新型谐振式传感器优化设计及应用

本书共6章，重点介绍了谐振式传感器的发展现状、基本工作原理和设计方法；分析了其理论基础和敏感元件特性；对梁式和板式谐振子的振动特性进行了理论和有限元分析。针对静电激励和电容检测式谐振器给出了一种检测和激励电路设计方法，并对所设计的电路进行了实验验证。应用谐振原理设计了谐振式微加速度计，并进行了工艺分析。最后，讨论了利用谐振检测原理实现的扫描静电力显微镜并将其应用于试件表面微观形貌测量。本书可作为从事机械、电子和测控等领域的工程研究人员设计和研究传感器的参考资料，也可作为机械、电子和测控等专业的研究生和高年级本科生课外阅读材料。

第1章 概述
1.1 谐振式传感器的发展、特点及类型
1.1.1 谐振式传感器的发展
1.1.2 谐振式传感器的特点
1.1.3 谐振式传感器的类型
1.2 谐振式传感器的设计方法
1.2.1 谐振式传感器的设计基础
1.2.2 谐振式传感器的建模方法概述
1.2.3 谐振式传感器的设计步骤
第2章 谐振式传感器的基础理论
2.1 谐振式传感器工作原理
2.1.1 谐振原理
2.1.2 谐振式传感器测量系统
2.2 敏感元件的谐振特性分析
2.2.1 谐振及其阻尼特性分析
2.2.2 谐振状态下的动力学特性
2.2.3 谐振状态下的能量关系
2.3 谐振敏感元件的类型
2.3.1 振弦式敏感元件
2.3.2 振筒式敏感元件
2.3.3 振梁式敏感元件
2.3.4 振膜式敏感元件
2.3.5 石英晶体敏感元件
第3章 谐振子结构设计和优化方法
3.1 梁式谐振子的设计分析
3.1.1 弹性梁的振动方程
3.1.2 轴向力作用下梁的横向弯曲振动
3.1.3 双端固定边界条件下轴向力对梁固有频率的影响
3.1.4 梁横向弯曲振动的Rayleigh-Ritz法求解
3.1.5 附有集中质量的双端固定梁
3.1.6 轴向力对附有集中质量梁的影响
3.2 板(膜)式谐振子的设计分析
3.2.1 矩形薄板的横向振动
3.2.2 圆形薄板的自由振动
3.3 谐振子结构的有限元分析方法
3.3.1 有限元分析方法介绍
3.3.2 梁式谐振子的有限元分析
3.3.3 带梳齿结构音叉谐振子预应力模态的有限元分析
3.3.4 石英晶体(板式)谐振子的有限元分析
第4章 谐振式传感器驱动和检测电路设计
4.1 谐振元件的驱动和检测方法分析
4.1.1 驱动方式分析
4.1.2 谐振频率检测方法
4.2 驱动和检测电路原理
4.3 锁相环驱动电路设计和调试
4.3.1 锁相环电路设计
4.3.2 解锁电路
4.3.3 驱动信号发生电路
4.3.4 锁相环电路调试
4.4 频率检测及C／V转换
4.4.1 频率检测原理
4.4.2 C／V转换电路的设计
4.5 自动增益控制电路
4.5.1 自动控制增益电路设计
4.5.2 AGC增益的分配及计算
4.5.3 AGC起控点、饱和点的选取和计算
4.5.4 AGC控制电路调试
4.6 带通滤波及移相电路
4.6.1 MAX274带通滤波
4.6.2 移相电路
4.6.3 移相电路调试
第5章 谐振式微加速度计
5.1 谐振式微加速度计概述及测量原理
5.1.1 微加速度计概述
5.1.2 谐振式微加速度计的发展现状
5.1.3 谐振式微加速度计的测量原理
5.2 基于柔性微杠杆机构的加速度计结构设计
5.2.1 柔性机构概述
5.2.2 柔性微杠杆机构分析
5.2.3 两级柔性微杠杆机构研究
5.2.4 基于柔性微杠杆机构的加速度计结构设计
5.3 梳齿结构阻尼特性研究
5.3.1 微机械系统空气阻尼模型
5.3.2 滑膜气体阻尼分析
5.3.3 压膜气体阻尼分析
5.3.4 梳齿式谐振器结构
5.4 微加速度计的制作工艺
5.4.1 关键工艺技术
5.4.2 工艺流程设计
5.4.3 版图设计
第6章 基于音叉谐振器的静电力显微镜
6.1 扫描探针显微镜的类型和工作原理
6.1.1 扫描探针显微镜概述
6.1.2 扫描隧道显微镜的工作原理
6.1.3 原子力显微镜工作原理
6.1.4 静电力显微镜工作原理
6.2 音叉谐振探针单元
6.2.1 石英音叉谐振器及其谐振特性
6.2.2 基于石英音叉谐振器的探针单元
6.3 探针受力分析
6.3.1 导体试件与探针之间的静电力
6.3.2 绝缘体试件与探针之间静电力理论分析
6.3.3 绝缘体试件与探针之间静电力的有限元仿真
6.4 静电力扫描显微镜设计
6.4.1 测量原理
6.4.2 探针频率变化量
6.4.3 扫描测量系统搭建
6.5 静电力扫描探针显微测量实验
6.5.1 静电力检测实验
6.5.2 试件扫描测量实验
参考文献