系。在理论分析的基础之上,提出了对于半球壳谐振体的结构设计的合理建议。     

A phase-locked loop frequency tracking system for portable microelectromechanical piezoresistive cantilever mass sensors

A closed-loop circuit is developed in this work for tracking the resonant frequency of silicon microcantilever mass sensors. The proposed closed-loop system is mainly based on a phase-locked loop (PLL) circuit. To lock onto the resonant frequency of the resonator, an actuation signal generated from a voltage-controlled oscillator is fed back to the input reference signal of the cantilever sensor. In addition to the PLL circuit, an instrumentation amplifier and an active low-pass filter are connected to the system for gaining the cantilever output signal and transforming a rectangular PLL output signal into a sinusoidal signal used for sensor actuation, respectively. To demonstrate the functionality of the system, a self-sensing silicon cantilever resonator with a built-in piezoresistive Wheatstone bridge is fabricated and integrated with the circuit. A piezoactuator is employed to actuate the cantilever into resonance. From the measurement results, the integrated closed-loop system is successfully employed to characterize a 9.4 kHz cantilever sensor under ambient temperature cross-sensitivity yielding a sensor temperature coefficient of ?32.8 ppm/°C. In addition to it, the sensor was also exposed to exhaled human breath condensates and e-cigarette aerosols to test the sensor sensitivity obtained from mass-loading effects. With a high frequency stability (i.e., a frequency deviation as low as 0.02 Hz), this developed system is intended to support the miniaturization of the instrumentation modules for cantilever-based nanoparticle detectors (CANTORs).     

气压传感器神经网络算法及单片机实现

谐振筒式气压传感器测量范围为45~107 kPa,其输出的周期信号与气压呈非线性关系,且受环境温度影响,为了达到准确度要求(±0.05 kPa),提出了应用神经网络算法对周期和温度信号进行数据融合,实现消除温度影响和非线性校正及在单片机上的实现方法。实验结果表明:神经网络算法对气压传感器的数据融合可行有效。     

闭环霍尔电压传感器增益温漂补偿技术

闭环霍尔电压传感器作为一种低成本、高可靠的电压测量器件,在轨道交通和工业控制领域应用广泛.其原边线圈由漆包线绕制,匝数为数万匝,原边线圈阻值的温度漂移造成传感器的增益温漂和全温度范围精度的下降.为了提高传感器全温度范围的精度,文章基于原边线圈阻值温漂特性提出了一种新型温度补偿电路,应用仿真工具,结合闭环霍尔电压传感器进...     

Symmetrical design in piezoresistive sensing for micromechanical resonator

A central symmetrical design in double ended tuning fork (DETF) resonator is demonstrated to remove the high feedthrough signal. The equivalent electrical simulation model for piezoresistive sensing is first built to illustrate that the location arrangement of connection pads plays a decisive role in the response of the high frequency resonators. Both of the symmetrical design and asymmetrical design of the DETF that resonating at 3.1 MHz are fabricated and tested to verifiy that with the same dimension of the resonator structrue, the symmetrical design can help to cancel the feedthrough signal from the output of the wheastone bridge.