一种差动输出石英谐振式力传感器研制.pdf

《一种差动输出石英谐振式力传感器研制.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、128传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)2012年第31卷第2期一种差动输出石英谐振式力传感器研制李艳杰(中国电子科技集团公司第四十九研究所，黑龙江哈尔滨150001)摘要：介绍了一种具有差动输出石英力传感器，该传感器由轮辐式弹性结构和2只石英力敏谐振器组成。利用分别位于正负应力区2只力敏元件感知作用力的大小，进而进行差动输出，以实现零点温漂与时漂自补偿。分析了弹性梁的结构特性；介绍了双端音又石英力敏谐振器的结构、力学特性及力传感器的制作过程。对传感器进行了静态测试，结果表明：传感

2、器测量范围为0~300N，静态精度为0．05％。关键词：石英；谐振器；力传感器中图分类号：TP212文献标识码：A文章编号：1000-9787(2012)02-0128-03Researchandfabricationofaquartzresonantf[orc(ese~nsorwithdit-terentilaloutputLIYan--jie(The49thResearchInstituteofChinaElectronicsTechnologyGroupCorporation，Harbin150001，China)Abstract

3、：Aquartzforcesensorwithdifferentialoutputhasbeendeveloped．Itconsistsofaspokeelasticstructureandtwoquartzresonantforcesensingdevices．Oneisarrangedatpositiveregion，anotherisarrangedatnegativeregion．Theysenseforceandmakeupofdifferentialoutputsignaltorealizezerothermalandtim

4、eshiftselfcompensation．Thestructurecharacterofelas6cbeamisanalyzed．Thedouh[eterminalf~rcedeviceperformance，andtheprocessofmanufactureisintroduced．Theresultshowsthatthesensor’Smeasurementrangeis0—300N，statisticpreciseis0．05％．Keywords：qua~z；resonator；for(’PsPosor0引言它由2只基频频

5、率和灵敏度匹配良好的双端音叉石英谐振石英晶体具有良好的压电特性和逆压变特性，其机械器、弹性载荷元件等组成。为降低弹性梁的机械刚度，增加特性优异，适于制作高精度的检测元件。石英晶体最早每一个梁的宽度，这里采用了均匀分布的3根梁结构而没被作为压电元件用于制作高精度的测力传感器，随着AT有采用常规的4根梁结构。这样的好处是在同等载荷时，切型石英力敏元件的出现，研制出了高精度谐振式石英荷梁的尺寸相对较大，降低了机械加工误差与装配误差对传重传感器。厚度切变型石英谐振传感器主要优点是滞后感器性能的影响。在受到外来F载荷作用时，弹性梁将产小、频率稳定

6、性突出，但它的制作工艺复杂、加工困难、成本生形变，安装在弹性梁根部的2只石英力敏谐振器将受到也很高。音叉式石英晶体力敏谐振器的出现，解决了这一形变带来的应力作用，位于梁上部的石英谐振器处于厚度切变石英晶体力敏元件的批量制造难题，降低了力学张应方状态，其谐振频率升高；而位于梁下部的另一个石英量传感器的制作难度。谐振器处于压应力状态，其谐振频率降低。该力值的大小通常采用音叉式石英力敏谐振器制作力传感器的检测与石英谐振器的输出变化呈正比，从而实现了力的测量。方式是采用单一敏感元件，单一力敏元件的缺点是不能够对由于传感器结构应力和材料温度特性引

7、起的温度漂移进行补偿，采用2只元件性能相近的力敏元件，可以实现零点温漂自补偿]，本文研制的差动输出的石英晶体谐振力传感器，经测试，在0-300N测量范围内，精度可达0．05％。1‘传感器结构与工作原理图1传感器结构图差动输出石英振梁式力传感器的结构图如图1所示。Fig1Structurediagramofsensor收稿日期：2011—1O_27130传感器与微系统第3l卷因，主要由于力敏谐振器的粘接采用了胶粘，存在残余应。-fit3，(6)力，该问题有待进一步改进。式中L，t和b分别为谐振梁的长度、宽度和厚度；E和P表1传感器静态测试

8、数据分别为弹性模量和密度。在一阶振动模式，两端固定条件Tab1Stafisfictestdataofsensor下，常数a。，a分别为1．026，0．294。传感器标称传感器测试双端音叉力敏谐振器的制作首先