我們?cè)谑褂昧鞲衅鞯臅r(shí)候,往往都需要關(guān)注傳感器的響應(yīng)速度,比如一個(gè)100kg的物體只放在傳感器上面0.1s,傳感器是否能夠準(zhǔn)確測(cè)量出來,這就需要傳感器的響應(yīng)頻率足夠高。
這里我們首先需要知道傳感器的自然頻率,也就是傳感器發(fā)生共振時(shí)候的頻率,力傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)也可以看成一個(gè)振動(dòng)系統(tǒng)。固有頻率就是系統(tǒng)的一階振動(dòng)頻率,在此頻率下系統(tǒng)振動(dòng)幅值。傳感器使用頻率在此頻率附近時(shí),傳感器的靈敏系數(shù)偏差較大。所以當(dāng)傳感器的使用頻率接近于這個(gè)值時(shí),傳感器的輸出信號(hào)就會(huì)失真,導(dǎo)致測(cè)量準(zhǔn)確度嚴(yán)重下降,所以,為了保證測(cè)量的準(zhǔn)確性,我們只能使用傳感器固有頻率的1/3或者1/5以內(nèi)的這個(gè)頻率段。
傳感器的固有震蕩頻率與尺度成反比,與剛度成正比。共振頻率與它金屬的硬度、質(zhì)量、外形尺寸有關(guān),當(dāng)其發(fā)生形變時(shí),彈力使其灰復(fù),彈力主要與尺寸和硬度有關(guān),質(zhì)量影響其加速度。同樣外形時(shí),硬度高的頻率高,質(zhì)量大的頻率低。
若再做更深一層考慮,在《固體物理學(xué)》的基本理論中,有所表述:
每個(gè)物體都是有N個(gè)子物體構(gòu)成的,每個(gè)子物體有6個(gè)自由度,那么每個(gè)物體就有6N個(gè)自由度。而物體的自由度不同,其自然頻率也不同。一般多自由度系統(tǒng)有多個(gè)自然頻率。
物體的固有頻率取決于物體自身的剛度(不是強(qiáng)度),并且具有方向性,而剛度由物體的結(jié)構(gòu)形式?jīng)Q定。
當(dāng)物體作受迫振動(dòng)時(shí),其震動(dòng)的頻率取決于外界振動(dòng)的頻率
外界振動(dòng)作用在物體上,當(dāng)外界振動(dòng)頻率與物體固有頻率相近時(shí),就會(huì)產(chǎn)生明顯的振動(dòng)加劇現(xiàn)象。
《固體物理學(xué)》有一個(gè)簡(jiǎn)化公式,T=2×π×sql(m/k)。
實(shí)際上任何一個(gè)系統(tǒng)它們的剛度、質(zhì)點(diǎn)都是比較復(fù)雜的,很難計(jì)算準(zhǔn)確。多數(shù)場(chǎng)合是要用測(cè)量的辦法。
所以,傳感器的固有頻率主要還是和傳感器自身結(jié)構(gòu)以及材料有關(guān),我們?cè)趯?shí)際應(yīng)用的時(shí)候,必須考慮到自身使用情況,按照需求來選擇響應(yīng)頻率合適的傳感器,才能保證我們實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的真實(shí)性。