可穿戴式运动传感器、传感电路及运动检测方法与制作流程

图片简介:

一种可穿戴式运动传感器、传感电路及运动检测方法，涉及人机交互用传感器,设有硅橡胶介电薄膜层，硅橡胶介电薄膜层上侧和下侧分别设有上柔性电极层和下柔性电极层，上柔性电极层的上侧和下柔性电极层的下侧分别设有上绝缘保护层和下绝缘保护层，上柔性电极层和下柔性电极层上分别设有上电极引脚和下电极引脚，上绝缘保护层和下绝缘保护层为硅橡胶绝缘保护层。传感电路包括用传感器本体、电流积分模块、滤波模块、信号处理模块、解耦处理模块、稳压电源模块、开关模块和显示模块；检测方法包括信号检测、处理，信号解耦实时输出。本技术具有结构简单，灵敏度、精度高成本低，实时性好，穿戴舒适，能够准确测量人体动作等优点。

技术要求

1.一种可穿戴式运动传感器，其特征在于：设有硅橡胶介电薄膜层，硅橡胶介电薄膜层上侧和下侧分别设有上柔性电极层和下柔性电极层，上柔性电极层的上侧和下柔性电极层

的下侧分别设有上绝缘保护层和下绝缘保护层，上柔性电极层和下柔性电极层上分别设

有上电极引脚和下电极引脚，上绝缘保护层和下绝缘保护层为硅橡胶绝缘保护层；其由

下述材质及方法制备而成：

第一步、制备硅橡胶介电薄膜板：配制牺牲层，按聚丙烯酸和挥发性溶剂按质量比

1:3~1:5称取试剂、放置于小盒中，再将其放入搅拌机，混匀脱泡搅拌、得牺牲层浆液；

配置硅橡胶液，硅橡胶原液与稀释剂按质量比1:1~3:2放置于小盒中，再将其放入搅拌

机，混匀脱泡搅拌、得硅橡胶液；涂牺牲层，将牺牲层浆液使用涂布器涂覆在热塑性聚

酯基板上，涂完后，等牺牲层变干，变干后热塑性聚酯基板呈现七彩色；涂硅橡胶层，

将硅橡胶液使用涂布器涂覆在已覆盖牺牲层的热塑性聚酯基板上，用钢板托起涂膜后基板，盖上亚克力罩；加热固化，送至加热箱加热固化、得硅橡胶介电薄膜板待用；

第二步、制备硅橡胶绝缘保护层板：配制牺牲层浆液，按聚丙烯酸和挥发性溶剂按质量比1:3~1:5称取试剂放置于小盒中，再加入占总质量2%~6%的水，将其放入搅拌机，混匀脱泡搅拌、得牺牲层浆液；配置硅橡胶液，在小盒上缠绕生料带，硅橡胶原液与稀释剂按质量比1:1~3:2放置于小盒中，再将其放入搅拌机，混匀脱泡搅拌、得硅橡胶液；涂牺牲层，将牺牲层浆液使用涂布器涂覆在热塑性聚酯基板上，涂完后，等牺牲层变干，变干后塑性聚酯基板呈现七彩色；涂硅橡胶层，将硅橡胶液使用涂布器涂覆在已覆盖牺牲层的热塑性聚酯基板上，用钢板托起涂膜后基板，盖上亚克力罩；加热固化，送至加热箱加热，得硅橡胶绝缘保护层板待用；

第三步、制备柔性电极：碳材料和挥发性溶剂质量比1:17~1:22混合后，再加入钢珠分散碳粉，在搅拌机中混匀搅拌脱泡，得电极浆液；搅拌完成后，取出小盒，在电极浆液中加入与碳材料质量比为1:9~1:11的硅橡胶原液，再加入与硅橡胶原液质量比为1:1~3:2的稀释剂后，在搅拌机中混匀搅拌脱泡，得柔性电极待用；

第四步、将制备的硅橡胶介电薄膜板和硅橡胶绝缘保护层板切割成硅橡胶介电薄膜板单元和硅橡胶绝缘保护层板单元，在硅橡胶绝缘保护层板单元上切割一个电极引脚槽，在热塑性聚酯板中部切出电极涂抹槽口；

第五步、硅橡胶介电薄膜板单元的硅橡胶层侧正对电极涂抹槽口地贴覆在热塑性聚酯板上，在电极涂抹槽口内的硅橡胶介电薄膜板单元的硅橡胶层侧涂抹柔性电极，柔性电极涂覆完成后将硅橡胶介电薄膜板单元与热塑性聚酯板分离，加热固化，得硅橡胶介电薄膜电极板；

第六步、等离子处理，将硅橡胶介电薄膜电极板、硅橡胶绝缘保护层板单元放进等离子机进行等离子处理；

第七步、将等离子处理后的硅橡胶绝缘保护层板单元的硅橡胶层与硅橡胶介电薄膜电极板的柔性电极相对的贴合并粘接固定，得传感器主体基板；

第八步、将传感器主体基板的硅橡胶介电薄膜电极板一侧置于沸水中、使牺牲层溶解，将热塑性聚酯基板去除；

第九步、重复上述第五步、第六步、第七步的操作，制得传感器主体板；

第十步、将传感器主体板的两侧分别置于沸水中、使牺牲层溶解，将热塑性聚酯基板去除，得传感器主体；

第十一步、将电极引脚放置于的电极引脚槽内，取适量柔性电极涂抹在电极引脚槽内，放入加热箱加热固化，最后将导线焊接在电极引脚上，完成制作。

2.根据权利要求1所述的可穿戴式运动传感器，其特征在于：所述的硅橡胶介电薄膜层中使用的硅橡胶原液为LSR4305或MED4901；硅橡胶绝缘保护层中使用的硅橡胶原液为LSR4305或Sylgard186；柔性电极层中使用的硅橡胶原液为MED4901。

3.根据权利要求1或2所述的可穿戴式运动传感器，其特征在于：所述的挥发性溶剂为异丙醇；稀释剂为异辛烷或OS-20；硅橡胶介电薄膜层厚度优选范围：70-200μm；绝缘保护层厚度优选范围：200-400μm。

4.一种包含上述可穿戴式运动传感器的传感电路，其特征在于：包括用传感器本体、电流积分模块、滤波模块、信号处理模块、解耦处理模块、稳压电源模块、开关模块和显示模块；传感器本体的一根导线与开关模块的输出端相连、另一根导线与运算放大器的同相输入端相连；电流积分模块输出端与滤波模块输入端相连，滤波模块输出端与信号处理模块输入端相连，信号处理模块输出端与解耦处理模块输入端相连，解耦处理模块输出端与显示模块输入端相连，稳压电源模块分别与电流积分模块、开关模块、解耦处理模块和信号处理模块相连，开关模块的输入端与信号处理模块的脉冲信号输出端相连，开关模块的输出端与电流积分模块的脉冲信号输入端、传感器本体的一根导线相连。

5.根据权利要求4所述的传感电路，其特征在于：电流积分模块包括运算放大器和参考电容，运算放大器的输出端和同相输入端之间、输出端与反相输入端分别连接有测量电阻R2和测量电阻R4，参考电容Cref加在同相输入端与地之间，参考电容Cref的两端并联一个测量电阻R1，在反相输入端与地之间连接有测量电阻R3。

6.一种使用上述传感电路对运动的检测方法，其特征在于包括如下步骤：

a、在待检测关节的每一个运动发生时关节外的皮肤伸展变化最大处贴附并固定一个传感器；

b、传感器检测关节角度变化的运动模拟信号输出给滤波模块，滤波模块对运动电信号进行低通滤波，低通滤波后的运动电信号经信号处理模块A/D转换后将前后两个周期的信号叠加取平均值，得运动数字信号；

c、将运动数字信号输入解耦处理模块，解耦处理模块将运动数字信号代入公式：

计算出待检测关节运动的一个运动方向的角度；

规定：检测关节j个运动方向的运动角度，检测关节在第j号运动方向上的运动角度

为，表示运动时第号i传感器电压示数的变化，符号表示第j号运动方向上的运动角度与第i号传感器对应的传感器电压示数的变化之间的斜率；其写成矩阵的形式有：

简写为

通过传感器的示数来推算腕关节运动角度，即

d、数字信号通过显示模块实时输出。

技术说明书

一种可穿戴式运动传感器、传感电路及运动检测方法

技术领域

本技术涉及人机交互用传感器领域，详细讲是一种结构简单，灵敏度、精度高成本低，实时性好，穿戴舒适，能够准确测量人体动作的基于硅橡胶的可穿戴式运动传感器、传感电路及运动检测方法。

背景技术

虚拟现实（Virtual Reality，VR）技术近几年已广泛用于电子产品，成为全球范围内的火爆话题。仅2016年六月份中国VR产品销量就接近55万台，较一月份增长27.8倍，VR产品市场规模的年增长预计将高达500%。人体关节运动检测传感器是互动式VR系统所需的关键元件，它可以捕捉人体的动作与姿态信息，将信息传递给虚拟现实系统，实现人机交互。借助数据手套，用户可自然高效的完成人机互动。此外，人体动作捕捉在游戏娱乐、动画设计、手术教学、手语识别、可视化科学研究、机器人控制、军事情报、体育训练等领域也具有巨大的应用前景。

目前的人体动作监测手段，主要是利用视觉图像跟踪处理系统和惯性测量系统，前者价格昂贵且光照限制运动范围限制；后者穿戴不舒适且检测精度低。如现有的手腕运动捕捉设备中，摄像捕捉系统仅限于室内，惯性测量单元存在漂移的缺点，刚性的测角器穿戴不舒适。

技术内容

本技术的目的是解决上述现有技术的不足，提供一种结构简单，灵敏度、精度高，成本低，实时性好，穿戴舒适，能够准确测量人体动作的可穿戴式运动传感器及其使用方法。不受光照限制等要求，

本技术解决上述现有技术的不足所采用的技术方案是：

一种可穿戴式运动传感器，其特征在于：设有硅橡胶介电薄膜层，硅橡胶介电薄膜层上侧和下侧分别设有上柔性电极层和下柔性电极层，上柔性电极层的上侧和下柔性电极层的下侧分别设有上绝缘保护层和下绝缘保护层，上柔性电极层和下柔性电极层上分别设有上电极引脚和下电极引脚，上绝缘保护层和下绝缘保护层为硅橡胶绝缘保护层；其由下述材质及方法制备而成：

第一步、制备硅橡胶介电薄膜板：配制牺牲层，按聚丙烯酸和挥发性溶剂按质量比

1:3~1:5称取试剂、放置于小盒中，再将其放入搅拌机，混匀脱泡搅拌、得牺牲层浆液；配置硅橡胶液，硅橡胶原液与稀释剂按质量比1:1~3:2放置于小盒中，再将其放入搅拌机，混匀脱泡搅拌、得硅橡胶液；涂牺牲层，将牺牲层浆液使用涂布器涂覆在热塑性聚酯基板上，涂完后，等牺牲层变干，变干后热塑性聚酯基板呈现七彩色；涂硅橡胶层，将硅橡胶液使用涂布器涂覆在已覆盖牺牲层的热塑性聚酯基板上，用钢板托起涂膜后基板，盖上亚克力罩；加热固化，送至加热箱加热固化、得硅橡胶介电薄膜板待用；

第二步、制备硅橡胶绝缘保护层板：配制牺牲层浆液，按聚丙烯酸和挥发性溶剂按质量比1:3~1:5称取试剂放置于小盒中，再加入占总质量2%~6%的水，将其放入搅拌机，混匀脱泡搅拌、得牺牲层浆液；配置硅橡胶液，在小盒上缠绕生料带，硅橡胶原液与稀释剂按质量比1:1~3:2放置于小盒中，再将其放入搅拌机，混匀脱泡搅拌、得硅橡胶液；涂牺牲层，将牺牲层浆液使用涂布器涂覆在热塑性聚酯基板上，涂完后，等牺牲层变干，变干后塑性聚酯基板呈现七彩色；涂硅橡胶层，将硅橡胶液使用涂布器涂覆在已覆盖牺牲层的热塑性聚酯基板上，用钢板托起涂膜后基板，盖上亚克力罩；加热固化，送至加热箱加热，得硅橡胶绝缘保护层板待用；

第三步、制备柔性电极：碳材料和挥发性溶剂质量比1:17~1:22混合后，再加入钢珠分散碳粉，在搅拌机中混匀搅拌脱泡，得电极浆液；搅拌完成后，取出小盒，在电极浆液中加入与碳材料质量比为1:9~1:11的硅橡胶原液，再加入与硅橡胶原液质量比为1:1~3:2的稀释剂后，在搅拌机中混匀搅拌脱泡，得柔性电极待用；

第四步、将制备的硅橡胶介电薄膜板和硅橡胶绝缘保护层板切割成硅橡胶介电薄膜板单元和硅橡胶绝缘保护层板单元，在硅橡胶绝缘保护层板单元上切割一个电极引脚槽，在热塑性聚酯板中部切出电极涂抹槽口；电极涂抹槽口的尺寸略小于硅橡胶介电薄膜板单元的尺寸，其形状与硅橡胶介电薄膜板单元形状相同，电极涂抹槽口与硅橡胶介电薄膜板单元正对时，电极涂抹槽口的四周距硅橡胶介电薄膜板单元的四周为2~10毫米。

第五步、硅橡胶介电薄膜板单元的硅橡胶层侧正对电极涂抹槽口地贴覆在热塑性聚酯板上，在电极涂抹槽口内的硅橡胶介电薄膜板单元的硅橡胶层侧涂抹柔性电极，柔性电极涂覆完成后将硅橡胶介电薄膜板单元与热塑性聚酯板分离，加热固化，得硅橡胶介电薄膜电极板；

第六步、等离子处理，将硅橡胶介电薄膜电极板、硅橡胶绝缘保护层板单元放进等离子机进行等离子处理；

第七步、将等离子处理后的硅橡胶绝缘保护层板单元的硅橡胶层与硅橡胶介电薄膜电极板的柔性电极相对的贴合并粘接固定，得传感器主体基板；

第八步、将传感器主体基板的硅橡胶介电薄膜电极板一侧置于沸水中、使牺牲层溶解，将热塑性聚酯基板去除；

第九步、重复上述第五步、第六步、第七步的操作，制得传感器主体板；

第十步、将传感器主体板的两侧分别置于沸水中、使牺牲层溶解，将热塑性聚酯基板去除，得传感器主体；

第十一步、将电极引脚放置于的电极引脚槽内，取适量柔性电极涂抹在电极引脚槽内，放入加热箱加热固化，最后将导线焊接在电极引脚上，完成制作。

本技术中所述的硅橡胶介电薄膜层中使用的硅橡胶原液为LSR4305或MED4901；硅橡胶绝缘保护层中使用的硅橡胶原液为LSR4305或Sylgard186；柔性电极层中使用的硅橡胶原液为MED4901。

本技术中所述的挥发性溶剂为异丙醇；稀释剂为异辛烷或OS-20；硅橡胶介电薄膜层厚度优选范围：70~200μm；绝缘保护层厚度优选范围：200~400μm。

一种包含上述可穿戴式运动传感器的传感电路，包括用传感器本体、电流积分模块、滤波模块、信号处理模块、解耦处理模块、稳压电源模块、开关模块和显示模块；传感器本体的一根导线与开关模块的输出端相连、另一根导线与运算放大器的同相输入端相连；电流积分模块输出端与滤波模块输入端相连，滤波模块输出端与信号处理模块输入端相连，信号处理模块输出端与解耦处理模块输入端相连，解耦处理模块输出端与显示模块输入端相连，稳压电源模块分别与电流积分模块、开关模块、解耦处理模块和信号处理模块相连（为其供电），开关模块的输入端与信号处理模块的脉冲信号输出端相连（脉冲宽度调制（PWM）周期性信号），开关模块的输出端与电流积分模块的脉冲信号输入端（VD）、传感器本体的一根导线相连。

电流积分模块包括运算放大器和参考电容，运算放大器的输出端和同相输入端之间、输出端与反相输入端分别连接有测量电阻R2和测量电阻R4，参考电容Cref加在同相输入端与地之间，参考电容Cref的两端并联一个测量电阻R1，在反相输入端与地之间连接有测量电阻R3。图中DES为简化后的传感器；传感器一根导线（一个电极引脚）与开关模块的输出端相连，另一根导线（另一个电极引脚）与运算放大器的同相输入端相连。传感器视为两可变电阻和一个可变电容串联，利用电流积分法设计电路。

一种使用上述传感电路对运动的检测方法，其特征在于包括如下步骤：

a、在待检测关节的每一个运动发生时关节外的皮肤伸展变化最大处贴附并固定一个传感器；

b、传感器检测关节角度变化的运动模拟信号输出给滤波模块，滤波模块对运动电信号进行（100-500Hz 200Hz）低通滤波，低通滤波后的运动电信号经信号处理模块A/D转换后将前后两个周期的信号叠加取平均值（传感电路未进行滤波时存在严重的50Hz的电磁噪声干扰，使传感器极易受外界信号的干扰，如周围运行电脑也会影响，传感器的示数非常不稳，将前后两个周期的信号叠加取平均值，滤除噪声提高了电路示数的稳定性，实际测量时，相邻两个周期的电磁噪声干扰对运动电信号的波形影响相反），得（数字滤波后的）运动数字信号；

c、运动数字信号输入解耦处理模块（实现上述功能的处理器stm32f103, stm32f407），解耦处理模块将运动数字信号代入公式：计算出待检测关节运动在一个运动方向

上的角度；

规定：检测关节j个运动方向（自由度）的运动角度，检测关节在第j号运动方向（自由

度）上的运动角度为，表示运动时第i号传感器电压示数的变化，符号表示第j号运

动方向（自由度）上的运动角度与第i号传感器对应的传感器电压示数的变化（单自由度运动时）之间的斜率；其写成矩阵的形式有：

简写为

通过传感器的示数来推算腕关节运动角度，即

d、数字信号通过显示模块实时输出。

本技术在第一次监测关节运动前先标定矩阵：关节运动到各运动方向的极限位置，记录在第j号运动方向（自由度）上的运动时第i号传感器电压示数的变化，并结合人体关节各运动方向（自由度）的运动角度。第j号运动方向（自由度）上的运动时，第i号传感器

电压示数的变化与人体关节各运动方向（自由度）的运动角度比值为。

使用本技术的传感器、传感器电路及运动检测方法对关节运动进行监控测量，检测电路线性度误差的大小为0.0014，迟滞性误差的大小为0.006，重复性误差大小为0.0081，

灵敏度为0.0082V/mm，动态响应时间约为200ms；本技术具有对人体关节运动无明显阻碍，结构简单，灵敏度、精度高、成本低，实时性好等优点；本技术能在穿戴者本体感受尚未消失的情况下，及时客观的监测运动数据，实时性好，穿戴者运动与数据的显示几乎同时发生。

附图说明

图1是本技术中传感器的结构示意图。

图2是本技术中电流积分模块与传感器的电路结构示意图。

图3是本技术中传感电路的结构示意图。

图4是本技术检测腕关节运动时传感器附在手腕上的结构示意图。

图5是使用本技术可穿戴式运动传感器检测腕关节掌屈运动的运动角度曲线与使用标准仪器检测腕关节掌屈运动的运动角度曲线的对比图。

图6是使用本技术可穿戴式运动传感器检测腕关节背屈运动的运动角度曲线与使用标准仪器检测腕关节背屈运动的运动角度曲线的对比图。

具体实施方式

如图1所示的可穿戴式运动传感器，设有硅橡胶介电薄膜层6，硅橡胶介电薄膜层6上侧和下侧分别设有上柔性电极层3和下柔性电极层4，上柔性电极层3的上侧和下柔性电极层4的下侧分别设有上绝缘保护层1和下绝缘保护层5，上柔性电极层3和下柔性电极层4上分别设有上电极引脚2和下电极引脚7，上绝缘保护层1和下绝缘保护层5为硅橡胶绝缘保护层；所述的可穿戴式运动传感器由下述材质及方法制备而成：

第一步、制备硅橡胶介电薄膜板：配制牺牲层，按聚丙烯酸和挥发性溶剂按质量比

1:3~1:5称取试剂、放置于小盒中密封，再将其放入搅拌机，混匀脱泡搅拌、得牺牲层浆液；配置硅橡胶液，硅橡胶原液与稀释剂按质量比1:1~3:2放置于小盒中密封，再将其放入搅拌机，混匀脱泡搅拌、得硅橡胶液；硅橡胶原液为LSR4305或MED4901，制得的硅橡胶液具有良好的流动性，并且固化后不会出现缩孔等缺陷，硅橡胶介电薄膜抗拉强度达到3.4MPa撕裂强度10N/mm。涂牺牲层，将牺牲层浆液使用涂布器涂覆在热塑性聚酯基板上，涂完后，等牺牲层变干，变干后热塑性聚酯基板呈现七彩色；涂硅橡胶层，清理涂布器后将硅橡胶液使用涂布器涂覆在已覆盖牺牲层的热塑性聚酯基板上，用钢板托起涂膜后基板，盖上亚克力罩；加热固化，送至加热箱加热固化、加热完成后覆盖离型纸，得硅橡胶介电薄膜板待用；

第二步、制备硅橡胶绝缘保护层(上绝缘保护层和下绝缘保护层)板：配制牺牲层浆液，按聚丙烯酸和挥发性溶剂按质量比1:3~1:5称取试剂放置于小盒中，再加入占总质量2%~6%的水，将其放入搅拌机，混匀脱泡搅拌、得牺牲层浆液；配置硅橡胶液，在小盒上缠绕生料带，硅橡胶原液与稀释剂按质量比1:1~3:2放置于小盒中，再将其放入搅拌机，混匀脱泡搅拌、得硅橡胶液；硅橡胶原液为LSR4305或Sylgard186；涂牺牲层，将牺牲层浆液使用涂布器涂覆在热塑性聚酯基板上，涂完后，等牺牲层变干，变干后塑性聚酯基板呈现七彩色；涂硅橡胶层，清理涂布器后将硅橡胶液使用涂布器涂覆在已覆盖牺牲层的热塑性聚酯基板上，用钢板托起涂膜后基板，盖上亚克力罩；加热固化，送至加热箱加热，加热完成后覆盖离型纸，得硅橡胶绝缘保护层板待用；

第三步、制备柔性电极：碳材料和挥发性溶剂质量比1:17~1:22混合后，再加入钢珠分散碳粉，在搅拌机中混匀搅拌脱泡，得电极浆液；搅拌完成后，取出小盒，在电极浆液中加入与碳材料质量比为1:9~1:11的硅橡胶原液，再加入与硅橡胶原液质量比为1:1~3:2的稀释剂后，在搅拌机中混匀搅拌脱泡，得柔性电极（液）待用；硅橡胶原液为MED4901；该柔性电极涂抹干燥后具有优良的导电性能，高弹性，粘接牢靠，抗拉强度达2MPa。

第四步、将制备的硅橡胶介电薄膜板和硅橡胶绝缘保护层板用激光切割机按所需的尺寸和形状切割成尺寸一致的硅橡胶介电薄膜板单元和硅橡胶绝缘保护层板单元，在硅橡胶绝缘保护层板单元（或硅橡胶绝缘保护层板单元的硅橡胶绝缘保护层）上切割一个上下贯通的电极引脚槽，在热塑性聚酯板中部用激光切割机切出上下贯通的电极涂抹槽口；电极涂抹槽口的尺寸略小于硅橡胶介电薄膜板单元的尺寸，其形状与硅橡胶介电薄膜板单元形状相同，电极涂抹槽口与硅橡胶介电薄膜板单元正对时，电极涂抹槽口的四周距硅橡胶介电薄膜板单元的四周为2~10毫米，优选4~6毫米。

第五步、揭去离型纸的硅橡胶介电薄膜板单元的硅橡胶层侧正对电极涂抹槽口地贴覆在热塑性聚酯板上，在电极涂抹槽口内的硅橡胶介电薄膜板单元的硅橡胶层侧涂抹柔性电极，柔性电极涂覆完成后将硅橡胶介电薄膜板单元与热塑性聚酯板分离，加热固化、形成柔性电极层，得硅橡胶介电薄膜电极板；

第六步、等离子处理，将硅橡胶介电薄膜电极板、揭去离型纸的硅橡胶绝缘保护层板单元放进等离子机进行等离子处理；

第七步、将等离子处理后的硅橡胶绝缘保护层板单元的硅橡胶层与硅橡胶介电薄膜电极板的柔性电极（层）相对的贴合并粘接固定，得传感器主体基板。等离子处理后的硅橡胶绝缘保护层板的硅橡胶层与硅橡胶介电薄膜电极板的柔性电极（层）外侧的硅橡胶层粘接更牢固。粘结完成后，放在重物下压一段时间，确保粘结牢固；

第八步、将传感器主体基板的硅橡胶介电薄膜电极板一侧置于沸水中、使牺牲层溶解，将热塑性聚酯基板去除；

第九步、将第八步去除热塑性聚酯基板的传感器主体基板视为揭去离型纸的硅橡胶介电薄膜板单元，重复上述第五步、第六步、第七步的操作，制得中间为硅橡胶介电薄膜层，硅橡胶介电薄膜层两（外）侧为柔性电极层，柔性电极层外侧为硅橡胶绝缘保护层板的传感器主体板；

第十步、将传感器主体板的两侧分别置于沸水中、使牺牲层溶解，将热塑性聚酯基板去除，得传感器主体；

第十一步、将电极引脚放置于硅橡胶绝缘保护层的电极引脚槽内，电极引脚与硅橡胶绝缘保护层的电极引脚槽内的柔性电极层接触电连接，用镊子取适量柔性电极涂抹在电极引脚槽内，将其与硅橡胶介电薄膜的柔性电极层固定连接，放入加热箱加热固化，最后将导线焊接在电极引脚上，完成制作。

本实施例中使用的挥发性溶剂为异丙醇；稀释剂为异辛烷或OS-20；硅橡胶介电薄膜层厚度优选范围：70~200μm；绝缘保护层厚度优选范围：200~400μm。

如图2所示的包含上述可穿戴式运动传感器的传感电路，包括用传感器机械本体02（即上述制得的可穿戴式运动传感器）、电流积分模块01、滤波模块04、信号处理模块06、解耦处理模块07、稳压电源模块05、开关模块03和显示模块08；传感器本体的一根导线（一个电极引脚）与开关模块的输出端相连、另一根导线（另一个电极引脚）与运算放大器的同相输入端相连；电流积分模块输出端与滤波模块输入端相连，滤波模块输出端与信号处理模块输入端相连，信号处理模块输出端与解耦处理模块输入端相连，解耦处理模块输出端与显示模块输入端相连，稳压电源模块分别与电流积分模块、开关模块、解耦处理模块和信号处理模块相连（为其供电），开关模块的输入端与信号处理模块的脉冲信号输出端相连（脉冲宽度调制（PWM）周期性信号），开关模块的输出端与电流积分模块的脉冲信号输入端（VD）、传感器本体的一根导线（一个电极引脚）相连。

从图3中可以看出，电流积分模块包括单电源供电运算放大器和参考电容，运算放大器的输出端和同相输入端之间、输出端与反相输入端分别连接有测量电阻R2和测量电阻R4，参考电容Cref加在同相输入端与地之间，参考电容Cref的两端并联一个测量电阻R1，在反相输如入端与地之间连接有测量电阻R3。图中DES为简化后的传感器；传感器一根导线（一个电极引脚）与开关模块的输出端相连，另一根导线（另一个电极引脚）与运算放大器的同相输入端相连。传感器视为两可变电阻和一个可变电容串联，利用电流积分法设计电路

一种使用上述传感电路对运动的检测方法，其特征在于包括如下步骤：

a、在待检测关节（待检测的）每一个运动（单自由度运动）发生时关节外的皮肤伸展变化最大处贴附并固定一个传感器；使用两种胶带将传感器固定在皮肤上，一种是具有一定弹性的肌内效贴布，将传感器两端与皮肤的固定，另一种是医用胶带，将肌内效贴布与皮肤加强固定。

b、传感器检测关节角度变化的运动模拟信号输出给滤波模块，滤波模块对运动电信号进行200Hz的低通滤波，低通滤波后的运动电信号经信号处理模块A/D转换后将前后两个周期的信号叠加取平均值，得运动数字信号；

进行滤波时传感器检测的信号存在严重的50Hz的电磁噪声干扰，使传感器极易受外界信号的干扰，如周围运行电脑也会影响，传感器的示数非常不稳，将前后两个周期的信号叠加取平均值，滤除噪声提高了电路示数的稳定性，实际测量时，相邻两个周期的电磁噪声干扰对运动电信号的波形影响相反。

c、将运动数字信号输入解耦处理模块，解耦处理模块将运动数字信号代入公

式：计算出待检测关节在一个运动方向（自由度）上的角度；

规定：检测关节j个运动方向（自由度）的运动角度，检测关节在第j个运动方向（自由

度）上的运动角度为，表示运动时第i号传感器电压示数的变化，符号表示第j号运动

方向（自由度）上的运动角度与第i号传感器对应的传感器电压示数的变化（单自由度运动时）之间的斜率；其写成矩阵的形式有：

简写为

通过传感器的示数来推算关节运动角度，即

其中，i、j正整数。为矩阵的逆矩阵。此方程即是关节运动的解耦方程。尽管上式是在复合运动情况下推导出来的，但依然适用于单个独立的简单运动。

d、数字信号通过显示模块实时输出。

信号处理模块和解耦处理模块使用处理器stm32f103和/或stm32f407实现。

本技术在第一次监测关节运动前先标定矩阵：关节运动到各运动方向（自由度）的极

限位置，记录第j个运动方向（自由度）上的运动时第i个传感器电压示数的变化并结合

人体关节各运动方向（自由度）。第j个运动方向（自由度）上的运动时第i个传感器电

压示数的变化与人体关节各运动方向（自由度）比值为。

工作时，信号处理模块发出脉冲信号，脉冲信号经开关模块进行功率放大，向传感器提供脉冲信号，并向电流积分模块提供输入信号，积分结果为模拟信号，滤波模块为增加电路的抗干扰能力对模拟信号进行低通滤波，滤波结果为模拟信号，模拟信号经过信号处理模块进行模数转换（AD）转换后进行了数字滤波，数字滤波采用时域滤波法，具体为：将前后相邻的两个周期对应的信号叠加，进行算术平均运算，使50Hz的噪声基本滤掉，示数稳定。

信号处理模块输出的数字信号经解耦处理模块解耦处理后，将计算得出的关节角度在显示模块上输出显示。锂电池电源在正常工作情况下，输出电压会随着电量的损耗而降低，在这个过程中稳压电源模块对电压调制使电压保持恒定。

使用本技术的传感器、传感器电路及运动检测方法对关节运动进行监控测量，检测电路线性度误差的大小为0.0014，迟滞性误差的大小为0.006，重复性误差大小为0.0081，

灵敏度为0.0082V/mm，动态响应时间约为200ms；本技术具有对人体关节运动无明显阻碍，结构简单，灵敏度、精度高、成本低，实时性好等优点；本技术能在穿戴者本体感受尚未消失的情况下，及时客观的监测运动数据，实时性好，穿戴者运动与数据的显示几乎同时发生。

使用本技术检测手腕部运动时，其传感器贴附在手腕上的结构如图4所示，

其中8为尺屈测量传感器、9为旋前测量传感器、10为旋后测量传感器、11为背屈测量传感器、12为掌屈测量传感器。

手腕运动测量过程中，单自由度运动会影响另一个运动，存在运动测量耦合，需要解耦。每一个传感器的电压示数变化与腕关节任一简单运动角度之间均存在线性关系。每个传感器电压示数的变化是多个简单运动所引起的电压示数的变化之和。

如图4所示，检测腕关节5个运动方向（自由度）的运动角度，j代表1-5，1代表腕关节掌屈运动，2代表腕关节背屈运动，3代表腕关节尺屈运动，4代表腕关节旋前运动，5代表腕关节旋后运动；使用5个传感器，i代表1-5，1为测量腕关节掌屈运动传感器，2为测量腕关节背屈运动传感器，3为测量腕关节尺屈运动传感器，4为测量腕关节旋前运动传感器，5为测量腕关节旋后运动传感器。

对于腕关节的每个简单运动，都有5个关节运动角度与传感器电压示数变化的关系，即：

关节运动测量过程中，单自由度运动会影响另一个运动，存在运动测量耦合，需要解耦。每一个传感器的电压示数变化与关节任一简单运动角度之间均存在线性关系。每个传感器电压示数的变化是多个简单运动所引起的电压示数的变化之和。以号传感器为例，则有：

也可写成为：

标定腕关节每个传感器电压示数与5个运动角度间的线性关系，即得到关节运动角度与传感器电压示数变化之间的斜率。

由于有5个传感器，写成矩阵的形式有：

可将上式简写为

通过传感器的示数来推算腕关节运动角度，即

其中为矩阵的逆矩阵。此方程即是腕关节运动的解耦方程。

将使用本技术对腕关节掌屈和背屈运动进行测量所得数据与使用标准仪器对腕关节掌屈和背屈运动进行测量所得数据对比可知，二者最大测量误差分别是2.35°,1.07°，其检测的数据曲线对比图如图5、图6所示，其中纵坐标为关节弯曲角度变化，横坐标为关节的运动时间。

本技术的传感器具有良好的测量精度，轻质具有良好的柔韧性和弹性，具有较大的拉伸型变量，不影响正常活动，而且结构简单、制造成本低。其相关性能与常用运动传感器对比如下：

传感器线性度拉伸性重复性迟滞性

安润普柔性织物应变传感器5%60%5%5%

本技术可穿戴式运动传感器0.2%200%0.81%0.6%

传感器应用电路设计.

传感器应用电路设计 电子温度计 学校：贵州航天职业技术学院 班级：2011级应用电子技术 指导老师： 姓名： 组员：

摘要 传感器（英文名称：transducer/sensor）是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。 本文将介绍一种基于单片机控制的数字温度计。在件方面介绍单片机温度控制系统的设计,对硬件原理图做简洁的描述。系统程序主要包括主程序、读出温度子程序、温度转换命令子程序、计算温度子程序、显示数据刷新子程序。软硬件分别调试完成以后，将程序下载入单片机中，电路板接上电源，电源指示灯亮，按下开关按钮，数码管显示当前温度。由于采用了智能温度传感器DS18B20，所以本文所介绍的数字温度计与传统的温度计相比它的转换速率极快，进行读、写操作非常简便。它具有数字化输出，可测量远距离的点温度。系统具有微型化、微功耗、测量精度高、功能强大等特点，加之DS18B20内部的差错检验，所以它的抗干扰能力强，性能可靠，结构简单。 随着科技的不断发展，现代社会对各种信息参数的准确度和精确度的要求都有了几何级的增长，而如何准确而又迅速的获得这些参数就需要受制于现代信息基础的发展水平。在三大信息信息采集(即传感器技术)、信息传输(通信技术)和信息处理(计算机技术)中，传感器属于信息技术的前沿尖端产品，尤其是温度传感器技术，在我国各领域已经引用的非常广泛，可以说是渗透到社会的每一个领域，人民的生活与环境的温度息息相关，在工业生产过程中需要实时测量温度，在农业生产中也离不开温度的测量，因此研究温度的测量方法和装置具有重要的意义。 测量温度的关键是温度传感器，温度传感器的发展经历了三个发展阶段：①传统的分立式温度传感器②模拟集成温度传感器③智能集成温度传感器。 目前的智能温度传感器(亦称数字温度传器)是在20世纪90年代中期问世的，它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术(ATE)的结晶，特点是能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器(MCU)。社会的发展使人们对

物联网传感器实验系统软件使用说明书

ATOS物联网传感器实验系统 使用说明书 上海讯连电子科技发展有限公司 2011年10月

目录 1概述 (4) 1.1背景 (4) 1.2应用领域与使用对象 (4) 1.4参考方案 (4) 1.5术语与缩写解释 (4) 2系统综述 (5) 2.1传感器分类 (5) 2.2软件系统功能简介 (5) 2.3性能 (6) 2.4版权声明 (6) 3运行环境 (6) 3.1硬件设备要求 (6) 3.2支持软件 (6) 4软件操作说明 (7) 4.1安装以及使用前的准备 (7) 4.2 软件启动与登陆 (7) 4.2.1功能描述 (7) 4.2.2界面字段解释 (7) 4.2.3操作说明 (8) A）串口配置功能Serial (8) B）进入实验按钮功能Experiment (10) B1：实验一温湿度传感器实验 (11) B2：实验二光强传感器实验 (14) B3：实验三流量传感器实验 (17) B4：实验四霍尔传感器实验 (20) B5：实验五压力传感器实验 (23) B6：实验六气体压力传感器实验 (26) B7：实验七雨滴传感器实验 (29) B8：实验八火焰传感器实验 (32) B9：实验九震动传感器实验 (35) B10：实验十噪声传感器实验 (38) C）进入图书资源按钮功能Library (41) C1：资料一TINYOS开发环境 (42) C2：资料二WINCE平台 (43) C3：资料三Zigbee开发环境 (43) C4：资料四辅助工具 (44) C5：资料五驱动程序 (44) C6：资料六芯片和传感器手册 (45)

C7：资料七演示中心 (45) C8：资料八应用软件源码 (46) D）退出程序按钮 (46) 4.3 LabVIEW函数库 (47) 4.3.1函数库介绍 (47) 4.3.2如何编写一个应用程序 (49) 4.3.3 应用范例 (49) 5.0出错处理和恢复 (49)

传感器原理及工程应用设计

传感器原理及工程应用设计

传感器原理及工程应用设计（论文） 压电传感器在动平衡测量系统中的设计与应用 学生姓名：李梦娇 学号：20094073231 所在学院：信息技术学院 专业：电气工程及其自动化（2）班 中国·大庆 2011年12月

摘要 传感器是动平衡测量系统中的重要元件之一, 是一种将不平衡量产生的振动信号不失真地转变成电信号的装置。利用压电式力传感器作为动平衡测量系统中的敏感元件来测量不平衡质量引起的振动。重点阐述了该压电式力传感器的结构设计、安装位置设计及振动信号检测中的关键问题。同时, 详细分析了该传感器的信号调理电路特点。现场实验结果表明, 设计的压电式力传感器在动平衡测量中的性能良好。动平衡处理是旋转部件必须采取的工艺措施之一, 以单片机为核心的动平衡测量系统将逐步取代常规动平衡仪。 关键词：动平衡振动信号压电式力传感器调理电路测量系统单片机

ABSTRACT As one of the important elements in the dynamic balancing measurement system, transducer is the device that converts the vibration signal caused by the mi balance into electrical signal without distortion. The piezoelectric pressure transducer is app lied to dynamic balancing measurement system formeasuring the vibration caused by mi balanced mass. The structure design and the installation location of the piezoelectric force transducer and the critical issues in vibration signal detection are expounded. The characteristics of the signal conditioning circuit of this transducer are analyzed in detail. The experimental results show that the performance of the piezoelectric pressure transducer offers excellent performance in dynamic balancing measurement. The dynamic equilibration measurement is one of the main technological steps to betaken for all the swiveling part s. T he conventional dynamic equilibration measurement system is being replaced by a new o ne based on a monolithic computer. Keyword:dynamic balance vibration signal Piezoelectric force transducer Conditioning circuit Measurement system Monolithic computer

汽车雨刮器的自动控制系统设计及实现

汽车雨刮器的自动控制系统设计与实现 设计总说明 本次设计的汽车自动雨刷省去了人为手动操作雨刷的问题，能够自动感应雨量并进行相应的工作。自动雨刷用雨滴传感器作为检测器来感应雨量的大小，把感应信号传给单片机，通过软件的控制驱动芯片自动调节电机的正反转与转动频率。此次设计采用40引脚的单片机AT89S52，设计中运用ULN2003AN驱动芯片来驱动步进电机的运转，克服了电机在低频工作时的噪音大，震动大的缺点。本次设计在一定的程度上为驾驶者提供了舒适性和安全性的保障，避免了由于驾驶者手动操作雨刷的不当而带来的交通安全问题，同时也大大的提高了汽车雨刷的全面性与可靠性。 在汽车智能雨刮系统中由于两个雨刮电机的转速不可能完全一样，就存在两个雨刮摆动不同步的问题。本文在分析了模糊控制理论及雨刮同步摆动规则的基础上，提出了一种基于模糊控制的汽车智能雨刮系统。该系统将转速偏差和转速偏差变化量模糊化为模糊控制器的输入语言变量，根据所制定的一套模糊控制规则来选择控制PWM的输出语言变量，并以此通过脉宽调制技术来驱动直流电机，使两个雨刮同步摆动。 关键词：雨滴传感器；步进电机；单片机；雨刮器

Car Wiper Blade Design and Implementation of Automatic Control System Design Description The design of the automatic wipers is improved further in the traditional manual based on. Automatic wiper with rain sensor as the detector size induced precipitation, the induction signal is sent to the single chip microcomputer. reversing and turning frequency automatic adjusting motor through the control of the software driver. The design is based on the 40pin of the mic AT89S52. That use of ULN2003AN to drive the stepper motor driver chip design operation. The pulse width modulation’s chopper driver mode. Thus greatly overcome the noise when the motor work in the low frequency , vibration faults. Provide comfort and safely guarantee this design in a certain extent for the driver, to avoid the traffic safety problem caused by the driver manually operated wiper improper. At the same time also greatly improve the comprehensiveness and reliability of automobile windshield wiper. In intelligent windscreen wiper system of automobile, As the problem of technics, rotate speed of two electro motors are not the same completely, so there are the problems that two wiper blades swing ansynchronous. In the thesis, a intelligent windscreen wiper system of automobile based on fuzzy control is presented, by analyzing fuzzy control theory and synchronous swing rules of windscreen wiper. The speed

光电传感器电路

光电传感器电路设计 1、设计要求 利用光电传感器（光电对管）将机械旋转转化为电脉冲，光电对管实物如图1所示。 图1 光电对管实物图 2、电路设计 电路原理图如图2所示。 图2 光电传感器电路原理图 电路由四部分组成。 光电对管U1、电阻R1、电阻R2构成发射接收电路；比较器U2A、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6构成反相输入的滞回比较器；比较器U2B、电阻R7、电阻R8构成反相器；发光二极管D1、电阻R9构成输出电路。 3、电路测试 测试电路如图3所示。 由变频器带动电机工作，将光电对管对准旋转的电机（电机上贴有反光带），处理电路由12V直流电源供电。

图3 测试电路 测试波形如图4所示（测试距离为4cm）。 (a)发射接收电路的输出信号(b)滞回比较器比较电压波形 (c)滞回比较器输出波形(d)反相器输出波形 图4 测试波形 4、PCB板绘制（板子大小限定为62mm*18mm） PCB图如图5所示。其中电阻采用0805封装，LM358采用DIP8封装。

图5 光电传感器电路PCB图 5、完成实物图 实物图如图6所示。 (a)未焊接的PCB板 (b)焊接好的PCB板 (c)板子的外加塑料壳 图6 实物图 6、小结 在本次电路设计中，主要的难点有两个。 一是参数的整定，主要是滞回比较器上下门限的选择。滞回比较器上下门限的选择跟发射接收电路的输出波形有关，而光电对管与旋转面的距离、旋转面的反光度、反光带所在位置、可能遇到的干扰等都会影响输出波形。 二是PCB板的绘制。本次绘制采用的是Altium Designer Summer 09软件（Protel99SE的升级版）。首先画好原理图，然后再导入到PCB中，没有的元件

热电偶温度传感器信号调理电路设计与仿真

目录 第1章绪论 (1) 1.1 课题背景与意义 (1) 1.2 设计目的与要求 (1) 1.2.1 设计目的 (1) 1.2.2 设计要求 (1) 第2章设计原理与内容 (2) 2.1 热电偶的种类及工作原理 (3) 2.1.1热电偶的种类 (3) 2.1.2工作原理分析 (4) 2.2 设计内容 (4) 2.2.1 总体设计 (4) 2.2.2 原理图设计 (5) 2.2.3 可靠性和抗干扰设计 (7) 第3章器件选型与电路仿真 (8) 3.1 器件选型说明 (8) 3.2 电路仿真 (8) 第4章设计心得与体会 (9) 参考文献 (10) 附录1：电路原理图 (11) 附录2：PCB图 (11) 附录3：PCB效果图 (11)

第1章绪论 1.1 课题背景与意义 温度是一个基本的物理量，在工业生产和实验研究中，如机械、食品、化工、电力、石油、等领域，温度常常是表征对象和过程状态的重要参数，温度传感器是最早开发、应用最广的一类传感器。本设计中正是关于温度的测量，采用热电偶温度测量具有很多的好处，它具有结构简单，制作方便，测量范围广，精度高，惯性小和输出信号便于远传等许多优点。 同时，热电偶作为有源传感器，测量时不需外加电源，使用十分方便，所以常在日常生活中被应用，如测量炉子，管道内的气体或液体温度及固体的表面温度。热电偶作为一种温度传感器，通常和显示仪表，记录仪表和电子调节器配套使用。热电偶可直接测量各种生产中从0℃到1300℃范围的液体蒸汽和气体介质以及固体的表面温度。 1.2 设计目的与要求 1.2.1 设计目的 (1) 了解常用电子元器件基本知识（电阻、电容、电感、二极管、三极管、集成电路）； (2) 了解印刷电路板的设计和制作过程； (3) 掌握电子元器件选型的基本原理和方法； (4) 了解电路焊接的基本知识和掌握电路焊接的基本技巧； (5) 掌握热电偶温度传感器信号调理电路的设计，并利用仿真软件进行电路的调试。 1.2.2 设计要求 选用热电偶温度传感器进行温度测量，要求测温范围100-300℃、精度为0.1℃。设计传感器的信号调理电路，实现以下要求： （1）将传感器输出4.096-12.209mV的信号转换为0-5V直流电压信号； （2）对信号调理电路中采用的具体元器件应有器件选型依据； （3）电路的设计应当考虑可靠性和抗干扰设计内容； （4）电路的基本工作原理应有一定说明； （5）电路应当在相应的仿真软件上进行仿真以验证电路可行性

雨滴传感器的设计

雨滴传感器的设计 雨滴传感器主要是用来检测是否下雨及雨量的大小。主要用于汽车智能灯光（AFS 统、汽车自动雨刷系统、智能车窗系统。 当汽车在雨雪天等恶劣天气下行车时，由雨滴传感器向自动灯光系统（AFS）系统微电脑提供信号，微电自动调整前照灯的宽度、远近度，明暗度；同时天窗系统也会自动关闭车窗。为确保驾驶员在雨天具有良好的视线，汽车挡风玻璃上装有自动雨刷，随雨雪量的变化自动调整雨刷开闭时间和频率，确保行车安全。 1.传感器原理 现在的雨滴检测刮雨器，将雨滴传感器检测出的雨量变成电信号，根据电信号的大小，自动设定刮雨器的工作时间间隔，控制刮雨器的动作。在这个系统中雨滴传感器的作用最重要。 2.传感器的组成 雨滴传感器由振动板、压电元件、放大电路、壳体及阻尼橡胶构成，如图2-1所示。 振动板的功用是接收雨滴冲击的能量， 按自身固有振动频率进行弯曲振动， 并将振动传 递给内侧压电元件上， 压电元件把从振动板传递来的变形转换成电压。 雨滴检测用传感器上 、引言 现在,汽车中已经安装了越来越多的传感器以增加主动和被动安全性，一种具有极高的市场渗透性的传感器是雨水传感器，以增加舒适性和安全性[1]。据统计,全世界雨天行车有7%的事故是由于驾驶员手动操作雨刷引起的，采用雨水感应式自动雨刷控制系统使驾驶员免除手动操作雨刷的麻烦，有效地提高了雨天行车的安全性。 国内外许多汽车厂商研制以雨水传感器为基础的汽车自动雨刷控制系统，来代替传统的机械结构的雨刮器。如果开发出行使中检测到雨滴后, 雨刮器就自动工作的高性能的传感器,至少可以将现在的雨刮器减少3个开关。现在开发的雨滴检测雨刮器，将雨滴传感器检出的雨水强度实时测量值变成电信号，根据电信号 的大小，自动设定雨刮器工作的时间间隔，控制雨刮器动作。 目前市场上的雨水传感器大都是依据以下三种工作原理制成的：利用压电振子的传感器、利用静电电容的传感器、利用光强变化的传感器。第一种和第二种是要把雨水传感器安装在汽车的外面，雨滴直接滴在传感器上，第三种把雨水传感器安装在风挡玻璃驾驶室一侧，通过雨滴滴落在玻璃上引起反射光强的变化感应传

传感器信号调理电路

传感器信号调理电路 传感器信号调理电路 信号调理往往是把来自传感器的模拟信号变换为用于数据采集、控制过程、执行计算显示读出和其他目的的数字信号。模拟传感器可测量很多物理量，如温度、压力、力、流量、运动、位置、PH、光强等。通常，传感器信号不能直接转换为数字数据，这是因为传感器输出是相当小的电压、电流或电阻变化，因此，在变换为数字数据之前必须进行调理。调理就是放大，缓冲或定标模拟信号，使其适合于模/数转换器(ADC)的输入。然后，ADC对模拟信号进行数字化，并把数字信号送到微控制器或其他数字器件，以便用于系统的数据处理。此链路工作的关键是选择运放，运放要正确地接口被测的各种类型传感器。然后，设计人员必须选择ADC。ADC应具有处理来自输入电路信号的能力，并能产生满足数据采集系统分辨率、精度和取样率的数字输出。 传感器 传感器根据所测物理量的类型可分类为：测量温度的热电偶、电阻温度检测器(RTD)、热敏电阻；测量压力或力的应变片；测量溶液酸碱值的PH电极；用于光电子测量光强的PIN光电二极管等等。传感器可进一步分类为有源或无源。有源传感器需要一个外部激励源(电压或电流源)，而无源传感器不用激励而产生自己本身的电压。通常的有源传感器是RTD、热敏电阻、应变片，而热电偶和PIN二极管是无源传感器。为了确定与传感器接口的放大器所必须具备的性能指标，设计人员必须考虑传感器如下的主要性能指标： ·源阻抗 ——高的源阻抗大于100KΩ ——低的源阻抗小于100Ω ·输出信号电平 ——高信号电平大于500mV满标 ——低信号电平大于100mV满标 ·动态范围 在传感器的激励范围产生一个可测量的输出信号。它取决于所用传感器类型。 放大器功用 放大器除提供dc信号增益外，还缓冲和定标送到ADC之前的传感器输入。放大器有两个关键职责。一个是根据传感器特性为传感器提供合适的接口。另一个职责是根据所呈现的负载接口ADC。关键因素包括放大器和ADC之间的连接距离，电容负载效应和ADC的输入阻抗。 选择放大器与传感器正确接口时，设计人员必须使放大器与传感器特性匹配。可靠的放大器特性对于传感器——放大器组合的工作是关键性的。例如，PH电极是一个高阻抗传感器，所以，放大器的输入偏置电流是优先考虑的。PH传感器所提供的信号不允许产生任何相当大的电流，所以，放大器必须是在工作时不需要高输入偏置电流的型号。具有低输入偏置电流的高阻抗MOS输入放大器是符合这种要求的最好选择。另外，对于应用增益带宽乘积(GBP)是低优先考虑，这是因为传感器工作在低频，而放大器的频率响应不应该妨碍传感器信号波形的真正再生。

雨滴传感器设计说明书

雨滴传感器设计说明书 产品名称： 班级： 小组成员： 指导教师：

一、实现功能： 1.汽车在雨天或雪天行驶时，车窗易被雨滴、雪片遮盖，妨碍驾驶员的视线。设置自动刮水系统，其中的雨滴传感器用于检测出雨量，并利用控制器将检测出的信号进行变换，根据变换后的信号自动地按雨量设定刮水器的间歇时间，以便随时控制刮水器电动机，确保了行车的前方视野。 2. 二、工作原理： 1、.zigbee板介绍 zigbee开发板是一款旨在开发、演示各种Zigbee相关产品应用的强大zigbee开发板，支持CC2430、CC2431等芯片的zigbee开发，但并不局限于此，板上丰富的硬件资源允许用户评估、开发、演示其它类型的射频产品等。 配套的zigbee母板是国内首款将zigbee协议分析仪、图形点阵LCD显示屏、语音电路、Joystick及多种传感器等硬件资源集成于一体的高性能zigbee开发板，其结构紧凑，性价比很高。用户可以方便地使用该套件的硬件资源和配套的zigbee stack协议栈源码、示例C51源码及各种评估软件等快速开发自己的应用系统。该zigbee开发板也可用于教学、实验等。 1.采用 TI 最新一代 ZIGBEE 芯片 CC2530

2.支持基于 IEEE802.15.4 的 ZIGBEE2007/PRO 协议 3.采用 WXL 标准的 20 芯双排直插模式接入网关主板和感知节点 实物图： 2、传感器模块 传感器介绍： 1、传感器采用双面材料，大面积5.0*4.0CM, 并用镀镍处理表面，具有对抗氧化，导电性，及寿命方面更好的性能; 2、比较器输出，信号干净，波形好，驱动能力强，过15mA; 3、配电位器调节灵敏度; 4、工作电压3.3V-5V 5、输出形式:数字开关量输出(0和1)和模拟量A0电压输出; 6、设有固定螺栓孔，方便安装 7、小板PCB尺寸: 3.2cmx 1.4cm 8、使用宽电压LM393比较器. 原理图：

传感器原理及应用

《传感器原理及应用》讨论课报告书 电感式传感器的基本原理及典型应用 学院：机械工程学院 班级：13-1机械电子工程（卓越） 组员：李响夏中岩张轩赫 贡献率：李响资料查询，整理40% 夏中岩资料整理，编辑30% 张轩赫PPT设计编写30% 指导教师：边辉 完成日期：2016.05

目录 摘要............................................................................................................................... - 2 - 1 物料分拣系统简述................................................................................................... - 3 - 2 物料分拣系统中的传感器....................................................................................... - 3 - 2.1 电机起停控制传感器.................................................................................... - 3 - 2.1.1 漫反射光电接近开关......................................................................... - 3 - 2.1.2 电容式接近开关................................................................................. - 4 - 2.1.3 霍尔接近开关..................................................................................... - 4 - 2.1.4 电感式接近开关................................................................................. - 4 - 2.1.5传感器应用比较.................................................................................. - 4 - 2.2 物料计数用传感器........................................................................................ - 5 - 2.2.1 对射型红外光电开关......................................................................... - 5 - 2.2.2 电涡流式传感器................................................................................. - 5 - 2.2.3 霍尔传感器......................................................................................... - 6 - 2.3 测速及定位传感器........................................................................................ - 6 - 2.3.1 光电耦合器，码盘............................................................................. - 7 - 2.3.2 增量编码器......................................................................................... - 7 - 2.3.3 传感器功能对比................................................................................. - 7 - 2.4 物料分类传感器............................................................................................ - 7 - 2.4.1色标传感器.......................................................................................... - 8 - 2.5 固态继电器.................................................................................................... - 8 - 3 传感器前景展望....................................................................................................... - 9 - 3.1 传感器在科技发展中的重要性.................................................................... - 9 - 3.2 先进传感器的发展趋势................................................................................ - 9 - 4 反思与收获............................................................................................................... - 9 -参考文献..................................................................................................................... - 10 -

压力传感器的原理及其应用电路设计

1.引言 汽车传感器是汽车电子化、智能化的基础和关键，而其中使用较多、发展最快的是压力传感器。汽车压力传感器应用在汽车的很多系统中，如电子检测系统、保安防撞系统等。其中应用在轮胎气压方面的目的在于最大限度地减少或消除高压爆胎和低压辗胎造成的轮胎早期的损坏，使轮胎经常保持标准气压，延长轮胎的寿命，降低轮胎的消耗，提高经济效益。有报道说，将微型压力传感器埋置于汽车轮胎中，测量其中气压，以控制对轮胎的充气量，避免过量和不够，由此可节省百分之十的汽油。 2.汽车压力传感器 2.1 压力传感器的原理和应用分类 传感器是将各种非电量（包括物理量、化学量、生物量等）按一定规律转换成便于处理和传输的另一种物理量（一般为电量）的装置。传感器一般由敏感元件、转换元件和测量电路三部分组成，有时还需外加辅助电源。传感器方框图如图1所示。 传感器方框图 制造半导体压力传感器的基本原理是利用硅晶体的压阻效应。单晶硅材料在受到应力作用后，其电阻率发生明显变化，这种现象称为压阻效应。 压力传感器所用的元件材料是具有压阻效应的单晶硅、扩散掺杂硅和多晶硅。根据晶体不受定向应力时，电导率是同性的，只有受定向应力时才表现出各向异性，由于应力能引起能带的变化，能谷能量移动，导致电阻率的变化，于是就有电阻的变化，从而产生压阻效应。单晶硅效应包括n型和p型硅压阻效应。选用扩散硅目的在于在设计制造压力传感器时可根据不同温度下硅扩散层的压阻特性选择合适的扩散条件，力求使压力传感器具有良好的性能。多晶硅在传感器中有广泛的用途，可作为微结构和填充材料、敏感材料。 压力传感器按用途分类主要是压力监视、压力测量和压力控制及转换成其他量的测量。按供电方式分为压阻型和压电型传感器，前者是被动供电的，需要有外电源。后者是传感器自身产生电荷，不需要外加电源，根据不同领域对压力测量的精度不同分为低精度和高精度的压力传感器。 2.2 气压传感器 1）能和原理：主要是用来检测气压的传感器。在硅片的中间，从背面腐蚀形成了正方形的膜片，利用膜片将压力转换成应力，在膜片的表面，通过扩散杂质形成了四个p型测

霍尔传感器工作原理 霍尔传感器电路图

佛山职业技术学院实训报告 课程名称传感器及应用 报告内容霍尔传感器制作与调试专业电气自动化技术 班级08152 姓名陈红杰 学号31 二0一0年六月 佛山职业技术学院

《传感器及应用》 霍尔传感器制作实训报告 班级08152 学号31 姓名陈红杰时间2009-2010第二学期项目名称霍尔传感器电路制作与 指导老师张教雄谢应然调试

一、实验目的与要求： 1.对霍尔传感器的实物（电路部分）进行一个基本的了解。 2.了解双层PCB板以及一定（霍尔传感器）的焊接排版的技术和工艺。 二、实验仪器、设备与材料： 1.认识霍尔传感器（电路部分）的元件（附图如下）： 2.焊接电路PCB板（双层）和对电路设计的排版工艺的了解。 3.对霍尔传感器的电路原理图进行基本的分析（附图如下）： 霍尔传感器原理图：

霍尔开关电路（霍尔数字电路），由三端7812稳压器，霍尔片差分放大器THS119，三端可调分流稳压器TL431及双路JFET的输 入运放TL082和输出级组成。在外磁场的作 用下,当感应强度超过导通阀值时，霍尔电路 输出管导通，输出低电平 TL082是一通用的J-FET双运用算放大 器，其特点有，较低输入偏置电压和偏移电 流，输出没有短路保护，输入级具有较高的 输入阻抗，内建频率被子偿电路，较高的压 摆率。最大工作电压为18V。TL082是霍尔传 感器的核心处理部位。（CON2接口对应霍尔 元件THS119） 霍尔元件THS119封装图

印刷板： 3211 2 2 12 121 2121 21 21212 1 21 2 1 4321 1234 8 7653213 211 2321 121 2 1212 直流电源输入24V ，由IN4148、三端稳压管7812和TL431（串接一个电阻）构成的稳压支路，得到不同的电压。霍尔元件THS119是采样核心元件，值得一提的是Z2这个稳压元件。在实际运用当中精密稳压集成电路TL431并不一定要用实物，可以用一个NPN 型三极管来串接一个电阻来等效代替。 整个电路的设计运用了闭环温度反馈来实现自我保护。主要的设计是RT1热敏电阻，对电路在工作时的表面温度进行控制。这样的设计能很好的起到一个自我保护。 因为我们知道，霍尔传感器的PCB 板是封装在塑料外壳里，由于电路的工作环境的问题，导致电路几乎没有更好的散热（外壳有些导热）。至此，用到RT1热敏电阻来进行温度控制保护显得非常合理。 三、实验操作（焊接）： 1.霍尔传感器PCB 双层印制电路板的焊接。 2.了解电路的元件的安排和电路设计线路的排版。 四、实验制作

传感器原理课程设计

HUBEI NORMAL UNIVERSITY 《传感器原理与应用》 实验报告 湖北师范学院计算机科学与技术学院 学生姓名 徐泽敏 学 号 2013115040428 指导教师 洪家平 专业与班级 物联网工程1304班 完成时间 2015年6月9日

目录 实验一 Pt100铂电阻测温特性实验 (3) 二、基本原理：利用霍尔效应表达式：UH＝KHIB，当被测圆盘上装上N只磁性体时，圆 盘每转一周磁场就变化N次。每转一周霍尔电势就同频率相应变化，输出电势通过放大、整形和计数电路就可以测量被测旋转物的转速。 (6) 三、需用器件与单元：主机箱、霍尔转速传感器、转动源。 (6) 四、实验步骤： (6) 实验三光电转速传感器测速实验 (8) 二、基本原理：光电式转速传感器有反射型和透射型二种，本实验装置是透射型的(光 电断续器)，传感器端部二内侧分别装有发光管和光电管，发光管发出的光源透过转盘上通孔后由光电管接收转换成电信号，由于转盘上有均匀间隔的6个孔，转动时将获得与转速有关的脉冲数，将脉冲计数处理即可得到转速值。 (8) 三、需用器件与单元：主机箱、转动源、光电转速传感器—光电断续器(已装在转动源 上)。 (8) 四、实验步骤： (8) 五、思考题： (9) 实验四金属箔式应变片――单臂电桥性能实验 (10) 四、实验步骤： (11) 五、思考题： (12) 1.单臂电桥时，作为桥臂电阻应变片应选用：（1）正（受拉）应变片（2）负（受压） 应变片（3）正、负应变片均可以。 (12) 实验五金属箔式应变片—半桥性能实验 (13) 一、实验目的：比较半桥与单臂电桥的不同性能、了解其特点。 (13) 二、基本原理：不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边，电桥输出灵敏度提高， 非线性得到改善。当应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压UO2＝EKε／2。 13 三、需用器件与单元：主机箱、应变式传感器实验模板、托盘、砝码。 (13) 四、实验步骤： (13) 实验六：温度传感实验 (16)

信号调理电路的原理、功能

什么是信号调理？信号调理电路的原理，信号调理模块的功能 [导读] 信号调理电路往往是把来自传感器的模拟信号变换为用于数据采集、控制过程、执行计算显示读出和其他目的的数字信号。模拟传感器可测量很多物理量，如温度、压力、力、流量、运动、位置、PH、光强等。但是传感器信号不能直接转换为数字数据，因为传感器输出是相当小的电压、电流或变化，因此，在变换为数字数据之前必须进行调理。 信号调理电路原理 信号调理电路往往是把来自的模拟信号变换为用于、控制过程、执行计算显示读出和其他目的的数字信号。 模拟传感器可测量很多物理量，如温度、压力、力、流量、运动、位置、PH、光强等。但是传感器信号不能直接转换为数字数据，因为传感器输出是相当小的电压、电流或变化，因此，在变换为数字数据之前必须进行调理。 调理就是放大，缓冲或定标模拟信号，使其适合于模/数转换器(ADC)的输入。然后，ADC对模拟信号进行数字化，并把数字信号送到或其他数字器件，以便用于系统的数据处理。 信号调理电路技术 1.放大 提高输入信号电平以更好地匹配模拟-数字转换器(ADC)的范围，从而提高测量精度和灵敏度。此外，使用放置在更接近信号源或转换器的外部信号调理装置，可以通过在信号被环境噪声影响之前提高信号电平来提高测量的信号-噪声比。 2.衰减 衰减，即与放大相反的过程，在电压(即将被数字化的)超过数字化仪输入范围时是十分必要的。这种形式的信号调理降低了输入信号的幅度，从而经调理的信号处于ADC范围之内。衰减对于测量高电压是十分必要的。 3.隔离

隔离的信号调理设备通过使用变压器、光或电容性的耦合技术，无需物理连接即可将信号从它的源传输至测量设备。除了切断接地回路之外，隔离也阻隔了高电压浪涌以及较高的共模电压，从而既保护了操作人员也保护了昂贵的测量设备。 4.多路复用 通过多路复用技术，一个测量系统可以不间断地将多路信号传输至一个单一的数字化仪，从而提供了一种节省成本的方式来极大地扩大系统通道数量。多路复用对于任何高通道数的应用是十分必要的。 5.过滤 在一定的频率范围内去处不希望的噪声。几乎所有的数据采集应用都会受到一定程度的50Hz或60Hz的噪声(来自于电线或机械设备)。大部分信号调理装置都包括了为最大程度上抑制50Hz或60Hz 噪声而专门设计的低通滤波器。 6.激励 激励对于一些转换器是必需的。例如，应变计，电热调节器，和RTD需要外部电压或电流激励信号。通常RTD和电热调节器测量都是使用一个电流源来完成，这个电流源将电阻的变化转换成一个可测量的电压。应变计，一个超低电阻的设备，通常利用一个电压激励源来用于惠斯登(Wheatstone)电桥配置。 7.冷端补偿 冷端补偿是一种用于精确热电偶测量的技术。任何时候，一个热电偶连接至一个数据采集系统时，您必须知道在连接点的温度(因为这个连接点代表测量路径上另一个“热电偶”并且通常在您的测量中引入一个偏移)来计算热电偶正在测量的真实温度。 信号调理电路设计实例 1、硬件设计 信号调理电路单路输入的硬件结构，包括信号输入、放大、单片机控制等几大部分。信号输入电路由精密基准电源MAX872、光AQW212E、运放4502 及精密仪表开关电容模块LTC1043 等组成。其中精密基准电源的使用一方面提升输入信号的电位，避免低电位测量时的干扰误差;另一方面作为一路检测电路，其测量结果可以修正其它回路的检测结果，实现系统的在线自校正。MAX872 具有较宽的电压输入范围～20V)，输出精度可达± %。LTC1043CN 是双精密仪

基于单片机的自动感应式雨刮控制器设计与实现

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脉宽调制波的占空比，以决定ＰＷＭ的占空“８１．系统控制电路的软件框图如图４所示． 圈４系统软件控制流程图 ４实验分析 初步采用喷壶模拟雨量大小，并模拟了小雨、中雨、大雨３种情况，分别采集了传感器输出的电压信号和单片机输出的ＰＷＭ波形，如图５一图ｌＯ所示． 圈６雨量为小雨时输出ＰＷＭ波形图１０雨量为大雨时输出ＰＷＭ波形 （下转第１６４页）　万方数据

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基于单片机的自动感应式雨刮控制器设计与实现 作者：王研博， 杜坤梅， 张洁， WANG Yan-bo， DU Kun-mei， ZHANG Jie 作者单位：哈尔滨理工大学,电气与电子工程学院,黑龙江,哈尔滨,150040 刊名： 哈尔滨理工大学学报 英文刊名：JOURNAL OF HARBIN UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY 年，卷(期)：2009,14(z1) 被引用次数：1次 参考文献(8条) 1.陈杰;黄鸿传感器与检测技术 2002 2.陈苗海侦察监视车及共光电传感器的发展现状[期刊论文]-激光与红外 2005(07) 3.李长顺汽车控制系统的传感器 1996(02) 4.熊慧;尤一鸣MC68单片机入门与实践 2006 5.漆海燕凯越自动雨刮控制系统[期刊论文]-汽车维修与保养 2005(05) 6.裴京礼汽车传感器的发展历程、应用现状及未来[期刊论文]-农业装备与车辆工程 2005(01) 7.胡兴军;子萌汽车传感器发展综述[期刊论文]-重型汽车 2004(02) 8.董辉汽车用传感器 2005 引证文献(1条) 1.张洁.王旭东.张思艳基于PWM的雨量感应式雨刮器电机起动电流的抑制[期刊论文]-哈尔滨理工大学学报2010(4) 本文链接：https://www.wendangku.net/doc/304103316.html,/Periodical_heblgdxxb2009z1048.aspx

《传感器原理设计与应用》重点总结材料

本文档根据老师最后一次课上课时所说的相关容并根据我自己的个人情况简要整理，相对简洁，和大家分享一下。考虑到老师说的容和考试容相比，可能不够完整；而且个人水平有限，不可能把握的很准确，所以只是参考而已。。。建议大家根据自己的理解补充完善~ 第一章：传感器概论 1、传感器的定义：传感器（或敏感元件）基于一定的变换原理/规律将被测量（主要是非电量的测量，可采用非电量电测技术）转换成电量信号。变换原理/规律涉及到物理、化学、生物学、材料学等学科。 2、传感器的组成：传感器一般由敏感元件（将非电量变成某一中间量）、转换元件（将中间量转换成电量）、测量电路（将转换元件输出的电量变换成可直接利用的电信号）三部分组成，有的传感器还需加上辅助电源。 3、传感器的分类 按变换原理分类——>利用不同的效应构成物理型、化学型、生物型等传感器。 按构成原理分类： 结构型：依靠机械结构参数变化来实现变换。 物性型：利用材料本身的物理性质来实现变换。 按输入量的不同分类——>温度、压力、位移、流量、速度等传感器 按变换工作原理分类: 电路参数型:电阻型、电容型、电感型传感器 按参电量如：Q（电量）、I、U、E 等分类:磁电型、热电型、压电型、霍尔型、光电式传感器 4、传感器技术的发展动向：

教材表述：发现新现象、开发新材料、采用微细加工技术、研制多功能集成传感器、智能化传感器、新一代航天传感器、仿生传感器 老师表述：微型化、集成化、廉价。 第二章：传感器的一般特性 1、静态特性 检测系统的四种典型静态特性 线性度：传感器的输出与输入之间的线性程度。传感器的理想输出-输入特性是线性的。 灵敏度：系统在静态工作的条件下，其单位输入所产生的输出，实为拟合曲线上某点的斜率。 即S N=输入量的变化/输出量的变化=dy/dx 迟滞性：特性表明传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程期间输出-输入特性曲线不重合的程度。 （产生的原因：传感器机械部分存在的不可避免的缺陷。） 重复性：重复性表示传感器在输入量按同一方向作全量程多次测量时所得特性曲线不一致程度。曲线的重复性好，误差也小。产生的原因与迟滞性类似。 精确度. 测量围和量程. 零漂和温漂. 2、动态特性：（传感器对激励（输入）的响应（输出）特性） 动态误差：输出信号不与输入信号具有完全相同的时间函数，它们之间的差异。包括：稳态动态误差、暂态动态误差 动态测试中的两个重要特征：时间响应、频率响应