双谐振器敏感结构谐振式传感器，包括由两个结构参数相同或相差较小的谐振器组成的敏感结构和闭环控制系统。在传感器的闭环系统中，谐振器１的响应信号经过放大作为谐振器２的激励信号，谐振器２的响应信号经过放大、反相作为谐振器１的激励信号。两个谐振器串联的谐振频率对应的总相移是１８０°，使闭环电路省掉了相移环节，只需要一个反相器即可满足传感器闭环的相位条件，简化了谐振式传感器的闭环电路，避免了由相移环节产生的相位漂移造成的测量误差，同时提高了整个闭环系统的Ｑ值，从而提高了谐振式传感器的测量精度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种谐振式传感器，特别是一种双谐振器敏感结构的谐振式传感器。
技术介绍
谐振式传感器在被测量的作用下，其敏感元件的固有频率发生改变，通过测量谐振式传感器敏感元件的固有频率即可测得被测量的值。谐振式传感器的重复性、分辨力和稳定性等性能指标优秀，适于如压力、加速度、力、密度等多种参数的测量。现有的谐振式传感器，采用的多是单谐振器的敏感结构，区别只是谐振器的结构、形状和参数的不同。例如英国德鲁克公司的微机械谐振式压力传感器采用的是单个谐振梁作为敏感元件，太原航空仪表公司的谐振筒式压力传感器的敏感元件是单个悬臂筒。谐振式传感器的敏感结构需要和闭环系统结合才能正常工作，通常的闭环系统包括幅度控制器和移相环节，幅度控制器用来调节整个闭环的增益，以满足谐振式传感器自激闭环的幅度条件，移相环节用来调节整个闭环的相移，以满足谐振式传感器自激闭环的相位条件。由于谐振式传感器是工作在一定频率范围内的，移相环节不能保证在这个频率范围内的特性都一致，而且移相环节的特性受到温度等因素的影响也会产生漂移。移相环节产生的相位漂移要由谐振式传感器的敏感结构的相移来补偿，使整个闭环系统的谐振频率产生漂移，不能精确的跟踪谐振式传感器敏感结构的固有频率，从而产生测量误差。而且移相环节在电路实现上较为复杂，在电路中补偿移相环节产生的相位漂移也比较困难。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是为解决上述谐振式传感器闭环系统中的移相环节，而提供一种双谐振器敏感结构的谐振式传感器。本专利技术的技术解决方案双谐振器敏感结构的谐振式传感器，其特点在于包括敏感结构和闭环控制系统，其中敏感结构由激励元件1、激励元件2、谐振器1、谐振器2、检测元件1和检测元件2组成；闭环控制系统由幅度控制器1、幅度控制器2和反相器构成，谐振器1的振动信号由检测元件1检测，经过幅度控制器1作用于激励元件2，激励谐振器2，谐振器2的振动信号由检测元件2检测，经过幅度控制器2和反相器作用于激励元件1激励谐振器1，构成闭环。所述的振器1和谐振器2的结构参数相同或相差较小，两个谐振器串联在谐振器固有频率附近具有单一的谐振峰，两个谐振器串联的Q值高于单个谐振器的Q值；激励元件1和激励元件2的结构参数相同；检测元件1和检测元件2的结构参数相同；幅度控制器1和幅度控制器2的结构参数相同；反相器的增益为1。本专利技术的原理谐振式传感器的敏感结构谐振器的频率特性在其固有频率上相移为90°，两个结构参数相同或相差较小的谐振器串联在谐振器固有频率附近具有单一的谐振频率，对应的总相移是180°。两个结构参数相同谐振器串联，在谐振器固有频率上相移就是180°。正弦信号经过反相器，将产生180的相移，在闭环系统中加上一个反相器，整个谐振式传感器的闭环回路的总相移就是360°，满足了谐振式传感器自激闭环的相位条件。本专利技术与现有技术相比的优点由于采用了两个结构参数相同或相差较小的谐振器串联，在谐振式传感器的闭环系统中不必采用移相环节，不但简化了谐振式传感器闭环控制系统的结构，还避免了由相移环节产生的测量误差。另外，两个谐振器串联的Q值高于单个谐振器的Q值，从而进一步提高了谐振式传感器的测量精度。附图说明图1为本专利技术的双谐振器敏感结构谐振式传感器的结构示意图；图2为传统谐振式传感器的结构示意图。具体实施例方式如图1所示，本专利技术所述的双谐振器敏感结构谐振式传感器包括敏感结构和闭环控制系统，其中敏感结构由激励元件1、激励元件2、谐振器1、谐振器2、检测元件1和检测元件2组成，闭环控制系统由幅度控制器1、幅度控制器2和反相器构成。谐振器1和谐振器2同时敏感同一被测量，在加工时要保证结构参数相同或相差较小。当谐振器1和谐振器2的结构参数相差较大时，在谐振器1和谐振器2的固有频率附近，谐振器1和谐振器2串联，将出现两个谐振峰，不具有单一谐振频率的特性，不能应用于本专利技术所述的双谐振器敏感结构谐振式传感器。激励元件1和激励元件2通常采用静电、电热、压电、电磁等激励方式，激励元件通常可以看作是相移为0°的比例环节，在加工时尽量保证结构参数相同。检测元件1和检测元件2采样电容、压电、电磁、电阻等拾振方式，电容、压电、电阻等检测元件通常可以看作是相移为0°的比例环节，而电磁检测元件的相移是90°，故而当采样电磁检测元件时，本专利技术所述的双谐振器敏感结构谐振式传感器的闭环控制系统中不用反相器，只由幅度控制器1和幅度控制器2构成。在加工时尽量保证检测元件1和检测元件2的结构参数相同。幅度控制器1和幅度控制器2既可以用模拟电路实现，也可以用数字和模拟电路结合的方式实现双谐振器敏感结构谐振式传感器闭环系统的自动增益调节。在电路设计和元器件选配时，尽可能保证幅度控制器1和幅度控制器2的结构参数相同。反相器可以通过运算放大器实现，其增益要为1。权利要求1.双谐振器敏感结构谐振式传感器，其特征在于包括敏感结构和闭环控制系统，其中敏感结构由激励元件1、激励元件2、谐振器1、谐振器2、检测元件1和检测元件2组成；闭环控制系统由幅度控制器1、幅度控制器2和反相器构成，谐振器1的振动信号由检测元件1检测，经过幅度控制器1作用于激励元件2，激励谐振器2，谐振器2的振动信号由检测元件2检测，经过幅度控制器2和反相器作用于激励元件1激励谐振器1，构成闭环。2.根据权利要求1所述的双谐振器敏感结构谐振式传感器，其特征在于所述的谐振器1和谐振器2的结构参数相同或相似，两个谐振器串联在谐振器固有频率附近具有单一的谐振频率，对应的总相移是180°，两个谐振器串联的Q值高于单个谐振器的Q值。3.根据权利要求1所述的双谐振器敏感结构谐振式传感器，其特征在于所述的反相器的增益为1。全文摘要双谐振器敏感结构谐振式传感器，包括由两个结构参数相同或相差较小的谐振器组成的敏感结构和闭环控制系统。在传感器的闭环系统中，谐振器1的响应信号经过放大作为谐振器2的激励信号，谐振器2的响应信号经过放大、反相作为谐振器1的激励信号。两个谐振器串联的谐振频率对应的总相移是180°，使闭环电路省掉了相移环节，只需要一个反相器即可满足传感器闭环的相位条件，简化了谐振式传感器的闭环电路，避免了由相移环节产生的相位漂移造成的测量误差，同时提高了整个闭环系统的Q值，从而提高了谐振式传感器的测量精度。文档编号G01D5/00GK1858555SQ200610012109公开日2006年11月8日 申请日期2006年6月6日 优先权日2006年6月6日专利技术者樊尚春, 蔡晨光, 邢维巍 申请人:北京航空航天大学本文档来自技高网...
【技术保护点】
双谐振器敏感结构谐振式传感器，其特征在于：包括敏感结构和闭环控制系统，其中敏感结构由激励元件１、激励元件２、谐振器１、谐振器２、检测元件１和检测元件２组成；闭环控制系统由幅度控制器１、幅度控制器２和反相器构成，谐振器１的振动信号由检测元件１检测，经过幅度控制器１作用于激励元件２，激励谐振器２，谐振器２的振动信号由检测元件２检测，经过幅度控制器２和反相器作用于激励元件１激励谐振器１，构成闭环。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：樊尚春，蔡晨光，邢维巍，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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