音叉密度计的应用与研究现状

数年以来，音叉类传感器一直用于复杂环境下流体的粘度与密度。石英音叉因其低功耗、高精度、长稳定、实时性等特点广泛用于各个行业，如通过测量不同扰动下共振频率的变化，开发了多种高精度共振传感器，其中包括压力、温度、加速计、密度、粘度、陀螺仪等。相比于其他密度检测设备，音叉密度计具有体积小、寿命长、可靠性高、重量轻等特点。

影响音叉类传感器精度的因素很多，为了提升其精度，国内外学者做出了大量研究。市场上的音叉密度计在应用过程中，插入待测液体的音叉，其共振频率易受到液体密度特性及其他因素影响。

为此，很多学者对音叉密度计自身多种问题进行研究，如Yang等人通过完成频率-密度特性采集实验，得到粘度补偿密度计算模型，对音叉密度计进行校准；Zhang等人采用增强音叉密度计激励电压的方式，提高信噪比，对音叉密度计校准；Zhang等人基于原子力显微镜微悬臂梁理论，通过测量共振频率和品质因数，建立石英音叉的流体动力学模型，对密度和粘度进行检测，有效降低了相对均方误差；Zhang等人提出一种用于石英增强光声光谱温度补偿频率的光致热弹性校准方法，有效提高了石英晶体音叉共振校准精度。

Lang等人首次提出了一种基于石英音叉传感声波解调的石英增强光热光谱气体传感方法，该传感系统可以降低噪声，提高检测灵敏度；Qiao等人提出一种基于超高灵敏度光致热弹性光谱的一氧化碳传感器，采用波长调制光谱和二次谐波解调技术来降低背景噪声，提高了灵敏度水平，改善了一氧化碳传感器检测性能；Peng等人通过设计石英音叉传感器内部带宽前置放大器，对电路中的杂散电容进行数字补偿。这些学者的研究一定程度上提高了音叉类传感器的检测精度，但是大部分是针对其自身结构及材料等方面缺陷做出补偿和校准，很少有人研究音叉应用过程中受流体速度影响造成的误差。

审核编辑 黄宇