Студопедия
Случайная страница | ТОМ-1 | ТОМ-2 | ТОМ-3
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатика
ИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханика
ОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторика
СоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансы
ХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника

Характеристики микрорезонаторных ВОД физических величин

Читайте также:
  1. II. Числовые характеристики выборки.
  2. PB - барометрическое давление, Ppl - давление в плевральной полости, PA - альвеолярное давление, РТР - транспульмональное давление. Все величины давления представлены в см вод.ст.
  3. Quot;...Сам по себе факт включения конкретных физических лиц в список арбитров не образует между этими лицами служебной связи.
  4. U-образные характеристики
  5. А их внешнее проявление и величина его не имеют значения.
  6. Анализ вида статической характеристики индуктивного датчика
  7. Аппаратное обеспечение компьютерной графики. Мониторы, классификация, принцип действия, основные характеристики.

Принцип действия ВОД давления основан на том, что давление Р вызывает деформацию мембраны, на которой расположен микромостик (рис. 3.9, а). Вследствие этой деформации в мостике возникают растягивающие или сжимающие напряжения, приводящие к изменению резонансной частоты микромостика, которая описывается приближенной формулой

(3.10)

где f 1(Р) и f 1(Р 0) – соответственно резонансная частоты микромостика при давлениях Р и Р 0; Е, v – модуль Юнга и коэффициент Пуассона кремния.

Возможность вариации геометрических размеров МР структур позволяет в соответствии с (3.10) изменять диапазон измеряемых давлений и коэффициент преобразования

(3.11)

в широких пределах.

Пороговая чувствительность Δ Р min преобразователя определяется уровнем флуктуации частоты автогенератора:

(3.12)


На рис. 3.9, б приведена МР в виде составной микроконсоли, применяемой в качестве преобразователя температуры Т. Такой выбор объясняется тем, что для МР данной топологии остаточные термонапряжения в структуре, возникающие в ходе технологических процессов, не приводят к особенностям в зависимости f (Т) (немонотонность, неоднозначность, нелинейность функции преобразования). Кроме того, преимущество консольного МР по сравнению с другими типами в том, что он практически нечувствителен, кроме температуры, к другим видам внешних воздействий (давление и т.д.). Для рассматриваемого МР коэффициент преобразования имеет вид [35]

(3.13)

где α s,n, γ s,n, β s,n – соответственно коэффициент линейного расширения, относительные изменения модуля Юнга Е и плотности ρ для кремния (Si) и материала покрытия (n); М=Е n h n/ Е s h s; N=ρ n h n/ ρ s h s;

(3.14)

–эффективный коэффициент линейного расширения слоистой структуры.

Из (3.13) видно, что нанесение на кремниевый МР пленок различных материалов позволяет получить оптимальный коэффициент преобразования в заданном диапазоне измерений, который может существенно отличаться от значения К Т≈–3∙10-3 % К–1, характерного для кремниевого МР. Так, в соответствии с (3.13) для составного консольного МР со слоем из вольфрама с отношением толщин h n/ h s=0,1 имеем К Т≈ –6∙10-3 % К–1. Пороговая чувствительность рассматриваемого преобразователя ΔТ min также определяется уровнем флуктуаций частоты волоконно-оптического автогенератора

(3.15)

которая при

(3.16)

составляет ΔT min≈0,2 К. Вследствие слабой температурной зависимости слагаемых в (3.13) коэффициент КТ практически не зависит от температуры, следовательно, функция преобразования F (Т) является линейной.

На рис. 3.9, в представлен вариант МР преобразователя линейного ускорения а. Преобразователь содержит микромостик (NN’) с габаритными размерами l × d × hs, один конец которого N закреплен на основании МР, а другой N’ – на инертной массе с габаритными размерами с × b × y, закрепленной к основанию МР с помощью держателя D. Принцип действия преобразователя ускорения основан на том, что при ускоренном движении МР наличие инертной массы М приводит в микромостике к механическим напряжениям G растяжения или сжатия в зависимости от направления ускорения, изменяющих его резонансную частоту. При равноускоренном движении МР величина G определяется из уравнения моментов сил, приложенных к инертной массе:

(3.17)

откуда величина деформации микромостика

(3.18)

которая соответствует его резонансной частоте:

(3.19)

Из (3.19) разложением в ряд Тейлора получим коэффициент преобразования

(3.20)

Исходя из уровня флуктуаций частоты волоконно-оптического автогенератора (3.16) и типичных материалов МР получим пороговую чувствительность преобразователя а min≈5∙10-4 м/с2.

На рис. 3.9, г приведен вариант МР преобразователя для измерения концентрации газов.

Как известно, изменение собственной частоты МРС, главным образом, определяется величиной «присоединенной» массы, возникающей при его взаимодействии с газом.

(3.21)

где m г – масса газа, поглощаемого пленкой адсорбента МР; m – масса МР; – собственная частота МР; А = const, определяется геометрическими размерами МР и типом возбуждаемых мод колебаний; Е – жесткость.

Исходя из значения относительных флуктуаций частоты (3.16) и значения

(3.22)

при типичных для МР частотах fр ≈3∙105 Гц, получаем оценку пороговой чувствительности этого типа датчика m г.нор≈3∙10-12 г.

Волоконно-оптические датчики на основе механических МР с частотным представлением измерительной информации более устойчивы к дестабилизирующим воздействиям.

Выходной сигнал этих датчиков хорошо согласуется с цифровыми системами и не искажается при случайных затуханиях в волокне, долговременных дрейфах параметров источника оптического излучения. Такие датчики обладают высокой точностью измерения и большим динамическим диапазоном (примерно 105). Могут быть мультиплексированы в сети ВОД физических величин.

 


Дата добавления: 2015-08-13; просмотров: 71 | Нарушение авторских прав


Читайте в этой же книге: Индукционные преобразователи | Термоэлектрические преобразователи | Пьезоэлектрические преобразователи | Преобразователи с устройствами пространственного кодирования | Трехстепенные гироскопы | Двухстепенные гироскопы | Средами | Датчиках физических величин | Амплитудные ВОД (ВОД с модуляцией интенсивности) | Волоконно-оптические датчики поляризационного типа |
<== предыдущая страница | следующая страница ==>
Волоконно-оптические датчики на основе микромеханических резонаторов, возбуждаемых светом| Оптическое мультиплексирование ВОД физических величин

mybiblioteka.su - 2015-2024 год. (0.008 сек.)