振动传感器

振动传感器

振动传感器分为压电式，磁电式，微型振动传感器。

常用振动传感器有以下几种：

1.压电片谐振式：使用压电片接收振动信号，压电片的谐振频率较高，为了降低谐振频率，使用加大压电片振动体的质量来实现，并使用弹簧球代替附加物，降低两谐振频率，增强了振动效果。其优点是灵敏度较高，结构简单。但是需要信号放大后送到TTL电路或者单片机电路中，不过使用一个三极管单级放大即可

2.机械振动式：传统的振动检测方式，受到振动以后，弹簧球在较长的时间内进行减幅振动，这种振动便于被检测电路检测到。振动输出开关信号，输出阻抗与配合输出的电阻阻值所决定，根据检测电路的输入阻抗，可以做成高阻抗输出方式。

3.微型振动传感器：将机械式振动传感器微型化，将振动体碳化并进行密封处理，其工作性能更可靠。输出开关信号直接与TTL电路和或者单片机输入电路相连接，电路结构简单。输出阻抗高，静态工作电流小。

振动传感器按其功能可有以下几种分类方法：

按机械接收原理分：相对式、惯性式；按机电变换原理分：电动式、压电式、电涡流式、电感式、电容式、电阻式、光电式；

按所测机械量分：位移传感器、速度传感器、加速度传感器、力传感器、应变传感器、扭振传感器、扭矩传感器。

以上分类法中的传感器是相容的。

1、相对式电动传感器

电动式传感器基于电磁感应原理，即当运动的导体在固定的磁场里切割磁力线时，导体两端就感生出电动势，因此利用这一原理而生产的传感器称为电动式传感器。相对式电动传感器从机械接收原理来说，是一个位移传感器，由于在机电变换原理中应用的是电磁感应电律，其产生的电动势同被测振动速度成正比，所以它实际上是一个速度传感器。

2、电涡流式传感器

电涡流传感器是一种相对式非接触式传感器，它是通过传感器端部与被测物体之间的距离变化来测量物体的振动位移或幅值的。电涡流传感器具有频率范围宽(0～10 kHZ)，线性工作范围大、灵敏度高以及非接触式测量等优点，主要应用于静位移的测量、振动位移的测量、旋转机械中监测转轴的振动测量。

3、电感式传感器

依据传感器的相对式机械接收原理，电感式传感器能把被测的机械振动参数的变化转换成为电参量信号的变化。因此，电感传感器有二种形式，一是可变间隙，二是可变导磁面积。

4、电容式传感器

电容式传感器一般分为两种类型。即可变间隙式和可变公共面积式。可变间隙式可以测量直线振动的位移。可变面积式可以测量扭转振动的角位移。

5、惯性式电动传感器

惯性式电动传感器由固定部分、可动部分以及支承弹簧部分所组成。为了使传感器工作在位移传感器状态，其可动部分的质量应该足够的大，而支承弹簧的刚度应该足够的小，也就是让传感器具有足够低的固有频率。根据电磁感应定律，感应电动势为：

式中：B为磁通密度，l为线圈在磁场内的有效长度。从传感器的结构上来说，惯性式电动传感器是一个位移传感器。然而由于其输出的电信号是由电磁感应产生，根据电磁感应电律，当线圈在磁场中作相对运动时，所感生的电动势与线圈切割磁力线的速度成正比。因此就传感器的输出信号来说，感应电动势是同被测振动速度成正比的，所以它实际上是一个速度传感器。

6、压电式加速度传感器

压电式加速度传感器的机械接收部分是惯性式加速度机械接收原理，机电部分利用的是压电晶体的正压电效应。其原理是某些晶体(如人工极化陶瓷、压电石英晶体等，不同的压电材料具有不同的压电系数，一般都可以在压电材料性能表中查到。)在一定方向的外力作用下或承受变形时，它的晶体面或极化面上将有电荷产生，这种从机械能(力，变形)到电能(电荷，电场)的变换称为正压电效应。而从电能(电场，电压)到机械能(变形，力)的变换称为逆压电效应。

因此利用晶体的压电效应，可以制成测力传感器，在振动测量中，由于压电晶体所受的力是惯性质量块的牵连惯性力，所产生的电荷数与加速度大小成正比，所以压电式传感器是加速度传感器。

7、压电式力传感器

在振动试验中，除了测量振动，还经常需要测量对试件施加的动态激振力。压电式力传感器具有频率范围宽、动态范围大、体积小和重量轻等优点，因而获得广泛应用。压电式力传感器的工作原理是利用压电晶体的压电效应，即压电式力传感器的输出电荷信号与外力成正比。

8、阻抗头

阻抗头是一种综合性传感器。它集压电式力传感器和压电式加速度传感器于一体，其作用是在力传递点测量激振力的同时测量该点的运动响应。因此阻抗头由两部分组成，一部分是力传感器，另一部分是加速度传感器，它的优点是，保证测量点的响应就是激振点的响应。

使用时将小头(测力端)连向结构，大头(测量加速度)与激振器的施力杆相连。从“力信号输出端”测量激振力的信号，从“加速度信号输出端”测量加速度的响应信号。注意，阻抗头一般只能承受轻载荷，因而只可以用于轻型的结构、机械部件以及材料试样的测量。无论是力传感器还是阻抗头，其信号转换元件都是压电晶体，因而其测量线路均应是电压放大器或电荷放大器。

9、电阻应变式传感器

电阻式应变式传感器是将被测的机械振动量转换成传感元件电阻的变化量。实现这种机电转换的传感元件有多种形式，其中最常见的是电阻应变式的传感器。电阻应变片的工作原理为：应变片粘贴在某试件上时，试件受力变形，应变片原长变化，从而应变片阻值变化，

实验证明，在试件的弹性变化范围内，应变片电阻的相对变化和其长度的相对变化成正比。

振动检测传感器的应用

振动检测传感器的应用 加速度传感器的应用： 加速度传感器是一种能够测量加速力的电子设备。加速力就是当物体在加速过程中作用在物体上的力，就好比地球引力，也就是重力。加速力可以是个常量，比如g，也可以是变量。 加速度传感器可以帮助你的机器人了解它现在身处的环境。是在爬山？还是在走下坡，摔倒了没有？或者对于飞行类的机器人来说，对于控制姿态也是至关重要的。更要确保的是，你的机器人没有带着炸弹自己前往人群密集处。一个好的程序员能够使用加速度传感器来回答所有上述问题。加速度传感器甚至可以用来分析发动机的振动。加速度传感器可以测量牵引力产生的加速度。 目前最新IBM Thinkpad手提电脑里就内置了加速度传感器，能够动态的监测出笔记本在使用中的振动，并根据这些振动数据，系统会智能的选择关闭硬盘还是让其继续运行，这样可以最大程度的保护由于振动，比如颠簸的工作环境，或者不小心摔了电脑做造成的硬盘损害，最大程度的保护里面的数据。另外一个用处就是目前用的数码相机和摄像机里，也有加速度传感器，用来检测拍摄时候的手部的振动，并根据这些振动，自动调节相机的聚焦。概括起来，加速度传感器可应用在控制，手柄振动和摇晃，仪器仪表，汽车制动启动检测，地震检测，报警系统，玩具，结构物、环境监视，工程测振、地质勘探、铁路、桥梁、大坝的振动测试与分析；鼠标，高层建筑结构动态特性和安全保卫振动侦察上。 激光多普勒传感器的应用： 本测试仪特别适用于测量那些质轻，微小的物 体（如声学喇叭，电脑硬盘，其他微机电系统等） 或者远距离不可接触到的物体（如高高的钢架，风 洞试验设备等）。广泛应用于航空，汽车,国防和民 用工程领域。

天津大学传感器复习重点

天津大学传感器复习重点-适用于机械工业出版社唐文彦主编版本绪论 传感器定义：能够感受规定的测量量，并且按照一定的规律转换成可用输出信号的器件和装置 一、静特性指标 当输入量为常量，或变化极慢时，输出与输入之间的关系称为静特性 二、传感器组成P1 敏感元件、转换元件、基本转换电路 1、敏感元件：直接感受被测量，输出与被测量成确定关系的某一物理量输出元件。 2、转换元件：敏感元件的输出就是它的输入，他把输入转换成电路参量。 3、基本转换电路电路参数变化量接入基本转换电路，便可以转化成电量输出。传感器只需要完成被测参数到电量的基本转换，然后输入测控电路即可。 三、稳定性指标及其含义P7 1、线性度：在采用直线拟合线性化时，输出输入的校正曲线与其拟合曲线之间的最大偏差，称为线性度，通常用相对误差来表示。 2、迟滞：传感器在正反行程中输出输入曲线不重合称为迟滞。 3、重复性：重复性是指传感器在输入按同一方向连续多次变动时所得特性曲线不一致的程度。 4、灵敏度与灵敏度误差： （1）灵敏度：传感器输出的变化量与引起该变化量的输入变化量之比称为其静态灵敏度。 （2）灵敏度误差：由于某种原因，引起灵敏度发生变化，产生灵敏度误差。用相对误差表示。 5、分辨力与阈值：

（1）分辨力：分辨力是指传感器能检测到的最小的输入增量。 （2）阀值：传感器输入零点附近的分辨力称为阈值。 6、稳定性：稳定性是指传感器在长时间工作的情况下输出量发生的变化，有时称为长时间工作稳定性或零点漂移。 7、温度稳定性：温度稳定性又称为温度漂移，是指传感器在外界温度变化下输出量发生的变化。温度稳定性误差用温度每变化若干度的绝对误差或相对误差表示。每摄氏度引起的传感器误差又称为温度误差系数。 8、抗干扰稳定性：是指传感器对外界干扰的抵抗能力，例如抗冲击和振动的能力、抗潮湿的能力、抗电磁场干扰的能力等。 9、静态误差：是指传感器在其全量程内任一点的输出值与理论值的偏离程度。 第一章电阻式传感器 Part one应变式传感器 一、工作原理 应变式传感器是利用金属的电阻应变效应，将被测物体变形转换成电阻变化的传感器。 1.什么是金属的电阻应变效应？ 当金属丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值将发生变化，这种现象称为金属的电阻应变效应。 2.应变片有哪些优点？ 灵敏度和精度高，性能稳定、可靠电阻率变化公式P22 应变片尺寸小、重量轻、结构简单、使用方便测量范围大适应性强便于多点测量、远距离测量和遥测 二、应变片的类型和材料 1.电阻应变片有哪几种形式？金属丝式应变片、金属箔式应变片、金属薄膜式应变片 2.横向效应：将直的电阻丝绕成敏感柵之后，虽然长度相同，但是应变状态不相同，其灵敏系数降低了，该现象称为横向效应。 非线性P25

振动传感器设计

振动传感器的设计研究 王翔 19920111152779 （物理与机电工程学院） 摘要：本文目的是设计一款要求参数的振动传感器，其主要是利用差分电容的原理进行设计。根据差分电容的特点建立其力学和电路特性然后应用三明治结构实现设计。在对三明治结构进行了ansys仿真确定了其振动的模态从而调节参数时敏感器件符合要求，使用matlab对其输出的位移和电压进行了仿真模拟得到相应的结论。 关键字：振动传感器、三明治结构、仿真 1引言 众所周知，振动是广泛存在于自然界和人类社会生活中的一种物理现象，直观地形容，振动是一种动态现象，是我们观察到的某一平衡位置上的往复运动。振动是一种或多种力的作用导致结构中的能量的传递和储存引起的。有些振动是我们需要的，在工农业生产、社会生活、医疗保健等方面均有广泛的应用。比如在建筑工地，用机器将水泥沙浆捣实，利用超声振动进行清洗、焊接等。有些振动又是需要避免的，比如环境噪声、桥梁谐振等。通过振动测量可以提供振动加速度、速度和位移，为工业生产提供依据，保证仪器设备的安全、可靠，还可以为仪器工作过程中提供各振动参数数据，使控制系统根据测试数据对仪器的工作状态进行控制，保证正确的工作状态，以便提高工作效率。 本文通过差动电容的原理设计了一种振动传感器，测量振动中的加速度。主要技术指标为： 检测限为 0.1 mg, 频率范围100-10,000Hz 2 电容式振动传感器的工作基础

2.1工作原理 本传感器测量原理是基于牛顿第二定律，加速度作用在敏感质量上形成惯性力，间接测量加速度。加速度传感器的微结构包括弹性梁、惯性质量块等，其基本力学模型是一个质量块加弹簧构成的阻尼系统，加速度通过敏感质量块形成惯性力作用于系统。如图2.1所示： 图2.1 基本力学模型 根据牛顿第二定律建立振动微分方程： )()(22t ma t F ky dt dy R t d y d m ==++ （2-1） 式中m 为振动物体质量，R 为动态阻尼系数，k 为弹簧系数，a 为输入加速度，y 为质量相对壳体的位移；t d y d m 2 2表示惯性力，dt dy R 表示动 态阻力，F(t)表示支撑梁的弹性力。 将式（2.1）进行零初始条件下拉普拉斯变换，得： )()()()(2s A m s KY s sY R s Y s m ?=+?+? 由此可以得到系统的传递函数为：

测试技术复习资料传感器第四章-考试重点教学教材

测试技术复习资料传感器第四章-考试重点

测试技术传感器第四章题型小结 一、选择题 1. 电涡流式传感器是利用什么材料的电涡流效应工作的。（ A ） A. 金属导电 B. 半导体 C. 非金属 D. PVF 2 2. 为消除压电传感器电缆分布电容变化对输出灵敏度的影响，可采用（ B ）。 A. 电压放大器 B. 电荷放大器 C. 前置放大器 D. 电容放大器 3. 磁电式绝对振动速度传感器的数学模型是一个（ B ）。 A. 一阶环节 B. 二阶环节 C. 比例环节 D. 高阶环节 4. 磁电式绝对振动速度传感器的测振频率应（ A ）其固有频率。 A. 远高于 B. 远低于 C. 等于 D. 不一定 5. 随着电缆电容的增加，压电式加速度计的输出电荷灵敏度将（ C ）。 A. 相应减小 B. 比例增加 C. 保持不变 D. 不确定 6. 压电式加速度计，其压电片并联时可提高（ B ）。 A. 电压灵敏度 B. 电荷灵敏度 C. 电压和电荷灵敏度 D. 保持不变 7. 调频式电涡流传感器的解调电路是（ C ）。 A. 整流电路 B. 相敏检波电路 C. 鉴频器 D. 包络检波电路 8. 压电式加速度传感器的工作频率应该（ C ）其固有频率。 A. 远高于 B. 等于 C. 远低于 D. 没有要求 9. 下列传感器中哪个是基于压阻效应的？（ B ） A. 金属应变片 B. 半导体应变片 C. 压敏电阻 D. 磁敏电阻 10. 压电式振动传感器输出电压信号与输入振动的（ B ）成正比。 A. 位移 B. 速度 C. 加速度 D. 频率

11. 石英晶体沿机械轴受到正应力时，则会在垂直于（ B ）的表面上产生电荷量。 A. 机械轴 B. 电轴 C. 光轴 D. 晶体表面 12. 石英晶体的压电系数比压电陶瓷的（ C ）。 A. 大得多 B. 相接近 C. 小得多 D. 不确定 13. 光敏晶体管的工作原理是基于（ B ）效应。 A. 外光电 B. 内光电 C. 光生电动势 D. 光热效应 14. 一般来说，物性型的传感器，其工作频率范围（ A ）。 A. 较宽 B. 较窄 C. 较高 D. 不确定 15. 金属丝应变片在测量构件的应变时，电阻的相对变化主要由（ B ）来决定的。 A. 贴片位置的温度变化 B. 电阻丝几何尺寸的变化 C. 电阻丝材料的电阻率变化 D. 电阻丝材料长度的变化 16. 电容式传感器中，灵敏度最高的是（ C ）。 A. 面积变化型 B. 介质变化型 C. 极距变化型 D. 不确定 17. 极距变化型电容传感器适宜于测量微小位移量是因为（B ） A. 电容量微小影响灵敏度 B. 灵敏度与极距的平方成反比，间距变化大则产生非线性误差 C. 非接触测量 D. 两电容极板之间距离变化小

传感器安装方式对振动测试的影响重点

传感器安装方式对振动测试的影响 一、传感器的安装有方向性,传感器的外形一般是以圆柱体为主,它的轴线要与振动方向一致,否则传感器测量到的就是振动的横向分量了,采集到的数据不准确。 二、对于固定点和测量点GB/T2423-10-1995 中规定如下: 3.1 固定点fixing point 样品与夹具或与振动台点接触的部分,在使用中通常是固定样品的地方。如果实际安装结构的一部分作夹具使用,则应取安装结构和振动台点接触的部分作固定点,而不应取样品和振动台点接触的部分作固定点。 3.2 测量点measuring point 试验中采集数据的某些特定点具有两种形式,下面给出其定义。 注:为了评价样品的性能,可以在样品中的许多点上进行测量,但在本标准中,这种情况不作为测量点看待,对这方面的更详细的叙述见附录A2.1。 3.2.1 检测点check point 位于夹具、振动台或祥品上的点,并且要尽可能接近于一固定点,而且在任何情况下,都要和固定点刚性连接。 试验的要求是通过若干检测点的数据来保证的。 如果存在四个或四个以下的固定点,则每一个都用作检测点。如果存在四个以上的固定点,则有关规范中应规定四个具有代表性的固定点作检测点用。 在特殊情况下,例如对大型或复杂样品,如果要求检测点在其他地方(不紧靠固定点,则在有关规范中规定。

当大量的小样品安装在一个夹具中时,或当一个小样品具有许多固定点时,为了导出控制信号,可选用 单个检测点(即基准点,但该点应选自样品和夹具的固定点而不应选自夹具和振动台的固定点。这仅当夹具装上样品等负载后的最低共振频率充分高过试验频率的上限时才是可行的。 3.2.2 基准点reference point 是从检测点中选定的点,为了满足本标准的要求,该点上的信号是用来作控制试验之用的。 测量点加速度传感器的安装:与控制加速度计的安装类似,但测量点必须选在试件刚性较大的地方,否则测出的振动可能是局部振动并不反映测试点的总体振动情况。 三、对下图测量曲线的分析 从下图可以看到蓝色曲线是CH1控制点曲线,浅绿曲线是CH2测量点曲线。红、黄是退出和警告曲线。另两个是目标和共振曲线。 试验条件是10-100Hz,加速度是10M/S^2;此曲线是试验结束后保存的数据。 从图中可看出目标曲线、共振曲线、与控制点的曲线基本是重叠的,说明了振动试验正常,产品在振动时无大的偏差。 我们再看测量点CH2的曲线波形是断续的,不是连续的,在某些频率范围内测量值很小甚至没有信号输出了。从40Hz开始,测量逐步在增大,在60和约71-72Hz两个点出现尖峰值了。很明显测量点的输出信号是不正常,测量曲线的波形是断续的,说明测量信号时有时没有。这个原因有两种情况,一是传感器及连接线之间有虚断存在或传感器坏了。二是可能传感器安装不对了;三可能是有干扰信号。 光从一个图片,我们是很难找出问题存在的原因。

振动传感器

振动传感器 振动传感器分为压电式，磁电式，微型振动传感器。 常用振动传感器有以下几种： 1.压电片谐振式：使用压电片接收振动信号，压电片的谐振频率较高，为了降低谐振频率，使用加大压电片振动体的质量来实现，并使用弹簧球代替附加物，降低两谐振频率，增强了振动效果。其优点是灵敏度较高，结构简单。但是需要信号放大后送到TTL电路或者单片机电路中，不过使用一个三极管单级放大即可 2.机械振动式：传统的振动检测方式，受到振动以后，弹簧球在较长的时间内进行减幅振动，这种振动便于被检测电路检测到。振动输出开关信号，输出阻抗与配合输出的电阻阻值所决定，根据检测电路的输入阻抗，可以做成高阻抗输出方式。 3.微型振动传感器：将机械式振动传感器微型化，将振动体碳化并进行密封处理，其工作性能更可靠。输出开关信号直接与TTL电路和或者单片机输入电路相连接，电路结构简单。输出阻抗高，静态工作电流小。 振动传感器按其功能可有以下几种分类方法： 按机械接收原理分：相对式、惯性式；按机电变换原理分：电动式、压电式、电涡流式、电感式、电容式、电阻式、光电式； 按所测机械量分：位移传感器、速度传感器、加速度传感器、力传感器、应变传感器、扭振传感器、扭矩传感器。 以上分类法中的传感器是相容的。

1、相对式电动传感器 电动式传感器基于电磁感应原理，即当运动的导体在固定的磁场里切割磁力线时，导体两端就感生出电动势，因此利用这一原理而生产的传感器称为电动式传感器。相对式电动传感器从机械接收原理来说，是一个位移传感器，由于在机电变换原理中应用的是电磁感应电律，其产生的电动势同被测振动速度成正比，所以它实际上是一个速度传感器。 2、电涡流式传感器 电涡流传感器是一种相对式非接触式传感器，它是通过传感器端部与被测物体之间的距离变化来测量物体的振动位移或幅值的。电涡流传感器具有频率范围宽(0～10 kHZ)，线性工作范围大、灵敏度高以及非接触式测量等优点，主要应用于静位移的测量、振动位移的测量、旋转机械中监测转轴的振动测量。 3、电感式传感器 依据传感器的相对式机械接收原理，电感式传感器能把被测的机械振动参数的变化转换成为电参量信号的变化。因此，电感传感器有二种形式，一是可变间隙，二是可变导磁面积。 4、电容式传感器 电容式传感器一般分为两种类型。即可变间隙式和可变公共面积式。可变间隙式可以测量直线振动的位移。可变面积式可以测量扭转振动的角位移。 5、惯性式电动传感器

振动传感器种类、原理及发展趋势

振动传感器种类、原理及发展趋势 【摘要】振动传感器是一种能感受机械运动振动的参量(振动速度、频率，加速度等)并转换成可用输出信号的传感器。 在高度发展的现代工业中，现代测试技术向数字化、信息化方向发展已成必然发展趋势，而测试系统的最前端是传感器，它是整个测试系统的灵魂，被世界各国列为尖端技术，特别是近几年快速发展的IC技术和计算机技术，为传感器的发展提供了良好与可靠的科学技术基础。使传感器的发展日新月益，且数字化、多功能与智能化是现代传感器发展的重要特征。 【关键词】种类；原理；发展趋势 【Abstract】:Vibration transducer is atransducer that can feel the vibration of a mechanical movement parameters (frequency of the vibration velocity, acceleration, etc.) and converted into usable output signal of the sensor. At the height of the development of modern industry, modern testing technology to digitization, information management has become an inevitable trend of development, and testing system for the front end is the sensor, it is the soul of an entire test system, is listed as a leading-edge technology around the world, particularly in recent years, the rapid development of IC technology and computer technology, the development of a sensor provides a good and reliable scientific and technology base. Place the sensor development, Crescent IK, and multipurpose digital, is a modern and intelligent sensor development, an important feature. 【Keywords】:type , principle , inevitable trend of development 振动传感器的分类

LC谐振式振动传感器的设计与制作

LC谐振式振动传感器的设计与制作 摘要：利用MEMS技术研制出非接触式硅微加速度计。传感器使用LC谐振原理，通过外部线圈感应谐振频率。工艺制作采用体硅加工工艺，并且采用一种减小封装应力的结构完成压力传感器的真空密封及封装。利用锁相环微弱信号检测技术建立的开环频率特性测试系统及闭环自激测试系统测试了传感器的频率、压力特性等相关技术指标。谐振器在空气中的品质因素Q值大于1 200；在真空中的Q 值大于7 000。压力满量程刻度为0～120 kPa。差分输出的结果优于单个谐振梁的输出结果，差分输出结果的线性相关系数为0．999 9，灵敏度为225．77 Hz／kPa。 关键词：微机电系统；谐振式压力传感器；电磁激励电磁拾振；差分检测；体硅微加工工艺 引言 近几年来随着微机械加工技术的进步以及微弱信号检测技术的进步，基于MEMS工艺基础的谐振式压力传感器的研究和制作越来越受到重视。 谐振式压力[1]传感器的基本机理是利用压力敏感元件感受到压力，使与之相关联的谐振器的谐振频率发生变化，通过测量谐振器频率的变化来检测压力。与通常的诸如压阻式和电容式压力传感器相比，谐振式压力传感器体积小、功耗低；以频率为最后输出量的特点使其具有更高的精度和稳定性，容易和大规模集成电路兼容。 本文介绍了一种具有差分检测结构的谐振式压力传感器，谐振器采用电磁激励一电磁拾振的激励方式，采用闭环自激振荡的检测方式来检测压力。 1 工作原理 传感器的整体结构如图1。它由单晶si压力膜和单晶Si的梁谐振器组成。两者通过键合技术结合为一个整体。上面的谐振器封装于真空中，下面的Si膜下侧与待测压力源相接触。膜的四周与封装的管座底部固支接触。当si膜受到压力的作用时，膜将产生形变。与膜相接触的谐振梁支柱也将随膜的形变而发生形变，这样，位于支柱上端的梁谐振器将因为支柱的形变而受到轴向应力，从而改变其本身的固有振动频率。其频率的改变和轴向应力变化以及膜受到的压力为近似线性关系，所以通过检测谐振梁固有频率的变化可以实现检测压力的目的[2] [3]。此传感器采用差分检测方式，分上、中、下三组谐振梁进行检测。通过中梁和上下任意一组梁进行差分检测，可以提高整个传感器的灵敏度，大幅度地削弱温漂对于谐振梁频率飘移的影响。 图1 传感器的整体结构 传感器谐振梁的结构见图2，两根梁和中间相连的桥组成了传感器的谐振器。工作时外加垂直于谐振梁上表面的磁场，当在激振电极A 和B之间外加周期性交变电压时，激振梁因产生电流而受到洛仑兹力，随着电压方向的变化，洛仑兹力方向也随之周期性变化，从而使得激振梁因受到方向周期性变化的力而产生振动，并通过中间的桥带动上方拾振梁振动。当拾振粱振动时，因切割磁力线而在拾振电极C和D之间产生感应电动势，其频率与激振梁所加电压相同。当所加电压频率接近或等于整个谐振梁的固有频率时，谐振梁将发生共振，拾振梁的振幅达到最大，从而拾振电极之间的感生电动势的幅值也达到最大[4]。通过检测拾振梁所产生的感生电动势大小来确定谐振梁的固有频率从而达到检测压

振动信号检测系统设计1

信号检测综合训练 说明书 题目：振动信号检测系统设计 学院：电气工程与信息工程学院 班级：电子（2）班 姓名: 钱鹏鹏 学号：11260224 指导老师：缑新科 2014.12.07

摘要 机械在运动时，由于旋转体的不平衡、负载的不均匀、结构刚度的各向异性、间隙、润滑不良、支撑松动等因素，总是伴随着各种振动。机械振动在大多情况下是有害的，振动往往会降低机器性能，破坏其正常工作，缩短使用寿命，甚至导致事故。机械振动还伴随着同频率的噪声，恶化环境，危害健康。另一方面，振动也被利用来完成有用工作，如运输、夯实、清洗、粉碎、脱水等。这时必须正确选择振动参数，充分发挥振动机械的性能。在现代企业管理制度中，除了对各种机械设备提出低振动和低噪声要求外，还需随时对机器的运行状况进行监测、分析、诊断，对工作环境进行控制。为了提高机械结构的抗振性能，有必要进行机械机构振动分析和振动设计，这些都离不开振动测试。 本文在此基础上设计了一种专用的振动信号检测系统，具有功耗低、体积小、精度高等优点。 信号检测的内容要求： 通过MCS-51系列单片机设计振动信号检测系统。要求如下： 1 振动信号的特点，选择合适的传感器，并设计相应的检测电路； 2 将设计完成的检测电路，通过软件防真验证； 3 主要设计指标：可测最大加速度：-5m/s~+5m/s;可测最大速度：-0.16m/s~+0.16m/s；可测最大位移：-5mm~+5mm；通频带：0.05Hz~35Hz；转换精度：8bit；采样频率：128Hz 4 利用LCD显示振动信号，有必要的键盘控制。

总体设计方案介绍： 本系统由发射电路和接收电路组成。发射电路主要由加速度传感器构成。接收电路由单片机最小系统和外部串口以及显示部分模块三部分组成。。 硬件电路设计： （1）使用MMA8452加速度传感器和STC89C52单片机来实现。 一.设计目的:了解加速度传感器的工作机理，以及单片机的各种性能； 二.设计器材:电源、proteus7.7软件、89C52，MMA8452加速度传感器，导线若干。 三．设计方案介：该系统目的是便于对一些物理量进行监视、控制。本设计以加速度传感器显示出加速度信号即振动信号，再通过单片机将信号从串口接入电脑显示出来，即完成振动信号的检测功能。 （2）振动传感器的分类 1、相对式电动传感器 电动式传感器基于电磁感应原理，即当运动的导体在固定的磁场里切割磁力线时，导体两端就感生出电动势，因此利用这一原理而生产的传感器称为电动式传感器。 相对式电动传感器从机械接收原理来说，是一个位移传感器，由于在机电变换原理中应用的是电磁感应电律，其产生的电动势同被测振动速度成正比，所以它实际上是一个速度传感器。 2、电涡流式传感器 电涡流传感器是一种相对式非接触式传感器，它是通过传感器端部与被测物体之间的距离变化来测量物体的振动位移或幅值的。电涡流传感器具有频率范围宽（0～10 kHZ），线性工作范围大、灵敏度高以及非接触式测量等优点，主要应用于静位移的测量、振动位移的测量、旋转机械中监测转轴的振动测量。 3、电感式传感器 依据传感器的相对式机械接收原理，电感式传感器能把被测的机械振动参数的变化转换成为电参量信号的变化。因此，电感传感器有二种形式，一是可变间隙，二是可变导磁面积。 4、电容式传感器 电容式传感器一般分为两种类型。即可变间隙式和可变公共面积式。可变间隙式可以测量直线振动的位移。可变面积式可以测量扭转振动的角位移。 5、惯性式电动传感器 惯性式电动传感器由固定部分、可动部分以及支承弹簧部分所组成。为了使传感器工作在位移传感器状态，其可动部分的质量应该足够的大，而支承弹簧的刚度应该足够的小，也就是让传感器具有足够低的固有频率。根据电磁感应定律，感应电动势为：u=Blx&r 。式中B为磁通密度，l为线圈在磁场内的有效长度，r x&为线圈在磁场中的相对速度。 从传感器的结构上来说，惯性式电动传感器是一个位移传感器。然而由于其输出的电信号是由电磁感应产生，根据电磁感应电律，当线圈在磁场中作相对运动

传感器课程设计(磁电式传感器测振动位移)

湖南科技大学 课程设计 课程设计名称：磁电感应式位移传感器 学生姓名： 学院：机电工程学院 专业：测控技术与仪器 学号： 指导教师：杨书仪凌启辉 2017 年 6 月12 日

传感器、测控电路课程设计任务书 一、设计题目 磁电感应式位移传感器的设计 二、设计要求 （1）测得位移灵敏度为1700x S mV cm -=? （2）可测得频率范围为0~500Hz 时，最大加速度为10g 。 （3）可测得频率在0~600Hz 、振幅范围为5~1m mm μ±±时，幅值误差为5%±；相位误差在50Hz 时为10。 （4）工作温度为10~80C C -

目录 一、确定结构 (01) 二、原始给定数据 (01) 三、磁电式传感器的参数设计计算 (02) 四、误差分析 (10) 五、测量电路的设计 (12) 六、绘制测振传感器的电路图 (14) 七、附录 (15) 八、参考资料 (15)

正 文 一、确定结构 所选定的结构如下图1所示，它是为测量振动用的一种磁电式传感器。 图1 二、原始给定数据 （1）测得位移灵敏度为1700x S mV cm -= （2）可测得频率范围为0~500Hz 时，最大加速度为10g 。 （3）可测得频率在0~600Hz 、振幅范围为5~1m mm μ±±时，幅值误差为 5%±；相位误差在50Hz 时为10。 （4）工作温度为10~80C C -

三、磁电式传感器的参数设计计算 1、磁路计算 测振传感器的结构和给定空间的分配尺寸如图2所示。采用磁场分割法，计算气隙磁导 G μ和扩散磁导p G 值。由于铝和铜是不导磁体，相当于空气隙一样，图中没有画出。根据磁场分布趋势，可将每一边的磁导近似分割成如图3所示的123G G G 、、。两边磁路对称，总磁 图2 、3 导G 及工作点M 求法如下。 （1） 求总磁导G 。 ()1231 2 G G G G = ++ ①磁导1G 。它是一个界面为矩形的旋转体，是属于同心的圆柱与圆筒之间的磁导，如图4所示。由图给定的尺寸可知 33 1.65227 1.352 0.3R mm cm r mm cm R r cm δ= ====-= 查《新编传感器技术手册》（李科杰主编）P358表12-2得

振动传感器的选择与安装重点

振动传感器的选择与安装 Choice and Installation of the Vibration Transducer 涂骥 (江西省计量测试研究院, 江西南昌330002 摘要:在众多工程领域中, 机械振动和结构动力学问题日益突出, 随着测试技术的数字化、智能化和计算机化, 动传感器的选择, 是振动测试中首先要考虑的问题。本文以压电传感器为例, 关键词:振动传感器; 选择; 安装 在航空、航天、车辆、机械、土木、化工等工程领域, 机 械振动和结构动力学问题日益突出。析已成为机械、结构产品研究、设计、、不可或缺的重要手段、。, 。一般可选择加速度量振动。在给定频率下, 加速度、速度与位移之间的幅值相差一个圆频率因子, 相位差90°。在测量系统中, 可通过积分电路由加速度得到速度, 由速度得到位移。但是由于三类传感器原理构造的不同, 使用范围的差异, 在特定情况需选择恰当的传感器类型。 以压电传感器为例, 在选择加速度传感器时, 应主要考虑以下特性: (1 灵敏度。灵敏度是加速度传感器最重要的特性之一。理论上加速度传感器的灵敏度越高越好。但灵敏度越高, 压电元件叠层越厚, 导致传感器自身谐振频率下降, 影响测量频率范围。而且灵敏度高的压电加速度传感器自身质量大, 不利于轻小试件的测量。因现代测量系统能接受很低振级的信号, 因而灵敏度也不再是决定一切的因素。压电加速度传感器的灵敏度有电荷与电压两种。对于ICP 传感器主要是电压灵敏度。

(2 安装谐振频率。即压电加速度传感器安装在其质量相对很大的刚性基础上时的固有频率 f m = s 式中:k 为压电元件的等效刚度, 为传感器质量块的质量。该参数决定了加速度传感器的测量频率范围。通 常取测量频率范围为安装谐振频率的3 , 这时测得的振 动误差不大于1dB (约10% 。为了进一步提高测量精度, 可选择测量上限频率小于谐振频率的5～10 。 (3 传感器质量。当需要在测量对象上布置大量传 , 加速度传感器的质量大。因为在这种情况下必须考虑传感。其影响可由下式近似估算 f s =f m + m s 式中:为带传感器的结构固有频率, m a 和m s 分别为传感器附加质量和结构在该阶固有频率下的等效质量。一般来说传感器质量应小于有效质量的 10

【实验报告】压电式传感器测振动实验报告

压电式传感器测振动实验报告 篇一：压电式传感器实验报告 一、实验目的：了解压电传感器的测量振动的原理和方法。 二、基本原理：压电式传感器由惯性质量块和受压的压电片等组成。（观察实验用压电加速度计结构）工作时传感器感受与试件相同频率的振动，质量块便有正比于加速度的交变力作用在晶片上，由于压电效应，压电晶片上产生正比于运动加速度的表面电荷。 三、需用器件与单元：振动台、压电传感器、检波、移相、低通滤波器模板、压电式传感器实验模板。双踪示波器。 四、实验步骤： 1、压电传感器装在振动台面上。 2、将低频振荡器信号接入到台面三源板振动源的激励源插孔。 3、将压电传感器输出两端插入到压电传感器实验模板两输入端，与传感器外壳相连的接线端接地，另一端接R1。将压电传感器实验模板电路输出端 Vo1，接R6。将压电传感器实验模板电路输出端V02，接入低通滤波器输入端Vi，低通滤波器输出V0与示波器相连。 3、合上主控箱电源开关，调节低频振荡器的频率和幅度旋钮使振动台振动，观察示波器波形。 4、改变低频振荡器的频率，观察输出波形变化。 光纤式传感器测量振动实验

一、实训目的：了解光纤传感器动态位移性能。 二、实训仪器：光纤位移传感器、光纤位移传感器实验模块、振动源、低频振荡器、通信接口（含上位机软件）。 三、相关原理：利用光纤位移传感器的位移特性和其较高的频率响应，用合适的测量电路即可测量振动。 四、实训内容与操作步骤 1、光纤位移传感器安装如图所示，光纤探头对准振动平台的反射面，并避开振动平台中间孔。 2、根据“光纤传感器位移特性试验”的结果，找出线性段的中点，通过调节安装支架高度将光纤探头与振动台台面的距离调整在线性段中点（大致目测）。 3、参考“光纤传感器位移特性试验”的实验连线，Vo1与低通滤波器中的Vi 相接，低通输出Vo接到示波器。 4、将低频振荡器的幅度输出旋转到零，低频信号输入到振动模块中的低频输入。 5、将频率档选在6~10Hz左右，逐步增大输出幅度，注意不能使振动台面碰到传感器。保持振动幅度不变，改变振动频率，观察示波器波形及锋-峰值。保持频率振动不变，改变振动幅度，观察示波器波形及锋-峰值。 篇二：实验六压电式传感器测振动实验 一、实验目的：了解压电传感器的测量振动的原理和方法。

测量振动传感器设计说明书

课程设计报告 学生姓名:xxx 学号： 学院:机械工程学院 班级: 机械xxx班 题目: 测量振动传感器 指导教师： xxx 职称: 高级工程师 2016 年 1月11日

目录 一、设计任务分析 (3) 二、方案设计 (3) 2.1原理简述 (3) 2.2应变片检测原理 (3) 2.3弹性元件的选择及设计 (5) 2.4应变片的选择及设计 (5) 三、单元电路的设计 (6) 3.1电桥电路的设计 (6) 3.2放大电路的设计 (7) 3.3移相器的设计 (8) 3.4过零比较器的设计 (9) 3.5相敏检波电路的设计 (9) 3.6低通滤波器的设计 (10) 四、误差分析 (10) 五、心得体会 (11) 六、参考文献 (11)

一、设计任务分析 采用电阻应变片设计一种电阻应变式质量（压力）传感器，具体要求如下： 1. 正确选取电阻应变片的型号、数量、粘贴方式并连接成交流电桥； 2. 选取适当形式的弹性元件，完成其机械结构设计、材料选择和受力分析， 3. 并根据测试极限范围进行校核； 4. 完成传感器的外观与装配设计； 5. 完成应变电桥输出信号的后续电路（包括放大电路、相敏检波电路、低通滤波电路）的设计和相关电路参数计算，并绘制传感器电路原理图； 二、方案设计 2.1原理简述 电阻应变式传感器为本设计的主要部件，传感器中的弹性元件感受物体的重力并将其转化为应变片的电阻变化，再利用交流全桥测量原理得到一定大小的输出电压，通过电路输出电压和标准重量的线性关系，建立具体的数学模型，在显示表头中将电压（V ）改为质量（kg ）即可实现对物品质量的称重。 本设计所测质量范围是0-10kg ，同时也将后续处理电路的电压处理为与之对应的0-10V 。由于采用了交流电桥，所以后续电路包括放大电路，相敏检波电路，移相电路，波形变换电路，低通滤波电路（显示电路本次未设计）。 原理框图如图一所示。 2.2 应变片检测原理 电阻应变片（金属丝、箔式或半导体应变片）粘贴在测量压力的弹性元件表 （质量）压力 电阻应变片 交流电桥 5KHZ 交流 放大器 移相器 过零比较器 相敏检波 低通滤波 数显表头

振动传感器的种类及选择方法

涡流传感器输出与振动位移成正比。传感器与被测物体不接触，可以测量转动部件的振动，并可进一步用于测量旋转机械振动分析中的两个关键参数：转速和相位。振动测量的频率范围较宽，能同时作静态和动态测量，适用于绝大多数旋转机械。传感器输出结果与被测物体材料有关，材料本身会影响传感器线性范围和灵敏度，必须重新标定。为了获得可靠的数据，对传感器的安装要求较严。 速度传感器输出与振动速度成正比，信号可以直接提供给分析系统。传感器安装简单，临时测量可以采用手扶方式或通过磁座与被测物体固定，长期监测可以通过螺钉与被测物体固定。速度传感器体积、质量偏大，低频特性较差，测量10Hz以下振动时，幅值和相位有误差，需要补偿。测量发电机和励磁机振动时，速度传感器可能会受到电磁干扰的影响。此时，速度传感器的输出信号会变得很不稳定，忽大忽小，没有规律。 加速度传感器输出与振动加速度成正比。体积小、质量轻是加速度传感器的突出特点，特别适用于细小和质量较轻部件的振动测试。加速度传感器结构紧凑，不易损坏。涡流、速度和加速度传感器在旋转机械振动测试中都得到了广泛应用。通常是用涡流传感器测量转轴振动，用速度或加速度传感器测量轴承座振动。另外，由位移、速度和加速度之间的关系可知，为了突出反映故障信号中高频分量或脉冲量的变化，可以选用加速度传感器，而为了突出反映故障信号中低频分且的变化，可以选用涡流传感器。 艾驰商城是国内最专业的MRO工业品网购平台，正品现货、优势价格、迅捷配送，是一站式采购的工业品商城！具有10年工业用品电子商务领域研究，以强大的信息通道建设的优势，以及依托线下贸易交易市场在工业用品行业上游供应链的整合能力，为广大的用户提供了传感器、图尔克传感器、变频器、断路器、继电器、PLC、工控机、仪器仪表、气缸、五金工具、伺服电机、劳保用品等一系列自动化的工控产品。 如需进一步了解图尔克、奥托尼克斯、科瑞、山武、倍加福、邦纳、亚德客、施克等各类传感器的选型，报价，采购，参数，图片，批发信息，请关注艾驰商城https://www.wendangku.net/doc/327174124.html,/

光电传感器重点

光电传感器原理是什么? ①光的性质 直射 光在空气中和水中时，总是直线传播。 使用对射型传感器外置的开叉来检测微小物体的示例便是运用了这种原理。 曲折 是指光射入到曲折率不同的界面上时，通过该界面后，改变行进方向的现象。 反射(正反射、回归反射、扩散反射) 在镜面和玻璃平面上，光会以与入射角相同的角度反射，称为正反射。 3个平面互相直角般组合的形状称为三面直角棱镜。 如果面向三面直角棱镜投光，将反复进行正反射，最终的反射光将向投光的反方向行进。 这样的反射称为回归反射。 多数的回归反射板都是由数mm角的三面直角棱镜按规律排列而构成的。 此外，在白纸等没有光泽性的表面上，光线将向各个方向反射，这样的反射称为扩散反射。 扩散反射型将该原理作为检测方式。 偏光 光线可以表现为与其行进方向垂直的振动波。作为光电传感器的光源，主要使用LED。从 LED投射的光线，会在与行进方向垂直的各个方向上振动，这种状态的光称为无偏光。将无偏 光的光的振动方向限制在一个方向上的光学过滤器称为偏光过滤器。即从LED投光，并通过偏 光过滤器的光线只在一个方向上振动，这种状态称为偏光(正确地说应为直线偏光)。在某 一方向(例如纵方向)上振动的偏光，无法通过限制在其垂直方向(横方向)上振动的偏光过滤器。回归反射型的M.S.R功能(→③M.S.R.功能(Mirror Surface Rejection：镜面体光泽 清除)页)和作为对射型配件的防止相互干扰过滤器就是应用了这种原理。 ②光源 光的点亮方式

〈脉冲变调光〉 多数光电传感器采用脉冲变调光，基本以一定周期反复投光。 由于很容易排除杂乱光的影响，所以可以实现长距离检测。在带防止相互干扰功能的类型中 ，投光的周期会根据干扰光和杂乱光而在一定范围内变化。 〈直流光〉 是连续投射一定光量的光线，在标记传感器等部分机型中使用。能得到高速响应性，但有检 测距离短，容易受杂乱光影响等缺点。 光源色与种类 ③光纤型 构造 由于检测部(光纤)中完全没有电气部分，所以耐干扰等耐环境性良好。 E3X-DA-S(数字放大器) 检测原理 光纤由中间的核心和外围部分曲折率较小的外包金属构成。 如果光线入射到核心部分，光线将会在与外包金属的交界面上一边反复进行全反射，一边行进。通过光纤 内部从端面发出的光线以约60°的角度扩散，照射到检测物体上。 采用ST178制作的反射式红外传感器电路 2010年07月28日14:42 www.elecfans.co 作者：本站用户评论（） 关键字：红外传感(3)ST178(1) L298是SGS公司的产品，L298N为15个管角的单块集成电路，高电压，高电流，四通道驱动，设计用L298N 来接收DTL或者TTL逻辑电平，驱动感性负载(比如继电器，直流和步进马达)和开关电源晶体管。内部包含4通道逻辑驱动电路，其额定工作电流为 1 A，最大可达 1.5 A，Vss 电压最小 4.5 V，最大可达36 V；Vs 电压最大值也是36 V。L298N可直接对电机进行控制，无须隔离电路，可以驱动双电机。根据L298N 芯片的特点以及SPCE061A自身的特点，把IOA4～IOA7作为输出口，分别与L298N的IN1～IN4相接，

振动传感器有哪些类型

振动传感器有哪些类型 按机械接收原理分：相对式、惯性式； 按机电变换原理分：电动式、压电式、电涡流式、电感式、电容式、电阻式、光电式； 振动传感器按所测机械量分：位移传感器、速度传感器、加速度传感器、力传感器、应变传感器、扭振传感器、扭矩传感器。 以上三种分类法中的传感器是相容的。 1、相对式电动传感器 电动式传感器基于电磁感应原理，即当运动的导体在固定的磁场里切割磁力线时，导体两端就感生出电动势，因此利用这一原理而生产的传感器称为电动式传感器。相对式电动传感器从机械接收原理来说，是一个位移传感器，由于在机电变换原理中应用的是电磁感应电律，其产生的电动势同被测振动速度成正比，所以它实际上是一个速度传感器。 2、电涡流式传感器 电涡流传感器是一种相对式非接触式传感器，它是通过传感器端部与被测物体之间的距离变化来测量物体的振动位移或幅值的。电涡流传感器具有频率范围宽（0～10 kHZ），线性工作范围大、灵敏度高以及非接触式测量等优点，主要应用于静位移的测量、振动位移的测量、旋转机械中监测转轴的振动测量。 3、电感式传感器 依据传感器的相对式机械接收原理，电感式传感器能把被测的机械振动参数的变化转换成为电参量信号的变化。因此，电感传感器有二种形式，一是可变间隙，二是可变导磁面积。 4、电容式传感器 电容式传感器一般分为两种类型。即可变间隙式和可变公共面积式。可变间隙式可以测量直线振动的位移。可变面积式可以测量扭转振动的角位移。 5、惯性式电动传感器 惯性式电动传感器由固定部分、可动部分以及支承弹簧部分所组成。为了使传感器工作在位移传感器状态，其可动部分的质量应该足够的大，而支承弹簧的刚度应该足够的小，也就是让传感器具有足够低的固有频率。 1

传感器答案(修正)重点

1-1衡量传感器静态特性的主要指标。说明含义。 1、线性度——表征传感器输出-输入校准曲线与所选定的拟合直线之间的吻合（或偏离）程度的指标。 2、回差――反应传感器在正（输入量增大）反（输入量减小）行程过程中输出-输入曲线的不重合程度。 3、重复性——衡量传感器在同一工作条件下，输入量按同一方向作全量程连续多次变动时，所得特性曲线间一致程度。各条特性曲线越靠近，重复性越好。 4、灵敏度——传感器输出量增量与被测输入量增量之比。 5、分辨力——传感器在规定测量范围内所能检测出的被测输入量的最小变化量。 6、阀值——使传感器输出端产生可测变化量的最小被测输入量值，即零位附近的分辨力。 7、稳定性——即传感器在相当长时间内仍保持其性能的能力。 8、漂移——在一定时间间隔内，传感器输出量存在着与被测输入量无关的、不需要的变化。 9、静态误差（精度）——传感器在满量程内任一点输出值相对理论值的可能偏离（逼近）程度。 1-2计算传感器线性度的方法，差别。 理论直线法：以传感器的理论特性线作为拟合直线，与实际测试值无关。 端点直线法：以传感器校准曲线两端点间的连线作为拟合直线。 “最佳直线”法：以“最佳直线”作为拟合直线，该直线能保证传感器正反行程校准曲线对它的正负偏差相等并且最小。这种方法的拟合精度最高。 最小二乘法：按最小二乘原理求取拟合直线，该直线能保证传感器校准数据的残差平方和最小。 1-3什么是传感器的静态特性和动态特性？为什么要分静和动？ 静态特性表示传感器在被测输入量各个值处于稳定状态时的输出-输入关系。主要考虑其非线性与随机变化等因素。动态特性是反映传感器对于随时间变化的输入量的响应特性，研究其频率响应特性与阶跃响应特性，分析其动态误差。区分是为了在数学上分析方便。 Z-1 分析改善传感器性能的技术途径和措施。 1、结构、材料与参数的合理选择； 2、差动技术； 3、平均技术； 4、稳定性处理； 5、屏蔽、隔离与干扰抑制； 6、零示法、微差法与闭环技术； 7、补偿、校正与“有源化”； 8、集成化、智能化与信息融合。 2-1 金属应变计与半导体工作机理的异同？比较应变计各种灵敏系数概念的不同意义。 对于金属材料，电阻丝灵敏度系数表达式中1+2μ的值要比(d ρ/ρ)/ε大得多，d ρ/ρ=CdV/V 。金属丝材的应变电阻效应为ΔR/R=[(1+2μ)+C(1-2μ)] ε=Km ε。金属材料的电阻相对变化与其线应变成正比。压阻效应是指半导体材料，当某一轴向受外力作用时， 其电阻率ρ发生变化的现象。半导体材料的(d ρ/ρ)/ε项的值比1+2μ大得多,d ρ/ρ=πσ=πE ε。导电丝材的应变电阻效应为ΔR/R=Ko ε。对于金属材料，灵敏系数Ko=Km=(1+2μ)+C(1-2μ)。前部分为受力后金属几何尺寸变化，一般μ≈0.3，因此（1+2μ）=1.6；后部分为电阻率随应变而变的部分。金属丝材的应变电阻效应以结构尺寸变化为主。对于半导体材料，灵敏系数Ko=Ks=(1+2μ)+ πE 。前部分同样为尺寸变化，后部分为半导体材料的压阻效应所致，而πE 》(1+2μ)，因此Ko=Ks=πE 。半导体材料的应变电阻效应主要基于压阻效应。 2-3 简述电阻应变计产生热输出（温度误差）的原因及其补偿办法。 电阻应变计的温度效应相对热输出为：εt=(ΔR/R)t/K=1/K αt Δt+(βs-βt)Δt 应变计的温度效应及其热输出由两部分组成：前部分为热阻效应所造成；后部分为敏感栅与试件热膨胀失配所引起。在工作温度变化较大时，会产生温度误差。 补偿办法：1、温度自补偿法 （只能在选定的试件上使用） (1)单丝自补偿应变计 (2)双丝自补偿应变计 2、桥路补偿法 （1）双丝半桥式 （2）补偿块法 2-4 试述应变电桥产生非线性的原因及消减非线性误差的措施。 原因： 上式分母中含ΔRi/Ri ，是造成输出量的非线性因素。无论是输出电压还是电流，实际上都与ΔRi/Ri 呈非线性关系。 措施：(1) 差动电桥补偿法 : 差动电桥呈现相对臂“和”，相邻臂“差”的特征，通过应变计合理布片达到补偿目的。常用的有半桥差 动电路和全桥差动电路。(2) 恒流源补偿法：误差主要由于应变电阻ΔRi 的变化引起工作臂电流的变化所致。采用恒流源，可减小误差。 2-5 如何用电阻应变计构成应变式传感器？对其各组成部分有何要求？ 用作传感器的应变计，有更高的要求，尤其非线性误差要小（<0.05％~0.1％F*S ），力学性能参数受环境温度影响小，并与弹性元件匹配。 3-1 比较差动式自感传感器和差动变压器在结构上及工作原理上的异同。 自感式传感器实质上是一个带气隙的铁芯线圈，由两单一式对称组成。铁芯气隙，磁路磁阻随衔铁变化而变化，引起线圈电感量的变化。互感式传感器是一种线圈互感随衔铁位移变化的变磁阻式传感器。类似于变压器。互感式传感器为闭合磁路，初次级间的互感为常数；互感式传感器为开磁路，初、次级间的互感随衔铁移动而变，且两个次级绕组按差动方式工作。 3-4 变间隙式、变截面式和螺管式三种电感式传感器各适用什么场合？优缺点？ 电感式传感器主要用于测量位移和尺寸，以可以测量位移变化的其他参数，如力、张力、压力、力矩、压差、振动、应变、转矩、流量、密度等。三种传感器线性范围依次增大，灵敏度依次减少。 3-6 差动式电感传感器测量电路为什么经常采用相敏检波（或差动整流）电路？分析其原理 相敏检波电路是具有鉴别调制信号相位和选频能力的检波电路。原理：使高频调幅信号与高频载波信号相乘，经滤波后输出低频解调信号。 3-7 电感传感器产生零位电压的原因和减小零位电压的措施。 差动自感式传感器当衔铁位于中间位置时，电桥输出理论上应为零，但实际上总存在零位不平衡电压输出(零位电压)，造成零位误差。原因：零位电压包含基波和高次谐波。产生基波分量的原因：传感器两线圈的电气参数和几何尺寸的不对称，以及构成电桥另外两臂的电气参数不一致；产生高次谐波分量的原因：磁性材料磁化曲线的非线性。措施：1、合理选择磁性材料与激励电流；2、一般常用方法是采用补偿电路，其原理为： (1)串联电阻消除基波零位电压；(2)并联电阻消除高次谐波零位电压；(3)加并联电容消除基波正交分量或高次谐波分量。3、另一种有效的方法是采用外接测量电路来减小零位电压。如前述的相敏检波电路，它能有效地消除基波正交分量与偶次谐波分量，减小奇次谐波分量，使传感器零位电压减至极小。4、此外还可采用磁路调节机构(如可调端盖)保证磁路的对称性，来减小零位电压。 3-9 造成自感式传感器和差动变压器温度误差的原因及其减小措施。 原因：(1)材料的线膨胀系数引起零件尺寸的变化 (2)材料的电阻率温度系数引起线圈铜阻的变化 (3)磁性材料磁导率温度系数、绕组绝缘材料的介质温度系数和线圈几何尺寸变化引起线圈电感量及寄生电容的改变等造成。措施：其材料除满足磁性能要求外，还应注意线膨胀系数的大小与匹配。传感器采用陶瓷、聚砜、夹布胶木、弱磁不锈钢等材料作线圈骨架，或采用脱胎线圈。还可采取稳定激励电流的方法。 3-12 电涡流式传感器的原理应用。 应用：1.测位移 (课本86页)原理： 2.测厚度 3.测温度 4-1 电容式传感器可分为哪几类？各自的主要用途是什么？ 1、变极距型电容传感器：差动式比单极式灵敏度提高一倍，且非线性误差大为减小。由于结构上的对称性，它还能有效地补偿温度变化所造成的误差。由于变极距型的分辨力极高，可测小至0.01μm 的线位移，故在微位移检测中应用最广。 2、变面积型电容传感器：变面积型电容传感器与变极距型相比，其灵敏度较低。这种传感器的输出特性呈线性。因而其量程不受线性范围的限制，适合于测量较大的直线位移和角位移。在实际应用中，也采用差动式结构，以提高灵敏度。 3、变介质型电容传感器：可用于非导电散材物料的物位测量。可以用来测量纸张、绝缘薄膜等的厚度，也可用来测量粮食、纺织品、木材或煤等非导电固体物质的湿度。 4-2 变极距型电容传感器产生非线性误差的原因及如何减小？ 当传感器的εr 和A 为常数，初始极距为δo ，可知其初始电容量Co 为： 当动极端板因被测量变化而向上移动使δo 减小Δδo 时，电容量增大ΔC 则有： 331241240123412341142R R R R R R R R U U R R R R R R R R ?????????????=-+-+++ ? ?????000/r C A εεδ=()()0000000//1/r C C A C εεδδδδ+?=-?=-?