谐振式传感器 清华大学取得一种谐振型传感器专利，设计实现了满足灵敏度和响应时间要求的传感器

清华大学取得一种谐振型传感器专利，设计实现了满足灵敏度和响应时间要求的传感器

金融界2024年4月23日消息，据国家知识产权局公告，清华大学取得一项名为“一种谐振型传感器“，授权公告号CN114353958B，申请日期为2022年1月。

专利摘要显示，本文公开一种谐振型传感器，包括：与谐振振子连接的一个以上支撑锚，支撑锚包括一个以上连接件形状的结构和一个以上支撑结构；其中，连接件结构用于与谐振振子的侧壁连接；支撑锚包含的连接件结构和支撑结构一体成型，组成的形状为除矩形和梯形以外的形状。本发明实施例通过由连接件结构和支撑结构组成的非矩形和非梯形结构的支撑锚，在保持支撑锚承受应力的同时提升了支撑锚的热阻，设计实现了满足灵敏度和响应时间要求的传感器。

本文源自金融界

谐振式传感器是如何产生异常谐振（共振），该怎么解决？

谐振式传感器是如何产生异常谐振（共振），该怎么解决？

利用谐振元件把被测参量转换为频率信号的传感器，又称频率式传感器。当被测参量发生变化时，振动元件的固有振动频率随之改变，通过相应的测量电路，就可得到与被测参量成一定关系的电信号。70年代以来谐振式传感器在电子技术、测试技术、计算技术和半导体集成电路技术的基础上迅速发展起来。其优点是体积小、重量轻、结构紧凑、分辨率高、精度高以及便于数据传输、处理和存储等。按谐振元件的不同，谐振式传感器可分为振弦式、振筒式、振梁式、振膜式和压电谐振式等（见振弦式传感器、振筒式传感器、振梁式传感器、振膜式传感器、石英晶体谐振式传感器）。谐振式传感器主要用于测量压力，也用于测量转矩、密度、加速度和温度等。

振弦式传感器（vibrating wire transducer）是以拉紧的金属弦作为敏感元件的谐振式传感器。当弦的长度确定之后，其固有振动频率的变化量即可表征弦所受拉力的大小,通过相应的测量电路,就可得到与拉力成一定关系的电信号。

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振弦的固有振动频率f与拉力T的关系为，式中l为振弦的长度，ρ为单位弦长的质量。振弦的材料与质量直接影响传感器的精度、灵敏度和稳定性。钨丝的性能稳定、硬度、熔点和抗拉强度都很高,是常用的振弦材料。此外,还可以用提琴弦、高强度钢丝、钛丝等作为振弦材料。振弦式传感器由振弦、磁铁、夹紧装置和受力机构组成。振弦一端固定、一端连接在受力机构上。利用不同的受力机构可做成测压力、扭矩或加速度等的各种振弦式传感器。

谐振又称“共振”。振荡系统在周期性外力作用下，当外力作用频率与系统固有振荡频率相同或很接近时，振幅急剧增大的现象。产生谐振时的频率称“谐振频率”。电工技术中，振荡电路的共振现象。电感与电容串联电路发生谐振称“串联谐振”，或“电压谐振”；两者并联电路发生谐振称“并联谐振”，或“电流谐振”

谐振，即物理的简谐振动，物体的加速度与偏离平衡位置方向上的位移成正比，且总是在指向平衡位置的回复力的作用下的振动。谐振的动力学方程式是F=-kx。 谐振的现象是电流增大和电压减小，越接近谐振中心，电流表电压表功率表转动变化快，但是和短路的区别是不会出现零序量。在物理学里，有一个概念叫共振，当驱动力的频率和系统的固有频率相等时，系统受迫振动的振幅最大，这种现象叫共振。电路里的谐振其实也是这个意思：当电路中激励的频率等于电路的固有频率时，电路的电磁振荡的振幅也将达到峰值。实际上，共振和谐振表达的是同样一种现象。这种具有相同实质的现象在不同的领域里有不同的叫法。

振弦传感器产生异常谐振（共振），振弦采集模块运算出来的共振周期比正常的大三倍（如读取到的共振频率6000多hz）。

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如果正好是3倍频率，就是钢弦谐振了。和激励的频繁程度关系不是很大，传感器应该已经受力变形了。钢弦在特定的张紧条件下，会产生谐振，这是正常的物理现象，和传感器的制作工艺和钢弦材料特性有直接关系，如果传感器在持续的变形，钢弦会自动跃过容易产生谐振的阶段，谐振也就消失了。有时改变一下激励方法、激励能量大小，也能让谐振消失，遇到的谐振，在传感器自由状态时比较多，传感器安装过程中因为传感器会受到一定的作用力，谐振就会消失。

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