MCM6726BWJ12激勵(lì)線圈中產(chǎn)生微弱的隨機(jī)脈沖。該階躍信號(hào)通過激振線圈時(shí)引起磁場(chǎng)改變,形成脈沖力,從而引起筒壁變形,使圓筒以低振幅的諧振頻率振動(dòng)。筒壁位移被拾振線圈感受,從而在拾振線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)。顯然,如果外部不繼續(xù)供能量給激振的機(jī)械系統(tǒng),則由于阻尼作用,振蕩是逐漸衰減的。為此,通過外電路使拾振線圈輸出的感應(yīng)電勢(shì)經(jīng)放大后再反饋到激振線圈,產(chǎn)生激振。于是,圓筒迅速進(jìn)入大幅度諧振狀態(tài),并以一定的振型繼續(xù)振蕩。

當(dāng)被測(cè)壓力通入圓筒內(nèi)腔時(shí),由于被測(cè)壓力的作用,沿軸向和徑向被張緊的圓筒的剛度發(fā)生變化,從而改變了筒的諧振頻率。拾振線圈一方面直接檢測(cè)出隨壓力而變的振動(dòng)頻率的增量,通過數(shù)字電路顯示出來;另一方面又不斷地把感應(yīng)電勢(shì)反饋到激振線圈產(chǎn)生激勵(lì)力,使圓筒維持振動(dòng)。由于最大激勵(lì)電壓被限制在一個(gè)固定值(5V左右)。因此,圓筒壁最大變形量也決不會(huì)超過某個(gè)固定值。實(shí)際上,筒的徑向最大振動(dòng)只有3u拭左右,軸向是1um左右。

振動(dòng)頻率與壓力的關(guān)系,根據(jù)材料力學(xué)可知,振動(dòng)頻率與壓力的關(guān)系一般可表示為

P=a(rP―fo)+3(FP―fo)2+c(rP一fo)3     (9~17)

式中    P―被測(cè)壓力;                      

a、b、c―系數(shù)。可由實(shí)驗(yàn)求得,一般系數(shù)c很小,故c(rP―幾)3項(xiàng)可忽略不計(jì);

rP―與壓力P相對(duì)應(yīng)的振動(dòng)頻率;

FO―筒的初始頻率,即零壓力(P=0)頻率。

當(dāng)系數(shù)a、b滿足一定條件時(shí),可得到傳感器輸出頻率與壓力的關(guān)系為

fp=fo.1+bp        (9-18)

式中 P--待測(cè)壓力

B一壓差靈敏度系數(shù)。它與圓筒材料性質(zhì)及物理尺寸有關(guān)。當(dāng)壓力通入圓筒內(nèi)腔時(shí)取正值,通入外腔時(shí)取負(fù)值。

由式(9-18)可明顯看出,壓力與頻率近似成拋物線關(guān)系,如圖9-38所示。當(dāng)壓力為零時(shí),其頻率為筒的初始固有頻率幾。

振筒式壓力傳感器的精度比一般模擬量輸出壓力傳感器高1~2個(gè)數(shù)量級(jí),工作極其可靠,長(zhǎng)期穩(wěn)定性好,尤其適宜于比較惡劣環(huán)境條件下的測(cè)試。由于這一系列獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn),近年來超音速飛機(jī)上裝各了振筒式壓力傳感器,獲得飛行中的正確高度和速度,經(jīng)計(jì)算機(jī)直接解算可進(jìn)行大氣數(shù)據(jù)參數(shù)測(cè)量。同時(shí),它還可作壓力測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)儀器,也可用來代替無汞壓力計(jì)。

振動(dòng)膜式壓力傳感器的工作原理與振動(dòng)筒式壓力傳感器相似,是利用圓形恒彈性合金膜片的固有頻率,可隨膜片上所受壓力而變化的原理構(gòu)成,廣泛用于壓力測(cè)量中。

是一種振膜式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)原理圖。它由空腔、壓力膜片、振動(dòng)膜片、激振線圈、拾振線圈及放大振蕩電路組成。在空腔受壓力作用時(shí),壓力膜片即發(fā)生變形,在壓力膜片的支架上裝有一振膜。由壓力所引起的壓力膜壓力―頻率輸出特性   片變形以后,使支架角度改變并張緊振動(dòng)膜片使其剛度變化。膜片的振動(dòng)頻率取決于振膜的剛度、壓力膜片和支架的剛度。在振動(dòng)膜片的兩側(cè)分別放置激勵(lì)線圈和拾振線圈。當(dāng)電路接通時(shí),激勵(lì)線圈中流過交變電流而產(chǎn)生一激勵(lì)信號(hào)使膜片產(chǎn)生振動(dòng),通過拾振線圈及振蕩放大電路輸出后,又正反饋給激勵(lì)線圈,以維持振膜的振動(dòng)。

另一種振膜式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖如圖9-40所示。它是利用兩個(gè)壓電元件代替激勵(lì)線圈和拾振線圈。當(dāng)膜片受壓力作用而變形時(shí),其剛度發(fā)生變化,膜片的固有頻率也隨之改變。起拾振作用的壓電元件利用順壓電效應(yīng),將檢測(cè)到的信號(hào)送入放大器,經(jīng)放大的信號(hào)又正反饋到起激勵(lì)作用中壓電元件,該壓電元件利用逆壓電效應(yīng)對(duì)晶體施加交變電場(chǎng),晶體本身將產(chǎn)生機(jī)械變形而產(chǎn)生振動(dòng)以維持振膜的振動(dòng)。

差動(dòng)電感式壓差傳感器,振膜式壓力傳感器結(jié)構(gòu)原理圖,1一空腔;2一壓力膜片;3一拾振線圈;4一振膜;5一振蕩放大電路;6一振動(dòng)發(fā)生器。

電感式傳感器原理,電感式傳感器屬于變磁阻式傳感器中的一類。它實(shí)質(zhì)上

就是一個(gè)帶鐵心的線圈,它的工作原理基于機(jī)械量變化會(huì)引起線圈磁回路磁阻的變化,從而導(dǎo)致電感量的變化這一物理現(xiàn)象。

最簡(jiǎn)單的電感傳感器原理圖。鐵心和銜鐵均由導(dǎo)磁材料如硅鋼片或坡莫合金制成,可以是整體的或者疊片的,銜鐵和鐵心之間有空氣隙。當(dāng)銜鐵移動(dòng)時(shí),氣隙大小a的改變使得磁路磁阻發(fā)生了變化,從而引起線圈電感的變化。因此,這種電感量的變化是與銜鐵位置(即氣隙大小)相對(duì)應(yīng)的。只要能測(cè)出電感量的變化就能判定銜鐵位移量的大小,這就是電感式傳感器的基本原理,它與交流電磁鐵十分相似。

再觀察表6.3.7,又出現(xiàn)狀態(tài)d和F是等價(jià)的,狀態(tài)F亦可去除,代之以d。于是,得到表6,3,8所示的狀態(tài)表。檢查該表,已不存在等價(jià)狀態(tài),因此是最簡(jiǎn)狀態(tài)表。根據(jù)表6.3.8畫出的狀態(tài)圖如圖6,3.11所示。

表6,3.8 例6.3.3的最簡(jiǎn)狀態(tài)表,上述狀態(tài)化簡(jiǎn)過程將原有的7個(gè)狀態(tài)化簡(jiǎn)為5個(gè),而輸人一輸出特性與原始狀態(tài)表和原始狀態(tài)圖完全相同。

狀態(tài)分配,表6.3.8中列出5個(gè)狀態(tài),最簡(jiǎn)單的狀態(tài)分配是使用自然二進(jìn)制碼,取

進(jìn)制計(jì)數(shù)序列的前5個(gè)連續(xù)編碼,如6.3,9中的狀態(tài)分配方案1。結(jié)合6.3.11可以看出,這種二進(jìn)制編碼值遞增順序基本上與相應(yīng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換順一致。對(duì)于較簡(jiǎn)單的時(shí)序電路,按這狀態(tài)分配方案構(gòu)成的時(shí)序電路,其組電路將可能相對(duì)簡(jiǎn)單一些。

表6,3.9中所列方案2為格雷碼方案。如果狀態(tài)圖所示的主要狀態(tài)轉(zhuǎn)換順序是簡(jiǎn)單的從o到e,那么它從一個(gè)狀化簡(jiǎn)后的狀態(tài)圖電路的可靠性。

雖然這將使用較多的觸,有些國(guó)外文獻(xiàn)稱之為“0ne~Hot Encoding”,國(guó)內(nèi)某些文獻(xiàn)直譯為“1位熱碼編碼”。

態(tài)轉(zhuǎn)換到下狀態(tài),使用發(fā)器,但它的編碼方式非常簡(jiǎn)單,可有效地簡(jiǎn)化組合電路,并且還可以提高工作可靠性和工作速度。在大規(guī)�？删幊踢壿嬈骷�,例如FPGA(見7.4節(jié))中,觸發(fā)器數(shù)量較多而門邏輯相對(duì)較少,“一對(duì)一”的編碼方案有時(shí)反而更有利于提高器件資源的利用率。