井下音叉密度仪的设计与实现

为了准确进行井下流体密度的测量,根据音叉的振动原理,文章设计了音叉传感器和音叉振动频率检测电路,开发了可用于井下流体密度检测的音叉密度仪,并通过实井下井试验检验了该音叉密度仪的检测特性。现场实井下井试验结果表明,该音叉密度仪测井效果良好,能够正确反映井下流体密度的变化,对于井下流体密度检测具有实用价值。

一种压电氮化铝双端固支音叉型微谐振器

针对小型化高性能谐振式压力传感器的应用需求,提出一种以压电驱动氮化铝(AlN)双端固支音叉型(DETF)微谐振器为敏感元件的新型压力传感器,并设计加工了其核心元器件.首先,通过理论分析,研究了尺寸参数对谐振器在面内弯曲振动模式下的频率-轴向位移灵敏度及品质因数Q值的影响;同时,讨论了层叠结构和电极驱动方案对谐振器性能的影响,从而确定了谐振器设计参数,进一步采用微机电系统(MEMS)工艺加工了该谐振器并对其性能进行了测试.测试结果表明:在真空度为0.1 Pa的环境下,谐振器的Q值为11039,串联谐振阻抗Rs为6.2 kΩ;在常压环境下,谐振器的Q值为844,R_(s)为44.3 kΩ.两种测试条件下谐振器的性能均优于现有文献报道的同类型谐振器研究结果,为进一步实现高灵敏度、高精度和宽动态响应范围的谐振式压力传感器奠定了良好的基础.最后,采用有限元仿真方法确定了谐振器的频率-轴向位移灵敏度,研究了压力传感器灵敏度与压力敏感隔膜厚度的关系,设计了压力传感器加工流程,从而有望制作出完整的压力传感器芯片.

计为音叉液位开关在船舶液位测量中备受青睐

随着中国船舶制造在世界份额中的跃升,造船企业对于液位测量和报警装置的需求也日益增多。自2021年以来,深圳计为自动化技术有限公司(以下简称:计为自动化)旗下的音叉液位开关以其媲美进口产品的可靠质量和稳定性能受到多家船舶制造企业的青睐,批量用于船舶机舱内尤其是舱底水液位的测量和报警。

核燃料后处理厂音叉式废树脂界面开关测量系统设计

为适应核燃料后处理厂放射性废树脂界面实时监测需要,设计了音叉式废树脂界面开关测量装置,采用分体式管道叉传感器的废树脂界面信号测量方法,达到了实时监测的目的。现场应用测试表明,音叉式废树脂界面开关可以实现废树脂界面信号的检测,并具有测量精度高、耐辐射的特点,可在核燃料后处理厂中推广和应用。

用于痕量H_(2)S检测的音叉设计及性能分析

针对商用标准石英音叉在石英增强光声光谱(Quartz-Enhanced Photoacoustic Spectroscopy,QEPAS)应用的局限性,对声波探测器石英音叉的前6阶振动模态进行了仿真研究,通过优化石英音叉参数,分析各参数对共振频率的影响,设计了一种低共振频率且高品质因数的新型石英音叉。经过测试,该音叉共振频率为12.21 kHz,品质因数高达12068,叉指间隙为0.40 mm,与商用30.72 kHz的标准石英音叉相比,共振频率降低60.25%,叉指间隙提高2倍,能量积累时间提高1.95倍。通过优化耦合共振管长度及光源的激励位置,提高了系统的探测性能。利用波长调制和二次谐波解调技术,得到系统的二次谐波信号与H_(2)S浓度存在良好的线性关系,基于QEPAS技术探测的检测限低至186×10^(-9),实现了H_(2)S的高灵敏度探测。

计为音叉液位开关在船舶液位测量中备受青睐

随着中国船舶制造在世界份额中的跃升,造船企业对于液位测量和报警装置的需求也日益增多。自2021年以来,计为自动化旗下的音叉液位开关以其媲美进口产品的可靠质量和稳定性能受到多家船舶制造企业的青睐,批量用于船舶机舱内尤其是舱底水液位的测量和报警。

计为音叉液位开关获得3C认证证书

近日,计为Ring-11音叉液位开关隔爆系列产品通过了中创新海(天津)认证服务有限公司(PCEC)的最终审查,获得3C证书,该产品证书可在国家认证认可监督管理委员会官网查询。CCC认证(China Compulsory Certification),又称3C认证,是中国政府实施的强制性产品认证制度。它是中国政府为保护消费者人身安全和国家安全、加强产品质量管理、依照法律法规实施的一种产品合格评定制度。

音叉式防振锤的模态分析及优化设计

通过提高防振锤谐振频率的设计一致性,可提升防振效果。以音叉式防振锤为例,研究其参数优化问题,构建模态分析参数模型,对防振锤关键技术参数进行仿真优化设计。结果表明,参数优化后音叉式防振锤固有频率与期望值近乎相同,验证了优化后参数优越性。

基于DIS系统对自制音叉的简单实验研究

本文对自制音叉进行简单研究,利用DIS数字化信息系统作为测量监控系统,对自制音叉展开简单的分析研究。

石英音叉扫描探针显微镜

石英音叉是一种谐振频率稳定、品质因数高的时基器件,其音叉臂的谐振参数(谐振振幅和谐振频率)对微力极其敏感。利用石英音叉对外力的敏感性,与钨探针结合,构成一种新型的表面形貌扫描测头。该测头与xyz压电工作台结合,利用测头音叉臂谐振频率对扫描微力的敏感性,研制基于相位反馈控制的扫描探针显微镜。首先介绍石英音叉测头的构成、工作原理和特性测试,以及由该测头构建的扫描探针显微镜的结构和测试、分析。通过对测头和系统的测试结果分析,系统达到1.2 nm的垂直分辨率,并通过对一维栅的测量,给出扫描获得的试样表面微观形貌图以及相位图,证明系统的有效性。另外,由于采用大长径比的钨探针,该系统具有测量大深宽比微器件表面轮廓的能力。

音叉密度计在塔里木高压气田的应用

出于安全和环保的考虑,高压气井产气剖面监测普遍不允许采用放射性密度计,严重影响了产气剖面测井对井下流体性质的识别能力。塔里木油田引进并规模化推广应用了Sondex公司的音叉密度计。在30余井次实测资料的基础上,通过对音叉密度计在纯气井、见水气井的适应性分析,客观评价了音叉密度计的优缺点,特别指出了在见水气井中音叉密度计存在分辨率高、精度低的特点。利用音叉密度计分辨率高的优点识别出水层位,对气井进行了见水预警分析,直接指导了调整措施的制定,为气田长期稳产、高产提供了强有力的技术支持。

硅微机械音叉式谐振器

应用体硅微机械加工技术,制作了一种双端固定音叉式谐振器。它在音叉的两个臂上连接了梳齿电容结构,用来驱动音叉臂在硅片平面内侧向、反相振动,同时检测音叉的振动频率。当驱动力的频率等于音叉的固有频率时,音叉产生谐振。此时,检测梳齿电容输出的电流最大。用有限元方法对谐振器进行了模态分析和结构优化。音叉臂长800μm,宽5μm,梳齿电容齿长25μm,结构层厚度为80μm,在30V交流电压激励下,测得其谐振频率为25kHz。当音叉受到轴向力的作用时,音叉的固有频率会发生变化,根据这一原理,设计了谐振式加速度计。用有限元分析软件对加速度计工作情况仿真,估算其灵敏度约为2Hz/g。这种音叉式谐振器结构和工艺简单,性能可靠,成本较低,对于进一步研究微机电系统谐振器件具有重要意义。

应用石英音叉谐振器的智能温度传感器(英文)

为了实现高精密温度测量,设计了高性能数字温度传感器,该传感器由石英音叉谐振器,数字接口电路和基于现场可编程门阵列的传感器重置控制算法构成。依据石英晶体压电效应原理,对石英音叉谐振器的热敏切型和电极设置进行了研究;基于力学振动原理,导出石英音叉谐振器弯曲振动模式的微分方程;讨论了谐振式温度传感器的工作原理,提取出石英音叉温度传感器的特征参数并进行了非线性误差分析;采用光刻和侵蚀技术加工制作了石英音叉谐振器。该传感器的频率输出信号通过数字接口进入现场可编程门阵列,通过重置控制算法实现传感器的重置和现场自动校验。实验结果表明,在-20 ～140 ℃,该传感器的灵敏度可达65×10-6/℃,测温分辨率为0 .001 ℃,响应时间为1 s ,测温精度为0 .01 ℃。

双端固定音叉式硅微机械谐振器的研究与应用

提出了一种使用双端固定音叉的新型结构的谐振式硅微机械加速度计。它用硅梁侧壁形成的静电电容进行激振 ,并通过在音叉臂上制作的压敏电阻检测振动。该加速度计输出的是频率信号 ,具有精度高、抗干扰能力强的优点。探讨了传感器的工作原理 ,并用有限元方法进行了仿真模拟 ,结果显示传感器的灵敏度约为 2 Hz/g。

高性能音叉结构MEMS陀螺的抗冲击设计

MEMS音叉陀螺存在很多振动模态,分析发现,其在驱动方向上受到冲击时的振动形式与工作在驱动模态的振动形式是不同的。通过改进悬挂梁的尺寸结构,提高了冲击振动模态谐振频率以增强陀螺的抗冲击性,同时保持驱动模态谐振频率不超过20 kHz,保证了陀螺的性能。采用SOG工艺制备了所设计的MEMS音叉陀螺,经过测试,该陀螺驱动模态的品质因数为5 734,检测模态的品质因数超过了430 000,具备实现高精度角速度检测的能力。在重锤上对制备的陀螺进行了抗冲击测试,测试表明该陀螺在驱动方向上的抗冲击性能达到了23 000 g,能够满足惯性导航对器件的苛刻要求。

一种新型高性能石英音叉温度传感器

文中阐述一种关于弯曲振动模式的石英音叉温度传感器的新型设计方案 ,该传感器用新的切型ZY(110°/10°)进行设计的弯曲振动模式的传感器优于其它切型 ,并对提高传感器的和减少环境等效电阻进行理论分析。采用可变结构方式调制传感器精确频率 。

基于LabVIEW的音叉弦线振动混沌实验仪的研制

文章以音叉弦线非线性振动为基础,通过音叉弦线长度、张力的调节,观察和研究振动由混沌向周期有序,或周期有序向混沌的运动变化过程;结合虚拟仪器LabVIEW软件平台,对原始信号采集数据序列,然后由LabVIEW进行信号处理,实时观察到混沌运动相图,并对理论计算相图和实际采集信号的相图进行比较,为混沌现象的研究提供一种新的实验方法。

微机械音叉谐振器动力学分析与仿真

根据双端固定音叉谐振器的动力学原理,建立了其参数模型。该模型基于MAST语言,包含几个子模型,模型有利于验证外围电路和减少计算时间。对于工作谐振模态频率的求解,解析计算和有限元仿真结果一致(相对误差小于1%)。通过模态分析和结构参数敏感性分析提出合理的选择参数可以使工作模态频率远离高阶模态频率,减少音叉梁固接端的弹性系数有利于抑制低阶模态的扰动。结构参数敏感性分析表明工作频率随音叉梁长度增大而减小,随其宽度的减小而增大,结构厚度对频率不产生影响。

音叉弦线振动系统中的非线性动力学分析

文章建立了音叉带动弦线振动系统的非线性动力学理论模型,并对其进行了理论分析和模拟仿真研究,从理论上解释了弦线的长度和张力对系统振动的影响。理论分析和模拟结果都表明,当连接点接近驻波波节时,系统运动状态对初值的依赖性十分敏感,振动系统处于混沌运动状态;而当连接点接近驻波波腹时,系统处于稳定振动周期运动状态。计算机仿真结果与物理实验结果吻合得相当好。

石英音叉陀螺机械及静电耦合误差的消除

为了消除石英音叉陀螺中音叉不对称产生的机械耦合误差及驱动电极与拾取电极间分布电容引入的静电耦合误差,分别采用了质量平衡调节消除机械耦合误差及设计补偿电路消除静电耦合误差的方法.实验结果表明,该方法基本消除了石英音叉陀螺的机械和静电耦合误差,陀螺性能得到明显提高.