压电微悬臂梁气体传感器静态弯曲模型的研究
悬臂梁式传感器的简易测试
悬臂梁式传感器的简易测试 .38. 本溪钢铁公司 今年,本公司两台动态轨道衡进行大修, 其审的ZTA一20t悬臂梁式传感器也需要检 定.公司自备有EEG一30型标准测力机,却 没有配套的专用装置对传感器进行检测联 系外单位,因无专用底座,检定也无法进行 在这种情况下,经过研究,我们采取了两 只传感器背靠背紧固成一体送测力机测试的 办法{见下图J.由于两只传感器互为底座, 就不再霈要另怍专用固定装置了.测力机施 加负荷时,两只传感器压头受到的力大小相 等.方向相反,所以,只要使用两块标准指示 仪表,就可以同时完成两只传感器负.一特性 的拉定由于当时只有一块表,我们只好用 把加,减负荷次数加倍的办珐逐个进行检 定 悬臂粱式传缩器衙岛覆I试图 1一压头2一铡力机压盘3一限位套 4一疆丝5一传感器6一螺桂7一电缆 具体实施时,要作好以下几项工作: ①在测力机下,上压盘上各加装一个限 位套.以保持传感器压头在测试过程中不产 q:滑移限位套与压盘,限位套与压头之间 哆TH7J5
均采用间隙配合,上限位套与压盘问加顶丝定位. ②用高强度螺栓将两只传感器连结紧固在 一 起.操作过程中要注意,两压头要保持在同 一 中心线上. ③测力机测试时,需在传感器固定端加装 保护托架或吊架,用于防止不测时发生摔坏传感器,砸坏测力机或其它事故保护架可因地 制宜制作,但不要让其对正常测试中的传感器产生干扰力. 采用上述办法,我们圆满完成了两台轨道 衡的传感器的检定任务,免去了送外检测的操劳与花费,开拓了测力机的业务,同时也保证了大修工期. 由此方法也可以引伸出另一种检测方法 —— 比较法,即:将一只标准传感器与一只被检 传感器紧固在一起,置于适当加力装置中,加, 减负荷,比较两者的输出信号,即可判断被测传感器的性能.在投有标准测力机的情况下,采用比较法检测,不失为上策.测试精度主要取决于标准传感器的精度等级.根据不同的检测目标,选择相应等级的标准传感器,就可以得蓟满意的测量结果. 作者通讯地址:辽宁省丰溴市平山区广裕路 邮政墙码:l17021) ～孥
压力传感器
给煤机称重传感器原理和使用知识 2011-8-23 20:11:00 来源： 称重传感器按转换原理分为电磁力式、光电式、液压式、电容式、磁极变形式、振动式、陀螺仪式、电阴应变式等8类传感器，以电阻应变式使用最广。在称重传感器主要技术指标的基本概念和评价方法上，新旧国标有质的差异。本文介绍称重传感器的工作原理和使用注意事项等知识。 电阻应变式称重传感器是基于这样一个原理：弹性体(弹性元件，敏感梁)在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在他表面的电阻应变片(转换元件)也随同产生变形，电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化(增大或减小)，再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号(电压或电流)，从而完成了将外力变换为电信号的过程。 由此可见，电阻应变片、弹性体和检测电路是电阻应变式称重传感器中不可缺少的几个主要部分。下面就这三方面简要论述称重传感器工作原理。 称重传感器原理图 一、传感器电阻应变片 电阻应变片是把一根电阻丝机械的分布在一块有机材料制成的基底上，即成为一片应变片。他的一个重要参数是灵敏系数K。我们来介绍一下它的意义。 设有一个金属电阻丝，其长度为L，横截面是半径为r的圆形，其面积记作S，其电阻率记作ρ，这种材料的泊松系数是μ。当这根电阻丝未受外力作用时，它的电阻值为R： R = ρL/S(Ω) (2—1) 当他的两端受F力作用时，将会伸长，也就是说产生变形。设其伸长ΔL，其横截面积则缩小，即它的截面圆半径减少Δr。此外，还可用实验证明，此金属电阻丝在变形后，电阻率也会有所改变，记作Δρ。 对式(2--1)求全微分，即求出电阻丝伸长后，他的电阻值改变了多少。我们有： ΔR = ΔρL/S + ΔLρ/S –ΔSρL/S2 (2—2) 用式(2--1)去除式(2--2)得到 ΔR/R = Δρ/ρ + ΔL/L –ΔS/S (2—3) 另外，我们知道导线的横截面积S = πr2，则Δs = 2πr*Δr，所以 ΔS/S = 2Δr/r (2—4) 从材料力学我们知道 Δr/r = -μΔL/L (2—5)
悬臂梁应变测量
悬臂梁应变测量 摘要：在航空、机械及材料研究领域中，零件的强度是一个很重要问题。研究强度问题的途径之一便是实验应力分析。本课程设计便是利用实验应力分析中的电测法来测定弹性元件等强度悬臂梁在力的作用下产生的应变。具体方法是通过在悬臂梁上粘贴三个应变片，它们均分布在悬臂梁的上表面上，其中一应变片位于纵向轴的中心线上，其余两个应变片分别位于轴中心线的两侧等距离处，且靠近变动端；然后通过增减砝码的个数改变所加的力，利用数字万用表记录、读取数据。为了减小实验误差，本实验采用多次测量求平均值的方法，并对实验数据利用Excel进行了拟合，作出了应变片的电阻变化值与载荷之间的关系图，再根据有关公式，最终得出在弹性限度内悬臂梁的应变与它所受到的外力大小成线性关系。 关键词：电测法；应变片；悬臂梁；数字万用表
引言 研究强度问题可以有两种途径，即理论分析和实验应力分析。实验应力分析是用实验方法来分析和确定受力构件的应力、应变状态的一门科学，通过实验应力分析可以检验和提高设计质量、工程结构的安全性和可靠性，并且可以达到减少材料消耗、降低生产成本和节约能源的要求。实验应力分析的方法很多，有电测法、光测法、机械测量方法等。本实验主要是利用电测法。电测法有电阻、电容、电感测试等多种方法，其中以电阻应变测量方法应用较为普遍。电阻应变测量方法是用电阻应变片测定构件表面的应变，再根据应变--应力关系确定构件表面应力状态。工程中常用此方法来测量模型或实物表面不同点的应力，它具有较高的灵敏度和精度。由于输出的是电信号，易于实现测量数字化和自动化，并可进行遥测。电阻应变测量可以在高温、高压、高速旋转、强磁场、液下等特殊条件下进行，此外还可以对动态应力进行测量。由于电阻应变片具有体积小、质量轻、价格便宜等优点，且电阻应变测试方法具有实时性、现场性，因此它已成为实验应力分析中应用最广的一种方法。它的主要缺点就是，一个电阻应变片只能测量构件表面一个点在某一个方向的应变，不能进行全域性的测量]1[。 本实验为悬臂梁的应变测量，所谓的悬臂梁，即一端固定，另一端可以动的弹性元件。应变是描述一点处变形程度的力学量，它是由载荷、温度、湿度等因素引起的物体局部的相对变形，主要有线应变和切应变两类。电阻应变片是一种将机械构件上应变的变化转换为电阻变化的传感元件。 本实验使用的方法为电测法，通过逐级加减载荷改变悬臂梁所受的力，使之发生不同的形变，用电阻应变片作为传感器，将微小的形变这个非电学量转换成电学量电阻的变化来测量悬臂梁的主应变。在该实验中电阻的变化量是通过数字万用表直接读数处理得到的，之后通过应力与应变之间的关系得出悬臂梁所受的正应力，利用Excel制作出拟合曲线进行分析。本实验主要目的在于了解悬臂梁、电阻应变片的结构及工作原理，掌握数字万用表测电阻的方法及原理，理解灵敏度对测量结果的影响，最终利用数
悬臂梁地振动模态实验报告材料
实验 等截面悬臂梁模态测试实验 一、 实验目的 1. 熟悉模态分析原理； 2. 掌握悬臂梁的测试过程。 二、 实验原理 1. 模态分析基本原理 理论上，连续弹性体梁有无限多个自由度，因此需要无限多个连续模型才能描述，但是在实际操作中可以将连续弹性体梁分为n 个集中质量来研究。简化之后的模型中有n 个集中质量，一般就有n 个自由度，系统的运动方程是n 个二阶互相耦合（联立）的常微分方程。这就是说梁可以用一种“模态模型”来描述其动态响应。 模态分析的实质，是一种坐标转换。其目的在于把原在物理坐标系统中描述的响应向量，放到所谓“模态坐标系统”中来描述。这一坐标系统的每一个基向量恰是振动系统的一个特征向量。也就是说在这个坐标下，振动方程是一组互无耦合的方程，分别描述振动系统的各阶振动形式，每个坐标均可单独求解，得到系统的某阶结构参数。 多次锤击各点，通过仪器记录传感器与力锤的信号，计算得到第ｉ个激励点与定响应点（例如点2）之间的传递函数 ω ，从而得到频率响应函数矩阵中的一行 频响函数的任一行包含所有模态参数，而该行的r 阶模态的频响函数 的比值，即为r 阶模态的振型。 2. 激励方法 为进行模态分析，首先要测得激振力及相应的响应信号，进行传递函数分析。传递函数分析实质上就是机械导纳，i 和j 两点之间的传递函数表示 [] ∑==N r iN r i r i r H H H 1 21 ... [] Nr r r N r r r r ir k c j m ???ωω? (2112) ∑ =++-=[]{}[] T r ir N r r iN i i Y H H H ??∑==1 21 ...
压阻式称重传感器设计
压阻式电子称传感器的设计 【摘要】：电阻应变式传感器是基于导体或半导体的应变电阻效应，将测量物体形变转化成电阻变化的传感器。通常由两部分组成，即弹性敏感元件和应变计（丝）。弹性敏感元件在被测物理量的作用下，产生一个与被测量成确定函数关系的应变，再用应变计（丝）作为转换元件将应变转换为电阻变化，从而产生感应电压，再通过测量电路转化为信号形式输出【关键字】：应变片直流电桥温度补偿差动放大零点漂移 一．半导体的压阻效应 固体收到作用力后，电阻率就要发生变化，这种效应称为压阻效应。半导体材料的压阻效应特别强，即半导体材料在某一轴向受外力作用时，其电阻率发生的变化较大。 1．半导体压阻效应原理 半导体应变片是用半导体材料制成的一种纯电阻性元件，其工作原理基于半导体材料的压阻效应。 半导体应变片受轴向力作用时，其电阻相对变化为 （1） 式中，为半导体应变片的电阻率的相对变化量。其值与半导体敏感元件在轴向受的应变力关系为 （2） 式中，为半导体的压阻系数，它与半导体材料种类及应力方向与晶轴方向之间的夹角有关；E 为半导体材料的弹性模量，与晶向有关。 将试（2）代入式（1）中，得 （3） 实验证明，对半导体材料，比大上百倍，所以（）可以忽略，因此 （4） 2．半导体应变片的灵敏度系数 半导体材料的电阻值变化主要是由电阻率变化引起的，而电阻率的变化是由应变引起的。所以，半导体应变片的灵敏度系数为 （5） 半导体应变片的突出优点是灵敏度高，比金属丝高50～80倍，尺寸小,横向效应小，动态响应好。但它的温度系数大、应变时非线性现象比较严重等缺点。 二．传感器各元器件的选择 电阻应变称重传感器选用等强度梁做弹性元件，使贴片位置不受限制，结构也简单；了提高系统灵敏度，选用膜片式半导体应变片做转换元件；测量电路为恒流源供电电桥，温度补偿电路。 1．应变片的选择 按照结构划分，压阻式传感器主演由三种不同类型，即体型半导体、薄膜型半导体和扩散性半导体。 1）体型半导体应变片 体型半导体应变片是一种将半导体材料硅或锗晶体按照一定法相切割成片状小条，经腐蚀压焊粘贴在基片上而成的应变片，其结构如图 2）薄膜型半导体应变片 薄膜型半导体应变片是利用真空沉淀技术，将半导体材料沉淀在带有绝缘层的试件上而制成，其结构如图
微纳悬臂梁力学传感器弯曲振动模式的光学测量
微纳悬臂梁力学传感器弯曲振动模式的光学测量微纳悬臂梁机械振子体积小质量低是检测微小环境变化的良好传感器,是包括原子力显微镜和磁力显微镜在内很多扫描探针显微镜的核心器件。自从原子力显微镜发明以来,微纳悬臂梁机械振子在基础研究和应用方面都取得了巨大的进展。在磁共振力显微镜的研究中,微纳悬臂梁也是一个重要的组成部分,用于跨学科的研究,如有关分子吸附和纳米机电系统的生物物理学。最近的一些发展表明利用微纳悬臂梁弯曲的多个振动模式参与传感过程,可以获得更多环境检测能力和灵敏度,如质量谱成像和两维矢量力场的实验探测。 其中关于微纳悬臂梁测量的一个挑战是测量和确定其弯曲振动模式。在弯曲振动模式的参数中,振动方向,即机械振子振动方向相对光轴或测量方向的角度,是影响整个测量系统后续分析的重要因素之一。矢量力显微是一种特别适合表征样品形貌以及微小探针-样品间力信号的普适技术,通过监测在扫描样品表面时振动模式的频率改变和振动方向可以得到二维矢量力场图以此提供更多的信息。针对研制的微透镜光纤干涉仪,分析了微纳悬臂梁机械振子光学测量中光干涉和光散射两种物理效应。 研究分为以下三个部分:1.我们发现,结合光在光纤端面和悬臂梁上两个反射所形成干涉效应和光在微纳悬臂梁上的背向散射效应,可以实现对微纳悬臂梁在聚焦光平面内和聚焦光平面外的位移测量。特别的,对于微纳悬臂梁聚焦光平面内的位移测量,我们研制的微透镜光纤干涉仪与传统的光散射仪器相比,不需要四象限光电探测器,极大的降低了光路复杂性,需要准直的光学器件由3个降为2个,便于其应用于极低温系统中。2.理论分析了使用微透镜光纤干涉仪测量机械振子任意方向振动最佳工作点的优化,并通过实验测量沿不同方向振动的悬臂梁,证实了我们的分析。基于以上研究结果,我们测量了两个微米线悬臂梁的热振动,分析其振动方向。 我们的研究结果为机械振子弯曲振动模式提供了新的实验研究手段,为其在矢量力测量中的应用夯实了基础。3.提出了一个实验确定微纳悬臂梁弯曲振动模式振动方向的方法。该方法不需要对微纳悬臂梁有先验知识,也不需要同时测量一对近简并的弯曲振动模式。利用我们的微透镜光纤干涉仪,通过选择不同的工作点,即选择两个不同的振动投影方向,我们实验确定了一个微米线悬臂梁前3
应变式称重传感器)
成绩评定： 传感器技术 课程设计 题目称重传感器 1
目录 摘要 (1) 设计任务书................................ (1) 第一章德普施应变传感器 (2) 1.1工作原理 (2) 1.2 电阻应变片 (2) 第二章测量电路 (2) 2.1测量电桥 (2) 2.2运算放大器LF356 (3) 2.3 放大电路 (3) 2.3.1 一级放大电路 (4) 2.3.2 调零电路 (5) 2.3.3 可调二级放大电路 (5) 第三章误差分析 (6) 第四章个人小结 (6) 参考文献 (6)
摘要 传感器技术是利用各种功能材料实现信息检测的一门综合技术学科，是现今科学领域中实现信息化的基础技术之一。现代测量、控制与自动化技术的飞速发展，特别是电子信息科学的发展，极大的促进了现代传感器的发展。同时我们也看到，传感器在日常生活中的应用越来越广泛，可以说它已成为测试测量不可或缺的环节。因此学习、研究并在实践中不断应用传感器技术具有重大意义。 鉴于此，本次课程设计力图通过对常用传感器的设计运用使我们加深对传感器的认识和理解并逐步将课本上学习到的理论知识转换为实际生产力，以培养我们学以致用的求学质量。 称重传感器是用来将重量信号或压力信号转化为电信号的装置，称重传感器采用金属电阻应变计组成测量桥路，利用金属电阻丝在拉力作用下伸长变细，电阻增加的原理，既金属电阻随所受应变变化而变化的效应而制成的。本次课程设计中的传感器共由以下几部分组 成：应变梁、全桥电路、差动放大电路、调零电路和最后的放大标定电路。 关键词：电阻、放大器、应变片、应变式传感器。 1
应变片课程设计悬臂梁的应力测试
题目：应变片课程设计 悬臂梁的应力测试 一、力学篇应变实验课程设计细则 ------------------- 2 二、实验器材 ------------------------------------- 3 三、实验预想步骤 --------------------------------- 3 四、实验操作步 ----------------------------------- 4 五、实验数据及分析 ------------------------------- 8 六、电阻应变片的选择 ----------------------------- 8 七、电阻应变片的粘贴工艺 ------------------------ 18
八、实验心得 ------------------------------------ 20 前言 应变式传感器可以用来检测：位移压力力矩应变温度湿度光强辐射热加速度液体流量等物理参数。目前是国内外应用量最为广泛的一种传感器，它在世界上占各类传感器80%以上。 本次课程设计根据实验室条件和应变式传感器的特点，从应变片粘贴工艺要求设计机械结构测点布置应变片电源电路应变片补偿电路检测误差分析构建圆筒偏载试验等为题，使学生从简单受力结构分析入手，运用计算机模拟软件确定测点布置，结合动手具体粘贴应变片，对应变片实测数据校准整定；从而完成一个完整的测试工作。 一、任务设计与要求 1 应用力学知识（理论力学材料力学），运用软件ansys分析简支梁受力集中区，确定测点布置位置，采用钢板尺作为测试对象，验证理论分析和仿真分析及实验分析的结果一致性； 2 应用力学知识（理论力学材料力学），运用软件ansys分析悬臂
悬臂梁压力传感器实验仪等设备主要技术指标
悬臂梁压力传感器实验仪等设备主要技术指标标段1： 悬臂梁压力传感器实验仪（20套） 1、测量原理：悬臂梁结构+惠氏登电桥； 2、量程：0～3.000kg； 3、精度：>=4位有效数字（一位欠准，校正状态）； 4、惠氏登电桥工作方式：恒压式； 5、惠氏登电桥灵敏度：2.0±0.2mv/V； 6、电源：工作电压AC220V；20W； 7、配12只的100g砝码； 其他： 1、具备初读数调零功能和满量程校正功能； 2、质保五年（质保期间3个工作日内包换并送货上门）。 分光计（20套） 1、通光口径φ大于30mm； 2、仪器的测角精度为1′； 3、照明灯组采用长寿命高亮度绿发光二极管； 4、质保五年（质保期间3个工作日内包换并送货上门）。 标段2： 传感器系统实验仪（15套） 要求能完成以下实验项目 1、应变片性能——单臂电桥 2、应变片：单臂、半桥、全桥比较 3、应变片的温度将就及补偿 4、热电偶的原理及现象 5、移相器实验 6、相敏检波器实验 7、应变片——交流全桥 8、差动变压器（互感式）的性能 9、差动变压器（互感式）零点残余电压补偿实验 10、差动螺管式（自感式）传感器的静态位移性能 11、霍尔传感器的直流激励静态位移特性 12、霍尔传感器的交流激励静态位移特性实验
13、磁电式传感器的性能 14、压电传感器引线电容对电压放大器的影响、电荷放大器 15、差动面积式电容传感器的静态及动态特性 16、光纤位移传感器静态实验 17、光纤位移传感器动态实验 18、PN结温度传感器测温实验 19、热敏电阻测温演示实验 20、光电传感器(反射型)测转速实验 数字存储示波器（15套） 提供双模拟通道和一个外触发通道，70MHz 带宽，40Kpts 存储深度实时采样率1GSa/s,等效采样率50GSa/s 标段3：CCD多功能实验仪（线阵）（15套） 一、特点 1、采用高精度线阵CCD为实验器件 能够实现对实际物体的高精确尺寸与角度的测量实验。 2、远心照明光源 仪器采用正确的稳压稳流供电方式的远心照明光源，能够对实际物体的尺寸进行在线测量，
用悬臂梁式称重传感器设计一个电子天平
用悬臂梁式称重传感器设计一个电子天平 1.设计思路 本实验采用悬臂梁式称重传感器，所称物体产生的压力由称重传感器检测，并由传感器测量电路转化为相应的模拟电信号输出。称重传感器输出的模拟量，数值一般很小，达不到A/D转换接收的电压范围。所以送A/D转换之前要对其进行前端放大、整形滤波等处理。然后输出信号再经由A/D转换电路转化为相应的数字量。由于本实验采用的ICL7107是3位半双积分型A/D转换器，能直接驱动共阳极LED数码管，故不需要使用单片机进行相应的数据处理和转换，ICL7107将模拟量转换为数字量之后直接将其转化成七段LED显示所需的字型码，输入到相应的信号电极就实现了所称物重数字量的输出。 2.设计方案 将电阻丝应变片粘贴到悬臂梁上合适的位置，并接入全桥测量电路，相对的桥臂受力相同，相邻的桥臂受力相反，其中一对受拉力作用，另一对受压力作用。由于电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，从而引起电压发生变化，即电桥的输出电压反映了相应的受力状态。利用电桥传感器测应力的变化，可以间接的测量物体的质量。传感器测出的信号经过放大电路放大处理成为符合A/D输入范围的电信号后进入A/D转换器，最后通过芯片内部电路将转换后的数字量转化为LED可识别的七段字型码送交LED显示器显示。 压力测量仪的原理在该称重系统的设计中有着极大的应用。其大概的原理框图主要由以下五个部分组成：传感器、传感器专用电源、信号放大系统、模数转换系统及显示器等组成。其原理框图如图1所示： 传感器放大系A/D转换显示器 传感器供电电 图1 压力测量仪组成框图 2.1称重式传感器 选择合适的满足要求的传感器是实验成功的关键，本实验选择CZL-1R称重传感器，其量程为3.0Kg，而要求的量程是0 ～ 1.999Kg，可见该传感器的超载能力为：150%，在一定范围内的超载情况下具有保护作用；灵敏度:1mV/V；温度灵敏度漂移：0.002%℃；输入阻抗：405±15Ω，输出阻抗：350±15Ω；激励电压：10V；工作温度范围：-20～+60℃。
应变式称重传感器一般原理
电阻应变式称重传感器2.1 电阻应变式称重传感器等工作原理2.2 称重传感器常用技术参数2.3 称重传感器选用地一般规则2.4 使用称重传感器注意事项2.1 电阻应变式称重传感器等工作原理电阻应变式称重传感器是基于这样一个原理：弹性体<弹性元件,敏感梁）在外力作用下产生弹性变形,使粘贴在他表面地电阻应变片<转换元件）也随同产生变形,电阻应变片变形后,它地阻值将发生变化<增大或减小）,再经相应地测量电路把这一电阻变化转换为电信号<电压或电流）,从而完成了将外力变换为电信号地过程.由此可见,电阻应变片、弹性体和检测电路是电阻应变式称重传感器中不可缺少地几个主要部分.下面就这三方面简要论述.一、电阻应变片电阻应变片是把一根电阻丝机械地分布在一块有机材料制成地基底上,即成为一片应变片.他地一个重要参数是灵敏系数K.我们来介绍一下它地意义.设有一个金属电阻丝,其长度为L,横截面是半径为r地圆形,其面积记作S,其电阻率记作ρ,这种材料地泊松系数是μ.当这根电阻丝未受外力作用时,它地电阻值为R：R = ρL/S<Ω）<2—1）当他地两端受F力作用时,将会伸长,也就是说产生变形.设其伸长ΔL,其横截面积则缩小,即它地截面圆半径减少Δr.此外,还可用实验证明,此金属电阻丝在变形后,电阻率也会有所改变,记作Δρ.对式<2--1）求全微分,即求出电阻丝伸长后,他地电阻值改变了多少.我们有：ΔR = ΔρL/S + ΔLρ/S –ΔSρL/S2 <2—2）用式<2--1）去除式<2--2）得到ΔR/R = Δρ/ρ + ΔL/L –ΔS/S <2—3）另外,我们知道导线地横截面积S = πr2,则Δs = 2πr*Δr,所以ΔS/S = 2Δr/r <2—4）从材料力学我们知道Δr/r = -μΔL/L <2—5）其中,负号表示伸长时,半径方向
常用的应变式压力传感器都有哪四类
应变式压力传感器是压力传感器中应用比较多的一种传感器，它一般用于测量较大的压力，广泛应用于测量管道内部压力、内燃机燃气的压力、压差和喷射压力、发动机和导弹试验中的脉动压力，以及各种领域中的流体压力等。 1、膜片式 它的弹性敏感元件为周边固定圆形金属平膜片。膜片受压力变形时，中心处径向应变和切向应变均达到正的最大值，而边缘处径向应变达到负的最大值，切向应变为零。因此常把两个应变片分别贴在正负最大应变处，并接成相邻桥臂的半桥电路以获得较大灵敏度和温度补偿作用。采用圆形箔式应变计（见电阻应变计）则能最大限度地利用膜片的应变效果。这种传感器的非线性较显着。膜片式压力传感器的最新产品是将弹性敏感元件和应变片的作用集于单晶硅膜片一身，即采用集成电路工艺在单晶硅膜片上扩散制作电阻条，并采用周边固定结构制成的固态压力传感器（见压阻式传感器）。 2、应变管式
又称应变筒式。它的弹性敏感元件为一端封闭的薄壁圆筒，其另一端带有法兰与被测系统连接。在筒壁上贴有2片或4片应变片，其中一半贴在实心部分作为温度补偿片，另一半作为测量应变片。当没有压力时4片应变片组成平衡的全桥式电路；当压力作用于内腔时，圆筒变形成“腰鼓形”，使电桥失去平衡，输出与压力成一定关系的电压。这种传感器还可以利用活塞将被测压力转换为力传递到应变筒上或通过垂链形状的膜片传递被测压力。应变管式压力传感器的结构简单、制造方便、适用性强，在火箭弹、炮弹和火炮的动态压力测量方面有广泛应用。 3、应变梁式 测量较小压力时，可采用固定梁或等强度梁的结构。一种方法是用膜片把压力转换为力再通过传力杆传递给应变梁。两端固定梁的最大应变处在梁的两端和中点，应变片就贴在这些地方。这种结构还有其他形式，例如可采用悬梁与膜片或波纹管构成。 4、组合式 在组合式应变压力传感器中，弹性敏感元件可分为感受元件和弹性应变元件。感受元件把压力转换为力传递到弹性应变元件应变最敏感的部位，而应变片则贴在弹性应变元件的最大应变处。实际上较复杂的应变管式和应变梁式都属于这种型式。感受元件有膜片、膜盒、波纹管、波登管等，弹性应变元件有悬臂梁、固定梁、Π形梁、环形梁、薄壁筒等。它们之间可根据不同需要组合成多种型式。应变式压力传感器主要用来测量流动介质动态或静态压力，例如动力管道设备的进出口气体或液体的压力、内燃机管道压力等等。
第2章-力、压力传感器课后习题
力传感器的组成是什么？ 答：力传感器主要由力敏感元件、转换元件和测量、显示电路组成。弹性敏感元件的作用是什么？其分类有几种？各有何特点？ 答： 作用：弹性敏感元件的作用是把力或压力转换为应变或位移，然后再转换电路将应变或位移转换为电信号。 分类：（1）力转换为应变或位移的变换力的弹性敏感元件 （2）压力转换为应变或位移的变换压力的弹性敏感元件 特点： 变换力的弹性敏感元件 圆柱式：结构简单，可承受较大的载荷，便于加工，实心圆柱形可测量大于10kN的力，空心圆柱形可测量1~10kN的力，且应力变化均匀。圆环式：圆环式的敏感元件比圆柱式输出的位移大，因而具有较高的灵敏度，适用于测量较小的力。 悬臂梁式：它的一端固定，一端自由，结构简单，加工方便，应变和位移较大，适用测量1~5kN的力。 压力的弹性敏感元件 弹簧管：C形弹簧管的一端密封但不固定，成为自由端，另一端连接在管接头上且固定，流体压力通过管接头进入弹簧管后，在压力F作用下，弹簧管的横截面力图变成圆形截面，截面的短轴力图伸长。使弹簧管趋向伸直，一直伸展到管弹力与压力的作用相平衡为止。这样自由端便产生了位移。通过测量位移的大小，比可得到压力的大小。
波纹管：波纹管的轴向在流体压力作用极易变形，有较高的灵敏度。波纹膜片和膜盒：线性度好，灵敏度高及各种误差小。 薄壁圆筒：筒壁均匀受力，并均匀向外扩张，所以在管壁的轴线方向产生拉伸力和应变力。 3、电阻应变式传感器的工作原理是什么？它是如何测量试件的应变的？ 答： 工作原理：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变形转换成电阻的变化，再通过测量电路进一步将电阻的改变转换成电压或电流信号输出。 测试原理：测试时，将应变片用粘接剂牢固的粘贴在被测试件的表面上，随着试件受力变形，应变片的敏感栅也获得同样的变形，从而使其电阻随之发生变化，而此电阻的变化是与试件应变成比例的，因此如果通过一定的测量线路将这种电阻的变化转换为电压或电流变化，然后再用显示记录仪表将其显示记录下来，就能知道被测试件应变量的大小。 4、电阻应变式传感器的测量电路有哪些？各有何特点？ 答：
微悬臂梁传感器研究报告
电子科技大学光电信息学院 课程设计论文课程名称传感技术 题目名称微悬臂梁气体传感器研究 学号2705105018 姓名张波 指导老师太惠玲 起止时间2010年5月1日至2010年5月30日 2010年5 月 30日 电子科技大学光电信息学院
课程设计任务书 一、课程名称___ 传感技术_______ ____________ __ 二、课程设计题目_______微悬臂梁气体传感器研究_________________________________ 三、课程设计目的 随着MEMS技术（Micro Electro-Mechanical System）的飞速发展及其在传感器领域的应用，以微悬臂梁为基础构成的生物化学传感器成为传感器领域的一个研究热点与难点。该类型气体传感器的制备与检测涉及材料、半导体工艺与电路等各个学科，因此本课程设计旨在通过对微悬臂梁气体传感器国内外研究现状的考察与分析，充分理解该类型传感器的工作原理，并掌握其制备工艺与测试技术。 四、课程设计要求 本课程设计要求在查阅微悬臂梁气体传感器国内外文献的基础上，掌握该类传感器的传感模式、表面修饰技术、MEMS工艺及检测电路的设计与制备等关键技术，并完成课程设计报告。 五、课程设计任务和内容材料，机理器件。检测电路 （1）理解微悬臂梁气体传感器的敏感机理； （2）学习微悬臂梁气体传感器的表面修饰技术和MEMS制备工艺； （3）学习微悬臂梁气体传感器后端检测电路的设计； （4）完成课程设计报告。 六、参考文献 [1] J. Zhou, P. Li, Zeolite-modified microcantilever gas sensor for indoor air control, Sensors and Actuators B, 2003, 94(3): 337-342 [2] J. Zhou, P. Li, Self-excited piezoelectric mocrocantilever for gas detection, Microelectronic Engineering, 2003, 69(1): 37-46 [3] G. Zuo, X. X. Li, P. Li, Trace TNT vapor detection with an SAM function piezoresistive SiO2 microcantilever, Ananlytica Chemical Acta, 2006, 580: 123-127 [4] D. Ying, G. Wei, Y. Zheng, Thermally-excited MEMS cantilever resonator for gas sensing, Nanotechnology and Precision Engineering, 2009, 7(2): 119-122 指导教师签名：太惠玲日期： 2010 年4月 13日
悬臂梁 弹性力学
《弹性理论及其工程应用》课程三级项目说明书 学生姓名：李志鹏 专业班级： 10级工设一班 指导教师：周庆田 得分：
一、设计任务 使用matlab 软件对端部受集中载荷的悬臂梁进行数值分析 具体内容 1. 对悬臂梁进行应力及位移分析，并以云图形式给出结果。 2. 由图形结果确定梁最易折断部分。 1.首先讨论梁内应力分布。 其边界条件为: (σx )0x ==0; (τxy )h ±=y =0; (σy )h ±=y =0; F= -? +-h h dy xy τ σx = 2 f 2y ???= xy c 1 (a) (f ?为应力函数） 双调和方程为：4 4x f ???+ 2 2 2 4y x f ????+ 4 4y f ???=0 （b ） 通过对（a ）、（b ）两式积分可得： )(2)(673622 2c y c x c y c x f y +++=??= ?σ （c ） 4322212232 1c x c x c y c y x f xy ----=???-=?τ （d ）
2.系数的确定 由上述边界条件及（c ）、（d ）可得： 07632 ====c c c c ; 2 14 21h c c -= ; I F h F c -=-=3123δ ( 3 3 2h I δ=为截面对中性轴的截面二次矩【惯性矩】) 至此，所有常数均已求出，于是可得应力场： I Fxy x - =σ 0=y σ )(222 y h I F xy --=τ 3.然后讨论梁内位移分布 （1）应用应变位移关系及胡克定律，由应力场方程可得出： )](2[)1(222x y h I F E G x v y u EI Fxy E y v EI Fxy E x u xy xy y y x --+===??+??=-==??-===??ντγννσεσε 通过对上式积分得到位移表达式：
微悬臂梁生物传感器及其在生物医学领域的应用
万方数据
?９９? ｔｉｏｎｓ．Ｂｉｏｍｏｈｃｕｌａｒｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓ，ｗｈｅｎｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈａｍｉｃｒｏｃａｎｔｉｌｅｖｅｒｐｌａｔｆｏｒｍｗｈｉｃｈｉｓｂａｓｅｄｏｎＭＥＭＳｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ。ｃａｎｐｒｏ－ｄｕｃｅａｎｅｘｔｒｅｍｅｌｙｐｏｗｅｒｆｕｌｂｉｏｓｅｎｓｉｎｇｄｅｓｉｇｎ．Ｈｅｒｅｗｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｐｒｉｎｃｉｐｌｅ．ｒｅａｄ—ＯＵｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｔｈｅｃａｎｔｉｌｅ－ＶｅＴ．Ｔｈｅｎｔｈｅｉｒａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｎｔｈｅｂｉｏｍｅｄｉｃａｌｆｉｅｌｄｗｅｒｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄ． ＫＥＹＷＯＲＤＳ：Ｂｉｏｓｅｎｓｏｒ；ＭＥＭＳ；ｍｉｃｒｏｃａｎｔｉｌｅｖｅｒ；ｒｅａｄ－－ｏｕｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 近年来．微悬臂粱传感器由于潜在的可以作为发展各种物理、化学、生物传感器的平台而备受人们重视。微悬臂粟就像一个缩小的微型跳板锚定在一端质量相对较大的物体上。微悬臂梁结构应用于传感器已有多年，微梁最早是用于微力检测的传感器【”。微悬臂粱传感器是最简单的微结构。利用它可以探测到极小的位移或质量的变化，这使得微悬臂梁成为高精度离灵敏传感器的理想选择。可以通过传统约徼加工技术进行批量生产。 ｌ徽悬臂梁生物传敷器工作原理 微悬臂梁可以通过包括周围热运动（布朗运动）在内的不同方法产生谐振，微悬臂梁的谐振频率可以随着分子的吸附面灵敏韵改变。】ｌｌ：井，微悬臂粱也可以由于分子的吸附而弯曲。下面我们分别对悬臂梁的谐振频率的变化和悬臂粱的弯曲进行探讨。 １．１谐振频率变化的探讨［２］微悬臂梁吸附待测物引起质量变化，从而导致微悬臂粱谐振频率偏移，通过测量频率偏移量的大小，就可以反映出微悬臂梁吸附待测物的多少．它的精度可以达到１０～ｌＳｇ。 １．２吸附作用导致悬臂梁偏转的探讨如果把待检测的分子吸附在微悬臂梁的一个表面，而另外一个表面不吸附待测分子．由于分子之间的相互作用会在微悬臂梁上下表面引起应力差。从而导致微悬臂梁弯曲。其弯曲直接成比例的由吸附中所产生的不同表面应力所产生。表面应力的单位是Ｎ／ｍ或者Ｊ／ｍ２，我们可以观测到悬臂粱上生物分子在十分之一ｍＪ／ｍ２范围之内表面应力的变化。 ２徽粱的读出技术 微悬臂梁传感器的一个重要组成部分是一套能够将微悬臂粱的有关变化实时输出的读出系统。微悬臂梁的读出方法主要有光学方法和电学方法两类。其中光学方法常用的是光束偏转法‘”、激光干涉法［”，电学方法包括压阻法【“、压电法［５】和电容【５】等。 ２．１光学方法光束偏转法的测量原理是激光二极管发出的激光束打在悬臂梁的自由端，以自由端上的金属层作为反射镜。将人射的激光反射出去，通过光电探测器接收反射光。光电探测器输出的电信号通过信号处理电路计算出入射在光电探溅器上光束的位置．从而可以反映徼悬臂梁的弯蓝变化。 光干涉法的原理是使原光纤光束和从悬臂梁背面从悬臂梁背面反射的光发生干涉。通过精确控制从悬臂梁背面反射的光，干涉条纹的改变即反映了悬臂梁的弯曲情况。２，２电学方法压阻检测是乖ｊ用压阻材瓣的压阻效应，测量应力和电阻值的变化关系，尤其适用于微弱信号的检测和放大。压电检测利用压电效应，在悬臂梁表面淀积压电材料（通常是Ｚ“）），当悬臂梁弯曲时，在压电层就会产生感应电荷，感应电荷的多少就反映了悬臂梁的弯曲程度．电容检测法是利用悬臂梁的作为平行板电容器的１个或２个极板．悬臂梁弯曲时，极板间距就改变，将悬臂梁作为可动的平行板，则悬臂梁弯曲的变化就可以通过电容的变化来表征． ３在生物医学领域的应用 徽悬臂梁传感器自从同世以来，以其体积小、成本低、灵敏度高等优点，在生物医学检测领域获得了广泛的研究和应用。２０世纪９０年代以来，硅微加工技术的发展使微悬臂梁的制造得以实现，加上先进读出技术的发展，促使微悬臂梁得到广泛应用。下面介绍一个具有代表性的试验。 限稍性内切酶试验嘲；馓悬臂梁常被用来作为生化反应的传感器平台。两个酶发生反应：被固定的ＤＮＡ（ＤＮＡｌ，以酶切酶切位点）先与一种限制性内切酶消化，然后和荧光索标记的互补ＤＮＡ序列（ＤＮＡ２）酶法结扎（图１）。这种生化反应的参数所需的是共价键．而不是硫基．被固定的双链ＤＮＡ序列含有切位点。酶切缓冲器包含ｂ一硫基乙醇或者二硫苏糖醇作为还原剂。如上所述，这些小的硫醇会耗光悬臂梁金表面的硫醇化的ＤＮＡ。为了限制试验，悬臂粱上固定包含５哄价氨基酸组的低聚物。硅悬臂梁表面首先涂上浓度为２％的３一氨基丙基杂氮硅三环溶液，然后在浓度为１％的戊二醛溶液中培养１ｈ．在磷酸盐缓冲液冲洗，并浸泡包含１０ｍＭ氢氧化钾浓度为ｌｍｇ?ｎ１Ｌ＿１的ＤＮＡｌ溶液中２４ｈ。在酶切反应缓冲液中清洗功能化的悬臂梁。戊二醛使表面硅烷的氨基组与ＤＮＡｌ低聚物的５’氨基酸组交联，产生一个共价固定的ＤＮＡｌ。 图】锾悬臂梁表面上限镧性消化／结扎反应的结构 共价固定的ＤＮＡｌ与ＨｉｎｄⅢ内切酶进行消化反应．使ＤＮＡｌ的束端可以进行牯性反应．荧光标记的ＤＮＡ２与ＤＮＡｌ末端进行互补反应，然后与ＤＮＡ２结扎． ４结束语 基于硅的微机电制造工艺，结合高灵敏度的原子力显徼镜，这种微悬臂梁传感器技术对于需要更经济的检测物质的 多种性质发挥了革命性的作用。将来的开发工作重点在于 万方数据
测试技术实验指导书(实验三悬臂梁应变综合实验)
实验三悬臂梁应变综合实验 、试验目的 1）掌握电阻应变片的粘贴工艺过程及方法。 2）掌握应变传感单元（电桥）测量的工作原理。 3）通过对悬臂梁的应变测量，掌握动静态应变测量的基本方法。 、实验原理 电阻应变测量技术是一种确定构件表面应力状态的实验应力分析方法。其原理是将电 阻应变片粘贴在被测构件表面上，当构件受力变形时?应变片的电阻值发生相应的变化。通 过电阻应变仪测定应变片中电阻值的改变，井换算成应变值或者输出与应变成正比的电信 号，用模拟或数字记录设备记录信号，就可得到被测量的应变或应力。目前，电阻应变测量 技术已成为实验应力分析中广泛应用的一种方法，具有如下特点： 应变片尺寸小、重量轻.一股不影响构件的工作状态和应力分布。 测量灵敏度、精度高。应变最小分辨率可达1微应变。 测量应变的范围广。可由1微应变到几万微应变。 频率响应好。可测量0?10万赫的动应变。 可在高温、低温、高速旋转及强磁场等环境下进行测量。 由于测量过程中输出的是电信号，因此容易实现自动化、数字化，并能进行远距离测量 和无线电遥测。 通用性好。不但适用于测量应变，而且可制成各种高精度传感器，用于测量载荷、位移、 加速度、扭矩等力学量。 不过该测量方法也有它的缺点，主要表现在只能测量构件表面某一方向的应变，应变 计有一定栅长，只能测定栅长范围内的平均应变。在应力集中的部位，若应力梯皮很陡，则 测量误差较大。 电阻应变片由于构件变形而发生的电阻变化AR用惠斯顿电桥来测量，如图所示。电 阻应变片是将被测点的应变量转换为电阻变化率AR/R （以应变片的灵敏度S g来衡量）。电 阻应变仪是将这电参量，经放大处理后再转换成应变量。电阻应变测量分析系统（仪），主要由传感单元（应变计与电桥）、信号放大/调理器、数据采集和输出（显示/记录）三部分
第2章力、压力传感器课后习题
力传感器的组成是什么 答：力传感器主要由力敏感元件、转换元件和测量、显示电路组成。弹性敏感元件的作用是什么其分类有几种各有何特点 答： 作用：弹性敏感元件的作用是把力或压力转换为应变或位移，然后再转换电路将应变或位移转换为电信号。 分类：（1）力转换为应变或位移的变换力的弹性敏感元件 （2）压力转换为应变或位移的变换压力的弹性敏感元件 特点： 变换力的弹性敏感元件 圆柱式：结构简单，可承受较大的载荷，便于加工，实心圆柱形可测量大于10kN的力，空心圆柱形可测量1~10kN的力，且应力变化均匀。圆环式：圆环式的敏感元件比圆柱式输出的位移大，因而具有较高的灵敏度，适用于测量较小的力。 悬臂梁式：它的一端固定，一端自由，结构简单，加工方便，应变和位移较大，适用测量1~5kN的力。 压力的弹性敏感元件 弹簧管：C形弹簧管的一端密封但不固定，成为自由端，另一端连接在管接头上且固定，流体压力通过管接头进入弹簧管后，在压力F作用下，弹簧管的横截面力图变成圆形截面，截面的短轴力图伸长。使弹簧管趋向伸直，一直伸展到管弹力与压力的作用相平衡为止。这样自由端便产生了位移。通过测量位移的大小，比可得到压力的大小。
波纹管：波纹管的轴向在流体压力作用极易变形，有较高的灵敏度。波纹膜片和膜盒：线性度好，灵敏度高及各种误差小。 薄壁圆筒：筒壁均匀受力，并均匀向外扩张，所以在管壁的轴线方向产生拉伸力和应变力。 3、电阻应变式传感器的工作原理是什么它是如何测量试件的应变的答： 工作原理：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变形转换成电阻的变化，再通过测量电路进一步将电阻的改变转换成电压或电流信号输出。 测试原理：测试时，将应变片用粘接剂牢固的粘贴在被测试件的表面上，随着试件受力变形，应变片的敏感栅也获得同样的变形，从而使其电阻随之发生变化，而此电阻的变化是与试件应变成比例的，因此如果通过一定的测量线路将这种电阻的变化转换为电压或电流变化，然后再用显示记录仪表将其显示记录下来，就能知道被测试件应变量的大小。 4、电阻应变式传感器的测量电路有哪些各有何特点 答： 恒压源供电的直流电桥 特点：当被测量无变化时，电桥平衡，输出为零。当测量发生变化时，电桥平衡被打破，有电压输出，输出的电压与被测量的变化成比例。恒流源供电的直流电桥 特点：当桥臂电阻发生变化时，电桥有输出，输出大小与桥臂电阻变
称重传感器原理
1．2 称重传感器 系统采用悬臂梁式称重传感器。该传感器量程30kg；弹性体为弯曲悬臂梁结构，外形高度低，结构强度高；用于拉伸力或压缩力测量，抗偏、抗侧向力强；防尘密封，精度高，性能稳定可靠，安装使用方便。传感器外形如图2所示，单位：mm。 此传感器为电阻应变式称重传感器，它的主要组成部分有电阻应变片、弹性体和检测电路。工作原理：弹性体在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在其表面的电阻应变片也随之产生变形，电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化，再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电压，从而完成将外力变换为电信号的过程。其中，电阻应变片是把一根电阻丝机械地分布在一块有机材料制成的基底上，即成为一片应变片；弹性体是一个有特殊形状的结构件，它的功能有两个：首先是它承受称重传感器所受的外力，对外力产生反作用力，达到相对静平衡；其次，它要产生一个高品质的应变场，使粘贴在此区的电阻应变片比较理想地完成应变电信号的转换任务；检测电路采用全桥式等臂电桥把电阻应变片的电阻变化转变为电压输出。1．3 高精度A／D转换 称重传感器的输出为mV级的微弱信号，传统的测量方法是在A／D转换之前加一级高精度的放大器，电路复杂。AD7714是美国Analog Devices(AD)公司推出的24-位ADC家族AD771X 系列中的新品，适用于低频、高精度工业级转换。该器件具有完整的模拟前端，可以直接测量传感器输出的直流微弱信号，转换精度达到24位无误码。采用三线串行口与微控制器连接，通过软件编程可以对增益、信号极性、输入通道作出设置。该芯片具有自校准、系统校准和背景校准功能，可以消除零点误差、满量程误差及温度漂移的影响。