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1 系统的谐振与谐振式传感器 1

1.1　谐振系统对外界参量的敏感特性 1

1.1.1　谐振式传感器的能量转换 1

1.1.2　机械系统的谐振 4

1.1.3　谐振传感系统的检测参数 12

1.2　谐振传感系统的组成 18

1.2.1　二阶系统的串联谐振与并联谐振 18

1.2.2 基于闭环振荡电路的谐振式传感器 24

1.2.3　谐振式传感器的其他检测方式 29

1.3 几种常见的谐振式传感器 32

1.3.1　振弦式传感器 32

1.3.2　谐振筒式传感器 34

1.3.3　科里奥利质量流量传感器 36

1.3.4　压电谐振式传感器 38

1.3.5　声表面波传感器 40

参考文献 42

2　谐振传感系统的激励与检测 45

2.1　谐振器的振动激励 45

2.1.1 电磁激励 46

2.1.2　静电激励 49

2.1.3　压电激励 55

2.1.4 电热激励 60

2.2　谐振器的振动检测 61

2.2.1 电容检测 61

2.2.2　压电检测 65

2.2.3　压阻检测 67

2.3　谐振式传感器的激励与检测 69

2.3.1　振动的激励与检测 71

2.3.2　谐振器的设计参数 73

参考文献 77

3　电子式谐振传感器 81

3.1 电容谐振传感器 81

3.1.1 电容测量原理 82

3.1.2 电容检测电路 85

3.1.3 电容谐振传感器的电路实现 89

3.2 电感谐振传感器 101

3.2.1 自感式电感传感器 101

3.2.2 互感式电感传感器 105

3.2.3 电涡流传感器 109

3.3 电涡流谐振传感器 114

3.3.1 电涡流位移传感器 114

3.3.2 电涡流无损检测传感器 129

3.3.3　几种新型电涡流传感器 137

参考文献 142

4　石英晶体谐振器及其敏感特性 144

4.1　石英晶体的物理性质 144

4.2　石英晶体谐振器 149

4.2.1 石英晶体谐振器的等效电路 149

4.2.2　体声波石英晶体谐振器 150

4.2.3 声表面波延迟线及声表面波谐振器 155

4.3 石英晶体谐振器的敏感特性 157

4.3.1 压电谐振式传感器的类型 157

4.3.2　体声波谐振器的表面敏感特性 159

4.3.3 声表面波谐振器的表面敏感特性 161

4.3.4　石英谐振式传感器的参数检测 162

4.4 石英谐振式传感器的典型应用 165

4.4.1　温度传感器 167

4.4.2 力、应力及压力传感器 169

4.4.3　石英角速度传感器 173

4.4.4　薄膜厚度及沉积速率检测 174

参考文献 177

5　厚度剪切应变敏感型传感器 179

5.1　厚度剪切石英晶体谐振器的力频特性 179

5.1.1 石英晶体谐振器的力频特性 179

5.1.2　压电薄板的运动微分方程 181

5.1.3 带有电极石英晶片的运动方程 188

5.1.4　厚度剪切振动石英晶体谐振器的力频系数 193

5.2　石英谐振式力敏元件的设计 196

5.2.1 加载力对谐振器能陷效应的影响 198

5.2.2 力敏谐振器的参数设计 201

5.2.3 非理想加载下的力敏谐振器 204

5.3　组合结构的石英谐振式力传感器 209

5.3.1 石英晶体谐振器的基本加载结构 209

5.3.2 直接加载的石英谐振式力传感器 211

5.3.3 间接加载的石英谐振式力传感器 219

5.4　传感器的温度特性 223

5.4.1 加力方向角与传感器的温度特性 224

5.4.2　谐振器的双模式温度自测 226

参考文献 238

6　石英谐振式质量敏传感器 241

6.1 石英晶体谐振器的表面声负载敏感特性 241

6.1.1　石英晶体微天平 242

6.1.2　表面流体对谐振器参数的影响 243

6.1.3　表面敏感膜对谐振器参数的影响 250

6.1.4　谐振公式在传感器研制中的应用 254

6.2　石英晶体谐振器在流体环境中的振荡行为 257

6.2.1 石英晶体谐振器的检测电路 257

6.2.2　石英晶体谐振器的特征阻尼 262

6.3 石英晶体谐振器在气相检测中的应用 269

6.3.1　表面敏感膜对气体分子的吸附 269

6.3.2　气体检测装置 273

6.3.3 用于气相检测的石英谐振式传感器 275

6.4 石英晶体谐振器在液相检测中的应用 284

6.4.1 液相检测时的频率偏移 284

6.4.2 液相检测的典型应用 286

6.4.3 电化学石英晶体微天平 293

参考文献 298

7　声表面波传感器 301

7.1 固体中的声表面波 301

7.1.1 固体的应力、应变与压电效应 302

7.1.2 压电材料中声波的传播 305

7.1.3 声表面波的基本类型 308

7.2 声表面波传感器的基本原理 315

7.2.1　叉指换能器 315

7.2.2 声表面波谐振器的等效电路 318

7.2.3　石英晶体声表面波谐振器的设计 327

7.2.4 声表面波谐振器的设计与制作实例 335

7.3 声表面波传感器及其应用 337

7.3.1　振荡电路 337

7.3.2 声表面波物理量传感器 340

7.3.3 声表面波化学量传感器 343

7.4 无源无线声表面波传感器 347

7.4.1 声表面波谐振器的无线访问 348

7.4.2 声表面波延迟线的无线访问 356

参考文献 363

8　谐振式微传感器 365

8.1　微型谐振器 365

8.1.1　谐振器材料 365

8.1.2　谐振器的设计 366

8.1.3 传感器中应用的谐振器 371

8.2　硅谐振式压力传感器 374

8.2.1 压力的测量 375

8.2.2 基于单谐振梁的压力传感器 376

8.2.3　基于谐振平板的压力传感器 380

8.3　硅谐振式惯性传感器 385

8.3.1　加速度微传感器的基本原理 386

8.3.2　谐振式加速度微传感器 391

8.3.3 微陀螺 397

8.4　硅谐振式化学生物量微传感器 408

8.4.1　微悬臂梁传感器 408

8.4.2　微悬臂梁传感器的特性参数 412

8.4.3 基于微悬臂梁的化学生物量传感器 414

参考文献 419

9　谐振式传感器的数据获取 423

9.1 传感器中的准数字信号 423

9.1.1 数字传感器中输出信号的类型 424

9.1.2 准数字信号的基本形式 425

9.1.3　被测参量到准数字信号的转换 426

9.2 准数字信号的频率与周期测量方法 428

9.2.1　频率测量法 428

9.2.2　周期测量法 431

9.2.3　频率的混合测量方法 433

9.2.4　相位的测量 435

9.3 准数字信号的软硬件协同测量 437

9.3.1　基于傅里叶变换的频率测量系统 437

9.3.2 基于现场可编程门阵列的频率测量方法 439

9.3.3 高频率传感器信号的低速测量方法 443

9.4　谐振式传感器的测量系统 446

9.4.1　传感器的信号输入通道 446

9.4.2 准数字信号的多通道数据获取系统 449

9.4.3 多通道数据获取系统的主要误差 451

参考文献 453