电阻应变式传感器的工作原理及应用

电阻应变式传感器的工作原理及应用

付晓鸥

（本溪市机电工程学校辽宁本溪117000）

【摘要】：本文阐述了应变效应、电阻应变式传感器工作原理及其应用。

【关键词】：应变效应；电阻应变式传感器；应用。

在日常生活中，我们大量的使用传感器，例如：电视机的遥控器利用红外光发射接收传感器控制电视；麦克风是一种把声音信号转换成电信号的传感器。传感器亦称换能器,是利用各种物理、化学及生物效应实现非电量按一定的规律转换成便于处理和传输的电量的装置。电阻应变式传感器是将压力这个物理量转换成电信号输出的一种传感器，随着加工工艺,粘贴工艺等的技术进步,电阻应变式压力传感器的准确度,可靠性大大提高,在自动检测与控制技术领域里得到了广泛应用。

一、应变效应

导体或半导体材料因受外力作用，电阻值随其机械变形而发生变化的物理现象称之为应变效应。金属丝电阻R可表达为R＝ρl/A=ρl/пr2.式中ρ为电阻率，l 为电阻丝长度，A为电阻丝横截面积。当沿电阻丝长度方向施加均匀力时，式中l、ρ、r都将发生变化。导致电阻值发生变化。即得到以下结论：当金属丝受外力作用而伸长时长度增加，截面积减小，电阻值增大；当金属丝受外力作用压缩时，长度减小，截面积增加，电阻值减小。电阻值变化通常较小。

实验证明：电阻应变片的电阻应变εr＝ΔR/R与电阻应变片的纵向应变εx在很大范围内是线性的.即:εr=ΔR/R=kεx式中ΔR/R为电阻应变片的电阻应变，k 为电阻丝的灵敏度，εr为被测件在电阻应变片上产生的应变。

康铜丝是目前应用最广泛的金属丝式应变材料，这是因为它的灵敏度系数稳定，电阻温度系数较小，加工工艺性能好易于焊接，为此国内外多以康铜丝作为金属应变式应变片材料。

二、电阻应变式传感器的工作原理

传感器一般由敏感元件,传感元件和测量电路3部分组成,以电阻应变计为转换元件的电阻应变式传感器,主要由弹性元件、粘贴于其上的电阻应变片、输出电信号的电桥电路及补偿电路构成。其中感受被测物理量的弹性元件是其关键部分,结构形式有多样,旨在提高感受被测物理量的灵敏性和稳定性。

电阻应变式传感器工作原理是：由于被测物理量(如载荷,位移,压力等)能够在弹性元件上产生弹性变形(应变),而粘贴在弹性元件表面的电阻应变计可以将感受到弹性变形转变成电阻值的变化,这样电阻应变式传感器就将被测物理量的变化转换成电信号的变化量,再通过电桥电路及补偿电路输出电信号。通过测量此电量值达到测量非电量值的目的。

三、电阻应变式传感器的应用

在工程结构的强度分析中,了解和掌握力,力矩,位移,速度,加速度以及流体的压力等物理量的大小及其变化规律是十分重要的,而这些数据的获取常常是通过工程测量,应用较为普遍的是电测法.

1、测力传感器

测力传感器根据测量的对象不同,习惯上又称为力传感器,载荷传感器,荷重传感器等。

2、扭矩传感器

在扭矩测量中,电阻应变式扭矩传感器是最常用的一种,其弹性元件有圆轴,杆和板等多种形式.圆轴式扭矩传感器的弹性元件感受扭转变形.杆和板式扭矩传感器是将扭转变形转为弯曲变形,其弹性元件感受弯曲变形。

3、压力传感器

工程测试中的压力测量,主要是指测量液体或气体在单位面积上作用的压力,即液体或气体的压强。所以习惯上说的压力传感器,实际上是压强传感器.它不仅可以测量气体和流体的压力,还可以用来制造测量高度、密度、速度等仪表。压力传感器按其结构形式可以分为膜片式、圆筒式和组合式等几种。

4、位移传感器

电阻应变式位移传感器与测力传感器的原理相同,但要求不同。位移传感器弹性元件的要求是刚度小,弹性元件变形时,将对被测构件形成一个反力,影响被测构件的位移数值。位移传感器中与弹性元件相连接的触点直接感受被测的位移,从而引起弹性元件的变形.为了保证测量精度,触点的位移与应变计感受的应变之间应保持线性关系。位移传感器的弹性元件可以采用不同的形式,常用的是梁式和弹簧组合式。

5、加速度传感器

(下转第133页)

(上接第159页)

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!电阻应变式加速度传感器通常由质量块,弹性元件和基座组成。测量时,将基座固定在被测对象上,当被测物体以加速度a 运动时,质量块受到一个与加速度方向相反的惯性力,该惯性力使弹性元件产生变形，此时,安装在弹性元件上的应变计将感受粘贴处的应变,如果把应变计组成电桥则有电压输出。

如今,信息处理技术,微处理器和计算机技术的快速发展和广泛应用,都需要在传感器的开发方面有相应的进展.非电物理量的测试与控制技术,已越来越广泛地应用于航天、航空、常规武器、船舶、交通运输、冶

金、机械制造、化工、轻工、生物医学工程、自动检测与计量、称重等技术领域，而且也正在逐步引入人们的日常生活中。

参考文献：

[1]于彤《传感器原理及应用》机械工业出版社2010[2]刘灿军《实用传感器》国防工业出版社2004

[3]刘伟《传感器原理及实用技术》电子工业出版社2009年[4]中学物理教学参考2005年

惯的。例如句子“中国矿业大学的人”，采用正向最大匹配算法时，其切分结果为“中国矿业大学/的人”。4.2基于词库的正向最大匹配算法的改进

（1）正向最大匹配算法的设计

从图3可以看出：正向最大匹配是在已经匹配到state=1的词时，继续向Trie 树下遍历有限深度（其深度由参数给出）。如果此时落在state=0的Trie 树结点上，向上回溯直到state=1，将词输出。如果直接落在state=1结点，那么直接输出此词。其继续遍历深度=5，当遍历到state=1的“州”字时，继续向下遍历5次，到“大”字，因其state=0，回溯到“国”字，输出“徐州中国”，其直接限制是受到参数遍历深度的限制。那有的朋友可能会说，把参数改大不就解决问题了。不过这样就引入了效率问题，很多词只需要向下遍历2，3次就可以最大化匹配。

（2）改进后的正向最大匹配算法

图4是经过改进后的正向匹配，解决了上述的问题。

图4中，其继续遍历深度同样也为5但是当回溯到词“徐州中国”时，以“国”字结点继续遍历，直到其下面5个结点的state 都为0时结束，很明显，这是一个递归的过程。

（3）改进前后算法的比较

正向最大匹配算法的改进前后主要是结束条件的差别。其中，改进前，结束条件是一定要遍历到下一个State=1或者规定的最大遍历深度。而改进后，结束条件得到了一定优化，减小了遍历的深度。从而减轻了算法的负担，提高了效率。这样，就达到了改进此算法的目的，有效的降低内存消耗。

5、结束语

本文中建立的全文检索系统是一个对于各种文档为用户提供信息搜索服务，文档不限格式，可以适应多种格式文档的录入，创建索引，从而为用户提供更多，更好的信息。

在参阅了相关文档的基础上，本文进行了在Lucene 的基础上功能扩展，开发出实用的全文检索系统模型开始进一步的研究。

参考文献:

[1]赖茂生等编著．计算机情报检索[M]．北京：北京大学出版社，1998.2

[2]周登朋、谢康林.Lucene 搜索引擎[J].计算机工程，2007,33（18）：95-97

[3]周宁、谷宏群.基于Lucene_XML 的全文检索机制研究[J].图书情报知识，2005.6,105期

[4]赵汀、孟祥武.基于LUCENEAPI 的中文全文数据库设计与实现[J].计算机工程与应用，2003,12:179-181

图3

一般正向匹配算法

图4

改进后的正向匹配算法