石英晶體諧振式感測器 vibrating silicon crystal transducer 以石英晶體諧振器作為敏感元件的諧振式感測器。石英晶體諧振器是用石英晶體經過適當切割後製成，當被測參量發生變化時，它的固有振動頻率隨之改變，用基於壓電效應（見壓電式感測器）的激勵和測量方法就可獲得與被測參量成一定關係的頻率信號。石英晶體諧振式感測器的精度高，回響速度較快，常用於測量溫度和壓力。
基本介紹
- 中文名：石英晶體諧振式感測器
- 外文名： vibrating silicon crystal transducer
- 敏感元件：石英晶體諧振器
- 適用對象：測量溫度和壓力
- 特點：精度高，回響速度較快
特性,原理,優點,
特性
石英晶體溫度-頻率感測器 早期的石英晶體溫度-頻率感測器採用具有非線性溫度－頻率特性的石英晶體諧振器製作。在發現具有線性溫度－頻率特性的石英晶體切型後，這種溫度感測器的諧振器採用LC切型的平凸透鏡石英晶體塊製成，其直徑約為數毫米，凸面曲率半徑約為100毫米以上。諧振器封裝於充氦氣的管殼內,在感測器電路（圖1）中利用它的壓電效應和固有振動頻率隨溫度變化的特性構成熱敏振盪器，它的基本諧振頻率為28兆赫。電路中另有一個振盪頻率為2.8兆赫的基準振盪器,它通過十倍頻後輸出一個28兆赫的參照頻率。兩個振盪器的輸出經門電路相加送往混頻器得到差頻輸出信號，它是被測溫度與基準溫度（即基準振盪器的溫度）之差與1000赫/℃（溫度係數）的乘積，因此該差頻輸出信號記錄了被測溫度的變化。由時間選擇開關產生不同的時間控制信號作為選通脈衝，以獲得不同的解析度。線性石英晶體－頻率感測器可用於熱過程流動速度不高、間隔時間較長的各種高精度溫度測量的場合以及多路遙控系統、水底探測等方面，還可用它製成高解析度的直讀式數字自動溫度計。
原理
石英晶體諧振式壓力感測器 這種感測器所採用的諧振器是用厚度切變振動模式AT切型石英晶體製作的。諧振器可製成包括圓片形振子和受力機構的整體式或分離式結構。振子有扁平形、平凸形和雙凸形三種，受力機構為環繞圓片的環形或圓筒形。圖2是振子和圓筒為整體式結構的諧振器的結構圖。振子和圓筒由一整塊石英晶體加工而成，諧振器的空腔被抽成真空，振動兩側上各有一對電極。圓筒和端蓋嚴格密封。石英圓筒能有效地傳遞周圍的壓力。當電極上加以激勵電壓時，利用逆壓電效應使振子振動，同時電極上又出現交變電荷，通過與外電路相連的電極來補充這種電和機械等幅振盪所需的能量。當石英振子受靜態壓力作用時，振動頻率發生變化，並且與所加壓力成線性關係。在此過程中石英的厚度切變模量隨壓力的變化起了主要作用。與分離式結構相比整體式結構的主要優點是滯後小、頻率穩定性極佳。但它的結構複雜、加工困難、成本也高。壓力感測器的諧振器還有振梁式，也是由AT切型石英晶體製成，振梁橫跨於諧振器中央。在振梁的兩端上下對稱設定四個電極，用於激勵振動和拾取頻率信號。當振梁受拉伸力時,其諧振頻率提高,反之則頻率降低。因此輸出頻率的變化可反映輸入力的大小。
優點
這種感測器的優點是對溫度、振動、加速度等外界干擾不敏感、穩定性好、品質因數高、動態回響特性好等。
