第一篇：傳感器原理及應(yīng)用課程總結(jié)

緒論 傳感器定義：傳感器是將各種非電量按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成便于處理和傳輸?shù)牧硪环N物理量的裝置。

組成：敏感元轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)換元件（調(diào)制作用），測量電路

分類：按輸入量分類，按測量原理分類，按結(jié)構(gòu)型和物理型分類【第2頁】

第一章

靜態(tài)特性：傳感器在被測量的各個(gè)值處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，輸出量和輸入量之間的關(guān)系稱為穩(wěn)態(tài)特性。

Y=a0+a1X+a2X2+…+anXn 【第4頁 公式1-1 線性度：在規(guī)定條件下，傳感器校準(zhǔn)曲線與擬合直線間最大偏差裕滿量程（F·S）輸出值的百分比稱為線性度。δL=±ΔYmax/YF·S×100％

靈敏度：指到達(dá)穩(wěn)定工作狀態(tài)時(shí)輸出變化量與引起次變化的輸入變化量之比。

【第7頁 公式1-2】 動(dòng)態(tài)特性：指傳感器對(duì)隨時(shí)間變化的輸入量的響應(yīng)特性。（傳感器的動(dòng)態(tài)特性是傳感器的輸出值能夠真實(shí)地再現(xiàn)變化著的輸入量能力的反映。）【第10~11頁，0，1，2階數(shù)學(xué)模型】 幅頻特性，相頻特性【第13~15頁】

對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)測試時(shí)，常采用正弦和階躍兩種輸入信號(hào)。這是由于任何周期函數(shù)都可以用傅里葉級(jí)數(shù)分解為各次諧波分量，并把它近似地表示為這些正弦量之和。而節(jié)約信號(hào)則是最基本的瞬變信號(hào)。

第二章（應(yīng)變傳感器 與 壓阻式傳感器相聯(lián)系）

金屬應(yīng)變片，特點(diǎn)：1.精度高，測量范圍廣。2.頻率響應(yīng)特性好。3.結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，質(zhì)量輕。4.可在高（低）溫、告訴、高壓、強(qiáng)烈震動(dòng)、強(qiáng)磁場及核輻射和化學(xué)腐蝕等惡劣條件下正常工作。5.易于實(shí)現(xiàn)小型化，固態(tài)化。6.價(jià)格低廉，品種多樣，便于選擇。

缺點(diǎn)：大應(yīng)變狀態(tài)時(shí)明顯非線性，半導(dǎo)體傳感器非線性嚴(yán)重；輸出信號(hào)微弱，抗干擾能力差；不能顯示應(yīng)力場中應(yīng)力梯度變化。

金屬絲：應(yīng)變系數(shù)【第20頁 公式2-6】

金屬應(yīng)變片：【第23頁 公式2-7】 橫向效應(yīng)：金屬應(yīng)變片由于敏感柵的兩端為半圓弧形的橫柵，測量應(yīng)變時(shí)，構(gòu)件的軸向應(yīng)變?chǔ)攀姑舾袞烹娮璋l(fā)生變化，其橫向應(yīng)變?chǔ)舝也將使敏感柵半圓弧部分的電阻發(fā)生變化，應(yīng)變片的這種既受軸向應(yīng)變影響，又受橫向應(yīng)變影響而引起電阻變化的現(xiàn)象稱為橫向效應(yīng)。溫度誤差：溫度漂移→溫度誤差→因環(huán)境溫度改變而引起電阻變化的兩個(gè)主要因素：其一是應(yīng)變片的電阻絲具有一定溫度系數(shù)；其二是電阻絲材料與測試材料的線膨脹系數(shù)不同。

【公式2-16，17，18】（補(bǔ)償方式？）

應(yīng)變極限：【第25頁 公式2-11】與測量電路聯(lián)系起來看 測量電路：電橋： 相鄰相異，相對(duì)相同【第30頁 公式2-27】

應(yīng)用：看書后習(xí)題【第332頁】

第三章

電容表達(dá)式：C=ε0εrS/dε=ε0εr

三種類型：變面積型，變介質(zhì)介電常數(shù)型，變間距型【第46頁】

變間距型，采用差動(dòng)式電容傳感器，使靈敏度提高已被，而且使非線性誤差可以減小一個(gè)數(shù)量級(jí)。線性度極大減少？【第49頁】 測量電路：【第53頁 圖3-10】

差動(dòng)脈沖寬度調(diào)制電路：分析【第55頁】

誤差分析：寄生分布電容，邊緣效應(yīng)【第59頁】

邊緣效應(yīng)：邊緣效應(yīng)的影響相當(dāng)于傳感器并聯(lián)一個(gè)附加電容，引起了傳感器的靈敏度下降和非線性增加。消除方法：增大初始電容C0，即增大極板面積，減小極板間距，加裝等位環(huán)。寄生分布電容：一般電容傳感器的電容值很小，如果激勵(lì)電源頻率較低，則電容傳感器的容抗很大。因此，對(duì)傳感器絕緣電阻要求很高；另一方面?zhèn)鞲衅鞒袠O板間電容外，極板與周圍物體也產(chǎn)生電容聯(lián)系，這種電容稱為寄生電容。寄生電容極不穩(wěn)定，導(dǎo)致傳感器特性不穩(wěn)定，產(chǎn)生嚴(yán)重干擾。措施：靜電屏蔽，將電容器極板放置在金屬殼體內(nèi)，并將殼體與大地相連。電極引出線也必須用屏蔽線，屏蔽線外套要求接地良好。

第四章

電渦流傳感器

電渦流傳感器工作原理：當(dāng)被測物體與傳感器間的距離d改變時(shí)，傳感器的Q值和等效阻抗Z、電L均發(fā)生變化，越是把位移量轉(zhuǎn)化為電量。

為何說被測導(dǎo)體是傳感器一部分：1.無被測導(dǎo)體，不發(fā)生電渦流效應(yīng)，必要條件。2.被測導(dǎo)體變化，傳感器特性也變化。

如何測，測量參數(shù)，影響因素【第89頁】

第五章

壓電式傳感器是一種典型的有緣傳感器。

壓電效應(yīng)：某些電介質(zhì)，當(dāng)沿著一定方向?qū)ζ涫┝Χ顾冃螘r(shí)，內(nèi)部就產(chǎn)生極化現(xiàn)象，同時(shí)在他的兩個(gè)表面上產(chǎn)生符號(hào)相反的電荷；當(dāng)外力去掉后，又重新恢復(fù)不帶電狀態(tài)。壓電陶瓷和晶體有何不同，有極性為何不顯電性 電致伸縮效應(yīng) 正負(fù)壓電效應(yīng)

測量電路：原理 【第105頁】

內(nèi)部泄露：傳感器內(nèi)部不可能沒有泄露，外電路負(fù)載也不可能無窮大，只有外力以較高頻率不斷地作用，傳感器的電荷才能得以補(bǔ)充，從這個(gè)意義上講，壓電晶體不適合于靜態(tài)測量。電壓放大器【第106頁 圖5-17 公式5-18】模值，峰峰值，理想輸出

電荷放大器

壓電加速度傳感器【第110頁】阻尼系數(shù)，固有頻率

第六章

數(shù)字式傳感器：直接采用數(shù)字式傳感器可將被測參數(shù)直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸出【第114頁】 光柵式傳感器：由照明系統(tǒng)、光柵副和光電接收元件組成。

摩爾條紋形成【第120頁】

辨向原理：如果能夠在物體正向移動(dòng)時(shí)，將得到的脈沖數(shù)累加，而物體反向移動(dòng)時(shí)可從已累加的脈沖數(shù)中減去反向移動(dòng)的脈沖數(shù)，這樣就能得到正確的測量結(jié)果。

細(xì)分技術(shù)【第123頁】 光柵傳感器特性

第八章 霍爾效應(yīng)，霍爾系數(shù)【第167頁】

為何選N型材料：輸出電勢小，受溫度影響小，線性度較好 磁敏傳感器溫度補(bǔ)償：【第173頁】半導(dǎo)體材料的電阻率、遷移率和載流子濃度等隨溫度變化的緣故。因此，霍爾元件性能參數(shù)，如內(nèi)阻、霍爾電勢等都將隨溫度變化。為減少霍爾元件溫度誤差，可：1.選溫度系數(shù)小的材料。2.采用恒溫措施。3.采用恒流源供電。4.采用補(bǔ)償電路 為何尺寸，外形有要求？ 測量電路，概念，兩種符號(hào)，各種特性，形狀系數(shù)，不等位電勢

光敏傳感器

光電效應(yīng)

外光電效應(yīng)：在光線作用下，物體內(nèi)的電子逸出物體表面，向外發(fā)射的現(xiàn)象稱為外光電效應(yīng)。內(nèi)光電效應(yīng)：受光照的物體導(dǎo)電率發(fā)生變化，活產(chǎn)生光生電動(dòng)勢的效應(yīng)叫內(nèi)光電效應(yīng) 各種元件的基本特性，原理 負(fù)載，功率的選擇

應(yīng)用【第367頁 例8-5】

光電傳感器的類型及應(yīng)用【第201頁】

類型劃分，按原理，按測量量（連續(xù)，斷續(xù)）

光纖傳感器 特點(diǎn)，原理，計(jì)算公式，結(jié)構(gòu)，分類

特點(diǎn)：1.電絕緣2.抗電磁干擾3.非侵入性4.高靈敏度5.容易實(shí)現(xiàn)隊(duì)被測信號(hào)的遠(yuǎn)距離監(jiān)控 原理：斯奈爾定理：當(dāng)光由光密物質(zhì)射出至光疏物質(zhì)時(shí)，發(fā)生折射，其折射角大于入射角。

【第245頁】

結(jié)構(gòu)：發(fā)送器、敏感元件、光接收器、信號(hào)處理系統(tǒng)以及光纖構(gòu)成公式E=Asin(ωt+ ?)

第二篇：傳感器原理與應(yīng)用

傳感器原理與應(yīng)用（專業(yè)限選課）

Principle and Application of Sensor

【課程編號(hào)】XZ260111

【學(xué)分?jǐn)?shù)】2

【學(xué)時(shí)數(shù)】24+6+9（實(shí)驗(yàn)課時(shí)）【課程類別】專業(yè)限選 【編寫日期】2010.3.30 【先修課程】電路分析、模電、數(shù)電

【適用專業(yè)】電子信息工程類

一、教學(xué)目的、任務(wù)

《傳感器原理和應(yīng)用》是電子及自動(dòng)化專業(yè)的一門專業(yè)課。它有較強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。通過學(xué)習(xí)本課程使學(xué)生掌握各類傳感器的基本原理、主要性能及其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；能合理地選擇和使用傳感器； 掌握常用傳感器的工程設(shè)計(jì)方法和實(shí)驗(yàn)研究方法；了解傳感器的發(fā)展動(dòng)向。

二、課程教學(xué)的基本要求

現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)的三大支柱是傳感器技術(shù)﹑通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，它們分別構(gòu)成了信息系統(tǒng)的“感官”、“神經(jīng)”和“大腦”。在機(jī)械工程中,傳感器對(duì)于機(jī)械電子、測量、控制、計(jì)量等領(lǐng)域都是必不可少的獲取信息的關(guān)鍵部件。

鑒于上述認(rèn)識(shí)并考慮學(xué)科特色,在本課程有限學(xué)時(shí)內(nèi),要求學(xué)生重點(diǎn)掌握下列幾方面的知識(shí)：⑴傳感器的基本概念﹑術(shù)語和特性；⑵常用傳感器的原理、結(jié)構(gòu)和應(yīng)用；⑶傳感器測量電路；⑷傳感器的典型應(yīng)用。

三、教學(xué)內(nèi)容和學(xué)時(shí)分配

第1章 傳感與檢測技術(shù)的理論基礎(chǔ)自學(xué)

主要內(nèi)容：

1.1測量概論

1.2測量數(shù)據(jù)的估計(jì)和處理

教學(xué)要求：

了解測量的基本概念，測量系統(tǒng)的特性，測量誤差及數(shù)據(jù)處理的各種方法。

第2章 傳感器概述2學(xué)時(shí)

2.1傳感器的組成與分類

2.2傳感器的基本特性

教學(xué)要求：

熟悉傳感器的輸出--輸入特性與內(nèi)部結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)的外部特性，掌握其靜態(tài)特性，動(dòng)態(tài)特性的分析方法。

第3章 應(yīng)變式傳感器4學(xué)時(shí)

主要內(nèi)容：

3.1 工作原理

3.2 應(yīng)變片的種類、材料及粘貼

3.3 電阻應(yīng)變片的特性

3.4 電阻應(yīng)變片的測量電路

3.5 應(yīng)變式傳感器的應(yīng)用

教學(xué)要求：

熟悉應(yīng)變片傳感器的工作原理及外部特性，了解其應(yīng)用范圍，掌握測量電路的分析方法。其它教學(xué)環(huán)節(jié)：實(shí)驗(yàn)一應(yīng)變片性能測試實(shí)驗(yàn)3學(xué)時(shí)

實(shí)驗(yàn)性質(zhì)：驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：金屬箔式應(yīng)變片性能——單臂電橋、半橋和全橋。

實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求：掌握使用金屬箔式應(yīng)變片組成單臂電橋、半橋和全橋的方法，了解在不同電路

形式時(shí)電路的輸出特性。

注意要點(diǎn)：確保接線正確，電源電壓不能用錯(cuò)。

第4章 電感式傳感器3 學(xué)時(shí)

主要內(nèi)容：

4.1自感式電感傳感器

4.2差動(dòng)變壓器式傳感器

4.3電渦流式傳感器

教學(xué)要求：

了解電感式傳感器的應(yīng)用范圍，工作特點(diǎn)，掌握其組成的各種測量電路的分析方法及組成特點(diǎn)。其它教學(xué)環(huán)節(jié)：實(shí)驗(yàn)二電渦流式傳感器的靜態(tài)位移性能3學(xué)時(shí)

實(shí)驗(yàn)性質(zhì)：設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：電渦流式傳感器的工作原理和工作情況，動(dòng)手自制一個(gè)渦流探頭，利用實(shí)驗(yàn)室放大器

及振蕩器對(duì)不同被測材料（即混料）進(jìn)行分選。

實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求：研究電渦流傳感器特性，被測材料（物質(zhì)）對(duì)傳感器的特性的影響以及電渦流

傳感器的應(yīng)用。

注意要點(diǎn)：確保接線正確，激勵(lì)、響應(yīng)線圈不能用錯(cuò)。

第5章電容式傳感器3 學(xué)時(shí)

主要內(nèi)容：

5.1電容式傳感器的工作原理和結(jié)構(gòu)

5.2電容式傳感器的靈敏度及非線性

5.3電容式傳感器的等效電路

5.4電容式傳感器的測量電路

5.5電容式傳感器的應(yīng)用

教學(xué)要求：

熟悉電容式傳感器的工作原理及結(jié)構(gòu)，掌握其在非電量測量與自動(dòng)檢測中的應(yīng)用。

其它教學(xué)環(huán)節(jié)：實(shí)驗(yàn)三 變面積式電容傳感器的性能1學(xué)時(shí)

實(shí)驗(yàn)性質(zhì)：驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：變面積式電容傳感器的工作原理和工作情況。

實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求：熟悉變面積式電容傳感器的工作原理和工作情況；研究差動(dòng)式電容傳感器特性。注意要點(diǎn)：確保接線正確，電源電壓不能用錯(cuò)。

第6章 壓電式傳感器3 學(xué)時(shí)

主要內(nèi)容：

6.1壓電效應(yīng)及壓電材料

6.2 壓電式傳感器測量電路

6.3 壓電式傳感器的應(yīng)用

教學(xué)要求：

了解壓電式傳感器具有的特點(diǎn)及其應(yīng)用范圍，掌握其組成的測量電路分析及應(yīng)用。

第7章 磁電式傳感器4學(xué)時(shí)

主要內(nèi)容：

7.1磁電感應(yīng)式傳感器

7.2 霍爾式傳感器

教學(xué)要求：

掌握磁電式傳感器的各種不同類型及應(yīng)用范圍。

其它教學(xué)環(huán)節(jié)：實(shí)驗(yàn)四 霍爾傳感器特性研究及應(yīng)用2學(xué)時(shí)

實(shí)驗(yàn)性質(zhì)：驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：霍爾傳感器在交、直流信號(hào)激勵(lì)下的特性。

實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求：了解霍爾傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理；實(shí)驗(yàn)研究霍爾傳感器在交、直流信號(hào)激勵(lì)

下的特性；掌握霍爾傳感器測量振幅和稱重應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)方法。

注意要點(diǎn)：確保接線正確，電源電壓不能超出規(guī)定值。

第8章 光電式傳感器3 學(xué)時(shí)

主要內(nèi)容：

8.1光電器件

8.2光纖傳感器

教學(xué)要求：

熟悉典型的光電器件的特性和應(yīng)用，了解光纖傳感器及其技術(shù)發(fā)展方向，掌握紅外傳感器的應(yīng)用。

第9章 半導(dǎo)體傳感器2學(xué)時(shí)

主要內(nèi)容：

9.1半導(dǎo)體氣敏傳感器

9.2濕敏傳感器

9.3色敏傳感器

9.4半導(dǎo)體式傳感器的應(yīng)用

教學(xué)要求：

了解以半導(dǎo)體材料組成的各種傳感器及其它們的工作原理，掌握氣敏、濕敏、色敏傳感器在測量電路中的應(yīng)用及其電路分析。

第10章 超聲波傳感器2學(xué)時(shí)

主要內(nèi)容：

10.1超聲波及其物理性質(zhì)

10.2超聲波傳感器

10.3超聲波傳感器應(yīng)用用

教學(xué)要求：

熟悉超聲波傳感器的工作原理及其物理性質(zhì)，掌握超聲波傳感器的應(yīng)用。

第11章 微波傳感器1學(xué)時(shí)

主要內(nèi)容：

11.1微波概述

11.2微波傳感器的原理和組成11．3微波傳感器的應(yīng)用

教學(xué)要求：

了解壓電式傳感器具有的特點(diǎn)及其應(yīng)用范圍，掌握其組成的測量電路分析及應(yīng)用。

第12章 輻射式傳感器1 學(xué)時(shí)

主要內(nèi)容：

12.1紅外傳感器

12.2核輻射傳感器

教學(xué)要求：

了解輻射式傳感器的特性及應(yīng)用。

第13章 數(shù)字式傳感器自學(xué)

主要內(nèi)容：

13.1光柵傳感器

13.2編碼器

13.3感應(yīng)同步器

教學(xué)要求：

了解數(shù)字式傳感器的特點(diǎn)及應(yīng)用。

第14章 智能式傳感器自學(xué)

主要內(nèi)容：

14.1概述

14.2傳感器的智能化

14.3集成智能傳感器

教學(xué)要求：

了解集成智能感器的特性及應(yīng)用。

第15章 傳感器在工程檢測中的應(yīng)用4學(xué)時(shí)

主要內(nèi)容：

15.1溫度測量

15.2壓力測量

15.3流量測量

15.4物位測量

教學(xué)要求：

了解熱電偶的結(jié)構(gòu)和原理、熱電效應(yīng)的構(gòu)成成份。掌握熱電偶的基本定律、冷端補(bǔ)償方法、測量計(jì)算方法。了解熱電阻的工作原理、結(jié)構(gòu)，掌握應(yīng)用方法。了解傳感器在工程檢測中的作用及其應(yīng)用。

四、教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)及教學(xué)方法

重點(diǎn)：各種常見的、應(yīng)用廣泛的傳感器的基本原理、基本特性、轉(zhuǎn)換電路以及工程應(yīng)用，及分析、設(shè)計(jì)方法。以課堂講授為主，通過實(shí)驗(yàn)加深對(duì)所學(xué)各類傳感器的性能及工作原理理解。

難點(diǎn)：各種傳感器的特性分析。

五、考核方式及成績評(píng)定方式：

考核方式：考查，六、教材及參考書目

推薦教材：

《傳感器原理及工程應(yīng)用》（第三版），郁有文等編著，西安科技大學(xué)出版社，2008年參考書：

1．王化祥，《傳感器原理與應(yīng)用》，天津大學(xué)出版社，第七版，2003

3．劉君華，《智能傳感器系統(tǒng)》，西安電子科技大學(xué)出版社，第一版，1999

4．單成祥，《傳感器的理論與設(shè)計(jì)基礎(chǔ)及其應(yīng)用》，國防工業(yè)出版社，1999

4．趙負(fù)圖，《現(xiàn)代傳感器集成電路》，人民郵電出版社，2000

修（制）訂人：審核人：

2010年 3 月30日

第三篇：壓電傳感器原理及其應(yīng)用

壓電傳感器原理及其應(yīng)用

摘要：壓電式傳感器，作為傳感器的一種，它具有自己鮮明的特點(diǎn)。而且除了一些自然界中的晶體材料外，我們還有人工材料壓電陶瓷。它們的應(yīng)用也十分的廣泛，在聲學(xué)、醫(yī)學(xué)、力學(xué)、宇航、振動(dòng)測量、機(jī)械沖擊都有不錯(cuò)的涉及。

關(guān)鍵字： 壓電傳感器

壓電原理

應(yīng)用

壓電現(xiàn)象是100多年前居里兄弟研究石英時(shí)發(fā)現(xiàn)的。居里兄弟在研究熱電性與晶體對(duì)稱，發(fā)現(xiàn)正負(fù)電荷，而且電荷密度與壓力大小成正比。居里兄弟所報(bào)道的這些晶體就有后來廣為研究的鐵電體酒石酸鉀鈉（羅息鹽）。1881年，應(yīng)用熱力學(xué)原理預(yù)言了逆壓電效應(yīng)，即電場可以引起與之成正比的應(yīng)變。很快這一預(yù)言被居了里兄弟用實(shí)驗(yàn)所證實(shí)了。自發(fā)現(xiàn)壓電效應(yīng)以來，這種類型的壓電傳感器就廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。經(jīng)過多年的發(fā)展，壓電傳感器的材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝都有了很大的進(jìn)步。而這些對(duì)改善傳感器的性能起到了至關(guān)重要的作用。

一． 壓電傳感器的工作原理

1.壓電原理

一些離子型晶體的電介質(zhì)（如石英、酒石酸鉀鈉、鈦酸鋇等）不僅在電場力作用下，而且在機(jī)械力作用下，都會(huì)產(chǎn)生極化現(xiàn)象。即：在這些電介質(zhì)的一定方向上施加機(jī)械力而產(chǎn)生變形時(shí)，就會(huì)引起它內(nèi)部正負(fù)電荷中心相對(duì)轉(zhuǎn)移而產(chǎn)生電的極化，從而導(dǎo)致其兩個(gè)相對(duì)表面（極化面）上出現(xiàn)符號(hào)相反的束縛電荷，且其電位移D（在MKS單位制中即電荷密度σ）與外應(yīng)力張量T成正比；當(dāng)外力消失，又恢復(fù)不帶電原狀；當(dāng)外力變向，電荷極性隨之而變。這種現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)，或簡稱壓電效應(yīng)。

基于壓電效應(yīng)人們研究出一種可以自發(fā)電式和機(jī)電轉(zhuǎn)換式傳感器。它的敏感元件由壓電材料制成。壓電材料受力后表面產(chǎn)生電荷。此電荷經(jīng)電荷放大器和測量電路放大和變換阻抗后就成為正比于所受外力的電量輸出。壓電式傳感器用于測量力和能變換為力的非電物理量。壓電效應(yīng)是壓電傳感器的主要工作原理，壓電傳感器不能用于靜態(tài)測量，因?yàn)榻?jīng)過外力作用后的電荷，只有在回路具有無限大的輸入阻抗時(shí)才得到保存。實(shí)際的情況不是這樣的，所以這決定了壓電傳感器只能夠測量動(dòng)態(tài)的應(yīng)力。2.壓電材料

在自然界中，大多數(shù)的材料都具有壓電效應(yīng)，但是十分微弱。隨著人們對(duì)壓電材料的不斷研究與發(fā)現(xiàn)，壓電材料性能得以大大的提高。新型壓電材料的研制成功極大地推動(dòng)了壓電傳感器的進(jìn)步。從最開始的石英到BaTi03壓電陶瓷，錯(cuò)欽酸鉛(PZT)壓電陶瓷，再到壓電聚合物如聚偏二氟乙烯(PVDF)等新型壓電材料。單晶技術(shù)的進(jìn)展培育了許多實(shí)用化的壓電材料，薄膜工藝的進(jìn)展為壓電器件的平面化、集成化創(chuàng)造了條件。壓電材料的這一系列進(jìn)步為設(shè)計(jì)大量高性能的壓電元件提供了技術(shù)保障。

二． 壓電傳感器的應(yīng)用及發(fā)展

1.壓電式測力傳感器

壓電式測力傳感器是利用壓電元件直接實(shí)現(xiàn)力-電轉(zhuǎn)換的傳感器，在拉、壓場合，通常較多采用雙片或多片石英晶體作為壓電元件。其剛度大，測量范圍寬，線性及穩(wěn)定性高，動(dòng)態(tài)特性好。當(dāng)采用大時(shí)間常數(shù)的電荷放大器時(shí)，可測量準(zhǔn)靜態(tài)力。按測力狀態(tài)分，有單向、雙向和三向傳感器，它們在結(jié)構(gòu)上基本一樣。例如壓電式單向測力傳感器。該傳感器適用于機(jī)床動(dòng)態(tài)切削力的測量。主體包括絕緣套.基座.電極.石英晶片.上蓋。絕緣套用來絕緣和定位?；鶅?nèi)外底面對(duì)其中心線的垂直度、上蓋及晶片、電極的上下底面的平行度與表面光潔度都有極嚴(yán)格的要求，否則會(huì)使橫向靈敏度增加或使片子因應(yīng)力集中而過早破碎。為提高絕緣阻抗，傳感器裝配前要經(jīng)過多次凈化（包括超聲波清洗），然后在超凈工作環(huán)境下進(jìn)行裝配，加蓋之后用電子束封焊。2.壓電式加速度傳感器

壓電式加速度傳感器又稱壓電加速度計(jì)。它也屬于慣性式傳感器。它是利用某些物質(zhì)如石英晶體的壓電效應(yīng)，在加速度計(jì)受振時(shí)，質(zhì)量塊加在壓電元件上的力也隨之變化。當(dāng)被測振動(dòng)頻率遠(yuǎn)低于加速度計(jì)的固有頻率時(shí)，則力的變化與被測加速度成正比。

電荷輸出壓電加速度傳感器，采用剪切和中心壓縮結(jié)構(gòu)形式。其原理利用壓電晶體的電荷輸出與所受的力成正比，而所受的力在敏感質(zhì)量一定的情況下與加速度值成正比。在一定條件下，壓電晶體受力后產(chǎn)生的電荷量與所感受到的加速度值成正比。

國內(nèi)在壓電加速度傳感器方面的研究起步較晚，且結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝水平落后于國外。目前國內(nèi)壓電傳感器的主要結(jié)構(gòu)是中心壓縮型，較好的高沖擊壓電加速度傳感器(中心壓縮型)樣機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)為:最大沖擊加速度100,000g，最高頻響8kHz。在壓電加速度傳感器的研制方面，北戴河億柏傳感器技術(shù)研究所和西安204所做得較好。3.壓電傳感器用于報(bào)警裝置

玻璃破碎報(bào)警裝置它利用壓電元件對(duì)振動(dòng)敏感的特性來感知玻璃受撞擊和破碎時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)波。傳感器把振動(dòng)波轉(zhuǎn)換成電壓輸出，輸出電壓經(jīng)放大、濾波、比較等處理后提供給報(bào)警系統(tǒng)。玻璃破碎時(shí)會(huì)發(fā)出幾千赫茲至幾十千赫茲的振動(dòng)，使用時(shí)將高分子壓電薄膜傳感器粘貼在玻璃上，感受這一振動(dòng)，然后通過電纜和報(bào)警電路相連，將壓電信號(hào)傳送給集中報(bào)警系統(tǒng)。為了提高報(bào)警器的靈敏度，信號(hào)經(jīng)放大后，再經(jīng)帶通濾波器進(jìn)行濾波，要求它對(duì)選定的頻譜通帶的衰減要小，而頻帶外衰減要盡量大。玻璃振動(dòng)的波長在音頻和超聲波的范圍內(nèi)，這就使濾波器成為電路中的關(guān)鍵。只有當(dāng)傳感器輸出信號(hào)高于設(shè)定的閾值時(shí)，才會(huì)輸出報(bào)警信號(hào)，驅(qū)動(dòng)報(bào)警執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作。玻璃破碎報(bào)警器可廣泛用于文物保管、貴重商品保管及其他商品柜臺(tái)保管等場合 4.壓電陶瓷應(yīng)用

壓電陶瓷具有極高的靈敏度，壓電高壓發(fā)生器利用正壓效應(yīng)可以把振動(dòng)轉(zhuǎn)換成電能，還可以獲得高電壓輸出。這種獲得高電壓的方法可以用來做引燃裝置，如給汽車火花塞、煤氣灶、打火機(jī)、炮彈的引爆壓電雷管等點(diǎn)火。

壓電傳感器發(fā)展迅速，當(dāng)今世界各國壓力傳感器的研究領(lǐng)域也十分廣泛。歸納起來主要有以下幾個(gè)趨勢。（1）小型化。小型化會(huì)帶來很多好處，重量輕、體積小、分辨率高，便于安裝 在很小的地方對(duì)周圍器件影響小，也利于微型儀器、儀表的配套使用。（2）集成化。壓力傳感器已經(jīng)越 來越多的與其它測量用傳感器集成以形成測量 和控制系統(tǒng)，集成系統(tǒng)在過 程控制和工廠自動(dòng)化中可以提高操作速度和效率。（3）智能化。由于集成化的出現(xiàn)，在集成電 路中可添加一些微處理器，使得傳 感器具有自動(dòng)補(bǔ)償、通訊、自診斷、邏輯判斷等功能。（4）系統(tǒng)化。單一化產(chǎn)品在市場上沒有大的競爭力。市場風(fēng)云突變，一旦失去 市場，發(fā)展則停滯不前，經(jīng)濟(jì)效益差，資金浪費(fèi)大，產(chǎn)品成本高。（5）標(biāo)準(zhǔn)化。傳感器的設(shè)計(jì)與制造已經(jīng)形成了一定的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。如 IEC、ISO 國際標(biāo)準(zhǔn)，美國的 ANSIC、ANSC、MIL-T 和 ASTME 標(biāo)準(zhǔn)，日本 JIS 標(biāo)準(zhǔn)，法國 DIN 標(biāo)準(zhǔn)。

三、總結(jié)

壓電式傳感器，作為傳感器的一種，它具有自己鮮明的特點(diǎn)。而且除了一些自然界中的晶體材料外，我們還有人工材料壓電陶瓷。它們的應(yīng)用也十分的廣泛，在聲學(xué)、醫(yī)學(xué)、力學(xué)、宇航、振動(dòng)測量、機(jī)械沖擊都有不錯(cuò)的涉及。

但是，壓電傳感器在擁有眾多優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，也存在著許多缺點(diǎn)，展望今后的研究重點(diǎn)，可能會(huì)有以下幾個(gè)方面：(1)從研究的成果來看，理論研究離工程實(shí)用還有一定的差距，工程實(shí)用化方面研究也相當(dāng)薄弱，具體表現(xiàn)在理論及仿真研究較多，而實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相對(duì)較少，研究對(duì)象以簡單的梁板結(jié)構(gòu)較多，對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的研究還相當(dāng)欠缺。(2)壓電元件非線性特性的研究。由于壓電材料的極化特性，壓電系統(tǒng)只能在一定范圍內(nèi)滿足近似的線性要求，并容易受外界多種環(huán)境的影響。非線性特性的存在使壓電元件重復(fù)性差、檢測精度低，瞬態(tài)位置響應(yīng)速度慢，可控性變差，成為壓電元件進(jìn)一步工程應(yīng)用的主要障礙之一。為減小這種非線性特性所造成的不良影響，更好地發(fā)揮壓電元件的性能，國內(nèi)外很多科研機(jī)構(gòu)從壓電元件非線性特性形成機(jī)理、外環(huán)及內(nèi)環(huán)非線性特性及控制方法等方面開展了相關(guān)研究。(3)壓電材料的壓電特性有待于進(jìn)一步提高，這使得壓電材料的應(yīng)用受到極大限制。各國學(xué)者正在努力開發(fā)，一旦找到一種優(yōu)異的壓電材料，將會(huì)取代傳統(tǒng)的、笨重的機(jī)電換能設(shè)備，如電動(dòng)機(jī)、馬達(dá)等。到那時(shí)，壓電研究將會(huì)全方位地發(fā)展，甚至可能影響到我們生活的各個(gè)方面。我相信隨著科技的發(fā)展，人工材料會(huì)制作的更加完美，壓電式傳感器會(huì)更加適合人們的要求。壓電式傳感器和科技將會(huì)互相推動(dòng)互相發(fā)展。

第四篇：傳感器原理與應(yīng)用復(fù)習(xí)

例1：量程為150V的0.5級(jí)電壓表和量程為30V的1.5級(jí)電壓表，分別測量20V電壓，問哪個(gè)測量精度高？

例2：某壓力表精度為1.5級(jí)，量程為0～2.0MPa，測量結(jié)果顯示為1.2MPa，求1）最大引用誤差δnm；2）可能出現(xiàn)的最大絕對(duì)誤差Δm；3）示值相對(duì)誤差δx＝？

例3：一差動(dòng)變壓器式位移傳感器，在位移變化1mm時(shí)，輸出電壓變化1200mv，問位移傳感器的靈敏度是多少？

例4：機(jī)械式指針位移傳感器，當(dāng)輸入信號(hào)有0.01mm的位移變化量式，指針位移10mm，求位移傳感器的靈敏度？

例5：進(jìn)行某動(dòng)態(tài)壓力測量時(shí)，所采用的壓電式力傳感器的靈敏度為90.9nC/Mpa，將它與增益為0.005V/nC的電荷放大器相連，而電荷放大器的輸出接到一臺(tái)筆式記錄儀上，記錄儀的靈敏度為20mm/V。試計(jì)算這個(gè)測量系統(tǒng)的總靈敏度。當(dāng)壓力變化為3.5MPa時(shí)，記錄筆在記錄紙上的偏移量是多少？

例6：有一只變極距電容傳感元件，兩極板重疊有效面積為，兩極板間的距離為1mm，已知空氣的相對(duì)介電常數(shù)是1，真空中介電常數(shù)為8.85×10-12F/m,試計(jì)算該傳感器的位移靈敏度。

例7：粘貼在鋼件上的康銅電阻絲應(yīng)變片，其靈敏度為2，電阻溫度系數(shù)為20×10-6/oC，敏感柵材料的線膨脹系數(shù)為15×10-6/oC，鋼件的線線膨脹系數(shù)為11×10-6/oC，彈性模量E為2×1011N/m2,求：（1）當(dāng)環(huán)境溫度變化為10oC時(shí)，應(yīng)變熱輸出為多少？相當(dāng)于試件產(chǎn)生多大應(yīng)力？

（2）當(dāng)=1000uε時(shí)，由于熱輸出產(chǎn)生的溫度誤差γt是多少？

例8：半導(dǎo)體應(yīng)變片的靈敏度為120，電阻為120歐姆，金屬電阻應(yīng)變片的靈敏度為2，電阻為120歐姆，單臂非線性誤差不大于0.1，求：它們可測的最大應(yīng)變?yōu)槎嗌伲?/p>

第五篇：傳感器原理與應(yīng)用心得

傳感器原理與應(yīng)用心得

張寶龍

電信工二班

201400121099 傳感器應(yīng)用極其廣泛，而且種類繁多，涉及的學(xué)科也很多，通過對(duì)傳感器的學(xué)習(xí)讓我基本了解了傳感器的基本概念及傳感器的靜、動(dòng)態(tài) 特性電阻式、電感式傳感器的結(jié)構(gòu)、工作原理及應(yīng)用。

傳感器的特性主要是指輸出入輸入之間的關(guān)系。當(dāng)輸入量為常量或變化很慢時(shí)，其關(guān)系為靜態(tài)特性。當(dāng)輸入量隨時(shí)間變換較快時(shí)，其關(guān)系為動(dòng)態(tài)特性。

傳感器的靜態(tài)特性是指對(duì)靜態(tài)的輸入信號(hào)，傳感器的輸出量與輸入量之間所具有相互關(guān)系。因?yàn)檫@時(shí)輸入量和輸出量都和時(shí)間無關(guān)，所以它們之間的關(guān)系，即傳感器的靜態(tài)特性可用一個(gè)不含時(shí)間變量的代數(shù)方程，或以輸入量作橫坐標(biāo)，把與其對(duì)應(yīng)的輸出量作縱坐標(biāo)而畫出的特性曲線來描述。表征傳感器靜態(tài)特性的主要參數(shù)有：線性度、靈敏度、遲滯、重復(fù)性、漂移等。

所謂動(dòng)態(tài)特性，是指傳感器在輸入變化時(shí)，它的輸出的特性。在實(shí)際工作中，傳感器的動(dòng)態(tài)特性常用它對(duì)某些標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)來表示。這是因?yàn)閭鞲衅鲗?duì)標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)容易用實(shí)驗(yàn)方法求得，并且它對(duì)標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)的響應(yīng)與它對(duì)任意輸入信號(hào)的響應(yīng)之間存在一定的關(guān)系，往往知道了前者就能推定后者。最常用的標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)有階躍信號(hào)和正弦信號(hào)兩種，所以傳感器的動(dòng)態(tài)特性也常用階躍響應(yīng)和頻率響應(yīng)來表示。

傳感器的作用主要是感受和響應(yīng)規(guī)定的被測量，并按一定規(guī)律將其轉(zhuǎn)換成有用輸出，特別是完成非電量到電量的轉(zhuǎn)換。傳感器的組成并無嚴(yán)格的規(guī)定。一般說來，可以把傳感器看做由敏感元件和變換元件兩部分組成。

通過最近的學(xué)習(xí)，是我了解到在實(shí)際中使用傳感器的選擇一定要慎重。我們可以根據(jù)測量對(duì)象與測量環(huán)境確定傳感器的類型。其次，當(dāng)我們在選擇傳感器時(shí)要注意傳感器的靈敏度，頻率響應(yīng)范圍，線性范圍，穩(wěn)定性，精度等。

人們?yōu)榱藦耐饨绔@取信息，必須借助于感覺器官。而單靠人們自身的感覺器官，在研究自然現(xiàn)象和規(guī)律以及生產(chǎn)活動(dòng)中它們的功能就遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠了。為適應(yīng)這種情況，就需要傳感器。因此可以說，傳感器是人類五官的延長，又稱之為電五官。

新技術(shù)革命的到來，世界開始進(jìn)入信息時(shí)代。在利用信息的過程中，首先要解決的就是要獲取準(zhǔn)確可靠的信息，而傳感器是獲取自然和生產(chǎn)領(lǐng)域中信息的主要途徑與手段。

通過對(duì)這門課的學(xué)習(xí)開闊了我的視野，讓我了解了以前沒有了解的東西。在老師的指導(dǎo)下讓我明白了學(xué)習(xí)要有自覺性，要自己積極主動(dòng)地去學(xué)習(xí)。