磁致伸缩材料与石英音叉复合低阻尼谐振磁电效应

采用磁致伸缩材料与石英音叉谐振器复合设计了一种低阻尼的谐振式磁电敏感单元。石英音叉工作在弯曲振动模式,音叉叉指结合区域(底部)产生的应力/应变方向相反、弯矩相互抵消,实际为解耦区域。将底部与磁致伸缩材料粘接复合设计谐振式磁电敏感单元的Q值主要取决于音叉谐振器自身的高Q值,磁致伸缩材料的高磁机阻尼被隔离。动态磁场作用下,磁-机-电转换过程可看作一个受迫振动过程,当激励磁场频率接近于音叉谐振频率时,输出电信号最大。实验结果表明:磁电敏感单元Q值高达5 034;谐振磁电电流系数达到799.2 nA/Oe;在接近谐振频率32.774 kHz信号激励下,磁电电流系数相对偏置磁场变化的灵敏度达到5 (nA/Oe)/Oe。     

基于LabVIEW的石英音叉陀螺闭环驱动的实现

分析了石英音叉陀螺驱动端幅频相频特性,设计了LabVIEW控制算法,使陀螺工作在最佳频率点;首先根据机电等效理论得出陀螺等效电路中串联支路电流等效于驱动端叉指振动速度,且串联支路电流在不同频率点处对频率的敏感度不同,然后通过对陀螺进行扫频得到了陀螺驱动端幅频相频特性,最后,基于在谐振频率点附近陀螺驱动端相频特性呈线性关系,设计了LabVIEW控制算法;根据该算法.设置相位分别为0°和～4°,40min内这两个谐振频率点处驱动反馈信号的标准差分别为1.4728e-005v、1.9229e-005v(1σ),因此,0相位处为较理想工作点,设置参考相位为各个谐振频率点的对应相位,通过比较可确定陀螺的最佳谐振频率点,提高陀螺驱动端的振动稳定性.     

一种基于石英音叉的增强型光电探测器

介绍了一种基于石英音叉的增强型光电探测器,给出其本征频率和谐振频率的测试方法,通过对比分析了其性能和用途,具有体积小、成本低、无波长响应带宽限制等优点.     

自带偏置磁路的磁致伸缩合金/石英谐振器复合谐振式磁传感器

将磁致伸缩材料与石英音叉谐振器复合设计了一种超低功谐振式磁传感器,磁场作用下产生的磁致伸缩力传递至音叉谐振器纵向,引起其频率变化,即磁-力-频率转换实现磁测量。针对所用FeGa合金磁致伸缩效应的非线性特性,采用永磁体设计了一种紧凑结构的小体积偏置磁路,为其提供了合适偏置磁场。通过集总参数方法对偏置磁路进行了建模,并使用有限元软件对沿铁镓合金长度方向的磁感应强度分布进行了仿真。为了减小参数误差对预测的影响,对FeGa处于均匀的磁场中和处于偏置磁路中的2种不同情况,进行了仿真和对比分析。制备器件测试表明:(1)偏置磁路能为传感器提供合适的偏置磁场,与理论结果较吻合;(2)带偏置磁路的谐振式磁传感器在±50 Oe范围内具有较好的线性,非线性误差为3 Hz(1.15%FS),灵敏度为2.6 Hz/Oe,滞后误差为2.6 Hz(1.00%FS),分辨率6 mOe以下。     

采用无电极谐振音叉的石英真空传感器设计

提出了一种基于气体输运现象的双参数谐振石英真空传感器(QRVS).与传统QRVS不同,在(zyw)-18°15′切型的石英音叉片本体无任何电极设置,构成“无电极型谐振音叉”;采用频率和等效串联电阻值的双参数谐振敏感机制,且音叉厚度t与两叉臂间距g之比为t/g =10.为了增大叉臂与真空中残存气体的机械摩擦阻尼,在叉臂的前端制备了4枚通透沟槽.为了抑制寄生振动模式,提高品质因数Q值和叉臂根部的机械疲劳寿命,在两叉臂的边缘分别制作了半圆形台阶,在支撑隔离区加工了2～5枚矩形槽.典型样品实测数据表明:真空测量范围为10-3～ 105 Pa,分辨率为3×10-3 Pa,准确度为10％F.S,稳定性为1.5 ×10-3Pa,达到了设计要求.     

微型石英音叉陀螺模态特性的设计

微型石英音叉陀螺是近年来发展起来的新型惯性器件,采用ANSYS软件建立了微型石英音叉的实体模型,对其进行了压电振动模态分析,依据计算结果设计制作了微型石英音叉陀螺样片,实测值与计算结果相吻合,证明了这一分析方法的实用性。     

微石英音叉陀螺感测电路研究

驱动电路和感测电路是微石英音叉陀螺(QRS)的两个重要组成部分;在了解QRS的基本工作原理及其电学特性的基础上,较为全面地分析了QRS输出信号的组成和特点,并根据输出信号的特点对QRS感测电路进行了研究,研究了拾取QRS感测叉指电荷信号的电荷放大器及其优化设计方法,重点研究了提取角速度信息的同步相敏解调电路,并比较了基于模拟乘法器的同步相敏解调电路和基于电子开关的同步相敏解调电路的优缺点,最后讨论了感测电路印制电路板的低噪声设计.     

基于石英音叉光电探测器的水气检测方法研究

介绍了水气检测系统构成,搭建了水气测试系统平台,通过石英音叉光电探测器检测水气分布实时数据,采用LabVIEW生成水气分布实时数据频谱曲线图,利用Origin实现水气实时数据的分析与拟合,获取水气实时分布情况。     

一种音叉式液体密度传感器的研究

由于在某些特殊环境场合要求通过细小的孔径对内部的液体密度进行检测，为此设计了一种音叉振动式液体密度传感器。在简要叙述其工作原理的基础上，介绍了该传感器谐振电路的设计。指出温度特性是影响传感器性能的关键因素，为此该系统摒弃传统的硬件补偿方法，引入了软件温度补偿法。实验结果表明：该传感器精度高，调试方便，具有较高的工程应用价值。     

微石英音叉陀螺等效阻抗的不稳定性研究

在实验中发现.微石英音叉陀螺在自激振荡驱动回路中的等效阻抗随驱动电压幅值的变化而变化,具有不稳定性。在阐述微石英音叉陀螺基本工作原理及其模拟驱动电路设计基本原则的基础上,研究了微石英音叉陀螺等效阻抗的不稳定性对其模拟驱动电路的影响,从一个侧面说明了现有实用的微石英音叉陀螺模拟驱动电路大多为方渡驱动电路的原因,以及模拟正弦波驱动电路的不可行性。     

High-precision low-power quartz tuning fork temperature sensor with optimized resonance excitation

This paper presents the design, fabrication, and characterization of a quartz tuning fork temperature sensor based on a new ZY-cut quartz crystal bulk acoustic wave resonator vibrating in a flexural mode. Design and performance analysis of the quartz tuning fork temperature sensor were conducted and the thermal sensing characteristics were examined by measuring the resonance frequency shift of this sensor caused by an external temperature. Finite element method is used to analyze the vibratory modes and optimize the structure of the sensor. The sensor prototype was successfully fabricated and calibrated in operation from 0 to 100 °C with the thermo-sensitivity of 70×10^?6/°C. Experimental results show that the sensor has high thermo-sensitivity, good stability, and good reproducibility. This work presents a high-precision low-power temperature sensor using the comprehensive thermal characterization of the ZY-cut quartz tuning fork resonator.     

石英音叉陀螺误差分析

从理论上分析了石英音叉陀螺仪的几种主要误差源:电容耦合、机械耦合和驱动力耦合,分别建立了这几种误差源的物理模型,并推导了各种误差源的计算公式.通过实例计算,得到了各项误差的影响强度.将计算结果与样机的实测值进行比较,两者基本吻合,从而证明了石英音叉陀螺误差源模型是合理的.     

一种基于谐振腔结构的微波位移传感器

设计了一种基于谐振腔原理的位移传感器,能够通过谐振频率的改变进行位移的测试。此微波传感器能够承受高温、高污染等恶劣的工作环境,适合应用于航空发动机的叶尖间隙测试。在理论分析的基础上,建立了工作在24 GHz 左右的微波传感器模型,通过模拟计算得到了量程在0～6 mm 时大于240 MHz/μm的测试灵敏度,验证了该设计的正确性。     

硅微机械谐振式陀螺仪的技术研究

介绍了硅微机械谐振式陀螺仪的工作原理,设计了一种新型微机械谐振式陀螺,并用有限元方法进行了仿真,制造了一批样机,进行了初步的驱动特性实验.结果表明,该微机械谐振陀螺仪实际驱动模态的谐振频率与仿真值的最大误差小于6%,满足设计要求.     

基于有限元的电容临近传感器研究

建立了电容临近传感器的三维仿真数学模型,用FEA对不同参数的传感器进行了仿真,比较分析了被测物距离、电极宽度、电极长度间隙比等对传感器灵敏度的影响,并与理论计算进行比较,结果表明:测量系统的灵敏度与电极宽度和电极长度间隙比近似成正比,与被测物距离近似成反比.该研究对电容临近传感器的结构设计有指导意义.     

基于磁感应QCM在早期肺癌检测上的研究

利用压电石英晶体的振动频率对其电极表面负荷敏感的特点和现场可编程（逻辑）门阵列（FP-GA）与单片机的控制功能,同时,利用纳米免疫磁微珠具有增大负载响应和磁分离的能力,结合特异性生物化学反应,设计了一种用于早期肺癌诊断的纳米生物电子微系统。通过该系统对蒸馏水和CPA—Y2肺癌细胞溶液的测量结果表明：该系统具有较好的线性变化规律,能准确反映被测生物物质的质量或含量,对实现肺癌的早期诊断和筛查具有重要的参考价值。     

基于FPGA的谐振音叉高速信号采集装置的搭建

谐振音叉作为一种重要的谐振敏感元件,其输出信号直接体现了其频率特性,且直接决定了谐振式传感器的性能,所以对谐振音叉输出信号的研究具有重要意义。本文搭建了一套基于FPGA的高速信号采集装置来进行音叉信号的采集和处理。该装置由硬件部分和软件部分组成,其中硬件部分主要包括电荷放大、滤波、电平转换、模数转换、FPGA信号解算单元及串口调试单元等;软件部分则包括下位机软件和上位机软件。为了对装置性能进行测试,本文采用实验室实际的音叉样件进行实验,通过对其输出信号的拾取和信号处理,测得该装置测试精度可达到0.2%。这样的实验结果表明该装置可满足谐振音叉在1 kHz~30 kHz范围内频率特性的测量要求,且性能良好。