检测传感器的优化配置

桥梁检测传感器的优化

近年来，随着我国经济的快速发展，交通运输日渐繁忙，作为公路交通咽喉的桥梁的地位日益突出。桥梁结构的安全性无疑成为桥梁管理者最为关心的问题。桥梁建成后，会受到气候、环境等自然因素而逐渐老化，加之交通量的增长，运输车辆的重量和外形尺寸的增大，加剧了现有桥梁的质量的退化，导致桥梁的实际承载能力的降低。而且，随着现在技术的发展越来越快，桥梁在设计和建设的跨度越来越大，功能和形式更加复杂并多样化。因此桥梁管理部门需要及时了解桥梁结构的安全性能，根据实际情况安排桥梁养护、维修、改建等工作。保证桥梁结构的安全使用，从而保证整个交通网络的畅通。

20世纪桥梁工程领域取得了许多伟大的成就，包括预应力技术的发展、斜拉桥和悬索桥等大跨度索支撑桥梁的建造、对超大跨度桥梁的探索以及对桥梁结构实施智能控制和智能监测的设想和努力。结构健康监测(Structur吐HeallhMonitoring，简称sHM)，是指利用现场的无损传感技术，通过包括结构响应在内的结构系统特性分析，达到监测结构状态，检测结构损伤或退化的目的[1]。桥梁结构健康监测，不是对传统桥梁检测技术的简单改进，而是运用现代传感和通信技术，实时监测桥梁运营阶段在各种环境条件下的结构响应与行为，获取反映结构状况和环境因素的各种信息，由此分析结构健康状态，并评估结构的可靠性，为桥梁的管理与维护决策提供科学依据。同时，由于桥梁监测获得的海量数据可以为验证结构分析模型、计算假定和设计方法等提供反馈信息，并可用于深入研究大跨度桥梁结构及环境中的未知或不确定性因素，因此，桥梁健康监测还具有对桥梁设计理论进行验证，并通过验证来指导桥梁设计的意义。通过桥梁健康监测还能对桥梁结构及环境中的许多未知问题进行更深入的调查和研究。

传感器系统(Sensor System)是桥梁结构健康监测系统的重要组成部分[2]虽然技术越来越发达，但是在现有的桥梁里面增设传感器也是不太可能，只有通过在我们桥梁建设之前优先不知道桥梁里，这就是我们有了一个新的课题—桥梁传感器的优化布置。怎在桥梁里布置传感器，以达到传感器的最优配比，是的既不影响桥梁的使用最大最完美的监测桥梁的安全。

“结构健康监测的关键所在，技术上而言，主要是先进传感器的优化布设和信息的高效传输”。由于国内外对该问题研究的时间都不长，包括传感器的优化有置在内的很多关键性技术问题尚处于初步探索阶段，有待更好地解决。

桥梁结构健康监测系统中使用的传感器种类繁多。既有用于观测结构动力相应的位移传感器、加速度传感器以及应变计等;也有用于观测环境因素的风速仪、温度计等;在斜拉桥和悬索桥上还有用于测量索力大小的索力计等。对于风速仪、温度计等传感器，由于使用较少，且常常是有针对性地用于观测某些重点区域，优化布置的意义不大。本文所讨论的传感器优化布置，是指利用桥梁结构的动、静力特性(如振型、刚度等)，对应用广泛的位移计、加速度计或应变计等类型的传感器布置方案的优化。本章将重点讨论传感器在桥梁结构主梁上的优化布置算法。

桥梁结构健康监测中传感器优化布置(以下简称传感器优化布置)，就是根据桥梁结构的动静力特性，在结构上找出一组布点，使得在这些测点上布置传感器所得到的响应在某种意义下为最优。

传感器优化问题可以概括为以下两个方面的内容:

1.针对一个特定的桥梁结构的具体监测项目，如何合理地布置传感器，才能使所需传感器最少，并能获得足够多的结构响应?

2.如何评价传感器布置方案的抗噪能力、稳定性、精度?

内容1实际上就是传感器优化布置的方法问题，即如何实现传感器优化布置。它既要求优化方法不仅在理论上合理可靠，而且在技术上还必须简单可行；既要求能获取全面、精确的结构参数信息，又要求能够通过合理添加测点对感兴趣的部位进行重点监测。内容2是指如何评价传感器布置方案优劣。对一个传感器系统的评价，既要对测点布设的理论依据是否合理可靠进行评判，还需要考察系统的抗噪声能力。Calne和Dohnnann还强调传感器布设应使模态试验结果具有良好的可视性(珑sual让ation)和鲁棒性伍obustness)。

目前，优化传感器布点方案的方法很多，如有效独立法(EffectiveInd叩endenee，EI)、Guyan模型缩减法、模态保证准则(ModalAssuraneeCriteria，MAC)、模态应变能法等。这些方法都是使传感器布点上结构的响应在某种意义下为最优。如有效独立法就是通过逐步消除那些对目标振型的独立性贡献最小的自由度，以使目标振型的空间分辨率能得到最大程度的保证。

（1）模态应变能法：模态应变能[3](Modal Strain Energy, MSE)认为在具有较大模态应变能的自由度上的结构响应也较大，将传感器配置于这些自由度上将有利于参数识别。也有学者指出，该法存在过分依赖有限元模型划分的缺点，如果模型划分得较细，则传感器也将分布得较远。

对具有m个自由度的动力学结构，可定义结构上各自由度的应变能矩阵

其中，Φ为正则化振型矩阵，u为位移矩阵，q为正则坐标矩阵，K为刚度阵

（2）Guyan缩聚法是最常用的缩聚方法之一，它是通过静力凝聚，将FEM 模型的自由度划分成主自由度和副自由度，并忽略副自由度的质量对结构的影响。将传感器布置在这些Guyan缩聚得到的主自由度上钡(得的响应，能有效地反映结构的低阶模态。

Guyan模型缩减法可以表述成如下形式:

其中，假设测点组为(t，，tZ，…，t，)，则取该组测点所对应的自由度为主自由度。Φt表示主自由度(即测点)所对应的振型矩阵，m，表示主自由度所对应的质量矩阵，k，表示主自由度所对应的刚度矩阵。

通过缩减，特征方程可以写成

其中

（3）有效独立法：是Kammer于1991年为解决航天器等大型结构的振动模态试验传感器布设问题时提出的一种方法，目前在桥梁等大型土木工程结构健康检测系统中使用最为广泛[4]

它从所有可能的测点出发，利用模态矩阵形成信息阵，按照各测点对目标模态矩阵独立性的贡献排序，依次删除对其秩贡献最小的待选测点，从而优化Fishe:信息阵，使感兴趣的模态向量尽可能保持线性无关。

该法在选定目标模态后，通过模态动能法初选测点，按照下式计算

MKE im=Φim∑j M ijΦjm

式中MKE im为与第m个模态第i个自由度相对应的模态动能；Φim为第m个模态在i点的分量；Φjm为第m个模态在j点的分量；M ij为有限元质量阵中的相应元素。

（4）MAC法：m个自由度的动力学模型，理论上可以得到独立的m阶固有振型，各固有振型在各自由度上的值形成了正交向量组。但在实际工程中，由于量测自由度远小于结构模型自由度，测得的模态间已经不完全满足正交关系；测试精度有限和各种噪声存在也使得各振型之间的交角变小。向量之间的交角大小实际上是向量是否线性相关的度量，当两个向量之间的交角过小时，可以认为二者线性相关而难以区分。在选择测点时，有必要确保量测的模态向量保持较大的空间交角，从而尽可能地把原来模型的特性保留下来。模态保证准则(Model AssuranceCriterion，MAC)就是评价模态向量之间空间交角的一个很好的工具。由k个待测自由度得到的MAC矩阵可以表述

式中，Φ表示第i阶模态向量;MAC ij表示第i阶模态向量与第j阶模态向量之间交角的余弦

以上是我们所常用的一些算法并不全面。但是在我们安置传感器的时候还是面临着很多问题，这些都不是简单的一些计算就可以解决的。

由于传感器优化布置时常常需要借助结构的有限元模型，所以虽然理论上传感器的可以布置在结构的任意位置，但是传感器的可能布点实际上只能在结构的有限元模型的节点上，即描述传感器布置位置的变量实际上是一组表示节点编号的整数值。因此，传感器优化布置问题的目标解具有离散特性。

假设需要在某桥梁的主梁结构上布置一定数量的传感器。设该桥的FEM模型中，主梁共划分为s个单元，共s+1个节点，取前n阶振型。则主梁结构的质量阵为M=diag (ml…m:)，刚度矩阵为K=(Kij)sxs，振型矩阵为Φ=（φij）sxn一般说来，由于FEM模型中节点的划分与实际桥梁的施工节段有关，往往并不存在一个正整数N，使得主梁节点数正好等于2万。这就是说，遗传算法优化传感器布点时，搜索域将大于可行解域，因此种群中存在大量的无效个体。这是遗传算法传感器优化布置问题的第二个特点。

用于评判一个传感器布置方案优劣的标准很多。虽然这些标准或多或少都存在一些内在联系，但根据不同标准得到的结论可能相差很大，往往不能同时满足多个标准。有时候，为了使传感器布置方案能够满足多方面的要求，可以将该问题设计成多目标优化问题，然后通过求解多目标优化问题的方法找到一组满足多个标准的传感器优化布置的满意解。多目标优化是传感器优化布置问题的第三个特点。

遗传算法是一种随机搜索算法，当指定传感器数量时，它能通过强大的局部寻优和全局搜索能力找到问题的最优目标。但是，利用遗传算法并不适合解决特定桥梁结构至少需要多少传感器的问题，因为它只能通过逐步增加或减少个体串的长度l，试算得到问题的解。遗传算法本身的计算量很大，计算所需时间很长，这在实际应用时往往是难以容忍的。这是本优化问题的第四个特点。

结论

传感器优化布置问题可以看作是多目标优化问题。只有结合了MAC准则，使得各传感器响应之间具有较高的独立性，才能避免多个传感器的响应信息之间的相互祸合，得到真正意义上的优化布置方案。另外，传感器优化布置问题属于整数优化问题，除了少数优化方法(如修正EI法)具有明显的序列格式外，绝大多数方法(如MAC法、模态运动能法等)都只适合采用遗传算法或其它随机搜索方法求解。序列法求解效率远远高于遗传算法;但是当为多目标优化问题时，往往很难找到有效的序列格式，此时利用遗传算法求解更容易理解，也更容易实现。

参考文献：

[1] 董聪，范立础，陈肇元.结构智能健康诊断的理论与方法

[2] 崔飞，袁万城，史家钧.传感器优化布设在桥梁健康监测中的应用[J1.同济大学学报，，1999，27(z):165一16

[3] 顾容容，董忠舫等.挠性结构主动减振忠传感器和激振器的优化配置[J].振动与冲击，1995，14(3):12一1

[4]吴大宏.基于遗传算法与神经网络的桥梁结构健康监测系统的研究.成都:西南交通大学博士学位论文，2003

传感器与检测技术(知识点总结)

传感器与检测技术(知识点总结) 一、传感器的组成2：传感器一般由敏感元件，转换元件及基本转换电路三部分组成。①敏感元件是直接感受被测物理量，并以确定关系输出另一物理量的元件（如弹性敏感元件将力，力矩转换为位移或应变输出）。②转换元件是将敏感元件输出的非电量转换成电路参数（电阻，电感，电容）及电流或电压等电信号。③基本转换电路是将该电信号转换成便于传输，处理的电量。二、传感器的分类 1、按被测量对象分类（1）内部信息传感器主要检测系统内部的位置，速度，力，力矩，温度以及异常变化。（2）外部信息传感器主要检测系统的外部环境状态，它有相对应的接触式（触觉传感器、滑动觉传感器、压觉传感器）和非接触式（视觉传感器、超声测距、激光测距）。 2、传感器按工作机理（1）物性型传感器是利用某种性质随被测参数的变化而变化的原理制成的（主要有：光电式传感器、压电式传感器）。（2）结构型传感器是利用物理学中场的定律和运动定律等构成的（主要有①电感式传感器；②电容式传感器； ③光栅式传感器）。 3、按被测物理量分类如位移传感器用于测量位移，温度传感器用于测量温度。

4、按工作原理分类主要是有利于传感器的设计和应用。 5、按传感器能量源分类（1）无源型：不需外加电源。而是将被测量的相关能量转换成电量输出（主要有：压电式、磁电感应式、热电式、光电式）又称能量转化型；（2）有原型：需要外加电源才能输出电量，又称能量控制型（主要有：电阻式、电容式、电感式、霍尔式）。 6、按输出信号的性质分类（1）开关型（二值型）：是“1”和“0”或开(ON)和关（OFF）；（2）模拟型：输出是与输入物理量变换相对应的连续变化的电量，其输入/输出可线性，也可非线性；（3）数字型：①计数型：又称脉冲数字型，它可以是任何一种脉冲发生器所发出的脉冲数与输入量成正比；②代码型（又称编码型）：输出的信号是数字代码，各码道的状态随输入量变化。其代码“1”为高电平，“0”为低电平。三、传感器的特性及主要性能指标 1、传感器的特性主要是指输出与输入之间的关系，有静态特性和动态特性。 2、传感器的静态特性是当传感器的输入量为常量或随时间作缓慢变化时，传感器的输出与输入之间的关系，叫静态特性，简称静特性。表征传感器静态特性的指标有线性度，敏感度，重复性等。 3、传感器的动态特性是指传感器的输出量对于随时间变化的输入量的响应特性称为动态特性，简称动特性。传感器的动态特

《传感器与检测技术》实验实施方案1

自考“机电一体化”专业衔接考试《传感器与检测技术》课程实验环节实施方案一、实验要求根据《传感器与检测技术》课程教学要求，实验环节应要求完成3个实验项目。考虑到自考课程教学实际情况，结合我院实验室的条件，经任课教师、实验指导教师、教研室主任和我院学术委员会认真讨论，确定开设3个实验项目。实验项目、内容及要求详见我院编制的《传感器》课程实验大纲。二、实验环境目前，我院根据编制的《传感器》课程实验大纲，实验环境基本能满足开设的实验项目。实验环境主要设备为： 1、486微机配置 2、ZY13Sens12BB型传感器技术实验仪三、实验报告要求与成绩评定学生每完成一个实验项目，要求独立认真的填写实验报告。实验指导教师将根据学生完成实验的态度和表现，结合填写的实验报告评定实验成绩。成绩的评定按百分制评分。四、实验考试学生在完成所有实验项目后，再进行一次综合性考试。教师可以根据学生完成的实验项目，综合出3套考试题，由学生任选一套独立完成。教师给出学生实验考试成绩作为最终实验成绩上报。五、附件

附件1 《传感器与检测技术》课程实验大纲附件2 实验报告册样式以上对《传感器与检测技术》课程实验的实施方案，妥否，请贵校批示。重庆信息工程专修学院 2009年4月14日

附件1 《传感器与检测技术》课程实验教学大纲实验课程负责人：段莉开课学期：本学期实验类别：专业课程实验类型：应用性实验实验要求：必修适用专业：机电一体化课程总学时：15 学时课程总学分： 1分《传感器与检测技术》课程实验项目及学时分配

实验一金属箔式应变片性能—单臂电桥一、实验目的 1、观察了解箔式应变片的结构及粘贴方式。 2、测试应变梁变形的应变输出。 3、比较各桥路间的输出关系。二、实验内容了解金属箔式应变片，单臂电桥的工作原理和工作情况。（用测微头实现）三、实验仪器直流稳压电源、电桥、差动放大器、双平行梁测微头、一片应变片、电压表、主、副电源。四、实验原理电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应，描述电阻应变效应的关系式为： R Ku R ?=式中 R R ?为电阻丝电阻相对变化，K 为应变灵敏系数, l u l ?=为电阻丝长度相对变化，金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件，通过它转换被测部位受力状态变化、电桥的作用完成电阻到电压的比例变化，电桥的输出电压反映了相应的受力状态。对单臂电桥输出电压 14 O EKu U = 。五、实验注意事项 1、直流稳压电源打到±2V 档，电压表打到2V 档，差动放大增益最大。 2、电桥上端虚线所示的四个电阻实际上并不存在，仅作为一标记，让学生组桥容易。 3、做此实验时应将低频振荡器的幅度旋至最小，以减小其对直流电桥的影响。六、实验步骤 1、了解所需单元、部件在实验仪上的所在位置，观察梁上的应变片，应变片为棕色衬底箔式结构小方薄片。上下二片梁的外表面各贴二片受力应变片和一片补偿应变片，测微头在双平行梁前面的支座上，可以上、下、前、后、左、右调节。 2、将差动放大器调零：用连线将差动放大器的正（＋）、负（－）、地短接。将差动放大器的输出端与电压表的输入插口Vi 相连；开启主、副电源；调节差动放大器的增益到最大位置，然后调整差动放大器的调零旋钮使电压表显示为零，关闭主、副电源，拆去实验连线。 3、根据图１接线。R1、R2、R3为电桥单元的固定电阻。R X =R4为应变片；将稳压电源的切换开关置±4V 档，电压表置20V 档。调节测微头脱离双平行梁，开启主、副电源，调节电桥平衡网络中的W1，使电压表显示为零，然后将电压表置2V 档，再调电桥W1（慢慢地调），使电压表显示为零。

《传感器与检测技术》全套教案

!知识目标：掌握接近开关的基本工作原理，了解各种接近开关的环境特性及使用方法，掌握应用接近开 T丨关进行工业技术检测的方法教学■ 口h I能力目标：对不同接近开关进行敏感性检测，使用霍尔接近开关完成转动次数的测量。目标！ i素质目标： ■ ■ ■ W ■?Fr??T??* 教学重点 .■该学…t 难点i接近开关的基本工作原理 I ---一一 ^—--十一- ——一一-一-一一--- —一-- . - — - - _-一- --- 教学］理实一体千輕丨实物讲解手段!小组讨论、协作接近开关的应用教学! 学时丨10 教学内容与教学过程设计 1理论学习〗项目一开关量检测任务一认识接近开关一、霍尔效应型接近开关 1.霍尔效应霍尔效应的产生是由于运动电荷在磁场作用下受到洛仑兹力作用的结果。把N型半导体薄片放在磁场中，通以固定方向的电流i图1-2霍尔效应么半导体中的载流子（电子）将沿着与电流方向相反的方向运动。如图1-2所示，i || （从a点至b点），那\ I讲解霍尔效应基i本原理，及霍尔电 I动势。 2.霍尔元件霍尔元件的结构简单，由霍尔片、四根引线和壳体组成，如图1-3 所示。图1-3 霍尔元件

—H ■ ——= H H H —H ■ ■ H H H H — H I 3.霍尔原件的性能参数 1）额定激励电流 2）灵敏度KH 3）输入电阻和输出电阻 4）不等位电动势和不等位电阻 5）寄生直流电动势 6）霍尔电动势温度系数 4.霍尔开关霍尔开关是在霍尔效应原理的基础上，利用集成封装和组装工艺制作而成，可把磁输入信号转换成实际应用中的电信号，同时具备工业场合实际应用易操作和可靠性的要求。图1-6霍尔开关 5.霍尔传感器的应用 1）霍尔式位移传感器霍尔元件具有结构简单、体积小、动态特性好和寿命长的优点，有功功率及电能参数的测量，也在位移测量中得到广泛应用。 1-7 霍尔式位移传感器的工作原理图 2）霍尔式转速传感器图1-8所示的是几种不同结构的霍尔式转速传感器。图1-8 几种霍尔式转速传感器的结构 3）霍尔计数装置图1-9所示的是对钢球进行计数的工作示意图和电路图。当钢球通过霍尔开关传感器时，传感器可输出峰值20 mV的脉冲电压，该电压经运算放大器（卩A741）放大后，驱动半导蒞H尤｛牛吐n惑坳强屢曲同的传黑器霜晦疋件 \ -Av 骷］罰腋的怖楞传想器雷耳朮件 At 畑铀构柑同的拉牌传感盟 1 了解霍尔传感器 I i的应用。它不仅用于磁感应强度、 U) 2

汽车传感器的检测方法Microsoft-Word-文档

汽车传感器的检测方法 1、汽车曲轴位置传感器汽车曲轴位置传感器一般安装于曲轴皮带轮或链轮侧面，有的安装于凸轮轴前端、分电器内或飞轮上。汽车曲轴位置传感器检测： 1)开路检测：关闭点火开关，拔下传感器插头，用万用表R×10欧挡测量感应线圈的电阻值一般为300-1500欧。 2)动态检测：1)用万用表AC电压档测量其输出电压，启动为0.1V;运转时为0.4-0.8V。用频率表测其工作频率。再用万用表测其电压信号和用示波器检测其信号波形。 2、汽车节气门位置传感器为了使喷油量满足不同工况的要求，电子控制汽油喷射系统在节气门体上装的传感器统称为节气门位置传感器。节气门位置传感器检测：线性输出型节气门位置传感器检测 1)静态检测：用万用表检测各端子的电阻值与标准相比对动。态检测：接通点火开关不发动发电机检测各端子是否导通。 2)、动态检测：先检测端电压和线束的导通性，接通点火开关测量不通状态下的电压信号和ECU的输出量与标准相比对。线性输出型节气门位置传感器检测波形图开关量输出型节气门位置传感器检测

1)静态检测：关闭火花塞，取下传感器线束用万用表检测各端电阻值。 2)、动态检测：现检测线路的导通性然后接通点火开关，用万用表电压档检测供电电压12V启动发动机测量怠速时的信号电压功率触点时的信号电压。开关量输出型节气门位置传感器检测波形图 3、汽车进气歧管压力传感器汽车进气歧管压力传感器分为电压型汽车进气歧管压力传感器(半导体压敏电阻式，膜盒传动式);频率型汽车进气歧管压力传感器(电容式，表面弹性波式)。汽车进气歧管压力传感器安装在进气歧管上，发动机机舱内，发动机电脑内。汽车进气歧管压力传感器检测： 1)、开路检测：关闭点火开关，拔下传感器插头，用万用表欧姆挡测量其各端子电阻动态电阻随压力的变化电阻值的测量。 2)、用万用表检测时因信号类型不同应选用不同的挡位，电压信号选用直流电压挡，频率信号选用频率挡。拔下进气压力传感器插头，打开点火开关，测量线束端插头上VCC与E2端子之间的电压应为4.5-5.5V。若无电压，则应检查ECU与传感器之间的线路和ECU。将插头插回，拆下传感器上的真空软管，打开点火开关，测量ECU连接器上端子在大气压下的输出电压。 4、汽车流量传感器汽车流量传感器分为汽车体积流量型传感器和汽车质量流量型传感器。安装于空气滤清器、节气门、进气歧管等位置。 1)、汽车体积流量型传感器检测：静态检测：万用表测各端电阻值和导通状态动态检测接通点火开关,空气的流量大小测相应的电阻值大小。

传感器与检测技术复习资料

传感器与检测技术复习资料(总6页) -CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1 -CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除

第一章 by YYZ 都是老师上课给的应该全都有了。 1.传感器是一种以一定精确度把被测量（主要是非电量）转换为与之有确定关系、便与应用的某种物理量（主要是电量）的测量装置。 2.传感器的组成：信号从敏感元件到转换元件转换电路。 3.敏感元件：它是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。 4.转换元件：敏感元件的输出就是它的输入，它把输入转换成为电路参数。 5.转换电路：将电路参数接入转换电路，便可转换为电量输出。 6.误差的分类：系统误差（测量设备的缺陷），随机误差（满足正态分布），粗大误差。 7.系统误差：在同一条件下，多次测量同一量值时绝对值和符号保持不变，按一定规律变化的误差称为系统误差。材料、零部件及工艺的缺陷，标准测量值，仪器刻度的标准，温度，压力会引起系统误差。 8.随机误差：绝对值和符号以不可预定的变化方式的误差。仪表中的转动部件的间隙和摩擦，连接件的弹性形变可引起随机误差，随机误具有随机变量的一切特点。 9.粗大误差：超出规定条件下的预期的误差。粗大误差明显歪曲测量结果，应该舍去不用。 10.精度：反映测量结果与真值接近度的值。 11.精度可分为准确度、精密度、精确度。 12.准确度：反映测量结果中系统误差的影响程度。 13.精密度：反映测量结果中随机误差的影响程度。 14.精确度：反映测量结果中系统误差和随机误差综合的影响程度，其定量特征可以用测量的不确定度（或极限误差）表示。 15.精密度高的准确度不一定高，准确度高的精密度不一定高，但精确度高，则精密度和准确度都高。

传感器与检测技术实验报告

“传感器与检测技术”实验报告学号： 913110200229 姓名：杨薛磊序号： 83

实验一电阻应变式传感器实验（一）应变片单臂电桥性能实验一、实验目的：了解电阻应变片的工作原理与应用并掌握应变片测量电路。二、基本原理：电阻应变式传感器是在弹性元件上通过特定工艺粘贴电阻应变片来组成。一种利用电阻材料的应变效应将工程结构件的内部变形转换为电阻变化的传感器。此类传感器主要是通过一定的机械装置将被测量转化成弹性元件的变形，然后由电阻应变片将弹性元件的变形转换成电阻的变化，再通过测量电路将电阻的变化转换成电压或电流变化信号输出。它可用于能转化成变形的各种非电物理量的检测，如力、压力、加速度、力矩、重量等，在机械加工、计量、建筑测量等行业应用十分广泛。三、需用器件与单元：主机箱中的±2V～±10V（步进可调）直流稳压电源、±15V直流 1位数显万用表（自备）。稳压电源、电压表；应变式传感器实验模板、托盘、砝码； 4 2 四、实验步骤：应变传感器实验模板说明：应变传感器实验模板由应变式双孔悬臂梁载荷传感器（称重传感器）、加热器+5V电源输入口、多芯插头、应变片测量电路、差动放大器组成。实验模板中的R1(传感器的左下)、R2(传感器的右下)、R3(传感器的右上)、R4(传感器的左上)为称重传感器上的应变片输出口；没有文字标记的5个电阻符号是空的无实体，其中4个电阻符号组成电桥模型是为电路初学者组成电桥接线方便而设；R5、R6、R7是350Ω固定电阻，是为应变片组成单臂电桥、双臂电桥（半桥）而设的其它桥臂电阻。加热器+5V是传感器上的加热器的电源输入口，做应变片温度影响实验时用。多芯插头是振动源的振动梁上的应变片输入口，做应变片测量振动实验时用。

汽车常见传感器工作原理及检测

汽车常见传感器工作原理及检测各种汽车传感器的作用目录 1、进气压力传感器:..................................................................... ............................................2 2、空气流量传感器:..................................................................... ............................................2 3、节气门位置传感器:..................................................................... ........................................2 4、曲轴角度传感器:..................................................................... ............................................3 5、凸轮轴位置传感器(又称气缸识别传感器)..................................................................... 3 6、氧传感器:..................................................................... ........................................................3 7、发动机转速传感器...................................................................... ...........................................4 8、进气温度传感器:..................................................................... ............................................5 9、水温传感

传感器与检测技术期末考试重点

填空20/选择20/大题35/分析15/计算10 第零章 1.传感器的定义：传感器是能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常有敏感元件和转换元件组成 2.传感器的组成：传感器有敏感元件和转换元件组成。但是由于传感器输出信号一般都很微弱，需要有信号调节与转换电路将其放大或变换为容易传输、处理、记录和显示的形式 3.传感器按能量关系分类：能量转换型传感器（热电偶、压电式、光电池、磁电），传感器直接将被测量的能量转换为输出量的能量；能量控制型传感器，由外部给传感器能量，而由被测量来控制输出的能量第一章 4.非线性误差：在采用直线拟合线性化时，输入输出的校正曲线与其拟合直线之间的最大偏差，通常用相对误差γL来表示，γL=±ΔLmax/y FS×100%（ΔLmax 非线性最大偏差，y FS满量程输出） 5.静态灵敏度：传感器输出的变化量Δy与引起该变化量Δx之比，k=Δy/Δx 6.温度稳定性（温度漂移）：指传感器在外界温度变化情况下输出量发生的变化第二章 7.线性电位器的理想空载特性应具有严格的线性关系 8.电阻应变片的工作原理（P31设计题）：基于电阻应变效应，即在导体产生接卸变形时，他的电阻值响应发生变化 9.测转速的传感器：电容式、霍尔式、光电式、电涡流式和磁电感应 10.电阻丝的灵敏系数：k0=ΔR/R=(1+2μ)-Δρ/(ρε) 11.电阻丝拉伸比例极限内，电阻的相对变化与应变成正比，即k0=1.7-3.6，ΔR/R≈k0ε，ε=Δl/l 12.金属丝式电阻应变片组成：敏感栅、基层和盖成、黏结剂、引线。其中敏感

栅是应变片最重要的部分，一般采用栅丝直径为0.015-0.05mm 13.横向效应（丝式存在横向效应铂式不存在）：沿应变片轴的应变εx比然引起应变片电阻的相对变化，而沿垂直于应变片轴向的横向应变εy,也会引起其电阻的相对变化 14.温度误差及其补偿：由于敏感栅温度系数α及栅丝与试件膨胀系数（βg及βs）之差异性而产生虚假应变输出有时会产生与真实应变同数量级的误差 15.直流电桥平衡条件：R1/R2=R3/R4,R1R4=R2R3，即为电桥相邻两臂电阻的比值相等，或相对两臂电阻的乘积相等 16.直流电桥电压灵敏度：全桥U0=UΔR/R；单桥U0=UΔR/（4R)；半桥U0=U ΔR/（2R)；差分电桥（半桥）优点：输出电压U0与ΔR1/R1成严格的线性关系，没有非线性误差，而且电桥灵敏度比单臂时提高一倍，还具有温度补偿作用17.应变片册立传感器：荷重、拉压力传感器的弹性元件可以做成柱式、筒式、环式及梁式。半/全桥分布（图P43）第三章 18.电感式传感器：利用线圈自感或互感的变化来实现测量的一种装置，可以用来测量位移、振动、压力、流量、重量、力矩、应变等多种物理量 19.电感式传感器的核心部分是可变自感或可变互感，在被测量转换成线圈自感或互感的变化时，一般要利用磁场作为媒介利用铁磁体的某些现象。这类传感器的主要特征是具有线圈 20.L=W2u0S0/（2l）0（电感值与线圈匝数平方成正比/与空气隙有效截面积S0成正比/与空气隙长度l0成反比。 21.变极距型（非极距型）传感器非线性原因：气隙厚度发生变化。改善：1）使初始间隙尽量大；2）测范围Δl尽量小；3）尽量使用差动式 22.与截面型自感式传感器相比，气隙型的灵敏度高。但其非线性严重，自由行程小，制造装配困难。近年来使用逐渐减少 23.差分自感式传感器其灵敏度与单极式相比较提高了一倍，非线性大大减小 24.P50变压器电桥推导

传感器与检测技术实验的报告.doc

精品资料 “传感器与检测技术”实验报告序号实验名称 1 电阻应变式传感器实验 2 电感式传感器实验学号： 3 电容传感器实验913110200229 姓名：杨薛磊序号：83

实验一电阻应变式传感器实验（一）应变片单臂电桥性能实验一、实验目的：了解电阻应变片的工作原理与应用并掌握应变片测量电路。二、基本原理：电阻应变式传感器是在弹性元件上通过特定工艺粘贴电阻应变片来组成。一种利用电阻材料的应变效应将工程结构件的内部变形转换为电阻变化的传感器。此类传感器主要是通过一定的机械装置将被测量转化成弹性元件的变形，然后由电阻应变片将弹性元件的变形转换成电阻的变化，再通过测量电路将电阻的变化转换成电压或电流变化信号输出。它可用于能转化成变形的各种非电物理量的检测，如力、压力、加速度、力矩、重量等，在机械加工、计量、建筑测量等行业应用十分广泛。三、需用器件与单元：主机箱中的± 2V ～± 10V （步进可调）直流稳压电源、±15V 直流稳压电源、电压表；应变式传感器实验模板、托盘、砝码； 4 12位数显万用表（自备）。四、实验步骤：应变传感器实验模板说明：应变传感器实验模板由应变式双孔悬臂梁载荷传感器（称重传感器）、加热器 +5V 电源输入口、多芯插头、应变片测量电路、差动放大器组成。实验模板中的 R1( 传感器的左下 )、R2( 传感器的右下 )、R3( 传感器的右上 )、R4( 传感器的左上)为称重传感器上的应变片输出口；没有文字标记的 5 个电阻符号是空的无实体，其中 4 个电阻符号组成电桥模型是为电路初学者组成电桥接线方便而设；R5、R 6、R7是 350 Ω固定电阻，是为应变片组成单臂电桥、双臂电桥（半桥）而设的其它桥臂电阻。加热器+5V是传感器上的加热器的电源输入口，做应变片温度影响实验时用。多芯插头是振动源的振动梁上的应变片输入口，做应变片测量振动实验时用。 1、将托盘安装到传感器上，如图 1 —4 所示。

传感器与检测技术总复习精华

传感器与检测技术总复习精华 IMB standardization office【IMB 5AB- IMBK 08- IMB 2C】

填空： 1.传感器是把外界输入的非电信号转换成(电信号)的装置。 2.传感器是能感受规定的(被测量)并按照一定规律转换成可用(输出信号)的器件或装置。 3.传感器一般由(敏感元件)与转换元件组成。 (敏感元件)是指传感器中能直接感受被测量的部分 (转换元件)是指传感器中能将敏感元件输出量转换为适于传输和测量的电信号部分。 4.半导体应变片使用半导体材料制成，其工作原理是基于半导体材料的(压阻效应)。 5.半导体应变片与金属丝式应变片相比较优点是(灵敏系数)比金属丝高50~80倍。 6.压阻效应是指半导体材料某一轴向受到外力作用时，其(电阻率ρ)发生变化的现象。 7.电阻应变片的工作原理是基于(应变效应),即在导体产生机械变形时,它的电阻值相应发生变化。 8.金属应变片由(敏感栅)、基片、覆盖层和引线等部分组成。 9.常用的应变片可分为两类:(金属电阻应变片)和(半导体电阻应变片)。半导体应变片工作原理是基于半导体材料的(压阻效应)。金属电阻应变片的工作原理基于电阻的(应变效应)。 10.金属应变片有（丝式电阻应变片）、（箔式应变片）和薄膜式应变片三种。 11.弹性敏感元件及其基本特性:物体在外力作用下而改变原来尺寸或形状的现象称为(变形),而当外力去掉后物体又能完全恢复其原来的尺寸和形状，这种变形称为(弹性变形)。 12.直线电阻丝绕成敏感栅后，虽然长度相同，但应变不同，园弧部分使灵敏系数K↓下降，这种现象称为(横向效应)。 13.为了减小横向效应产生的测量误差,现在一般多采用(箔式应变片)。 14.电阻应变片的温度补偿方法 1)应变片的自补偿法这种温度补偿法是利用自身具有温度补偿作用的应变片(称之为温度自补偿应变片)来补偿的，应变片的自补偿法有（单丝自补偿）和（双丝组合式自补偿）。 15.产生应变片温度误差的主要因素有下述两个方面。 1)(电阻温度系数)的影响 2)试件材料和电阻丝材料的(线膨胀系数不同)的影响 16.写出三种能够测量加速度的传感器（电阻应变片式传感器）（电容传感器）（压电传感器）

传感器与自动检测技术实验指导书.

传感器与自动检测技术验指导书张毅李学勤编著重庆邮电学院自动化学院 2004年9月

目录 C S Y-2000型传感器系统实验仪介绍 (1) 实验一金属箔式应变片测力实验（单臂单桥） (3) 实验二金属箔式应变片测力实验（交流全桥） (6) 实验三差动式电容传感器实验 (9) 实验四热敏电阻测温实验 (12) 实验五差动变压器性能测试 (14) 实验六霍尔传感器的特性研究 (17) 实验七光纤位移传感器实验 (21)

CSY-2000型传感器系统实验仪介绍本仪器是专为《传感器与自动检测技术》课程的实验而设计的，系统包括差动变压器、电涡流位移传感器、霍尔式传感器、热电偶、电容式传感器、热敏电阻、光纤传感器、压阻式压力传感器、压电加速度计、压变式传感器、PN结温度传感器、磁电式传感器等传感器件，以及低频振荡器、音频震荡器、差动放大器、相敏检波器、移相器、低通滤波器、涡流变换器等信号和变换器件，可根据需要自行组织大量的相关实验。为了更好地使用本仪器，必须对实验中使用涉及到的传感器、处理电路、激励源有一定了解，并对仪器本身结构、功能有明确认识，做到心中有数。在仪器使用过程中有以下注意事项： 1、必须在确保接线正确无误后才能开启电源。 2、迭插式插头使用中应注意避免拉扯，防止插头折断。 3、对从各电源、振荡器引出的线应特别注意，防止它们通过机壳造成短路，并禁止将这些引出线到处乱插，否则很可能引起一起损坏。 4、使用激振器时注意低频振荡器的激励信号不要开得太大，尤其是在梁的自振频率附近，以免梁振幅过大或发生共振，引起损坏。 5、尽管各电路单元都有保护措施，但也应避免长时间的短路。 6、仪器使用完毕后，应将双平行梁用附件支撑好，并将实验台上不用的附件撤去。 7、本仪器如作为稳压电源使用时，±15V和0~±10V两组电源的输出电流之和不能超过1.5A，否则内部保护电路将起作用，电源将不再稳定。 8、音频振荡器接小于100Ω的低阻负载时，应从LV插口输出，不能从另外两个电压输出插口输出。

传感器与检测技术课程教学大纲

《传感器与检测技术》课程教学大纲一、课程的性质、课程设置的目的及开课对象本课程是机械设计制造及其自动化专业（机械电子工程方向）学生的重要专业课程。本课程设置的目的是通过对传感器的一般特性与分析方法，传感器的工作原理、特性及应用，检测系统的基本概念的学习，通过本课程的学习，使学生掌握检测系统的设计和分析方法，能够根据工程需要选用合适的传感器，并能够对检测系统的性能进行分析、对测得的数据进行处理。开课对象：机械设计制造及其自动化专业（机械电子工程方向）本科生。二、先修课程：高等数学、工程数学、电子技术、数字电子技术等。三、教学方法与考核方式 1.教学方法：理论教学与实验教学相结合。 2.考核方式：闭卷考试。四、学时分配总学时48学时。其中：理论38学时，实验10学时五、课程教学内容与学时（一）传感器与检测技术概念传感器的组成、分类及发展动向，技术的定义及应用。重点：传感器与检测技术的目的和意义。教学方法：课堂教学和现场认识教学相结合。（二）传感器的特性 1.传感器的静态特性 2.传感器的动态特性及其响；重点：传感器的静态特性与动态特性的性质。难点：工艺计算与平面布置；微机联网控制系统。广度：本章主要讲述传感器特性的基础知识。深度：主要讲述传感器的特性，不涉及复杂的内容。教学方法、手段：课堂教学、多媒体教学，强化实际操作。（三）电阻式传感器 1.电位器式传感器的主要特性及其应用 2.应变片的工作原理 3.应变片式电阻传感器的主要特性及应用重点：理解电位器式传感器、应变片式传感器的工作原理，掌握它们的性能特点，了解其常用结构形式及应用。难点：线性与非线性电位器的测量原理，应变片式传感器的测量原理、温度误差及其补偿。

汽车测速传感器检测系统设计

汽车车速传感器检测系统设计目前，随着人们生活水平的逐渐提高，人们对于生活质量的要求也日益增加，尤其是对生活质量舒适度的要求。汽车在中国普遍作为代步工具。而在国外，汽车却是一项十分受欢迎的交通方式。因此爱好汽车人十分学要一款能测速的装置，以知道自己的运行情况。并根据外界条件，如温度，风速等进行适当的调节，已达到最佳的运行效果。因此需要寻找一种装置与方法进行对训练中各种参数的测定记录。本文讲详细的具体的讨论这些方法在汽车上的应用。汽车要实现测速必须满足以下这些要求： ⒈对汽车进行实时速度的测量。显示出速度值。 ⒉能针对不同的车型进行选择。从而采用不同的模块进行测量。 ⒊能测量出当前的环境，以供使用者决定是否适宜出行。 ⒋显示当前日期时间，可以任意设定当前工作时间。 ⒌显示行车里程，运动时间。 ⒍可以自行设定采样频率 ⒎记录一段时间内的定时采样速度，存入制定单元。通过与PC机进行通讯，将数据传送到PC机中用如见进行处理，分析。得出运动或训练的情况。 8. 可以进入系统休眠方式以节省电能，并随时激活唤醒系统重新进行工作。可以调节液晶对比度，可以打开背景灯显示。

系统框图通过传感器对外部物理量进行测量，再将物理信号转换为电信号，输入单片机，单片机对所输入的电信号进行处理，最后输出显示，并可以通过与上位机通讯将数据采集到电脑中。其中传感器元件用霍尔传感器，霍尔传感器外形图和与磁场的作用关系如右图所示。磁场由磁钢提供，所以霍尔传感器和磁钢需要配对使用。霍尔传感器检测转速示意图如下。在非磁材料的圆盘边上粘贴一块磁钢，霍尔传感器固定在圆盘外缘附近。圆盘每转动一圈，霍尔传感器便输出一个脉冲。通过单片机测量产生脉冲的频率就可以得出圆盘的转速。提醒：当没有信号产生时，可以改变一下磁钢的方向，霍尔对磁钢方向有要求。没有磁钢时输出高电平，有磁钢时输出低电平。被测量对象传感器单片机系统数据处理并显示 PC 机通信处理

传感器与检测技术(重点知识点总结)

传感器与检测技术知识总结 1：传感器是能感受规定的被检测量并按照一定规律转换成可输出信号的器件或装置。一、传感器的组成 2：传感器一般由敏感元件，转换元件及基本转换电路三部分组成。①敏感元件是直接感受被测物理量，并以确定关系输出另一物理量的元件（如弹性敏感元件将力，力矩转换为位移或应变输出）。②转换元件是将敏感元件输出的非电量转换成电路参数（电阻，电感，电容）及电流或电压等电信号。 ③基本转换电路是将该电信号转换成便于传输，处理的电量。二、传感器的分类 1、按被测量对象分类（1）内部信息传感器主要检测系统内部的位置，速度，力，力矩，温度以及异常变化。（2）外部信息传感器主要检测系统的外部环境状态，它有相对应的接触式（触觉传感器、滑动觉传感器、压觉传感器）和非接触式（视觉传感器、超声测距、激光测距）。 2、传感器按工作机理（1）物性型传感器是利用某种性质随被测参数的变化而变化的原理制成的（主要有：光电式传感器、压电式传感器）。（2）结构型传感器是利用物理学中场的定律和运动定律等构成的（主要有①电感式传感器；②电容式传感器；③光栅式传感器）。 3、按被测物理量分类如位移传感器用于测量位移，温度传感器用于测量温度。 4、按工作原理分类主要是有利于传感器的设计和应用。 5、按传感器能量源分类（1）无源型：不需外加电源。而是将被测量的相关能量转换成电量输出（主要有：压电式、磁电感应式、热电式、光电式）又称能量转化型；（2）有原型：需要外加电源才能输出电量，又称能量控制型（主要有：电阻式、电容式、电感式、霍尔式）。 6、按输出信号的性质分类（1）开关型（二值型）：是“1”和“0”或开(ON)和关（OFF）；（2）模拟型：输出是与输入物理量变换相对应的连续变化的电量，其输入/输出可线性，也可非线性；（3）数字型：①计数型：又称脉冲数字型，它可以是任何一种脉冲发生器所发出的脉冲数与输入量成正比；②代码型（又称编码型）：输出的信号是数字代码，各码道的状态随输入量变化。其代码“1”为高电平，“0”为低电平。三、传感器的特性及主要性能指标 1、传感器的特性主要是指输出与输入之间的关系，有静态特性和动态特性。 2、传感器的静态特性是当传感器的输入量为常量或随时间作缓慢变化时，传感器的输出与输入之间的关系，叫静态特性，简称静特性。表征传感器静态特性的指标有线性度，敏感度，重复性等。 3、传感器的动态特性是指传感器的输出量对于随时间变化的输入量的响应特性称为动态特性，简称动特性。传感器的动态特性取决于传感器的本身及输入信号的形式。传感器按其传递，转换信息的形式可分为①接触式环节；②模拟环节； ③数字环节。评定其动态特性：正弦周期信号、阶跃信号。 4、传感器的主要性能要求是：1）高精度、低成本。2）高灵敏度。3）工作可靠。4）稳定性好，应长期工作稳定，抗腐蚀性好；5）抗干扰能力强；6）动态性能良好。7）结构简单、小巧，使用维护方便等；四、传感检测技术的地位和作用 1、地位：传感检测技术是一种随着现代科学技术的发展而迅猛发展的技术，是机电一体化系统不可缺少的关键技术之一。 2、作用：能够进行信息获取、信息转换、信息传递及信息处理等功能。应用：计算机集成制造系统（CIMS）、柔性制造系统（FMS）、加工中心（MC）、计算机辅助制造系统（CAM）。五、基本特性的评价 1、测量范围：是指传感器在允许误差限内，其被测量值的范围；量程：则是指传感器在测量范围内上限值和下限值之差。2、过载能力：一般情况下，在不引起传感器的规定性能指标永久改变条件下，传感器允许超过其测量范围的能力。过载能力通常用允许超过测量上限或下限的被测量值与量程的百分比表示。 3、灵敏度：是指传感器输出量Y与引起此变化的输入量的变化X之比。 4、灵敏度表示传感器或传感检测系统对被测物理量变化的反应能力。灵敏度越高越好，因为灵敏度越高，传感器所能感知的变化量越小，即被测量稍有微小变化，传感器就有较大输出。K值越大，对外界反应越强。 5、反映非线性误差的程度是线性度。线性度是以一定的拟合直线作基准与校准曲线作比较，用其不一致的最大偏差△Lmax与理论量程输出值Y（=ymax—ymin）的百分比进行计算。 6、稳定性在相同条件，相当长时间内，其输入/输出特性不发生变化的能力，影响传感器稳定性的因素是时间和环境。 7、温度影响其零漂，零漂是指还没输入时，输出值随时间变化而变化。长期使用会产生蠕变现象。 8、重复性：是衡量在同一工作条件下，对同一被测量进行多次连续测量所得结果之间的不一致程度的指标；（分散范围

汽车传感器的检测

第十二章汽车常用传感器的检测 1.水温传感器水温传感器的精密度对喷油量有一定的影响，当混合气过浓或者过稀时，应先检查水温传感器，然后检查其它传感器。在检查时，可拆下水温传感器，将其置于茶壶内对其进行加热测试，用万用表测量在不同水温时的电阻值，在水温20℃时其阻值应为２～３ＫΩ阻值左右，80℃时应为0.2～0.4KΩ阻值左右，如果测量结果不符合规定要求，则应更换水温传感器。 2.进气温度传感器其结构与水温传感器基本相似，检查时可使用万用表测量阻值进行判断。在正常情况下，当温度在20℃左右时，其阻值应为２～３ＫΩ阻值左右，60℃时应为0.4～0.7KΩ阻值左右，如果测量结果不符合规定要求，则应更换其传感器。当安装于空气流量计内的进气温度传感器损坏时应更换空气流量计，清洗节气门体，更换原厂滤清器。 3.进气压力传感器采用速度－密度方式检测进气量的电控燃油喷射系统，是利用进气岐管压力传感器来间接地测量发动机吸入的空气量，检测时通常检查传感器的电源电压和输出电压。方法如下： 1）电源电压的检查：拆下进气岐管上的压力传感器的线束插头，将点火开关置于ON位置，然后用万用表的电压档来测量线束插

头上的电源端子之间的电压，其值应符合规定（具体数值请查看被维修车辆的维修手册），否则应更换或修复其电控线束； 2）输出电压的检查：拆下传感器与进气岐管相连接的真空软管，使传感器直接与大气相通，然后将点火开关置于ON位置，用电压表在电控单元线束插头处测量传感器的输出电压，接着向传感器内加真空。并测量不同真空下它的输出电压，该电压值随真空密度的增大而降低，其变化情况应符合技术参数规定，否则应更换其传感器。 4.氧气传感器的检测氧传感器安装在发动机排气管上，其作用是检测排气管中氧分子的浓度，并将其转换成电压信号或电阻信号，使电控单元依此信号来控制混合气的浓度。发动机油耗过大时，严重冒黑烟。正常的数据是：诊断仪检查发动机故障的数据流，氧传感器电压变化频率为10～20次/秒，这是比较理想的状态。如果低于10次，那么可以初步判断氧传感器故障，如果是在0.45V的电压上没有变化，那么可以判定氧传感器损坏，信号处于中断状态。简单的检查方法：用万用表测量其接线端中加热器（电压加热电阻）的两根接线柱之间的电阻，其正常值应为4～40ＫΩ.否则应更换氧传感器； 5.检查霍尔凸轮轴位置传感器发动机运转时，用汽车示波器测量霍尔凸轮轴位置传感器的信号

传感器与检测技术第二知识点总结

、电阻式传感器 1）电阻式传感器的原理：将被测量转化为传感器电阻值的变化，并加上测量电路。 2）主要的种类：电位器式、应变式、热电阻、热敏电阻应变电阻式传感器 1）应变：在外部作用力下发生形变的现象。 2）应变电阻式传感器：利用电阻应变片将应变转化为电阻值的变化 a. 组成：弹性元件+电阻应变片 b. 主要测量对象：力、力矩、压力、加速度、重量。 c. 原理：作用力使弹性元件形变发生应变或位移应变敏感元件电阻值变化通过测量电路变成电压等点的输出。 PL 3）电阻值：R （电阻率、长度、截面积）。 A 4）应力与应变的关系：打二E ；（被测试件的应力=被测试件的材料弹性模量 *轴向应变）应注意的问题： a. R3=R4; b. R1与 R2应有相同的温度系数、线膨胀系数、应变灵敏度、初值; c. 补偿片的材料一样，个参数相同； d. 工作环境一样；、电感式传感器 1）电感式传感器的原理：将输入物理量的变化转化为线圈自感系数L 或互感系数 M 的变化 2）种类：变磁阻式、变压器式、电涡流式。 3）主要测量物理量：位移、振动、压力、流量、比重。变磁阻电感式传感器 1）原理：衔铁移动导致气隙变化导致电感量变化，从而得知位移量的大小方向。点八、、 5）应力与力和受力面积的关系: 二（应力） F （力）

2)自感系数公式: 2 N 4 (( 磁导率)Ao (截面积) L 二2;(气隙厚度) 3) 种类：变气隙厚度、变气隙面积 4) 变磁阻电感式传感器的灵敏度取决于工作使得当前厚度。 5) 测量电路：交流电桥、变压器式交变电桥、谐振式测量电桥。 P56 6) 应用：变气隙厚度电感式压力传感器(位移导致气隙变化导致自感系数变化导致电流变化) 差动变压器电感式传感器 1) 原理：把非电量的变化转化为互感量的变化。 2) 种类：变隙式、变面积式、螺线管式。 3) 测量电路：差动整流电路、相敏捡波电路。电涡流电感式传感器 1) 电涡流效应：块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中做切割磁感线的运动，磁通变化，产生电动势，电动势将在导体表面形成闭合的电流回路。 Z W 「，r ，f ，x ) 等效阻抗 (电阻率、磁导率、尺寸、励磁电流的频率、距离) 2) 趋肤效应：电涡流只集中在导体表面的现象。 3) 原理：产生的感应电流产生新的交变磁场来反抗原磁场，式传感器的等效阻抗变化 4) 测量电路：调频式测量电路、调幅式测量电路。 5) 测量对象：位移、厚度、表面温度、速度、应力、材料损伤、振幅、转速。三、电容式传感器 1) 原理：将非电量的变化转化为电容量的变化。 2) 特点：结构简单、体积小、分辨率高、动态响应好、温度稳定性好、电容量小、负载能力差、易受外界环境的影响。 3) 测量对象：位移、振动、角度、加速度、压力，差压，液面、成分含量。结构分类：平板和圆筒电容式传感器 1) 公式: >0 zr A d 2) 平板式电容器可分为三类：变极板覆盖面积的的变极距型。变面积型，变介质介电常数的变介质型、变极板间距离 3) 测量电路：调频电路、运算放大器、变压器是交流电桥、二极管双 T 型交流电路、脉冲宽度调制电路 4) 典型应用四、压电式传感器(有源) 1) 正压电效应：对某些电介质沿一定方向加外力使之形变，其内部产生极化而在表面产生电荷聚集的现

传感器与检测技术实验指南.

实验一压阻式压力传感器的压力测量实验第一部分：压阻式压力传感器一、实验目的：了解扩散硅压阻式压力传感器测量压力的原理和方法。二、基本原理：扩散硅压阻式压力传感器在单晶硅的基片上扩散出P型或N型电阻条，接成电桥。在压力作用下根据半导体的压阻效应，基片产生应力，电阻条的电阻率产生很大变化，引起电阻的变化，我们把这一变化引入测量电路，则其输出电压的变化反映了所受到的压力变化。三、需用器件与单元：压力源(已在主控箱)、压力表、压阻式压力传感器、压力传感器实验模板、流量计、三通连接导管、数显单元、直流稳压源±4V、±15V。四、实验步骤： 1、这里选用的差压传感器两只气咀中，一只为高压咀，另一只为低压咀。本实验模板连接见图1-1，压力传感器有4端：3端接+2V电源，1端接地线，2端为U0+，4端为U0-。1、 2、 3、4端顺序排列见图1-1。端接线颜色通过观察传感器引脚号码判别。 2、实验模板上R w2用于调节零位，R w2可调放大倍数，按图1-1接线，模板的放大器输出V02引到主控箱数显表的V i插座。将显示选择开关拨到合适档位，反复调节R w2(R w1旋到满度的1/3)使数显表显示为零。 3、先松开流量计下端进气口调气阀的旋钮，开通流量计。图1-1 压力传感器压力实验接线图 4、合上主控箱上的气源开关K3，启动压缩泵，此时可看到流量计中的滚珠

浮起悬于玻璃管中。 5、逐步关小流量计旋钮，使标准压力表指示某一刻度。 6、仔细地逐步由小到大调节流量计旋钮，使在4～14KP之间每上升1KP 分别读取压力表读数，记下相应的数显表值列于表(1-1) 表(1-1)压力传感器输出电压与输入压力值思考题 1、计算本系统的灵敏度和非线性误差。 2、如果本实验装置要成为一个压力计，则必须对电路进行标定，方法如下：输入4KPa气压，调节R w2(低限调节)使数显表显示0.400V，当输入12KPa气压，调节R w1(高限调节)，使数显表显示1.200V这个过程反复调节直到足够的精度即可。 3、利用本系统如何进行真空度测量？第二部分：扩散硅压阻式压力传感器差压测量一、实验目的：了解利用压阻式压力传感器进行差压测量的方法。二、基本原理：压阻式压力传感器的硅膜片受到两个压力P1和P2作用时由于它们对膜片产生的应力正好相反，因此作用在压力膜片上是ΔP=P1-P2，从而可以进行差压测量。三、需用器件与单元：实验八所用器件和单元、压力气囊。四、实验步骤：请同学们自拟一个差压测量的方法，并记录实验数据。