稱重傳感器中其他八大種類的應(yīng)用（二）

五、磁極變形式稱重傳感器

磁極變形式稱重傳感器鐵磁元件在被測(cè)物重力作用下發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力并引起導(dǎo)磁率變化，使繞在鐵磁元件（磁極）兩側(cè)的次級(jí)線圈的感應(yīng)電壓也隨之變化。測(cè)量出電壓的變化量即可求出加到磁極上的力，進(jìn)而確定被測(cè)物的質(zhì)量。磁極變形式傳感器的準(zhǔn)確度不高，一般為1/100，適用于大噸位稱量工作。幾乎在整個(gè)稱重傳感器市場(chǎng)沒有實(shí)際的應(yīng)用。

六、振動(dòng)式稱重傳感器

彈性元件受力后，其固有振動(dòng)頻率與作用力的平方根成正比，測(cè)出固有頻率的變化，即可求出被測(cè)物作用在彈性元件上的力，進(jìn)而求出其質(zhì)量。振動(dòng)式傳感器有振弦式和音叉式兩種。

振弦式傳感器的彈性元件是弦絲。當(dāng)承重臺(tái)上加有被測(cè)物時(shí)，V型弦絲的交點(diǎn)被拉向下，且左弦的拉力增大，右弦的拉力減小。兩根弦的固有頻率發(fā)生不同的變化。求出兩根弦的頻率之差，即可求出被測(cè)物的質(zhì)量。振弦式傳感器的準(zhǔn)確度較高，可達(dá)1/1000～1/10000，稱量范圍為100克至幾百千克，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工難度大，造價(jià)高。

音叉式傳感器的彈性元件是音叉。音叉端部固定有壓電元件，它以音叉的固有頻率振蕩，并可測(cè)出振蕩頻率。當(dāng)承重臺(tái)上加有被測(cè)物時(shí)，音叉拉伸方向受力而固有頻率增加，增加的程度與施加力的平方根成正比，測(cè)出固有頻率的變化，即可求出重物施加于音叉上的力，進(jìn)而求出重物質(zhì)量。音叉式傳感器耗電量小，計(jì)量準(zhǔn)確度高達(dá)1/10000～1/200000，稱量范圍為500g～10kg.

七、陀螺儀式稱重傳感器

從力學(xué)的觀點(diǎn)近似的分析陀螺的運(yùn)動(dòng)時(shí)，可以把它看成是一個(gè)鋼體，剛體上有一個(gè)方向支點(diǎn)，而陀螺可以繞著這個(gè)支點(diǎn)作三個(gè)自由度的轉(zhuǎn)動(dòng)，所以，陀螺的運(yùn)動(dòng)是屬于剛體繞一個(gè)定點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。更確切說，一個(gè)繞對(duì)稱軸高速旋轉(zhuǎn)的飛輪轉(zhuǎn)子叫陀螺。將陀螺安裝在框架裝置上，使陀螺的自傳軸有角轉(zhuǎn)動(dòng)的自由度，這種裝置的總體叫做陀螺儀。

陀螺儀的基本部件有：

1.陀螺轉(zhuǎn)子（常采用同步電機(jī)、磁滯電機(jī)、三相交流電機(jī)等拖動(dòng)方法來使陀螺轉(zhuǎn)子繞自轉(zhuǎn)軸高速旋轉(zhuǎn)，并見其轉(zhuǎn)速近似為常值）。

2.內(nèi)外框架（或稱內(nèi)、外環(huán)，它是使陀螺自轉(zhuǎn)軸獲得所需角轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的結(jié)構(gòu)。

3.附件（是指力矩馬達(dá)、信號(hào)傳感器等）。

轉(zhuǎn)子裝在內(nèi)框架中，以角速度繞X軸穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)，內(nèi)框架經(jīng)軸承與外框架聯(lián)接，并可繞水平軸Y傾斜轉(zhuǎn)動(dòng)，外框架經(jīng)萬(wàn)向聯(lián)軸節(jié)與機(jī)座聯(lián)接，并可繞垂直軸Z旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子軸（X軸）在未受外力作用時(shí)保持水平狀態(tài)，轉(zhuǎn)子軸的一端在受到外力作用時(shí)，產(chǎn)生傾斜而繞垂直軸Z轉(zhuǎn)動(dòng)。進(jìn)動(dòng)角速度與外力P/2成正比，通過檢測(cè)頻率的方法測(cè)出W，即可求出外力大小，進(jìn)而求出產(chǎn)生此外力的被測(cè)物的質(zhì)量。

陀螺儀式傳感器響應(yīng)時(shí)間快（5秒），無滯后現(xiàn)象，溫度特性好，振動(dòng)影響小，頻率測(cè)量準(zhǔn)確精度高，故可得到高的分辨率（1/100000）和高的計(jì)量準(zhǔn)確度（1/30000～1/60000）。

八、光纖光柵式稱重傳感器

光纖光柵式稱重傳感器屬于光纖傳感器的一種，基于光纖光柵的傳感過程是通過外界物理參量對(duì)光纖布拉格波長(zhǎng)的調(diào)制來獲取傳感信息，是一種波長(zhǎng)調(diào)制型光纖傳感器。

光纖光柵傳感器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、應(yīng)變等物理量的直接測(cè)量。由于光纖光柵波長(zhǎng)對(duì)溫度與應(yīng)變同時(shí)敏感，即溫度與應(yīng)變同時(shí)引起光纖光柵耦合波長(zhǎng)移動(dòng)，使得通過測(cè)量光纖光柵耦合波長(zhǎng)移動(dòng)無法對(duì)溫度與應(yīng)變加以區(qū)分。因此，解決交叉敏感問題，實(shí)現(xiàn)溫度和應(yīng)力的區(qū)分測(cè)量是傳感器實(shí)用化的前提。通過一定的技術(shù)來測(cè)定應(yīng)力和溫度變化來實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度和應(yīng)力區(qū)分測(cè)量。這些技術(shù)的基本原理都是利用兩根或者兩段具有不同溫度和應(yīng)變響應(yīng)靈敏度的光纖光柵構(gòu)成雙光柵溫度與應(yīng)變傳感器，通過確定兩個(gè)光纖光柵的溫度與應(yīng)變響應(yīng)靈敏度系數(shù)，利用2個(gè)二元一次方程解出溫度與應(yīng)變。

實(shí)驗(yàn)中所使用的光纖光柵均為BRAGG光纖光柵，其折射率調(diào)制周期是均勻的，故滿足BRAGG條件，即由以上可知，在排除或者忽略溫度變化影響的時(shí)候，光纖光柵BRAGG波長(zhǎng)的變化僅與應(yīng)力的變化相關(guān)，且是成正比的，根據(jù)這一原理即可利用光纖光柵來測(cè)量力的變化。

光纖光柵式稱重傳感器具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1.抗電磁干擾：一般電磁輻射的頻率比光波低許多，所以在光纖中傳輸?shù)墓庑盘?hào)不受電磁干擾的影響。

2.電絕緣性能好，安全可靠：光纖本身是由電介質(zhì)構(gòu)成的，而且無需電源驅(qū)動(dòng)，因此，適宜于在易燃易爆的油、氣、化工生產(chǎn)中使用。

3.耐腐蝕，化學(xué)性能穩(wěn)定：由于制作光纖的材料—石英具有極高的化學(xué)穩(wěn)定性，因此，光纖傳感器適宜于在惡劣環(huán)境中使用。

4.體積小、重量輕、幾何形狀可塑。

5.傳輸損耗?。嚎蓪?shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離遙控監(jiān)測(cè)。

6.傳輸容量大：可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)分布式測(cè)量。

7.測(cè)量范圍廣：可測(cè)量溫度、壓強(qiáng)、應(yīng)變、應(yīng)力、流量、流速、電流、電壓、液位等。

就目前而言，光纖光柵式稱重傳感器大多還處于研究和實(shí)驗(yàn)階段，國(guó)內(nèi)外在這方面都有報(bào)道，德國(guó)HBM公司已經(jīng)擁有基于光纖光柵的光學(xué)應(yīng)變計(jì)，且成功應(yīng)用在DB MINDEN公司使用HBM光學(xué)應(yīng)變片進(jìn)行最新的鐵路車輛測(cè)試。  

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