[发明专利]基于同步共振的高分辨率差压式流量传感器及检测方法

权利要求书

1.一种基于同步共振的高分辨率差压式流量传感器，其特征在于：分隔膜处于底座与支撑部中间，底座内流道与支撑部压缩腔位于分隔膜两侧，第一对同步共振悬臂梁和第二对同步共振悬臂梁的一端分别与支撑部连接、另一端分别与敏感腔连接，第一对同步共振悬臂梁和第二对同步共振悬臂梁的结构相同、且第一对同步共振悬臂梁与第二对同步共振悬臂梁形成差动结构，其中第一对同步共振悬臂梁结构是：检测梁通过耦合梁与拾振梁相连，检测梁内流道一端与支撑部内流道连接、另一端与敏感腔连接，该支撑部内流道还与支撑部压缩腔连接，支撑部压缩腔、支撑部内流道、检测梁内流道和敏感腔中充满气体。

2.根据权利要求1所述的一种基于同步共振的高分辨率差压式流量传感器，其特征在于：所述的拾振梁包括拾振梁基底，所述拾振梁基底上表面依次设置下绝缘层一、压电拾振片和上绝缘层一。

3.根据权利要求1所述的一种基于同步共振的高分辨率差压式流量传感器，其特征在于：所述的检测梁包括检测梁基底，所述检测梁基底上表面依次设置下绝缘层二、压电激振片、上绝缘层二，检测梁基底内有检测梁内流道。

4.根据权利要求3所述的一种基于同步共振的高分辨率差压式流量传感器，其特征在于：所述的检测梁内流道为多流道毛细状并行通道结构。

5.根据权利要求1所述的一种基于同步共振的高分辨率差压式流量传感器，其特征在于：所述的敏感腔为空心结构，外形为球体、圆柱体、立方体或不规则几何体。

6.根据权利要求1所述的一种基于同步共振的高分辨率差压式流量传感器，其特征在于：所述的气体采用高密度易压缩且理化性质稳定的气体。

7.采用如权利要求1所述基于同步共振的高分辨率差压式流量传感器的流体流量的检测方法，其特征在于：包括下列步骤：

(1)将该装置的底座与节流装置固连，并保证引压流道与底座流道密封连接；

(2)将流量传感器的压电激振片与信号发生器相连、压电拾振片与后期信号处理电路相连；

(3)对传感器进行标定，在管道中通入固定流量的流体，当被测流体处于紊流状态时，利用信号发生器给压电激振片施加扫频激励，在激励频率等于检测梁的一阶固有频率下，检测梁、拾振梁振幅均产生倍增，发生同步共振，通过压电拾振片及后期处理电路可得到拾振梁频率的偏移量，此时记录拾振梁频率的偏移量；

(4)改变管道流体流量，进行重复标定，确定该传感器待标定系数K；

(5)当被测流体通过节流装置且处于紊流状态时，给检测梁施加扫频激励，发生同步共振现象后，分别记录两对同步共振悬臂梁的频率偏移量△ω₁₂、△ω₂₂，则被测流体流量为：

其中Q为被测流体流量，K为标定系数，β为同步共振悬臂梁的频率放大倍数，M为压缩腔内气体的摩尔质量，T为压缩腔内气体开尔文温度，R为气体比例常数，ρ_被测流体为被测流体密度，ω₁₂为第一对同步共振悬臂梁拾振梁的初始固有频率，△ω₁₂为测量过程中第一对同步共振悬臂梁拾振梁谐振频率的偏移量，ω₂₂为第二对同步共振悬臂梁拾振梁的初始固有频率，△ω₂₂为测量过程中第二对同步共振悬臂梁拾振梁谐振频率的偏移量。