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