Частотно-резонансный датчик давления

В основу такого сенсора положен известный "частотно-резонансный" принцип (при приложении давления к чувствительному элементу датчика происходит пропорциональное изменение частоты собственных колебаний резонатора). Этот принцип можно наглядно продемонстрировать на примере струны: натяжение струны контролируется ее собственной частотой колебаний (тоном). При натяжении струны ее тон (частота собственных колебаний) становиться выше, при ослаблении – ниже. При колебаниях струны в магнитном поле в ней возникает переменная ЭДС с частотой, равной частоте колебаний струны.

На этом принципе основана работа сенсоров давления DPHarp (Differential Pressure High Accuracy Resonant Pressure sensor) фирмы Yokogawa. Уникальность сенсора DPHarp заключается в том, что конструкция имеет чрезвычайно малые размеры (десятки микрон) в виде единого монокристалла кремния (кремниевый резонатор) без всяких швов, стыков и т.п.

Рассмотрим конструкцию сенсора (рис.9). В качестве упругого элемента используется кремниевая диафрагма, на которой расположены два чувствительных элемента. Чувствительные элементы - резонаторы расположены так, что их деформации отличаются по знаку при приложении разности давлений к сенсору.

Рис. 9. Сенсор давления DPHarp фирмы Yokogawa.

Рис. 10. Электрическая схема частотного преобразователя.

Возбуждение колебаний и передача частоты механических колебаний в электрический, частотный сигнал происходят путем помещения двухконтурных резонаторов в постоянное магнитное поле (рис. 10-11) и пропускания переменного электрического тока через тело резонатора в контуре возбуждения. Благодаря эффекту электромагнитной индукции, в измерительном контуре возникает переменная ЭДС с частотой, равной частоте колебаний резонатора измерительного контура. Обратная связь контура возбуждения по измерительному контуру вместе с эффектом сдвига частоты вынужденных колебаний в сторону резонансной частоты обеспечивают постоянное соответствие частоты электрических колебаний резонансной (собственной) частоте механических колебаний тела резонатора. Собственная частота такого ненагруженного резонатора составляет около 90 кГц.

Рис. 11. Схема частотного преобразователя.

Дата добавления: 2015-07-02