36
Сурет 1.18 - DPHarp – датчик құрылымы мен қозғаушы сызбасы
Электромагнитті индукция әсеріне сүйене отырып, өлшеу кескінінде
айнымалы жиілікті ЭҚК пайда болады, ол өлшеу кескініндегі резонатор
тербелісінің жиілігіне тең.
Қозғау кескінінің өлшеу кескіні бойынша кері байланысы мәжбүрлеу
тербелісінің жиілігі әсерімен резонанстық жиілік жағына кетіп, электрлік
тербеліс жиілігі резонатор денесінің механикалық тербелісінің резонанстық
(жеке) жиілігіне тұрақты сәйкестігін қамтамасыз етеді. Мұндай жүктелмеген
резонатордың жеке жиілігі әдетте 90 кГц жуық болады. Резонатордың жеке
жиілігінің өзгеруі жинақтағы қысымға тікелей кері болады.
Атап көрсеткендей, кең қолданылатын қысымның электр сигналына
түрлену тәсілі қайта жүктеуге қатысты алғанда тұрақтылығы бойынша
шектеулі болып келеді:
- сиымдылық тәсілі үшін – сиымдылық сенсорының орталық
мембранасының механикалық шаршауы мен қалдық өзгерісі ;
- пьезорезистік тәсіл үшін – материалдағы қосылыстардың диффузиясына
байланысты шыны табандардың және пленканың кедергісінің тұрақсыздығы.
Кремнии резонатор жағдайында DPHarp жеке жиілігін екі параметр
бойынша анықтайды – салмағы, геометриялық өлшемі мен формасы бойынша.
Резонатор салмағының өзгеруі мүмкін емес. Геометриялық өлшемі мен
формасы кристаллдық тормен нақты бекітілген – нағыз тұрақты және серпінді
физикалық құрылым. Yokogawa компаниясының бұл барлық жиынтығы
қысым бойынша барлық жұмыстық диапазонда шартты да шартсыз да, қайта
жүктелуді қосқанда тұрақтылыққа кепілдік береді.
Кремний резонаторының жоғары тұрақтылығы тәжірибе жүзінде де
расталды: бұны циклдік жүктемелер бойынша тұрақты сынаулар,
термоциклдену растайды. 1.19 суретте 15 күнтізбектік жылда жүргізілген
датчиктерді сынаудың фирмалық нәтижелері көрсетілген [23].
37
Сурет 1.19 - DPHarp – датчиктің нөлдік уақытша тұрақтылығының кестесі
Кез келген ФШД қасиетін сипаттайтын келесі маңызды факторлары
сыртқы ортаның әсерлеріне тұрақтылығы болып табылады (температура және
статистикалық қысым). Сиымдылықты және пьезорезистік сенсорлар үшін бұл
дәстүрлі мәселелі бағыт болып табылады:
-сиымдылықты датчиктерде нөлдік дрейф белгісіз нәрседен де бола береді,
дәл өлшемдер үшін, сенсор пластинасынның өзгеріске ұшырауы (дәл
симметриялы құрылым болмайды)
-пьезорезистік
датчиктер
үшін
негізгі
фактор
пьезорезистор
материалдарының кедергісі температураға және статистикалық қысымға
тәуелділігі болып табылады.
Кремнийлі жиілік резонаторлары серпінді элементті монокристалдарға
байланысты мынадай артықшылықтары болады:
-геометриялық өлшемдері электрлік сипаттарына (кедергі, сиымдылығы)
қарағанда температура мен статистикалық қысым әсеріне аз ұшырайды (10
және 100 есе);
- датчикте бір емес екі ұқсас резонаторлар қолданылады, олар қысым
өзгеруіне әртүрлі әсер алатындай қылып орналастырылған (сурет 1.17). Осыған
байланысты сигнал жинақтарын пайдалы және паразитті деп бөлу
мүмкіндіктері бар (резонатор жиілігінің айырмасы қысымның төмендеуіне кері
болады, ал жиілік қосындысы- температура бойынша жөнделген статистикалық
қысымға). Осылайша аппараттық компенсация болады, біруақытта қосымша
ақпарат алу мүмкіндігі бар;
- резонатор денесінің кедергісі температураның индикаторы болып
табылады.
Датчиктің жеке сипаттамалары электроника жадысына жазылып, алдағы
уақытта сенсордың температурасы да, температура мен статистикалық
қысымның қалған әсерлерінің компенсациясы жүргізіледі.
Кремнийлі
жиілік
резонаторлардың
тағы
бір
айтарлықтай
артықшылықтарының бірі болып өлшеу диапазондарын қайта құрылуының
дәлдігі мен қарапайымдылығы жатады. Бұл жиілік сигналының болуы мен
аралық түрлендіргіштердің болмауына байланысты болады, ол қосымша
калибровка жасауды және диапазонды нөлдік жолға қайта баптауды талап
етпейді.
38
DPHarp – датчиктің негізгі кемшілігі төмен сезімталдығы болып табылады,
бұл балкалардың бірінен енді пайда болған Лоренц күші айнымалы тоқ өтетін
балканың өзінде ғана емес, бірінші балкамен жалғастырушы желі арқылы
байланысқан екінші балкада да тербелісті қамтамасыз етеді. Осылай
индуцирленген электромагнитті күш бір уақытта екі балкада тербелісті
қоздырғыш жұмысын орындайды, бірінші тербеліс балкасынан өтетін
айнымалы токты көбейтуді талап етеді, бұл түрлендіргіштің сезімталдығын
төмендетеді.
Бұдан өзге, тұрақты магнитті және орауышты кірістірілген қоздырғыштың
магнитті жүйесі датчиктің көлемін және қолданылатын қуатын ұлғайтады.
Көрсетілген
электромагнитті
қоздырғышты
жиілікті
жолдық
датчиктермен қатар нарықта жылу қоздырғышты жартылай өткізгішті жиілік
ФШД болады, оларда ақпараттық сигналдар шығыс сигналдар жиілігін
моделдейді. Серпінді элементтің механикалық тербелісі реттелетін жылу
өзгерістерін дәлдеу жолымен іске асырылады.
БАТ –түрлендіргіштерге негізделген жиілік датчиктер
Бұл датчиктер типі микроэлектромеханикалық датчиктер тобына жатады,
олар өз құрамында пленкалы элементтер және құрылымы пленкалы
микротехнологияны пайдалану арқылы қалыптасады [25].
БАТ аббревиатурасы беттік акустикалық толқындар деп шешіледі, жұқа
монокристаллды пьезоэлектрлік пленкада жинақталады. Мұндай толқындар
жиілігі гигагерцтік диапозонға сәйкес келеді, сондықтан оларды радиоарна
көмегімен басқару (жинақтау, есептеу, түрлендіру т.б.) мүмкіндігі бар, ол
көбінесе әртүрлі нысандарды сәйкестендіру жүйесінде жиі қолданылады.
БАТ –датчиктер құрылысы мен мониторингтеу жүйесінде қолданудың
бірнеше мысалдарын келтірейік [26]. 1.20 суретте радиосигнал көмегімен іске
асатын белсенді режимдегі БАТ құрылымының жұмыс принципі көрсетілген.
Сурет 1.20 - БАТ-құрылымды резонансты белсенділеудің радиоарналы тәсілі
Мұндай құрылымның негізгі қалыптастыру элементі болып СЭ болады,
қарсы-түйреуішті түрлендіргіштер
қалыптастыратын
беткі пленкалы
жолақтарды құрайды (сурет 1.21).
Достарыңызбен бөлісу: |
