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第1章 谐振式传感器的基础理论1

1.1概述1

1.2谐振现象2

1.3谐振式传感器的基本结构及闭环系统实现4

1.3.1传感器的基本结构4

1.3.2闭环系统的时域分析5

1.3.3闭环系统的复频域分析5

1.4谐振式传感器的敏感机理6

1.4.1传感器的输出方式6

1.4.2测量机理的讨论6

1.5谐振敏感元件的机械品质因数7

1.5.1机械品质因数定义及内涵7

1.5.2对传感器闭环系统的影响8

1.5.3提高机械品质因数的措施9

1.6谐振式传感器的动态特性10

1.6.1阶跃特性10

1.6.2正弦周期特性11

1.7谐振式传感器输出信号的检测方法12

1.7.1频率输出12

1.7.2相位差输出14

1.7.3幅值比输出17

1.8谐振式传感器的设计要点20

1.9谐振式传感器的特征与优势20

1.10谐振弹性敏感元件的材料20

1.10.1精密恒弹合金21

1.10.2单晶硅21

1.10.3熔凝石英21

1.10.4压电石英晶体22

思考题22

第2章 谐振式压力传感器23

2.1概述23

2.2基本工作原理23

2.3谐振弦式压力传感器24

2.3.1结构与原理24

2.3.2频率特性方程25

2.3.3激励方式26

2.4谐振膜式压力传感器27

2.4.1结构与原理27

2.4.2频率特性方程28

2.5电磁激励谐振筒压力传感器33

2.5.1结构与原理33

2.5.2频率特性方程34

2.5.3激励方式42

2.5.4特性线性化与误差补偿43

2.6压电激励谐振筒压力传感器45

2.6.1结构与原理45

2.6.2压电激励特性46

2.6.3检测信号的转换47

2.6.4稳定的单模态自激系统的实现48

2.6.5双重模态的有关问题49

2.7石英振梁压力传感器53

2.7.1结构与原理53

2.7.2频率特性方程54

2.8谐振式硅微结构压力传感器58

2.8.1结构与原理58

2.8.2频率特性方程58

2.8.3信号转换过程62

2.8.4梁谐振敏感元件的温度场模型与热特性分析63

2.8.5闭环系统64

2.9具有差动输出的谐振式硅微结构压力传感器65

2.9.1结构与原理65

2.9.2频率特性方程66

2.9.3算例与分析70

思考题71

第3章 谐振式惯性传感器73

3.1概述73

3.2基本工作原理73

3.3石英振梁式加速度传感器74

3.4谐振式硅微结构加速度传感器75

3.5压电激励谐振式圆柱壳角速率传感器76

3.5.1传感器的结构76

3.5.2顶端开口圆柱壳的固有振动77

3.5.3圆柱壳谐振敏感元件底端约束的特征78

3.5.4传感器的输出信号80

3.6静电激励半球谐振式角速率传感器84

3.6.1传感器的结构84

3.6.2顶端开口半球壳的固有振动85

3.6.3半球壳谐振敏感元件的耦合振动89

3.6.4半球壳谐振子环线方向振型的进动特性96

3.6.5旋转对半球壳谐振子频率特性和进动特性的影响99

3.6.6传感器的系统实现与输出信号100

3.7谐振式硅微结构角速率传感器103

3.7.1硅电容式表面微结构陀螺103

3.7.2直接输出频率的谐振式硅微结构陀螺104

思考题105

第4章 谐振式直接质量流量传感器106

4.1概述106

4.2基本工作原理107

4.3弹性测量管的固有振动108

4.3.1基本单元方程108

4.3.2流体速度的影响112

4.3.3流体内部压力的影响113

4.3.4弹性测量管系统固有振动的有限元方程114

4.3.5弹性直管固有振动的近似解析解115

4.3.6固有频率的计算与分析116

4.4测量的数学模型124

4.4.1质量流量的测量124

4.4.2科氏效应的有限元分析127

4.4.3密度的测量130

4.4.4双组分流体的测量131

4.5信号检测方案及其传感器系统实现方式132

4.5.1质量流量的信号检测132

4.5.2传感器系统的实现方式133

4.5.3传感器的分类135

4.6主要应用领域及其特点138

4.6.1应用概况138

4.6.2特点138

4.7干扰因素及其抑止139

4.7.1压力损失139

4.7.2测量气体流量140

4.7.3含有气体的液体141

4.7.4含有固体的液体141

4.7.5流体工况或物性参量对测量的影响141

4.7.6非线性振动与工频干扰的影响143

思考题143

第5章 声表面波谐振式传感器144

5.1概述144

5.2声表面波叉指换能器145

5.2.1基本特性145

5.2.2基本分析模型147

5.3声表面波谐振敏感元件150

5.3.1结构与原理150

5.3.2频率的温度稳定性152

5.4 SAW谐振式应变传感器152

5.5 SAW谐振式压力传感器154

5.5.1结构与原理154

5.5.2差动检测模式的特性方程155

5.6 SAW谐振式加速度传感器160

5.6.1结构与原理160

5.6.2频率特性方程160

5.6.3动态特性分析162

5.7 SAW谐振式气体传感器164

5.7.1传感器的工作原理164

5.7.2薄膜与传感器特性之间的关系166

5.8 SAW谐振式流量传感器167

5.8.1结构与原理167

5.8.2频率特性方程167

5.9 SAW谐振式湿度传感器169

思考题170

主要参考文献171