金属弦式脉冲输出型钢体弹性微变位移量传感器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种信号检测所用的金属弦式脉冲输出型钢体弹性微变位移量的传感器，包括：金属弦、参考端及连接臂、采样端及连接臂、基准调谐器、共振选频器、谐波发生驱动器和检测电路等部分。特征在于：一条用于振动的金属弦（Ｉ）；金属弦（Ｉ）的一端被固定在参考端点（Ａ），金属弦（Ｉ）的另一端被固定在可微移动的采样端点（Ｂ）；用于微调金属弦（Ｉ）张力的基准调节器（Ｅ）与金属弦（Ｉ）和采样端点（Ｂ）配合连接；用于检测金属弦（Ｉ）振动状态的共振选频器（Ｙ）的一端与检测电路（Ｘ）相连接，共振选频器（Ｙ）的另一端与谐波发生驱动器（Ｚ）的一端相连接。该传感器结构简单，可靠性高，使用寿命长，灵敏度高。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种传感器及其测量方法，特别是涉及一种金属弦式脉冲 输出型的钢体弹性微变位移量传感器及其测量方法。
技术介绍
传统的力敏微位移应变片式传感器的电气符号为"LR"，又可以严格地定义 为"半导体力敏应变片式模拟电压输出型钢体弹性微变位移量的传感器"，这种传感器属于无源型半导体器件类，是一种专门用来测量物体受力时而发生应变位 移的器件。由于物体受到外力的作用，产生相应的形变，力敏位移应变片式传 感器就可以间接地测量出外力的大小。力敏微位移应变片式传感器的测量原理为力敏微位移应变型传感器可以 作为电阻器来等效，当电阻导体的截面积和电阻率一定时，其电阻值与电阻导 体的长度成正比，在无外力的作用下微位移应变片传感器用一定的电路形式连 接后，被牢固紧密地粘贴在被检测的金属物体的表面。当这个金属钢体受到外 力的作用时，其金属钢体表面就会发生相应的几何机械微形变，被牢固紧密粘 贴的半导体电阻力敏微位移应变片传感器也随之发生几何形变，或拉长变细， 或縮短变粗。由半导体电阻力敏微位移应变片传感器在钢体弹性微变形的作用 下发生形变，使得半导体电阻力敏微位移应变片传感器内部的半导体晶格也发 生错位变形，因而使得半导体电阻力敏微位移应变片传感器的本体电阻随着金 属钢体表面微变位移量的变换而变化，通过不同电路的连接形式，使得半导体 电阻力敏微位移应变片传感器输出电压的变量也随着金属钢体表面微变位移量 的变化而变化，从而达到将金属弹性微变量的变化转化为模拟电性参数变化的 目的。力敏微位移应变片型传感器从它的诞生到现在的发展，已有近半个多世纪 的历史了，在理想的客观环境条件下，微位移应变片型传感器呈现出良好的输 出的外特性、体积小、结构简单、价格低廉，因而微位移应变片型传感器在很 多领域中被应用。由于微位移应变片型传感器的材料采用的是半导体材料，其 基本物理特性，在某些特殊地场合条件的检测要求下，有是它们致命弱点。其 弱点如下1、半导体力敏微位移应变片传感器为半导体的硅材料所制，对其温 度有较高的灵敏度，因此不适合在温度环境变化跨度较大的场合使用。2、电阻 力敏微位移应变片传感器为半导体硅材料和其它材料合成所制，其机械弹性寿 命有限，在连续动态的工况下，工作寿命不大于半年。3、由于使用半导体电阻 力敏微位移应变片传感器需要用粘结剂将半导体电阻力敏微位移应变片牢固紧密的粘贴在被检测金属物体的表面，因此在无损伤检测时不宜使用。4、使用半导体电阻力敏微位移应变片传感器时，需要用粘接剂将半导体电阻力敏微位移 应变片牢固紧密的粘贴在被检测取样金属物体的表面上，在一定的程度上影响了检测精度和范围。5、对成批生产的产品，只能抽样检测和检査，无法对每一 个半导体电阻力敏微位移应变片传感器产品进行电气参数的检测，抽样检测后 的样品也都报废。6、粘贴工艺复杂，难度高，不易操作。
技术实现思路
木技术的目的在于克服上述的半导体电阻力敏微位移应变片作为钢体 弹性微变位移量传感器的弱点，提供了一种检测范围大、寿命长、动态响应快、 稳定性好和又可进行产品全检测机电性能的金属弦式脉冲输出型的钢体弹性微 变位移量传感器。技术目的是这样实现的 一种金属弦式脉冲输出型的钢体弹性微变位 移量传感器，其特征在-丁、 一条金属弦I，位于金属弦I一端的固定参考端点A， 位于金属弦I另一端受力位置的可移动采样端点B之间；基准调节器E与金属 弦I和可移动采样端点B紧密配合连接；共振选频器Y和谐波发生驱动器Z位 于金属弦I的上方，并保持着恒定极近的距离；共振选频器Y的输出端与检测电路X的输入端直接进行电气相连，检测电路x的输出端既要与谐波发生驱动 器Z的输入端相接，又与用于信号采集的高阻负载R输入端相接。所述金属弦式脉冲输出型的用于钢体弹性微变位移量传感器的测量方法如 下本传感器的金属弦I被固定在参考端点A和可微移动的采样端点B之间， 参考端点A的连接臂C和采样端点B的连接臂D被固定在检测金属钢体H的 采样部分，基准调节器E与金属弦I和采样端点B紧密结合。当无外力作用于被测金属钢体H时，被检测金属钢体H的采样距离L不发 生金属钢体形变的相对位移变量，在基准调节器E的作用下，此时的金属弦I， 在被测金属钢体H的采样距离L上获得一个基本静态张力F2，这个基本静态 张力F2又决定了金属弦I的固有机械振动频率fc机、共振选频器Y的电气选频频率f2电和谐波发生驱动器Z的电气激励频率f2驱。因此在无外力作用下，所产 生的各种机电参数为静态参数，这里的机械振动频率f2机既等于选频频率f2电，也等于电气激励频率f2驱。.当有外力作用于被测金属钢体H时，被检测金属钢体H的采样距离L发生 金属形变的相对位移量iAL，并通过连接臂D传递到采样端点B。此时金属弦I 在被测金属钢体H采样距离L的基础上，又得到了采样距离动态形变的相对位 移量士aL，并使金属弦I的固有机械振动频率f2机发生士Af的变化，同时共振选 频器Y的电气选频频率f2电和谐波发生驱动器Z的电气激励频率f2驱也发生士Af的变化。因此在有外力的作用下，所产生的各种机电参数为动态参数，这里的机械振动频率f2机士Af既等于选频频率f2电土Af ，也等于电气激励频率f2驱土Af 。用于检测金属弦I固有振动频率f2机的共振选频器Y的输出端与检测电路X 的输入端连接，以完成金属弦I固有机械振动频率向电频率的转换。检测电路x 的输出端与谐波发生驱动器z的输入端相连接，完成对驱动相位的比较，再谐 波发生驱动器Z输出的激励下，金属弦I获得振动所需要的能量，并使金属弦I 固有振动的频率与谐波驱动器Z的电磁谐波驱动分量中的响应点共振。检测电 路X输出的另-路，作为本传感器电气频率变量响应的输出。本技术的优点在于l灵敏度高可以检测到金属钢体发生零点几微米 (pm)到几百微米的金属弹性相对位移的微变量；2适应性好可以在各种不 同能量形式的辐射环境屮进行工作；3响应速度快由于采样敏感部分质量较小， 频率相应速度快；4输出形式为频率数字串形量电信号，便于数字化信号传递 与处理；5工作寿命长连续工作寿命不小于十年；6环境兼容好有很强的抗 干扰能力，并有很好的电磁兼容性。7自功耗低自身发热影响极小；8结构简 单便于安装调试和维修。附图说明图1是金属弦式钢休弹性微变位移量传感器的物理参量传递关系图； 图2是金属弦式脉冲输出型钢体弹性微变位移量传感器的原理关系示意图。具体实施方式金属弦式脉冲输出型钢体弹性微变量传感器的基本设计思想如图1所示， 其中固定端点A是金属弦的参考位置，采样端点B是金属弦的受力位置，金属弦I被连接在固定端点A和采样端点B之间，基准调节器E与金属弦I和可 移动的采样端点B相关联。共振选频器Y和谐波发生驱动器Z位于这条金属弦 I的上方，并保持着恒定极近地距离。共振选频器Y的输出与检测电路X的输 入端直接进行电气相连，检测电路X的输出端既要与谐波发生驱动器Z的输入 端相接，又要与用于信号采集的高阻负载R输入端相接。设本传感器有三种工 作状态。状态l:传感器该状态时的金属弦I在基准张力为F2的状态时，也就是安装 在金属钢体H的金属弦I在外力为零的静态位置时，此时的工作状态又称为传 感器的静态工作点，这是传感器基本零位的工作本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属弦式脉冲输出型的用于检测钢体弹性微变位移量的传感器，其特征在于：一条用于振动的金属弦（Ｉ）；金属弦（Ｉ）的一端被固定在参考端点（Ａ），金属弦（Ｉ）的另一端被固定在可微移动的采样端点（Ｂ）；用于微调金属弦（Ｉ）张力的基准调节器（Ｅ）与金属弦（Ｉ）和采样端点（Ｂ）配合连接；用于检测金属弦（Ｉ）振动状态的共振选频器（Ｙ）的一端与检测电路（Ｘ）相连接，共振选频器（Ｙ）的另一端与谐波发生驱动器（Ｚ）的一端相连接；用于提取共振选频器（Ｙ）电信号的检测电路（Ｘ）的一端与谐波发生驱动器（Ｚ）的另一端相连接，检测电路（Ｘ）的另一端与输出负载（Ｒ）相连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵亮，赵志忠，
申请(专利权)人：无锡康华钢构安全监测科技有限公司，
类型：实用新型
国别省市：32[中国|江苏]