1引言
1．1 课题的研究背景及意义
振动测试近十多年来发展非常迅速，受到了国内外专家和工业、农业、国防各部门科技工作者的重视。近代工程技术的飞跃发展，特别是航空航天、海洋工程、电力、化工等技术的发展，必须对振动进行预测、采集、并实时处理在运行过程中的载荷数据的响应数据，对大型结构系统进行振动和噪声分析，对可能产生的过大振动事先加以避免或进行控制以确保安全、经济合理。因此，振动测试包括振动、冲击、波动、噪声和各种动态技术（包括试验技术、测试分析技术、计算技术、信号和信息处理技术、自动控制技术、检测和故障诊断技术以及试验设备和材料动力性能等方面）的研究，已越来越在国民经济中发挥重要作用[1]。
振动测量的意义主要有以下两个方面：
（1）预防事故、保证人身和设备的安全。预防事故，保证人身和设备的安全是开展设备诊断工作的直接目的和基本任务之一。我们知道，一些设备，特别是流程大型设备一旦发生故障将会引起链锁反应，造成巨大的经济损失，甚至灾难性的后果。因此，为了避免设备事故，保障人身和设备的安全，应当积极发展设备振动诊断。
（2）提高经济效益：开展设备诊断所带来的经济效益包括减少可能发生的事故损失和延长检修周期所节约的维修费用，国外一些调查资料显示，开展设备诊断可带来可观的经济效益。英国曾对2000个工厂作过调查，结果表明，采用设备诊断技术后维修费用每年节约3亿英镑，除去诊断技术的费用0.5亿英镑，净获利2.5亿英镑。在我国的大型电厂，若出现故障其停机一天造成的损失就达一百多万元。因此对设备故障进行有效的诊断有着明显的经济效益。
随着电子技术和计算机技术的快速发展,微型计算机技术,尤其是微控制器(单片机)的发展极为迅速,其应用越来越广。单片机主要应用于控制领域,用以实现各种测试和控制功能。目前,单片机还广泛应用于工业测控、计算机外围设备、工业智能化仪表、生产过程的自动控制、军事和航空航天等领域。
AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片
内含4k bytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，功能强大AT89C51单片机可为您提供许多高性价比的应用场合，可灵活应用于各种控制领域[2]。
而基于MEMS微加速度计的振动测试系统具有尺寸小、功耗低、灵敏度高、使用灵活等优点。因而在振动测、试倾斜测试惯性导航、智能引信等方面被广泛使用。在不远的将来随着计算机技术和软件技术的快速发展振动测试系统会在越来越多的行业得到更广泛的应用。
1．2 振动检测技术的研究现状
到目前为止，振动数据分析仪器的发展大体可分为四代：模拟类仪器、数字类仪器、智能化仪器和虚拟仪器。第一代模拟类仪器。是最早开发的振动分析系统。主要是由光电矢量瓦特计和测振仪等组成,其基本结构的共同特点是电磁机械式，要借助指针或光点等来显示测试结果；第二代数字类仪器。这类闪频式动平衡仪可以将模拟信号的测量转化为数字信号量，并以数字显示方式输出测量结果；第三代智能化仪器。这类仪器内置MCS51系列单片机,集测试、数据处理、平衡计算和图形显示等功能于一体，具有自动化测量仪器的最初特点。但其功能主要是以硬件(或固化软件)形式存在，不利于二次开发、功能复用和维护。而且数据存贮量小，处理速度慢，功能比较单一，精度有限；第四代虚拟仪器[3]。仪器主要功能可由①数据采集②数据测试和分析③结果输出显示等三大部分组成，其中数据分析和结果输出完全可由软件系统来完成，因此只要另外提供一定的数据采集硬件，就可构成新的测量仪器。
目前的振动测量信号可以通过采用加速度传感器采集加速度变化，经过电路处理成为频谱，最终成为人能够直观的看到振动波形。一般加速度传感器就是利用了其内部的由于加速度造成的晶体变形这个特性。由于这个变形会产生电压，只要计算出产生电压和所施加的加速度之间的关系，就可以将加速度转化成电压输出。当然，还有很多其它方法来制作加速度传感器，比如电容效应，热气泡效应，光效应，但是其最基本的原理都是由于加速度产生某个介质产生变形，因为振动产生加速度，利用这个特性，通过测量其变形量并用相关电路转化成电压输出前一般都采
用加速度传感器来测量振动信号。
1．3 论文主要研究内容及安排
本篇论文是以AT8C51单片机为控制核心，设计振动测试系统，并根据相应情况提供实时显示和数据存储分析功能。
针对上述研究内容，本论文内容具体安排如下：
第1章：阐述了研究本课题的背景及目前的振动检测技术。
第2章：比较并设计了系统的总体方案。
第3章：对系统进行了硬件设计，并对硬件的各个模块及模块电路做了详细的介绍。
第4章：结合时序对系统进行软件总体及子程序的设计，并绘制了流程图，以及给出了ADS774工作时序和C51程序。
第5章：对系统调试过程中容易出现的问题做了阐述。
第6章：对本系统设计做了简要的总结。
2系统总体方案设计
2．1 系统总体方案对比与分析
振动测试系统的设计方法有多种方式,不同之处主要体现在加速度传感器方面。加速度是物体运动的速度随时间的变化率，是描述物体运动速度的大小和方向变化的物理量。加速度传感器都是利用加速度产生某个介质产生变形，通过测量其变形量并用相关电路转化成电压输出的原理。
目前单维的加速度传感器的技术比较成熟，基于压电、压阻、光纤等检测机理的各种传感器，市场上都有相应的产品。然而，物体运动的加速度是一空间矢量。一方面，要准确了解物体的运动状态，必须测得它的三个坐标轴上的分量;另一个方面，在预先不知道物体运动状况的场合下，只有应用多维加速度传感器来检测相应的加速度信号[4]。同时，随着科学技术的迅速发展，传统的单维加速度传感器己经不能满足在测量、控制和信息技术等领域对传感信息越来越高的要求。加速度传感器种类繁多，但从测试原理上可分为压电效应式、电容式、电感式、压阻式等等。加速度传感器的主要指标有以下几个方面：
（1）灵敏度。
（2）频率响应。
（3）测量量程。
（4）精度。
（5）满量程费线性度。
（6）漂移。
（7）横向效应。
（8）抗震性能。
最近十几年来，MEMS（微电子微机械）加速度传感器得到了迅速的发展。其主要的加速度检测技术有压阻检测、压电检测、热检测、共振检测、电磁检测、光检测、隧道电流检测和电容检测等。加速度传感器是一种重要的力学量敏感器件，广泛地应用于工业自动控制、科学测量、军事和空间系统等领域。目前常用的有压电效应、电容效应等原理的加速度传感器。
加速度传感器类型：
（1）压电式加速度传感器
压电式加速度传感器又称压电加速度计。它也属于惯性式传感器。它是利用某些物质如石英晶体的压电效应，在加速度计受振时，质量块加在压电元件上的力也随之变化。当被测振动频率远低于加速度计的固有频率时，则力的变化与被测加速度成正比[5]。
由于压电式传感器的输出电信号是微弱的电荷，而且传感器本身有很大内阻，故输出能量甚微，这给后接电路带来一定困难。为此，通常把传感器信号先输到高输入阻抗的前置放大器。经过阻抗变换以后，方可用于一般的放大、检测电路将信号输给指示仪表或记录器。目前，制造厂家已有把压电式加速度传感器与前置放大器集成在一起的产品，不仅方便了使用，而且也大大降低了成本。
图2.1 压电式加速度传感器
常用的压电式加速度计的结构形式如图2.1所示。S是弹簧，M是质块，B是基座，P是压电元件，R是夹持环。图2.1a是中央安装压缩型压电元件—质量块—弹簧系统装在圆形中心支柱上，支柱与基座连接。这种结构有很高的共振频率。然而基座B与测试对象连接时，如果基座B有变形则将直接影响拾振器输出。此外，测试对象和环境温度变化将影响压电元件，并使预紧力发生变化，容易引起温度漂移。图 2.1c为三角剪切形，压电元件由夹持环将其夹牢在三角形中心柱上。加速度计感受轴向振动时，压电元件承受切应力。这种结构对底座变形和温度变化有极好的隔离作用，有较高的共振频率和良好的线性。图2.1b为环形剪切型，结构简单，能做成极小型、高共振频率的加速度计，环形质量块粘到装在中心支柱上的环形压电元件上。由于粘结剂会随温度增高而变软，因此最高工作温度受到限制。
上述压电式加速度传感器存在响应频率范围小，机械运动部件容易损坏，传
感器质量大造成附加质量大等缺点。
（2）电容式加速度传感器
图2.2 电容式加速度传感器原理
采用质量块-弹簧-阻尼器系统来感应加速力，其结构如图2.2所示。图中只画出了一个基本单元。它是利用比较成熟的硅加工工艺在硅片内形成的立体结构（图2.2只给出其剖面示意图）。图中的质量块是加速度传感器的执行器，与质量块相连的是可动臂；与可动臂相对的是固定臂。可动臂和固定臂形成了电容结构，作为微加速度传感器的感应器。其中的弹簧并非真正的弹簧，而是由硅材料经过立体加工形成的一种力学结构，它在加速度传感器中的质量块左右相当于弹簧。它实际上是变极距差动电容式位移传感器，配接“m-k-c”系统构成的。
图2.3 “m-k-c”系统原理图
电容式加速度传感器的等效原理图如图2.3所示。图2.3中，右侧标尺表示与
大地保持相对静止的运动参考点，称为静基准，x 表示被测振动体2及传感器底座1相对于该参考点的位移，称为绝对位移，y 表示质量块m 相对于传感器底座1的位移，称为相对位移。x 和y 之间关系可用典型二阶比常系数微分方程描述：
222
0022
2dt x d y dt dy dt y d =++ωξω （式2.1）
式中：0ω为自振角频率；m k /0=ω；ξ为阻尼系数，mk C
2=ξ；C 为空气
阻尼。而位移x ，速度v ，加速度a 三者之间的关系为：
22dt x d dt dy a ==
（式2.2） 代入式(2.1)得：
a y dt dy dt y
d =++2
00222ωξω （式2.3） 经拉氏变换得“m -k-c”系统得传递函数：
200221
)()
(ωξω++=S S s A s y （式2.4）
令S=j ω，可求得质量块相对运动得位移振幅m y 与被测振动体绝对运动得加速
度振幅m a 的关系为：
)
2(/1/1020220ωωξωωω+-=m m
a y （式2.5） 式(2.5)具有低通滤波特性。由此可见，当n ω<0ω时，则：
20ωm m a y = （式2.6）
传感器壳体2的位移y 与1C ，2C 关系为：
0212
1d y C C C C =+- （式2.7）
式中，0d 为不振动时，电容1C 和2C 的初始极距。若差动电容接入图2.4所示
变压器式电桥中，则电桥开路输出电压幅值0U 为：
0212102*2d y E C C C C E U =+-=
（式2.8） 将式(2.7)代入式(2.8)得
m a d E U *22000ω= （式2.9）
可见，当ω< <0ω时，输出电压幅值0U 与加速度幅值m a 成正比，测出电压幅
值0U ，即可确定加速度幅值m a 。
图2.4 变压器式电桥
基于MEMS （微电子微机械系统）技术的硅微电容式加速度传感器，构成高性能高精度单轴测量系统。具有噪声小，功耗低，温漂少等特点。采用表面贴装工艺，整块尺寸较小。能测量动态加速度（如振动），或者静态加速度（如惯性力，重力和倾角）。该加速度传感器性能稳定，可广泛运用在加速度测量，倾角测量和振动测量中。
2．2 系统总体方案设计
本设计要求以AT89C51单片机为控制核心，设计振动测试系统，并根据相应情况提供实时显示和数据存储分析功能。
基于MEMS 加速度传感器的振动测试系统结构图如图2.5所示。
振动信号由ADXL150加速度传感器转换为电信号,先经过放大电路将微弱的振动信号放大至符合后级电路需求，再经过12位高速AD 完成模数转换,通过并行总线,输出数字信号送入AT89C51单片机进行数据存储处理。同时进行检波、电压比
较产生中断触发信号和进行简单数据量化处理以提供给AT89C51单片机进行实时的数据处理。AT89C51单片机机实现数据采集、存储、处理、传输，采用Keil C51完成软件设计。数据输出部分通过串行通信方式完成振动数据的存储、将数据传输到PC机进行数据分析，构成了一个振动测试系统。
图2.5 系统结构图
3系统硬件设计
振动测试系统的整体硬件电路如图3.1所示：系统以AT89C51为核心控制器，包括信号放大电路、AD采集电路、双向检波电路、电压比较电路、模拟输出电路和存储器电路，下面就每个模块详细介绍：
图3.1 系统的硬件连接图
3．1 ADXL150加速度传感器
3.1.1 ADXL150简述
ADXL150是美国模拟器件公司（ANALOG DEVICE）生产的低噪声、低功耗、单轴微MEMS加速度传感器。该器件内部有时钟源、增益放大器、同步解调系统、输出缓冲运放、二阶滤波器和自检系统。可编程控制量程为±25g或±50g，80分贝的动态范围，测量分辨率小于10mg，通过设置Vout和OFFSET NULL端口跳线可以将输出比例系数从38mV/g调节到76mV/g。在工业级温度范围内0g温漂小于0.4g。在使用时外部仅需要一个旁路电容[6]。
3.1.2 ADXL150的封装形式
ADXL150的管脚排列如图3.2所示，COMMON为公共接地端；ZERO g ADJ为0g 调节端；SELF-TEXT为自检端，当其输入为高电平时芯片进入自检模式；Vout为信号输出端，此端可直接连接ADC进行模数转换；Vs为电源输入端。
图3.2 ADXL150的封装形式
3.1.3 ADXL150内部结构
ADXL150内部结构图3.3所示，主要由5部分组成：敏感元件、增益放大、时钟源、同步解调、缓冲放大器。
图3.3 ADXL150的内部结构图
（1）敏感元件
敏感元件时通过在氧化层上沉积多晶硅，然后经过蚀刻形成的。
图3.4 敏感元件结构图
图3.4是一个简化的敏感元件结构图。实际传感器由42个这样的晶胞检测加速度。中间横梁由于加速度左右而移动，引起板间电容改变，最后转换为电压输出。（2）ADXL150中的增益放大运放是将敏感元件输出的信号进行放大以便测量。（3）ADXL150加速度传感器的时钟源主要为敏感元件和同步解调电路提供100kHz 的时钟信号。
（4）同步解调系统能够抑制除敏感元件信号外的所有信号，能够时传感器不受电磁干扰和无线电频率干扰。
（5）缓冲放大器可以调节传感器的输出比例系数，正常情况下为38mV/g。
3.1.4 ADXL150基本电路
可以采用外接电源与地之间接0.1uF去耦电容供电。通过调节R1b可以增加输出精度，调节RT可改变直流偏置，通常将0g时的输出调节到2.5v[17]。
图3.5 基本电路
3．2 放大电路
ADXL150虽然内部已经有放大电路、滤波电路和缓冲输出电路，但其输出的信号的幅值仍然很小，不利于后级电路处理和A/D转换。所以在ADXL150输出端连接了放大电路。放大电路中使用一片LM358AN。具体电路如图3.6所示。
图中V1为ADXL150的Ｖ1信号输出端口。LM358AN为反相放大器，电路中R1=91K、R4=4.7K所以此电路为经典反相放大电路，其增益系数为R1/R4=19.4。LM358AN构成了一个放大倍数为19.4倍的反相放大电路，将ADXL150的输出端口的信号放大并反相，使波形与ADXL150原始输出方向相同[7]。
图3.6 放大电路
3．3 双向检波电路
加速度传感器输出振动信号经放大电路放大后输出为无规则信号，无法为单片机提供终端触发信号。所以要将放大电路输出信号经过双向检波电路和电压比较电路才能够为单片机提供中断触发信号和A/D 采集控制电平[8]。所以要将放大电路输出再经过双向检波电路使波形变的更加平滑，如图3.7所示。
图3.7 双向检波电路
V 2接图3.6中的输出信号V 2，此电路中二极管D1、D2起到检波作用。当输入信号V 2为正极性时，D1导通，D2截止，当输入信号V 2为负极性时，D1导通，D2截止。经过二极管D1、D2滤波电路输出波形都为正向波形，再经过LM358放大器输出信号将更加平滑，差动放大器的输入信号为两个滤波信号的差，经LM358放大器后输出信号与输入信号的关系为：
()21620D D U U R R U -= （式3.1）
3．4 电压比较电路
经双向检波电路输出的波形还不能直接输入AT89C51单片机，为单片机提供中断触发控制信号。必须要经过一个电压比较电路，如图3.8所示。
图3.8 电压比较电路
本电路中使用LM393构成电压比较电路，双向检波输出信号由LM393的2端输入，电位器R12调节触发电压输入3端。由1端经过一个10kΩ的上拉电阻为AT89C51单片机提供中断触发信号和采集控制电平。AT89C51单片机进入中断后启动A/D采集，采集多长时间是由电压比较电路输出的低电平的宽度决定[9]。
3．5 A/D转换电路
在系统控制和数据采集中，经常遇到数值随时间连续变化的物理量，这种连续变化的物理量，称为模拟量，与此相对应的电信号是模拟电信号。显然，模拟量要输入到计算机系统中，必须要经过模拟量到数字量的转换(A/D转换)，计算机才能接受。
A/D转换过程主要包括采样、量化与编码。采样是使模拟信号在时间上离散
化，量化与编码则是把采样后所得到的离散幅值经过舍入的方法变换为与输入量成比例的二进制数。A/D转换电路种类很多，根据转换原理可以分为逐次逼近式、双积分式、并行式、跟踪比较式、串行式、电荷平衡式等。目前使用较多的是前三种。
由于传感器输出的是变化的电压信号，而AT89C51单片机没有内置A/D转换器，所以是无法直接识别电压信号，因此这里需要外接A/D转换芯片进行模数转换。振动信号频率在1kHz左右，为了保证波形的完整性，必须要采用高速AD进行数据转换，所以本系统采用12位精度，转换时间位8.5us即转换速率为118kHz的高速AD—ADS774。
ADS774为12位高速并行输出AD,基本电路如图3.9，电路连接简单，输入有多种模式，包括±10V, ±20V和2.5V三种状态，单电源供电可输入正负电压。其输出方式可以设置为8位输出和12位输出。12位输出状态还可以设置为12同时输出或先输出高八位再输出低四位。鉴于本系统中使用的单片机AT89C51为8位机和节省端口的考虑，本设计中就选择先输出高八位再输出低四位的工作方式。和单片机接口电路如图3.10所示。仅使用单片机的一个8位端口和两个控制端口就能完成12位数据的读取[10]。
图3.9 ADS774双极性工作电路
图3.10 12位输出连接方式
3．6 AT89C51简介
3.6.1 AT89C51内部结构
AT89C51内部结构主要包括累加器ACC(有时也简称为A)、程序状态字PSW、地址指示器DPTR、只读存储器RMO、随机存取存储器ARM、寄存器、并行I/O 接口PO~P3、定时器/计数器、串行I/O接口以及定时控制逻辑电路等。这些部件通过内部总线联接起来，构成一个完整的微型计算机。AT89C51内部结构图如图3.11所示[11]。
图3.11 AT89C51的内部结构图
3.6.2 AT89C51性能简介
（1）主要性能
●与MCS-51产品指令系统完全兼容；
●片内集成4KB的FLASH存储器，可反复编程/擦除1000次；
●数据保留时间：10年；
●全静态设计，时钟频率范围为0～24MHz、33MHz；
●三个程序存储器保密位；
●128×8字节的内部RAM；
●32条可编程的I/O口线；
●2个可工作于4种模式的16位定时/计数器；
●5个中断源/2个中断优先级；
●可编程串行通道；具有4种工作模式的全双工串行口；
●低功耗的待机工作模式和掉电工作模式；
●片内振荡器和时钟电路；
（2）管脚说明
图3.12 AT89C51引脚图
VCC：供电电压。
GND：接地。
P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8 TTL门电流。当P1口的管脚第一次写“1”时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FLASH编程时，P0口作为原码输入口，当FLASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。
P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4 TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。
P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为
输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL 门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。
P3 口也可作为AT89C51的一些特殊功能口,P3口管脚备选功能:
P3.0 RXD（串行输入口）；
P3.1 TXD（串行输出口）；
P3.2INTO（外部中断0）；
P3.3 1
INT（外部中断1）；
P3.4 T0（计时器0外部输入）；
P3.5 T1（计时器1外部输入）；
P3.6 WR（外部数据存储器写选通）；
P3.7 RD（外部数据存储器读选通）；
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
RST：复位输入。当振荡器复位时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。
ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR 8EH地址上置0。此时，ALE 只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。
燕山大学 课程设计说明书题目：电容式纸张厚度传感器的设计 学院（系）：电气工程学院 年级专业： 09级仪表一班 学号： 学生姓名： 指导教师：童凯 教师职称：副教授
燕山大学课程设计（论文）任务书 院（系）：基层教学单位： 学号0901******** 学生姓名陈志浦专业（班级）09仪表一班设计题目电容式纸张厚度传感器的设计 设计技术参数1测量范围0-2mm；2输出电压0-10V；3极板间距4mm； 4灵敏度； 5精度。 设计要求1学习掌握电容传感器的相关知识；2设计电容厚度传感器的极板； 3设计电容传感器的转换电路； 4电容厚度传感器的硬件调试； 5撰写报告、完成答辩。 工作量第18-19周（完成资料查阅、方案设计、电路仿真、硬件调试、测试及误差分析等内容） 工作计划设计时间共10天。 第1-2天资料查阅（图书馆及网络）；理论工作原理学习。第3-4天设计方案制定。 第5-6天电路仿真，各器件选型。 第7-8天传感器硬件调试。 第9-10天撰写报告，完成答辩。 参 考 资 料 张玉龙等。传感器电路设计手册。中国计量出版社。1989年 指导教师签字基层教学单位主任签字 说明：此表一式四份，学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份。
燕山大学课程设计评审意见表指导教师评语： 工作态度认真 较认真 不认真 理论分析 正确完善 较为合理 一般 较差 方法设计 完善 合理 一般 较差 成绩： 指导教师： 2011年6月25 日答辩小组评语： 原理 清晰 基本掌握 了解 不清楚 设计结论 正确 基本正确 不正确 成绩： 评阅人： 2011年6月25 日课程设计总成绩： 答辩小组成员签字： 赵彦涛、程淑红、林洪斌 2011年6月25 日
各种温度传感器分类及其原理
各种温度传感器分类及其原理 温度传感器是检测温度的器件，其种类最多，应用最广，发展最快。众所周知，日常使用的材料及电子元件大部分特性都随温度而变化，在此我们暂时介绍最常用的热电阻和热电偶两类产品。 1.热电偶的工作原理 当有两种不同的导体和半导体A和B 组成一个回路，其两端相互连接时，只要两结点处的温度不同，一端温度为T，称为工作端或热端，另一端温度为TO,称为自由端(也称参考端或冷端，则回路中就有电流产生，如图2-1(a所示，即回路中存在的电动势称为热电动势。这种由于温度不同而产生电动势的现象称为塞贝克效应。 与塞贝克有关的效应有两个：其一，当有电流流过两个不同导体的连接处时，此处便吸收或放出热量(取决于电流的方向， 称为珀尔帖效应；其二，当有电流流过存在温度梯度的导体时，导体吸收或放出热量(取决 于电流相对于温度梯度的方向，称为汤姆逊效应。两种不同导体或半导体的组合称为热电偶。热电偶的热电势EAB(T，T0 是由接触电势和温差电势合成的。接触电势是指两种不同 的导体或半导体在接触处产生的电势，此电势与两种导体或半导体的性质及在接触点的温度有关。 温差电势是指同一导体或半导体在温度不同的两端产生的电势， 此电势只与导体或半导体的性质和两端的温度有关，而与导体的长度、截面大小、沿其长度方向的温度分布无关。 无论接触电势或温差电势都是由于集中于接触处端点的电子数不同而产生的电势：热电偶测量的热电势是二者的合成。当回路断开时，在断开处a，b 之间便有一电动势差△ V，其极性和大小与回路中的热电势一致，如图 2-1(b所示。并规定在冷端，当电流由A流向B时，称A为正极，B 为负极。实验表明，当△ V很小时，△ V与厶T成正比关系。定义△ V对厶T 的微分热电势为热电势率，又称塞贝克系数。
压力传感器的论文 合理进行压力传感器的误差补偿是其应用的关键。压力传感器主要有偏移量误差、灵敏度误差、线性误差和滞后误差，本文将介绍这四种误差产生的机理和对 测试结果的影响，同时将介绍为提高测量精度的压力标定方法以及应用实例。 目前市场上传感器种类丰富多样，这使得设计工程师可以选择系统所需的压力传感器。这些传感器既包括最基本的变换器，也包括更为复杂的带有片上电路的高集成度传感器。由于存在这些差异，设计工程师必须尽可能够补偿压力传感器的测量误差，这是保证传感器满足设计和应用要求的重要步骤。在某些情况 下，补偿还能提高传感器在应用中的整体性能。 本文以摩托罗拉公司的压力传感器为例，所涉及的概念适用于各种压力传感器的设计应用。 摩托罗拉公司生产的主流压力传感器是一种单片压阻器件，该器件具有3类： 1. 基本的或未加补偿标定； 2. 有标定并进行温度补偿； 3. 有标定、补偿和放大。 偏移量、范围标定以及温度补偿均可以通过薄膜电阻网络实现，这种薄膜电阻网络在封装过程中采用激光修正。 该传感器通常与微控制器结合使用，而微控制器的嵌入软件本身建立了传感器数学模型。微控制器读取了输出电压后，通过模数转换器的变换，该模型可以将电压量转换为压力测量值。 传感器最简单的数学模型即为传递函数。该模型可在整个标定过程中进行优化，并且模型的成熟度将随标定点的增加而增加。 从计量学的角度看，测量误差具有相当严格的定义：它表征了测量压力与实际压力之间的差异。而通常无法直接得到实际压力，但可以通过采用适当的压力标准加以估计，计量人员通常采用那些精度比被测设备高出至少10倍的仪器作为测量标准。 由于未经标定的系统只能使用典型的灵敏度和偏移值将输出电压转换为压力，测得的压力将产生如图1所示的误差。 这种未经标定的初始误差由以下几个部分组成： a. 偏移量误差。由于在整个压力范围内垂直偏移保持恒定，因此变换器扩散和激光调节修正的变化将产生偏移量误差。 b. 灵敏度误差，产生误差大小与压力成正比。如果设备的灵敏度高于典型值，灵敏度误差将是压力的递增函数（见图1）。如果灵敏度低于典型值，那么灵敏度误差将是压力的递减函数。该误差的产生原因在于扩散过程的变化。 c. 线性误差。这是一个对初始误差影响较小的因素，该误差的产生原因在于硅片的物理非线性，但对于带放大器的传感器，还应包括放大器的非线性。线性误差曲线可以是凹形曲线，也可以是凸形曲线。 d. 滞后误差：在大多数情形中，滞后误差完全可以忽略不计，因为硅片具有很高的机械刚度。一般只需在压力变化很大的情形中考虑滞后误差。 标定可消除或极大地减小这些误差，而补偿技术通常要求确定系统实际传递函数的参数，而不是简单的使用典型值。电位计、可调电阻以及其他硬件均可在补偿过程中采用，而软件则能更灵活地实现这种误差补偿工作。 一点标定法可通过消除传递函数零点处的漂移来补偿偏移量误差，这类标定方法称为自动归零。
1. 控制要求 某设备要实现一个报警控制功能, 当报警信号成立(BJ=ON) 时, 一方面蜂鸣器鸣叫, 另一方面, 警灯闪烁, 闪烁方式为: 亮2s, 灭1s, 警灯闪烁10 次后, 自动停止报警。 2. 设计步骤 (1) 功能模块划分。从控制要求分析可知, 报警的条件是报警信号(BJ) 成立, 而当报警信号成立后, 要实现三个功能, 即: ①蜂鸣器鸣叫功能: 当BJ=ON 时, 立即进行鸣叫( 长音) 。 ②警灯闪烁功能: 当BJ=ON 时, 立即闪烁, 亮2s, 灭1s 。 ③自动停止报警功能: 警灯闪烁10 次后自动停止报警。 进一步分析可知, 功能模块之间还具有相互联系, 即蜂鸣器和警灯是在BJ=ON 时同时开始工作的; 在警灯闪烁10 次后, 蜂鸣器和警灯同时停止工作。 (2) 功能及端口定义。主要完成PLC 资源的分配及I/O 口接线图。 ① PLC 资源分配。
3. 功能模块梯形图程序设计 功能模块梯形图程序设计, 就是设计各个功能的单独控制程序( 程序段), 这些程序在设计时, 往往采用典型的控制程序再加以一定的修改来获得。 (1) 蜂鸣器鸣叫功能程序设计: 由分析可知, 该程序是一个典型的启停控制电路, 根据经验, 可直接画出其梯形图, 如图7 所示。停止信号先空着, 在程序组合时再进行处理。 2.警灯闪烁功能程序设计: 由分析可知, 该控制程序其实就是一个振荡电路, 可用两个定时器来实现。警灯闪烁与蜂鸣器是同时开始工作的, 所以可用蜂鸣器的驱动输出线圈Y001 作为警灯闪烁开始的信号, 这样可省掉一个警灯闪烁自锁电路( 读者可自行分析), 设计后的梯形图如图8 所示。 (3) 自动停止报警功能程序设计: 由控制要求可知, 当警灯闪烁10 次后实现自动停止报警, 因此, 可用一个计数器对警灯的驱动输出线圈Y002 进行计数, 当计到10 次时, 实现自动停止报警功能。当一次报警结束后, 需要对计数器进行复位, 在此可用报警信号来实现( 即在报警前先对计数器进行复位), 为了防止报警信号的闭合时间超过警灯闪烁的周期而使警灯闪烁次数超过10 次( 读者可自行分析原因), 需对报警信号进行一定的处理后才可用于计数器的复位, 设计后的梯形图如图9 所示；
温度传感器的常见分类温度传感器应用大全 温度传感器在我们的日常生活中扮演着十分重要的角色，同时它也是使用范围最广，数量最多的传感器。关于它你了解多少呢？本文主要介绍的就是各种温度传感器的分类及其原理，温度传感器的应用电路。 温度传感器从17世纪温度传感器首次应用以来，依次诞生了接触式温度传感器，非接触式温度传感器，集成温度传感器，近年来在智能温度传感器在半导体技术，材料技术等新技术的支持下，温度传感器发展迅速，由于智能温度传感器的软件和硬件的合理配合既可以大大增强传感器的功能、提高传感器的精度，又可以使温度传感器的结构更为简单和紧凑，使用也更加方便。 1、热电偶传感器： 两种不同导体或半导体的组合称为热电偶。热电势EAB(T，T0)是由接触电势和温差电势合成的，接触电势是指两种不同的导体或半导体在接触处产生的电势，此电势与两种导体或半导体的性质及在接触点的温度有关，当有两种不同的导体和半导体A和B组成一个回路，其相互连接时，只要两结点处的温度不同，一端温度为T，称为工作端，另一端温度为TO，称为自由端，则回路中就有电流产生，即回路中存在的电动势称为热电动势，这种由于温度不同而产生电动势的现象称为塞贝克效应。 2、热敏电阻传感器： 热敏电阻是敏感元件的一类，热敏电阻的电阻值会随着温度的变化而改变，与一般的固定电阻不同，属于可变电阻的一类，广泛应用于各种电子元器件中，不同于电阻温度计使用纯金属，在热敏电阻器中使用的材料通常是陶瓷或聚合物，正温度系数热敏电阻器在温度越高时电阻值越大，负温度系数热敏电阻器在温度越高时电阻值越低，它们同属于半导体器件，热敏电阻通常在有限的温度范围内实现较高的精度，通常是-90℃?130℃。 3、模拟温度传感器： HTG3515CH是一款电压输出型温度传感器，输出电流1～3.6V，精度为±3％RH，0～100％RH相对湿度范围，工作温度范围-40～110℃，5s响应时间，0±1％RH迟滞，是一个带
毕业设计任务书 一、题目 智能压力传感器系统设计 二、指导思想和目的要求 1.培养学生综合运用所学职业基础知识、职业专业知识和职业技能，提高解决实际问题的能力，从而达到巩固、深化所学的知识与技能； 2. 培养学生建立正确的科学思想，培养学生认真负责、实事求是的科学态度和严谨求实作风； 3.培养学生调查研究，收集资料，熟悉有关技术文件，锻炼学生的科研工作能力和培养学生的团结合作攻关能力。 三、主要技术指标 1.培养学生综合运用所学职业基础知识、职业专业知识和职业技能，提高解决实际问题的能力，从而达到巩固、深化所学的知识与技能； 2. 培养学生建立正确的科学思想，培养学生认真负责、实事求是的科学态度和严谨求实作风； 3.培养学生调查研究，收集资料，熟悉有关技术文件，锻炼学生的科研工作能力和培养学生的团结合作攻关能力。 三、主要技术指标 本设计主要设计一个智能压力传感器的设计，要求如下： 被测介质：气体、液体及蒸气 量程：0Pa～500pa 综合精度：±0.25%FS 供电：24V Dc（12～36VDC） 介质温度：-20～150℃ 环境温度：-20～85℃ 过载能力：150%FS 响应时间：≤10mS 稳定性：≤±0.15%FS/年 能实时显示目标压力值和保存参数，并能和上位机进行通信，并具有较强的抗干扰能力。 所需要完成的工作： 1.系统地掌握控制器的开发设计过程，相关的电子技术和传感器技术等，进行设计任务和功能的描述；
2.进行系统设计方案的论证和总体设计； 3.从全局考虑完成硬件和软件资源分配和规划，分别进行系统的硬件设计和软件设计； 4.进行硬件调试，软件调试和软硬件的联调； 5.查阅到15篇以上与题目相关的文献，按要求格式独立撰写不少于15000字的设计说明书及1.5万（或翻译成中文后至少在3000字以上）字符以上的英文翻译。 四、进度和要求 第01周----第02周：查阅相关资料，并完成英文翻译； 第03周----第04周：进行市场调查，给出系统详细的设计任务和功能，进行系统设计方案的论证和总体设计； 第05周----第07周：完成硬件电路设计，并用PROTEL画出硬件电路图； 第08周----第10周：完成软件模块设计与调试； 第11周----第12周：进行硬件调试，软件调试和软硬件的联调； 第13周----第14周：撰写毕业设计论文； 五、主要参考书及参考资料 1. 单片机原理及应用，张鑫等，电子工业出版社 2. MCS51单片机应用设计，张毅刚等，哈尔滨工业大学 3. MCS51系列单片机实用接口技术，李华等，北京航天航空大学 4. PROTEL2004电路原理图及PCB设计，清源科技，机械工业出版社 5. 基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究，曹卫芳，山东科技大 学，2005．5 6. 单片机应用技术选编，何立民，北京航空航天大学出版社，2000 7. 检测技术与系统设计，张靖等，中国电力出版社，2001
基于MEMS实现SOI压力传感器的设计研究 学院：机械与材料工程学院 专业班级：机械(专研)-14 学号：2014309020127 学生姓名：王宇 指导教师：赵全亮 撰写日期：2015年1月6日
目录 1.MEMS传感器概述 (1) 1.1 MEMS传感器研究现状 (1) 1.2 MEMS压力传感器分类 (1) 1.3MEMS压力传感器应用 (2) 2.基于MEMS实现SOI压力传感器的设计研究 (2) 2.1 SOI压力传感器简介 (2) 2.2 SOI压力传感器的理论及结构设计 (3) 2.3 SOI压力传感器总结 (6) 3.MEMS压力传感器发展趋势 (7)
1.MEMS传感器概述 1.1 MEMS传感器研究现状 进入21世纪以来，在市场引导、科技推动、风险投资和政府介入等多重作用下，MEMS传感器技术发展迅速，新原理、新材料和新技术的研究不断深入，MEMS传感器的新产晶不断涌现。目前，MEMS传感器正向高精度、高可靠性、多功能集成化、智能化、微型化和微功耗方向发展。 其中，MEMS技术也是伴随着硅材料及其加工技术、IC技术的成熟而发展起来的，它的运用带来了传感器性能的大幅度提升，其特点主要包括:1)质量和尺寸的减少;2)标准的电路避免了复杂的线路和外围结构;3)可以形成传感器阵列，获取阵列信号;4)易于处理和长的寿命;5)低的生产成本，这包括低的能源消耗，较少的用材;6)可以避免或者少用贵重的和对环境有损害的材料,其中压力传感器是影响最为深远且应用最为广泛的MEMS传感器。 1.2 MEMS压力传感器分类 MEMS传感器的发展以20世纪60年代霍尼韦尔研究中心和贝尔实验室研制出首个硅隔膜压力传感器和应变计为开端。压力传感器是影响最为深远且应用最广泛的MEMS传感器，其性能由测量范围、测量精度、非线性和工作温度决定。从信号检测方式划分，MEMS压力传感器可分为压阻式、电容式、压电式和谐振式等，其特点如下: 1)压阻式:通过测量材料应力来测量压力大小，它具有体积小、全动态测量范围的高线性度、较高的灵敏度、相对较小的滞后和蠕变的特点，此类型传感器多采用惠斯通电桥来消除温度影响； 2)电容式:通过测量电容变化来测量压力大小，相比较压阻式的传感器，它具有很高的灵敏度、低温度敏感系数、没有滞后、更高的长期稳定性，但同时它也有更高的非线性度、更大的体积，需要更复杂的检测电路和更高的生产成本； 3)谐振式:通过测量频率或频率的微分变化来测量压力大小，它可以通过诸如热、电磁和静电效应来改变膜片频率，并且可以通过真空封装来提高传感器精度； 4）压电式：压电传感器是利用某些电介质受力后产生的压电效应制成的传
毕业设计 设计题目：传感器电路设计
目录 1. 引言 1 2. 溶解氧传感器简介 1 3.信号输入部分电路 4 3.1 电源滤波电路图 4 3.2 信号放大电路 5 3.2.1信号放大电路图 5 3.3 AD623放大器简介 6 3.3.1AD623放大器的特点 6 3.3.2AD623放大器的工作原理 6 4 单片机电路7 4.1 单片机电源电路图8 4.2 89LPC925芯片简介8 4.2.1 P89PLC925芯片主要功能8 4.2.2 P89PLC925的低功耗选择11 4.2.3 P89PLC925的极限参数11 4.2.4 P89PLC925芯片管脚图11 5.MiniICP下载线的电路连接13 6.PCB板的绘制13 7.程序流程14 8. 总结16 参考文献16
传感器电路设计 摘要：溶解氧数字化传感器是应用单片机控制的智能化传感器，它可以对液体中溶解氧 的含量进行准确的测量。本设计从总体上介绍了溶解氧数字化传感器的工作原理，着重介 绍了电路元器件的选取以及输入信号的放大和P89LPC925芯片的工作原理，利用P89LPC925 芯片实现对溶解氧浓度的准确测量。 关键词：溶解氧传感器；P89LPC925;AD623 The design of the dissolved oxygen sensor (College of Physics and Electronic Engineering, Electrical Engineering and Its Automation, Class2 Grade2003, 0323110235) Abstract:Dissolved oxygen digital sensor is a king of intelligent sensor which use single-chip computer to control, it could measure the oxygen dissolved in liquid accurately. This design introduces the work principle of dissolved oxygen digital sensor, it introduces the selection of the circuit components and amplification of input signals and the work principle of P89LPC925 chip, P89LPC925 chip using the dissolved oxygen concentration on the measurement accuracy. Key Words: dissolved oxygen sensor; P89LPC925; AD623 1 引言 氧是维持人类生命活动必不可少的物质，它与人类的生存息息相关。氧也是与化学、生化反应、物理现象最密切的一种化学元素，无论是在工业、农业、能源、交通、医疗、生态环境等各个方面都有重要作用。特别是在水产养殖中，水体溶解氧对水中生物如鱼类的生存有着至关重要的影响。缺溶氧（溶解氧低于4mg/L）时将导致水生物窒息死亡；低溶氧导致水生物生长缓慢,增重率低而饵料系数高，对疾病的抵抗能力发病率高,生物的生长受到限制；高溶氧时某些鱼类幼体可能会出现气泡病。因此溶解氧浓度的精确测量显得尤为重要。 2 溶解氧传感器简介 溶解氧是溶解在水中的分子态氧，该定义是可查资料[1]-[4]，随着科技和经济的发展，溶解氧测量已从水介质延伸到了非水液体介质，如丙酮、苯、氯苯、环乙烷、甲醇、正辛烷。分布方式有水平分布和垂直分布两种.溶解氧的一个来源是水中溶解氧未饱和时，大气中的氧气向水体渗入；另一个来源是水中植物通过光合作用释放出的氧。溶解氧随着温度、气压、盐分的变化而变化，一般说来，温度越高，溶解的盐分越大，水中的溶解氧越低；气压越高，水中的溶解氧越高。
各种温度传感器分类及其原理.
各种温度传感器分类及其原理 温度传感器是检测温度的器件,其种类最多,应用最广,发展最快。众所周知,日常使用的材料及电子元件大部分特性都随温度而变化, 在此我们暂时介绍最常用的热电阻和热电偶两类产品。 1. 热电偶的工作原理 当有两种不同的导体和半导体 A 和 B 组成一个回路,其两端相互连接时,只要两结点处的温度不同,一端温度为 T ,称为工作端或热端,另一端温度为 TO ,称为自由端 (也称参考端 或冷端,则回路中就有电流产生,如图 2-1(a所示,即回路中存在的电动势称为热电 动势。这种由于温度不同而产生电动势的现象称为塞贝克效应。 与塞贝克有关的效应有两个:其一, 当有电流流过两个不同导体的连接处时, 此处便吸收或放出热量 (取决于电流的方向 , 称为珀尔帖效应;其二,当有电流流过存在温度梯度的导体时,导体吸收或放出热量(取决 于电流相对于温度梯度的方向 ,称为汤姆逊效应。两种不同导体或半导体的组合称为热电偶。热电偶的热电势 EAB(T, T0 是由接触电势和温差电势合成的。接触电势是指两种不同 的导体或半导体在接触处产生的电势, 此电势与两种导体或半导体的性质及在接触点的温度有关。 温差电势是指同一导体或半导体在温度不同的两端产生的电势, 此电势只与导体或半导体的性质和两端的温度有关, 而与导体的长度、截面大小、沿其长度方向的温度分布无关。 无论接触电势或温差电势都是由于集中于接触处端点的电子数不同而产生的电势, 热电偶测量的热电势是二者的合成。当回路断开时,在断开处 a , b 之间便有一电动势差△ V ,其极性和大小与回路中的热电势一致,如图 2-1(b所示。并规定在冷端,当电流由 A 流向 B 时, 称 A 为正极, B 为负极。实验表明,当△ V 很小时,△ V 与△ T 成正比关系。定义△ V 对△ T
一、概述 1.1、相关背景和应用简介 压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业，而我们通常使用的压力传感器主要是利用压电效应制造而成的，这样的传感器也称为压电传感器。 压力传感器的原理是将压力信号转变为某种电信号，如应变式，通过弹性元件变形而导致电阻变化；压电式，利用压电效应等。工业生产控制过程中，压力是一个很重要的参数。例如，利用测量大气压力来间接测量海拔高度；在工业生产中通过压力参数来判断反应的过程；在气象预测中，测量压力来判断阴雨天气。因此，压力计的设计拥有广阔的市场前景。这种压力传感器能比较精确和快速测量，尤能测量动态压力，实现多点巡回检测、信号转换、远距离传输、与计算机相连接、适时处理等，因而得到迅速发展和广泛应用。本课题就是在这样的背景下设计一个简单的数字压力计，使得测量得到的压力能够数码管显示。 1.2总体设计方案 本设计是通过以单片机为主的压力测量系统。压力的测量是通过把压力信号转换为电信号，再通过A/D （ADC0808）转化把电信号转换为数字量后，再由单片机（AT89C51）进行处理，最后把数字量显示在LED 显示屏上。原理图如图1-1所示 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ 图1-1 压力计原理方框图 压力 传感器 LED 显示屏 单片机 A/D 转换 电信号测量
图2-1 数字压力计系统硬件设计框图 二、硬件电路的设计 2.1传感器的选型 力学传感器的种类繁多，但常用的压力传感器有电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器及电容式加速度传感器，光纤压力传感器等。应用最为广泛的是压阻式压力传感器，它具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。 在选择合适的压力传感器过程中，了解介质的特点尤为重要。 介质的腐蚀性如何，导电性如何。根据介质的这些属性选用相应类型的传感器。 介质温度范围如何，一是介质的经常性的温度范围为多少，根据此信息选择补偿温度与其范围一致的传感器，二是介质的最高温度范围，根据此信息选择使用温度范围一致的传感器。 若以上两点如果选择不正确，极有可能损害传感器甚至引起事故。 设计仿真时由于PROTEUS 中没有传感器，因此用一个范围为75~150分压电路代替传感器的输出电流，使的仿真得以进行。（滑动变阻器） 2.2传感器接口电路设计 最小系统 复位电路 A/D 转换电路 测量电压输入 显示系统 A T89C51 P0 P1 P1 P2
压力传感器是工业实践、仪器仪表控制中最为常用的一种传感器，并广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业，江苏省苏科仪表有限公司技术部的同志就简单介绍一些常用传感器原理及其应用。 力学传感器的种类繁多，如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器及电容式加速度传感器等。但应用最为广泛的是压阻式压力传感器，它具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。下面我们主要介绍这类传感器。 1、应变片压力传感器原理与应用： 在了解压阻式力传感器时，我们首先认识一下电阻应变片这种元件。电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。它是压阻式应变传感器的主要组成部分之一。电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种。金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小，一般这种应变片都组成应变电桥，并通过后续的仪表放大器进行放大，再传输给处理电路（通常是A/D转换和CPU）显示或执行机构。 1．1、金属电阻应变片的内部结构：它由基体材料、金属应变丝或应变箔、绝缘保护片和引出线等部分组成。根据不同的用途，电阻应变片的阻值可以由设计者设计，但电阻的取值范围应注意：阻值太小，所需的驱动电流太大，同时应变片的发热致使本身的温度过高，不同的环境中使用，使应变片的阻值变化太大，输出零点漂移明显，调零电路过于复杂。而电阻太大，阻抗太高，抗外界的电磁干扰能力较差。一般均为几十欧至几十千欧左右。 1．2、电阻应变片的工作原理：金属电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象，俗称为电阻应变效应。金属导体的电阻值可用下式表示： 式中：ρ——金属导体的电阻率（Ω·cm2/m） S——导体的截面积（cm2） L——导体的长度（m）
传感器课程设计题目及要求 每位学生从以下十个设计题目当中选择其中一个题目，独立完成课题既定要求。原则上每班学生所选单个题目的人数不得超过五人。本学期第18周周五（1月8日）之前，上交课程设计电子版以及纸质打印版各一份。 总体目标： 1.完成设计报告、项目开发报告、说明书等； 2.成果分享； 3.锻炼学生自学能力和灵活运用所学知识的能力，写作能力和口头表达能 力。 总体要求： 设计报告字数不少于3000字，采用统一的格式，毕业论文的结构，包括封面、目录、正文、参考文献、附录等环节。文档、图、表、注释等格式也要按照毕业论文的要求排版。 题目一、教室日光灯控制系统设计 某学院为节约用电，拟在教室里安装传感器。当教室里有人时，日光灯就亮，当无人的时候，经过几分钟，灯熄灭。在白天光线很亮的情况下，即使教室中有人，日光灯也不亮。请按要求设计一个可行方案，完成设计报告，报告包括3大段落：a．“必要性”；b．“可行性”（主要谈传感器）；c．如何实现这个设想的具体方案。 要求： （1）在报告中给出选用器件的型号。 （2）在报告中画出该“日光灯控制系统”的安装立体图（以这门课的上课教室为例）。包括：教室顶部的传感器、日光灯、课桌、学生等，应使阅读报告人能看得懂你的设想，特别应标出传感器在图上的安装位置。 （3）在报告中画出该“日光灯控制系统”的系统原理框图(包括控制单元（如
单片机、ARM等）、所用的传感器、强电控制电路等）。 （4）在报告后给出参考文献。 题目二、感应水龙头的设计 某卫生洁具公司打算开发一个用于医院门诊部、给医生和就诊病人使用的“感应式水龙头”。 1.请先按以下给出提示分析“感应式水龙头”的原理。 1）当使用者的手靠近该“感应式水龙头”的出水口时，它就______，而人经过时无反应。为实现上述功能，你选用经济、体积小的______传感器，该传感器应安装在水龙头的______位置，属于______（接触/非接触）式测量。 2）为节约用水，水龙头在______（30/3/0.3）s后自动______。为实现上述功能，你选用______（整形/延时/放大）电路来达到目的。 3）水龙头的出水和断水使用______（放大器/显示器/电磁阀门）来控制。 4）该日夜工作的“感应式水龙头”的电源应为______（9V干电池/380V/220V/1000V）为宜。 5）设计该“感应式水龙头”时，特别应注意防止______（雷击/受潮/振动）。 6）你认为参考该“感应式水龙头”的原理，还可以用于什么场合？ 2.根据以上要求和分析，给公司领导写一份项目开发报告，报告包括如下内容： a.你的动机和设想；b.如何实现这个设想；c.系统的工作原理和工作过程。 要求： （1）在报告中给出选用器件的型号。 （2）在报告中画出该“感应式水龙头”的正视图或侧视图，包括外型、传感器、显示电源的LED、人的手等应使阅读报告人能看得懂你的设想。 （3）在报告中画出该“测控系统”的系统原理框图(应包括传感器、信号处理电路、控制电路、执行机构（以上均须写出具体名称）、显示器、电源等。）。（4）在报告后给出参考文献 题目三、大厦火灾报警系统的设计 由于高层建筑都有建筑高度高、建筑面积大、用电设备多、供电要求高、人
各种温度传感器分类及其原理 温度传感器是检测温度的器件,其种类最多,应用最广,发展最快。众所周知,日常使用的材料及电子元件大部分特性都随温度而变化, 在此我们暂时介绍最常用的热电阻和热电偶两类产品。 1. 热电偶的工作原理 当有两种不同的导体和半导体 A 和 B 组成一个回路,其两端相互连接时,只要两结点处的温度不同,一端温度为 T ,称为工作端或热端,另一端温度为 TO ,称为自由端 (也称参考端或冷端,则回路中就有电流产生,如图 2-1(a所示,即回路中存在的电动势称为热电动势。这种由于温度不同而产生电动势的现象称为塞贝克效应。与塞贝克有关的效应有两个:其一, 当有电流流过两个不同导体的连接处时, 此处便吸收或放出热量 (取决于电流的方向 , 称为珀尔帖效应;其二,当有电流流过存在温度梯度的导体时,导体吸收或放出热量 (取决于电流相对于温度梯度的方向 ,称为汤姆逊效应。两种不同导体或半导体的组合称为热电偶。热电偶的热电势 EAB(T, T0 是由接触电势和温差电势合成的。接触电势是指两种不同的导体或半导体在接触处产生的电势, 此电势与两种导体或半导体的性质及在接触点的温度有关。温差电势是指同一导体或半导体在温度不同的两端产生的电势, 此电势只与导体或半导体的性质和两端的温度有关, 而与导体的长度、截面大小、沿其长度方向的温度分布无关。无论接触电势或温差电势都是由于集中于接触处端点的电子数不同而产生的电势, 热电偶测量的热电势是二者的合成。当回路断开时,在断开处 a , b 之间便有一电动势差△ V ,其极性和大小与回路中的热电势一致,如图 2-1(b所示。并规定在冷端,当电流由 A 流向 B 时, 称 A 为正极, B 为负极。实验表明,当△ V 很小时,△ V 与△ T 成正比关系。定义△ V 对△ T 的微分热电势为热电势率, 又称塞贝克系数。塞贝克系数的符号和大小取决于组成热电偶的两种导体的热电特性和结点的温度差。 2. 热电偶的种类
密级： NANCHANG UNIVERSITY 学士学位论文 THESIS OF BACHELOR （2009—2013年） 题目智能化压力传感器的设计 学院：环化学院系测控系 专业班级：测控技术与仪器093班 学生姓名：钟刚学号： 5801209114 指导教师：刘诚职称：讲师 起讫日期： 2013.3.15—2013.6.6 南昌大学 学士学位论文原创性申明 本人郑重申明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本申明的法律后果由本人承担。
作者签名：日期： 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权南昌大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密□，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密□。 （请在以上相应方框内打“√”） 作者签名：日期： 导师签名：日期：
传感器及转换器形成系统的“前端”，没有它，许多现代化的电子系统都无法正常工作。传感器已广泛的应用于工业控制系统和能源工业装置当中（如石油和天然气的生产、配电工业）。它们也是制造录音机和录像机这些原始设备产品的重要内在组成部分。大多数这些数字电子系统之所以具有普遍性和强大优势是得益于传感器广泛应用于这些电子电路中。 本课题将深入研究智能压力传感器系统理论及其在压力测试方面的应用，对新型智能压力传感器系统的智能化功能、智能化软件和硬件配置进行全面的设计。提出了一种差动电容式传感器的前置电路,基于电容/ 电压转换的原理,对微小电容变化量进行测量。电路输出的直流电压与差动电容变化量成线性关系,且能对偏差电容和电路的漂移进行自动补偿。 完善智能化软件，实现温度补偿、自动校准、总线数字通讯、自动增益控制等多种智能化特性，使智能化程度尽可能的提高。 关键词：传感器；压力；智能化。
题目：基于单片机的智能压力检 测系统的设计
基于单片机的智能压力检测系统的设计 摘要 压力是工业生产过程中的重要参数之一。压力的检测或控制是保证生产和设备安全运行必不可少的条件。实现智能化压力检测系统对工业过程的控制具有非常重要的意义。本设计主要通过单片机及专用芯片对传感器所测得的模拟信号进行处理,使其完成智能化功能。介绍了智能压力传感器外围电路的硬件设计,并根据硬件进行了软件编程。 本次设计是基于AT89C51单片机的测量与显示。是通过压力传感器将压力转换成电信号，再经过运算放大器进行信号放大，送至8位A／D转换器，然后将模拟信号转换成单片机可以识别的数字信号，再经单片机转换成LED显示器可以识别的信息，最后显示输出。而在显示的过程中通过键盘，向计算机系统输入各种数据和命令，让单片机系统处于预定的功能状态，显示需要的值。 本设计的最终结果是，将软件下载到硬件上调试出来了需要显示的数据，当输入的模拟信号发生变化的时候，通过A/D转换后，LED将显示不同的数值。 关键词:压力；AT89C51单片机；压力传感器；A/D转换器；LED显示；
Design of pressure detecting system based on single-chip Abstract Pressure is one of the important parameters in the process of industrial production. Pressure detection or control is an essential condition to ensure production and the equipment to safely operating, which is of great significance. The single-chip is infiltrating into all fields of our lives, so it is very difficult to find the area in which there is no traces of single-chip microcomputer. In this graduation design, primarily through by using single-chip and dedicated chip, handling of analog signal measured by the sensor to complete intelligent function. This design illustrates external hardware circuit design of intelligent pressure sensor, and conduct software development to the hardware. The design is based on measurement and display of AT89C51 single-chip. This is the pressure sensors will convert the pressure into electrical signals. After using operational amplifier, the signal is amplified, and transferred to the 8-bit A/D converter. Then the analog signal is converted into digital signals which can be identified by single-chip and then converted by single-chip into the information which can be displayed on LED monitor, and finally display output. In the course of show, through the keyboard to input all kinds of data and commands into the computer, the single-chip will locate in a predetermined function step to display required values. The end result of this design is that by downloading software to the hardware, it will get the data which is required to display by debugging. When the input analog signals change, the LED monitor will display different values through the A/D converting. Key words:pressure; AT89C51 single-chip; pressure sensor; A/D converter; LED monitor;
传感器的应用 压 力 传 感 器 姓名：白智伟 学号：2011081403 班级：2011级电本2班 压力传感器 摘要：压力传感器以stc11f04e单片机为中心控制系统. 主要由弹性体、电阻应变片电缆线等组成，内部线路采用惠更斯电桥，当弹性体承受载荷产生变形时，电阻应变片受到拉伸或压缩应变片变形后，它的阻值将发生变化，从而使电桥失去平衡，产生相应的差动信号，再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号，然后用放大器将此信号放大。用双积分型A/D转换电路转换，将转变的数字量经单片机处理。最后由LCD将其显示。 关键词：stc11f04e；传感器；双积分型A/D转换电路。 一．系统设计 1.总体设计思路:
本设计主要由压力传感器，运算放大器，双积分型A/D转换电路，单片机，LCD显示屏构成。总体框架如下图1。 图1总体电路框图 二.各个单元电路设计 1.压力传感器的设计 采用电阻应变式压力传感器。是由电阻应变片组成的测量电路和弹性敏感元件组合起来的传感器。当弹性敏感元件受到压力作用时，将产生应变，粘贴在表面的电阻应变片也会产生应变，表现为电阻值的变化。这样弹性体的变形转化为电阻应变片阻值的变化。把 4 个电阻应变片按照桥路方式连接，两输入端施加一定的电压值，两输出端输出的共模电压随着桥路上电阻阻值的变化增加或者减小。一般这种变化的对应关系具有近似线性的关系。找到压力变化和输出共模电压变化的对应关系，就可以通过测量共模电压得到压力值。 2.输入放大电路的设计 由于所测出的微压力传感器两端的电压信号较弱，所以电压在进行A/D 转换之前必须经过放大电路的放大。输入放大的主要作用是提高输入阻抗和，本设计采用OP07集成运算放大器构成同相比例放大电路，以提高电路的输入阻抗，以达到设计要求。 3.双积分式A/D转换器的设计
测控技术与仪器专业毕业设计题目汇总 基于遗传算法的图像阈值分割方法的研究探地雷达回波信号数据采集系统的设计 基于支持向量机软测量的研究 盲信号处理及其应用研究 神经网络在模式识别中的应用研究 计算机绘制曲线的方法途径与及其应用 光纤布喇格光栅温度和应变同时测量系统 光纤加速度传感研究与系统设计 分布式光纤温度传感器系统的设计 等精度频率计的设计 分布式光纤电压测量系统的设计与研究 光纤光栅不均匀受力特性分析 轧机扭振测量无线感应电源的设计 水泥篦冷机熟料温度测量方法的研究 分布式光纤微弯压力传感器的研究 水泥篦冷机料层厚度测量方法研究 超声波水流量计的设计 基于小波理论的图像压缩技术研究 基于信号消噪的语音增强技术的研究 光纤小波滤波器的研究 智能变频空调器的模糊控制技术的研究 高双折射光纤应变测量系统的研究 玻璃钢玻瓦生产线温度控制方法的研究 测试信号分析网络虚拟实验平台设计 数字图像相关法动态位移测量研究及其应用 光孤子通信的仿真研究 光纤自适应偏振模色散补偿系统的研究 基于Sagnac效应的光纤电流传感系统的研究 图像处理中几种算法的研究与应用 倒立摆智能模糊控制系统的研究 基于网络环境的数字信号处理ICAI系统 图像边缘检测在关节镜图像处理中的应用
光纤波长扫描干涉方法在位移测量中的应用光纤光栅扭转传感器的研究 基于信息熵的振动信号分析技术研究 参数自整定模糊PID控制器的设计 基于FPGA的分布式声表面波应变传感系统智能模糊控制在全自动洗衣机中的应用研究ABS系统的应用与设计 光孤子源的研究 取样光栅特性的理论研究 智能化RLC测量仪的设计 基于虚拟仪器的光纤电压传感器的研究 智能测厚仪的设计 光纤光栅横向应变传感器的研究 神经网络控制器设计 光纤光栅特性及其色散特性的应用 神经网络在轧机AGC系统中的应用研究 光纤微位移传感器的研究 基于偏振调制的光纤电压传感器的研究 数据处理在三维图像显示及处理中的应用基于半导体吸收原理的光纤温度传感器研究取样光纤布喇格光栅滤波器的设计 热式气体质量流量计的设计 扭转光纤电流传感器的研究 几种基本光学原理的仿真分析 图像处理中各种显示方法的研究与应用 光谱吸收式气体传感器的研究与设计 表面粗糙度的光纤测量仪研究与设计 原油多相流流量测量仪的研究与设计 光学式电流互感传感器的研究与设计 变压器油中微水含量测量仪的设计与研究光纤亮度与颜色温度测量仪的研究与设计