[發(fā)明專利]U型金屬絲諧振式粘度傳感器

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210067467.2
• 申請(qǐng)日: 2022-01-20
• 公開（公告）號(hào): CN114563309A
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊建國(guó);吳德鴻;沈義濤;林波
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）
• 主分類號(hào): G01N11/16
• 分類號(hào): G01N11/16
• 代理公司: 威海科星專利事務(wù)所 37202
• 代理人: 初姣姣

1.一種U型金屬絲諧振式粘度傳感器，其特征在于，包括U型金屬絲、用于搭建磁場(chǎng)的兩塊平行放置的圓形強(qiáng)力永久磁鐵、支撐機(jī)構(gòu)、頻率信號(hào)發(fā)生器模塊、阻抗測(cè)量模塊以及微控制器模塊；所述U型金屬絲與兩塊平行放置的圓形強(qiáng)力永久磁鐵分別固定到支撐機(jī)構(gòu)上，U型金屬絲的兩個(gè)開放端分別與頻率信號(hào)發(fā)生器模塊和阻抗測(cè)量模塊相連接；以頻率信號(hào)發(fā)生器模塊提供的交變電流作為激勵(lì)源驅(qū)動(dòng)U型金屬絲在被測(cè)液體及磁場(chǎng)中振動(dòng)；阻抗測(cè)量模塊檢測(cè)U型金屬絲在磁場(chǎng)中振動(dòng)時(shí)輸出的阻抗信號(hào)，獲得U型金屬絲工作時(shí)的頻率/阻抗曲線，通過(guò)所測(cè)得的U型金屬絲工作時(shí)的頻率/阻抗曲線，獲得U型金屬絲在被測(cè)液體中發(fā)生諧振時(shí)的阻抗與非諧振時(shí)阻抗的差值，利用阻抗差值計(jì)算被測(cè)液體的粘度。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種U型金屬絲諧振式粘度傳感器，其特征在于，頻率信號(hào)發(fā)生器模塊采用DDS模塊輸出一個(gè)頻率和相位都可編程控制的正弦波信號(hào)，經(jīng)其內(nèi)部D/A轉(zhuǎn)化并放大后對(duì)U型金屬絲諧振敏感元件提供激勵(lì)電流；阻抗測(cè)量模塊對(duì)諧振敏感元件的阻抗進(jìn)行測(cè)量，經(jīng)過(guò)放大模塊PGA、濾波模塊LPF后作為A/D的一組輸入信號(hào)，A/D的另一組輸入信號(hào)是頻率信號(hào)發(fā)生器中DDS輸出的參考信號(hào)；所述微控制器采用FPGA實(shí)現(xiàn)，用以實(shí)現(xiàn)對(duì)電路中硬件器件的控制、阻抗的采集以及數(shù)據(jù)運(yùn)算處理；FPGA模塊將頻率信號(hào)解調(diào)出來(lái)，并進(jìn)行頻率搜索，計(jì)算下一步DDS模塊應(yīng)輸出的頻率值，如此形成閉環(huán)控制，最終尋找出諧振敏感元件的諧振頻率點(diǎn)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種U型金屬絲諧振式粘度傳感器，其特征在于，兩塊圓形強(qiáng)力永久磁鐵采用平行相吸的放置方式固定到支撐機(jī)構(gòu)上，其中一塊為開孔圓形磁鐵，U型金屬絲穿過(guò)圓形磁鐵的開孔，U型金屬絲的對(duì)稱軸線與圓形磁鐵的軸線重合，U型金屬絲平面順應(yīng)磁場(chǎng)方向，其開放端固定到支撐機(jī)構(gòu)上，支撐機(jī)構(gòu)使用對(duì)永久磁鐵不產(chǎn)生干擾的材料制成。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種U型金屬絲諧振式粘度傳感器，其特征在于，所述U型金屬絲采用低熱膨脹系數(shù)的金屬絲(比如鎢絲)制成；U型金屬絲的兩個(gè)開放端分別與信號(hào)發(fā)生器模塊和阻抗測(cè)量模塊連接，由信號(hào)發(fā)生器模塊輸出一個(gè)數(shù)字化的正弦交流電信號(hào)，經(jīng)其內(nèi)部D/A轉(zhuǎn)化后對(duì)U型金屬絲提供電流激勵(lì)；U型金屬絲相對(duì)于磁場(chǎng)的布置方式使通電的U型金屬絲受到磁場(chǎng)作用而產(chǎn)生的安培力，安培力驅(qū)動(dòng)U型金屬絲在與U型金屬絲平面垂直的方向上振動(dòng)；通過(guò)對(duì)U型金屬絲固有特性的計(jì)算，獲得其橫向振動(dòng)的諧振頻率，基于U型金屬絲橫向振動(dòng)的諧振頻率，確定傳感器頻率信號(hào)發(fā)生器模塊的掃頻范圍；通過(guò)頻率信號(hào)發(fā)生器模塊對(duì)U型金屬絲施加不同頻率的正弦交變電流，獲得U型金屬絲振動(dòng)頻率的變化；使用阻抗測(cè)量模塊檢測(cè)U型金屬絲的阻抗變化，獲得U型金屬絲在被測(cè)液體中工作時(shí)的頻率/阻抗曲線；通過(guò)所測(cè)得的U型金屬絲工作時(shí)的頻率/阻抗曲線，獲得U型金屬絲在被測(cè)液體中工作時(shí)發(fā)生諧振時(shí)的阻抗與非諧振時(shí)阻抗的差值，利用此阻抗差值計(jì)算被測(cè)液體的粘度。