一．传感器设计
1、应变式加速度传感器简介
能感受规定的被测量并按一定规律转换成可用信号输出的器件或装置，称为传感器，通常由敏感元件和转换元件组成。应变式加速度传感器是一种低频传感器，由弹性梁，质量块，应变片及电桥等组成，质量块在加速度作用下，产生惯性力使弹性梁变形，引起应变片阻值发生变化，通过电桥来获取信号，是车辆振动测量常用传感器。
2 应变式加速度传感器结构
在这种传感器中,质量块支撑在弹性体上,弹性体上贴有应变片（图1）。测量时,在质量块的惯性力作用下,弹性体产生应变,应变片把应变变为电阻值的变化，最后通过测量电路输出正比于加速度的电信号。弹性体做成空心圆柱形增加传感器的固有振动频率和粘贴应变片的表面积。另一种结构形式为悬臂梁式，弹性振梁的一端固定于外壳，一端装有质量块。应变片贴在振梁固定端附近的上下表面上。振梁振动时，应变片感受应变。应变片可在测量电路中接成差动桥式电路。应变片加速度计也适用于单方向（静态）测量。用于振动测量时,最高测量频率取决于固有振动频率和阻尼比,测量频率可达3500赫。
下图是传感器结构图
图1 传感器结构简图
3 应变式加速度传感器特点
这种结构灵敏度高，但体积较大，实际应用中需要硅油提供大的阻尼力应变式振动传感器的主要优点是低频响应好，可以测量直流信号（如匀加速度）。
4.计算设计：
设计步骤
根据设计指标估计如下结构参数： 梁长度：L (mm):11 梁宽度：b (mm):5 梁厚度：h (mm):0.5 质量块半径：r (mm):3 质量块厚度：c (mm):4 许用应力系数取：0.55；
梁根部最大应变：εmax ≤400 (με)。 基本原理：
质量块M 在加速度a 作用下产生惯性力：a F Ma =
梁在惯性力的作用下产生应变：2
6x
x a L F Ebh ε=
应变引起应变片阻值变化ΔR ，电桥失去平衡而输出电压，通过测量电压可求得加速度。
计算梁的最大挠度
挠度反映梁质量块的活动空间
(mm)H R = 0()(0.5)(mm)w R H c h =--+
max 0(mm)w w <
如图所示，代入R=7，B=6，c=4,h=0.5,得H= 6.7544e-004mm, 0w =0.0021mm 壳体质量：0m =壳体体积?壳体材料密度 质量块质量：1m =质量块体积?质量块材料密度
弹性梁质量：(g)梁材料密度梁体积?=2m 硅油质量：硅油密度充油空间
?= 3m 质量块等效质量：)(6
2
1kg m m M +
= 由上面给出的数据，可得1m =1.8g ，2m =0.216g 得M=0.0105kg 。
质量产生的最大惯性力：max (N)a F Ma = 其中max a =50g=4902/s m ，所以a F =5.145N 。 许用应力:b T σσ?=5.0=8105?)N/m (2贴片处梁长(根据应变片尺寸决定):)(83mm l l x =-=
贴片处的应变：2
6Ebh L F x a x =
ε=1.59294
10-?)ε/g ( 静态应变灵敏度：2
6Ebh MgL s x
g ==3.1857e-006)ε/g ( 贴片处最大应变：g S a ?=max max ε=0.0016)ε(>x ε 梁根部应变： 2
6Ebh
L F a L =
ε=2.194
10-?)ε(0004.0)ε(≤,满足条件。
梁端宽度校核： T
a T h L
F b σσ26=
=4.6870e-004 梁自由端静挠度： 3 3 4Ebh MgL w g ==7.0670e-007m 梁自由端最大动挠度：=m ax w g w a ?=max =3.4628e-004m<0w =0.0021mm 无阻尼固有频率：M L Ebh f n 3 3 4π 21 = =592.6741HZ 有阻尼固有频率:=c f 21?-=n c f f =513.2708HZ>291HZ,满足条件。 单臂工作时的电桥输出电压：1 4 O E U U δ≈- 其中：Ue 为供桥电压(v)； δ为应变片电阻变化率； 电桥电压灵敏度(1个g 作用下的输出电压)： 与静态灵敏度sg 和灵敏度系数K 成正比，则单臂电桥灵敏度： g E g E Ks U U S 4 141(1) V =-≈δ=0.0012)v/g (,满足条件。 5 设计结果 梁材料：1号材料（不锈钢：弹性模量E ＝2.14×1011N/m 2，密度 385.7cm g =ρ，抗拉强度27/10100m N b ?=σ） 质量块材料：碳钢（弹性模量29/102m N E ?=，密度3 85.7cm g =ρ） 壳体材料：硬铝（弹性模量211/1072.0m N E ?=，密度386.2cm g =ρ） 阻尼材料：甲基硅油（密度3 95.0cm g =ρ，阻尼比5.0=ζ） 应变片：硅应变片（型号A ，基底尺寸245mm ?，硅片尺寸306.04.03mm ??） 结构尺寸 表1 传感器性能 表2 图2 设计结果简图 6 传感器幅频特性计算及评价 图3 传感器幅频特性（2分） 二．信号调理器设计 信号调理器是传感器的二次仪表。 作用：对传感器输出的微弱信号进行放大； 对传感器输出的含噪信号处理,获得所需信号； 为A／D转换提供具有足够能量的电压信号。 设计内容包括：电桥放大器设计； 恒流电源设计； 调零电路设计； 标定电路设计； 微积电路设计； 抗混淆滤波电路设计。 技术要求：输出电压±5V、±10V； 放大器增益应满足A/D转换需求； 具有正负应变标定功能； 调零调范围满足电阻精度和温漂要求； 三阶抗混叠滤波器：截止频率满足传感器频率指标。 1、电桥放大器设计 （1）电桥放大器电路原理： 电桥放大器由电桥、供桥电源（恒流源）、调零电路、标定电路和运算放大器等组成。 常用的几种基本形式： 电源接地式电桥放大器； 电源浮地式电桥放大器； 双运放差动电桥放大器； 高精度电桥放大器。 考虑其性能、使用方便以及性价比等等，此设计采用的是电源接地式电桥放大器。原理图如下图4： 图4 电桥放大器 有关计算： 设工作臂：)1()1(δ+=?+ =R R R R R x 由电路知：R U U I e --=1，R U I -=2，R U U I o -=-3，f R U I +=5，x R U I + =6 根据节点电流定律，有：321I I I +=，654I I I += 由此解得：x f e R R R R U U 111++=+，f f o e R R R U R U U 12++=- 由运放特性：-+=U U ，解得 ) 1)(1(1f e f o R R U R R U +++? = δδ 当1<<δ和R R f >>时，近似有 f e f o R R U R R U + ? = 2δ （2）恒流源工作原理、设计计算、电路原理图 恒流电源：输出电流正比于输入电压的电路，称之为电压—电流变换电路。若输入电压恒定，其输出到负载中的电流也恒定，与负载无关，则为恒流电源。 基本的恒流源电路： 输出电流为：1I I U E I R R -== 当E 和R1恒定时1I 恒定，与f R 无关，输出电压为供桥电压电压和桥臂电阻可求得恒定电流。（3）调零电路工作原理、设计计算、电路原理图 电桥初始平衡状态输出应为零，如不为零，则应采取调零措施，否则影响测量精度。 实际上电桥平衡状态输出常不为零，原因： (A) 等臂电桥各桥臂电阻值不可能绝对相等； (B) 各桥臂的接触电阻、导线电阻存在差异； (C) 温度等环境因素对各桥臂的影响不完全一样； (D) 贴片产生的误差。 因此在电桥中需要设置调零电路。 调零电路结构 调零电阻值计算公式 01,S S R R R R R R ?? =-= ???? （4）标定电路工作原理、设计计算、电路原理图 传感器和电桥的灵敏度，在使用过程中，由于测量环境的变化、元件的老化、测量布线的不同等因素的影响，其灵敏度会发生一定的变化，需要重新标定，因此，在其二次仪表中要求设计标定电路。 标定方法： (A) 采用标定电阻标定； (B) 采用标定电桥标定。 标定电路由具有高稳定性的精密电阻组成： 电桥放大器总成：总体电路 简易电桥放大器的反馈电阻值选取 对于单臂工作，有：2f e O f R U U R R R δ ≈ ? + 选择1f R 和2f R 使0U 分别为： 5v 和 10v 接地电阻：2R =1f R 图5 电桥放大器总成 电桥放大器参数及元件值 表3 2.滤波器设计 （1）.滤波器的作用： A.滤波器是使传感器输出的非带限信号变为带限信号，以满足抽样定理。 B.去除信号中不关心的部分， K R f 431= (2).双二次函数和一阶节函数 低通双二次和一阶节函数 低通双二次函数： 2222 ()p p P p K H S S aS b S S Q ωωω== +++ + 其中，2 ,p K b b ω==为极点频率； /p p a Q ω=， p Q 为极点品质因素。 低通一阶节函数：00 ()b H s s b =+ (3).传递函数和电路图 正反馈传递函数 1212 21121221212 1()1111(1)k R R C C H s s s k R C R C R C R R C C = ??+++-+ ???? 其中 12b a R k R K b =+= 比较系数法确定元件值 比较系数1212112122 1212 12111 (1)1 k b R R C C k a R C R C R C b R R C C ?=???++-=???=? ? 三个方程五个未知数，令：121C C == 解得： 121212(:12,) 1 b a b a C C R k R R R R a a R b ==?? ?=+==? ? ?= ?? ?=?? 即或 负反馈传递函数1212 212312312 1 ()11111R R C C H s s s R R R C R R C C - =??++++ ???? 比较系数： 2312112331 111 11b R R C C a C R R R R K R ? =??????+ +=? ?????=??? 取K Kb =- 三个方程五个未知数，令：23R R R == 解得 12 221241(2)22C a C K b K R aK K R R a =???= ?+? ?+= ?? +? ==?? 低通一阶节电路 传递函数：11 11 1 ()1R C H s s R C =+ 比较系数，并取 C1=1，得：10 1R b = (4).滤波器设计计算： 三阶归一化巴氏低通滤波器传递函数为： ) 1)(1(1 )(2 +++= s s s s H 0a = 0.96940571 1a =0.96940571 2a =1.68974743 双二次电路类型： 正反馈。 已知3dB 截止频率为：fc = 291Hz )/(48.182729114.322s rad f w c c =??==π 设计三阶巴特沃兹低通滤波器 巴氏三阶归一化低通传递函数： 解归一化：c s s ω 1)(b s b s H += 11 1 R C =48.1827 则 K C R F C 6.548.1827/11.0111===μ K=1 a=48.1827 将系数代入正反馈双二次电路的元件公式，得： 图6有源三阶低通滤波器电路图（正反馈） F C μ1.03= 图7 滤波器幅频曲线（2分） (5).波滤器电路仿真、设计结果评价 图8 滤波器仿真曲线（2分） 3．积分电路设计 （1）加速度、速度和位移之间的转换 加速度传感器只能测量振动加速度； 速度和位移通过积分电路实现：一是通过一次积分电路输出位移；一是通过二次积分电路输出速度。 如果是测量振动位移，则速度和加速度分别通过一次和二次微分电路来实现。 如果是测量振动速度，则一次微分为加速度，一次积分为位移。 （2）RC 积分电路 原理：输出电压与输入电压的积分成比例： ?= t e RC e i o d 1 要求：RC>>T 以满足在积分时间内电容能直线放电 RC 积分电路的积分特性也不是固定的，由RC 和T 的值决定。 RC 积分电路的频率特性： 传递函数：RC j H V ωω+=11 )( 幅频特性：1) (11)(2 <+= RC A ωω 衰减 相频特性：)(tg )(1RC ωω?--= 滞后 误差：?? ? ??=≈ ωωω021121RC r 低频误差大 低频易通过；高频被衰减。 对数曲线： () dB ,11log 20)(log 20)(2 0ωωωω+==A L 两个极端状态 当ω<<ω0时： A(ω)→1 L(ω)→0 当ω>>ω0时： A(ω)→ω0/ω x a ωωL 20log 20log 20)(0-=-=ω 逼近斜线的部分才起积分作用。 （3）有源积分电路 特点：频率范围宽，误差小。 0d 1 C i o u t u RC u +- ≈? RC K 001=ω RCf K r 021-≈ 为限制电路的低频增益，减少失调电压的影响，一般在反馈电容上并一个电阻。 C R f f π21 0= 1 R R A f =（其值根据需要选取） f R R R //12= 输入信号大于0f 时为积分器。 设计要求：按最低测量频率0.01Hz 确定积分器的低端截止频率，该频率处衰减为3dB ； 按最高测量频率291Hz(学号最末三位数)确定积分网络的最高工作频率点，此处衰减为20-25dB ； 根据上面两个要求，确定积分网络的积分曲线的条数。 低端截止频率： (Hz)01.0π21 0== C R f f 9155.15π21 == =f C R f τ 取A=10，C=1(F)，（归一化元件值） 则)(9155.15Ω=f R ，)(6.11Ω≈R ，)(6.1112Ω≈+= f f R R R R R 由高端衰减25dB 推算最高工作频率。 衰减公式为： ()dB 25 ]log [log 2020110 log 20)](10log[20)(02 0-=--=+=?=ωωωωωωA L 解得：)Hz (786.1)rad/s (22.11101005.1log 25.20≈≈==+ωω 未达到最高测量频率291Hz 要求。 以1.786Hz 作为第二条积分曲线的低端截止频率 (Hz)786.1π21 0== C R f f 由衰减公式 ()dB 25 ]log [log 2020110 log 20)](10log[20)(02 0-=--=+=?=ωωωωωωA L 计算解得：)Hz (318)rad/s (199510103.3log 25.20≈≈==+ωω 达到291Hz 的要求。 积分网络曲线如图9所示 图9 积分网络（4）积分电路仿真 如图10所示 图10 积分器仿真 4、有效值、峰值检测电路设计 （1）振动系统的主要检测量 有效值与峰值是振动系统的主要检测量，是振动强度的度量。 均值----直流分量： ?=T d )(1t t x T x 绝对均值----整流后的等效直流分量： t t x T T x d )(10 ?=μ 有效值----信号强度： ? =T RMS t t x T x 0 2d )(1 峰值：单峰值、双峰值：max A 峰值因素----波形特征：)() (有效值峰值RMS c x A F = 波形因素----波形特征：)() (绝对均值有效值x RMS f x F μ= （2）有效值（均方根值）检测电路原理： 均方根值：? ? = = T RMS T RMS t t e T U t t x T x 0 20 2)d (1)d (1 检测电路的关键是设计一条抛物线电路，)(2t ke i = 实际测量是用折线来逼近抛物线。最简单的是用一条斜线逼近，一般是用5条折线逼近。用折线逼近抛物线电路如图： c c a Nu u R R R R R R R R R t e =+++++++= 4 3214 321)( 用乘法器构成开平方运算电路： 电路为负反馈：02 2 1=+R KU R U i i o U K R R U 12-= 采用乘法器构成的均方根电路 图11 有效值检测电路 ??= =-=+=-t KU C R U KU U t KU C R U U U U in Out Out in d 1, d 1,21212 1 1232 1 1232 该电路由三部分组成： (1)平方运算电路 信号经平方运算得：为比例系数K KU U in ,1= (2)积分运算电路 信号经积分运算得：t KU C R U in d 12 112? - = (3)平方根运算电路 加速度传感器及压电式传感器应用 摘要：加速度传感器是一种惯性传感器,它能感受加速度并转换成可用输出信号，被广泛用于航空航天、武器系统、汽车、消费电子等。通过加速度的测量，本文简单介绍了加速度传感器的种类、原理及相关应用并着重介绍了压电式加速度传感器。 关键词：加速度，传感器，应用 一加速度传感器概况 加速度检测是基于测试仪器检测质量敏感加速度产生惯性力的测量，是一种全自主的惯性测量，加速度检测广泛应用于航天、航空和航海的惯性导航系统及运载武器的制导系统中，在振动试验、地震监测、爆破工程、地基测量、地矿勘测等领域也有广泛的应用。 测量加速度，目前主要是通过加速度传感器（俗称加速度计），并配以适当的检测电路进行的，在(1～64)Hz的设备频率下典型的加速度测量范围为(0．1～10)g。。加速度传感器的种类繁多，依据对加速度计内检测质量所产生的惯性力的检测方式来分，加速度计可分为压电式、压阻式、应变式、电容式、振梁式、磁电感应式、隧道电流式、热电式等；按检测质量的支承方式来分，则可分为悬臂梁式、摆式、折叠梁式、简支承梁式等。多数加速度传感器是根据压电效应的原理来工作的，当输入加速度时，加速度通过质量块形成的惯性力加在压电材料上，压电材料产生的变形和由此产生的电荷与加速度成正比，输出电量经放大后就可检测出加速度大小。下表为部分加速度计的检测方法及其主要性能特点。 型式测量范围灵偏稳定性分辨力特点 压电式(5~)g (~)g(~)g固有频率较高，用于冲击 及振动测量，大地测量及 惯性导航等 应变式± (0.5~200)g 低频响应较好，固有频率低，适用于低频振动测量 压阻式± (20~)g 灵敏度较高，便于集成化，耐冲击，易受温度影响 液浮摆式±(1~15)g (~)g(~)g带力反馈和温控，分辨力 高，成本较高，适用于惯 性导航 电阻应变式传感器 应变式传感器是基于测量物体受力变形所产生应变的一种传感器，最常用的传感元件为电阻应变片。 应用范围：可测量位移、加速度、力、力矩、压力等各种参数。 应变式传感器特点 ①精度高，测量范围广； ②使用寿命长，性能稳定可靠； ③结构简单，体积小，重量轻； ④频率响应较好，既可用于静态测量又可用于动态测量； ⑤价格低廉，品种多样，便于选择和大量使用。 1、应变式传感器的工作原理 (1) 金属的电阻应变效应 金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电阻值随着它所受机械变形(伸长或缩短)的变化而发生变化的现象，称为金属的电阻应变效应。 公式推导： 若金属丝的长度为L，截面积为S，电阻率为ρ，其未受力时的电阻为R，则: (9.1) 如果金属丝沿轴向方向受拉力而变形，其长度L变化dL，截面积S 变化dS，电阻率ρ变化，因而引起电阻R变化dR。将式(9.1)微分，整理可得: (9.2) 对于圆形截面有： (9.3) 为金属丝轴向相对伸长，即轴向应变；而则为电阻丝径向相对伸长，即径向应变，两者之比即为金属丝材料的泊松系数μ，负号表示符号相反，有: (9.9) 将式(9.9)代入(9.3)得: (9.5) 将式(9.5)代入(9.2)，并整理得： (9.6) (9.7) 或 K0称为金属丝的灵敏系数，其物理意义是单位应变所引起的电阻相对变化。 K0称为金属丝的灵敏系数，其物理意义是单位应变所引起的电阻相对变化。 公式简化过程： 由式可以明显看出，金属材料的灵敏系数受两个因素影响： 一个是受力后材料的几何尺寸变化所引起的，即项；另一个是受力后材料的电阻率变化所引起的，即项。对于金属材料项比项小得多。大量实验表明，在电阻丝拉伸比例极限范围内，电阻的相对变化与其所受的轴向应变是成正比的，即K0为常数，于是可以写成： (9.8) Array通常金属电阻丝的K0=1.7～4.6。 通常金属电阻丝的K0=1.7～4.6。 (2) 应变片的基本结构及测量原理 距 用面积。应变片的规格 一般以使用面积和电 阻值表示，如 2 为 的电阻丝制成的。 高的阻值， 栅状， 在绝缘的基底上。 两端焊接引线。 HEFEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 《传感器原理及应用》课程 考核论文 题目压电式加速度传感器班级机设七班 学号 20111488 姓名孙国强 成绩 机械与汽车工程学院机械电子工程系 二零一四年五月 压电式加速度传感器 摘要：现代工业和自动化生产过程中，非电物理量的测量和控制技术会涉及大量的动 态测试问题。所谓动态测试是指量的瞬时值以及它随时间而变化的值的确定，即被测量为变量的连续测量过程。振动与冲击测量的核心是传感器，常用压电加速度传感器来获取冲击和振动信号。压电式传感器是基于某些介质材料的压电效应，当材料受力作用而变形时，其表面会有电荷产生，从而实现非电量测量。其中，压电式加速度传感器是以压电材料为转换元件，将加速度输入转化成与之成正比的电荷或电压输出的装置，具有结构简单、重量轻、体积小、耐高温、固有频率高、输出线性好、测量的动态范围大、安装简单的特点。 一、传感器物理效应及工作原理 压电效应：某些材料在受力时所产生的电极化现象。正压电效应：某些电介质在受到某一方向的机械力而变形时，在一定表面上产生电荷，若外力变向，电荷极性随之而变；当撤除外力后，又重新回到不带电状态。逆压电效应：当在电介质的极化方向施加电场，电场力使其在一定方向上产生机械变形或机械应力；当撤除外加电场时，变形或应力随之消失，又称电致伸缩效应。 压电材料:石英晶体是目前广泛应用成本较低的人造石英晶体，有很大的机械强度和稳定的机械性能，温度稳定性好，但灵敏度低，介电常数小，因此逐渐被其他压电材料所代替，至今石英仍是最重要的也是用量最大的振荡器、谐振器和窄带滤波器等元件的压电材料。除此之外，压电陶瓷有较高的压电系数和介电常数，灵敏度高，但机械强度不如石英晶体好。 压电式加速度传感器又称为压电加速度计，它是典型的有源传感器，利用某些物质如石英晶体、人造压电陶瓷的压电效应，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。压电敏感元件是力敏元件，在外力作用下，压电敏感元件的表面上产生电荷，从而实现非电量电测量的目的。 压电加速度传感器的原理框图如图1所示，原理如图2所示。 大三暑期传感器原理实习报告-应变式加速度传感器设计_实习报告 文章标题：大三暑期传感器原理实习报告-应变式加速度传感器设计 应变式加速度传感器设计 ——大三暑期传感器原理实习报告 (西南交大机械制造及自动化张其美19990780) 1、设计任务及技术指标 应变式加速度传感器的结构设计、特性曲线绘制等。 测量范围：20g；精度：1；尺寸：不大于；频响：0.1~100HZ；重量：不大于20g；共桥电压：5V~24V（DC）。 2、结构设计 （1）采用等强度梁结构； （2）材料选择及尺寸确定； a、壳体及质量块选用碳钢 弹性模量：（与疲劳破坏有关） 泊松比： b、弹性元件（梁）选用铍青铜（或硅梁） 弹性模量： 密度： 抗拉强度： c、许用应力：（简单梁）取 （3）设计计算； 设计原则： a、在最小载荷F和相应的最大绕度或位移为已知时，可先根据结构要求确定长度，然后在计算和。 b、设计时先保证有足够的灵敏度，然后在尽可能提高（固有频率） c、质量块相对于基座的位移可按下列原则确定： 当时，，其中a为被测加速度。 设计步骤： A、先估计，忽略，确定。 取，则 B、估计和 取 D、求 则， E、计算参数； 取， 1、梁根部应变： 3、静态灵敏度：（与应变片布置有关）双臂工作时， 4、动态灵敏度： 5、梁自由端的静绕度： 6、梁自由端的动绕度： 7、传感器的固有频率： 8、可测最大加速度： （4）幅频特性计算：要求绘制幅频曲线 b、质量； c、阻尼比：，取0.6~0.7内。 d、有阻尼固有频率： e、幅频曲线： f、相频曲线： （五）应变片的选择： 1、应变片的选择：选用小型硅应变片，参考规格：额定电阻：120； 灵敏度系数：；尺寸：； 最大工作电流：。 2、电桥输出灵敏度：（1）电桥的结构；等臂、差动。 A、单臂： B、双臂差动： C、四臂差动：： 河北科技大学 课程设计报告 学生姓名：齐文华学号：12L0751265 专业班级：电子信息工程L126班 课程名称：传感器原理及应用 学年学期：2 014 —2 015 学年第一学期 指导教师：陈书旺 2 0 1 4 年12月 课程设计成绩评定表 目录 一、引言----------------------4 二、设计电路及原理------------4 三、元件清单------------------5 四、相关元器件的说明和介绍----6 五、课设步骤------------------11 六、实物图--------------------11 七、发现问题并解决问题--------13 八、心得与体会----------------13 九、参考文献------------------14 一、引言 1.课程设计的目的 1）使学生掌握传感器的使用方法和设计要点的基本技能，加深学生对“传感器原理及检测技术”理论知识的理解，为从事仪器系统开发与设计打下基础。 2）锻炼学生自主独立完成课程设计的能力，培养学生积极动手创新的精神。3）通过课程设计提高我们动手实践能力，为我们以后更好的学习传感器和其他的相关知识奠定基础，使我们更好地适应现代社会的需求。 2.设计思路来源 随着科学技术的发展，许多高端技术已经实现了自动检测与控制。同时传感器的应用也逐渐增多，遍及人们生活的各个方面，给人们的生产和生活带来极大的方便。 本设计选用光敏传感器，对特殊场合的光照强度进行检测与报警。主要应用于农业大棚、城市照明等对光照强度有要求的场合。本设计用发光二极管作为警示灯，当光照强度不满足要求时就会发光起到警示的作用。 二、实际电路及原理 1.电路图 一、 设计要求 1、功能与用途 加速度传感器在现代生产生活中被应用于许许多多的方面，如手提电脑的硬盘抗摔保护，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，自动调节相机的聚焦。而这些产品中由于要求对温度的干扰有很大的免疫力，其中采用的都是压电式加速度传感器。压电加速度传感器还应用于汽车安全气囊、防抱死系统、牵引控制系统等安全性能方面，灵敏度是压电加速度传感器应用时候要考虑到的重要因素之一。 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，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。 2、指标要求 分别用压电式传感器、电阻应变式传感器、电容传感器实现加速度的测量将非电量转化为电量输出。 二、设计方案及其特点 依据压电效应、电阻应变效应以电容相关的物理参数及性质随外力而变化的特性，可制作成压电式加速度传感器、电阻应变式加速度传感器及电容式加速度传感器。三种加速度传感器的设计及特点分别叙述如下： 1、方案一 压电式加速度传感器 压电加速度测量系统结构框图如图1所示： 压电加速度传感器采用具有压电效应的压电材料作基本元件 ,是以压电材料受力后在其表面产生电荷的压电效应为转换原理的传感器。这些压电材料 ,当沿着一定 压电加速度 传感器 电荷放大器 信号处理电 路 A/D 转 换电路 图1 压电加速度测量系统结构框图 方向对其施力而使它变形时,内部就产生极化现象 ,同时在它的两个相对的表面上便产生符号相反的电荷;当外力去掉后 ,又重新恢复不带电的状态;当作用力的方向改变时 ,电荷的极性也随着改变。电信号经前置放大器放大 ,即可由一般测量仪器测试出电荷(电压)大小 ,从而得出物体的加速度 加速度计的使用上限频率取决于幅频曲线中的共振频率图2。 方案二 电阻应变式加速度传感器 应变式加速度传感器主要用于物体加速度的测量。其基本工作原理是：物体运动的加速度与作用在它上面的力成正比，与物体的质量成反比，即a=F/m 。 图3中1是等强度梁，自由端安装质量块2，另一端固定在壳体3上。等强度梁上粘贴四个电阻应变敏感元件4 。 测量时，将传感器壳体与被测对象刚性连接，当被测物体以加速度a 运动时，质量块受到一个与加速度方向相反的惯性力作用， 使悬臂梁变形，该变形被粘贴在悬臂梁上的应变片感受到并随之产生应变，从而使应变片的电阻发生变化。 电阻的变化引起应变片组成的桥路出现不平衡，从而输出电压， 即可得出加速度a 值的大 图2 压电式加速度计的幅频特性曲线 3 2 1 4 1—等强度梁；2—质量块；3—壳体； 4—电阻应变敏感元体 图3 应变式加速度传感器结构 激发不同层次的学生学习传感器的兴趣 电气工程与自动化系王文川 论文摘要：本文结合传感器教学改革实践的经验，笔者提出了一种适合当前成都市技师院校传感器实践教学的新思路，突出“能力为本”的思想，打破“学科为本”的模式，激发学生学习的积极性，培养学生的工程意识、分析问题和解决问题的能力，针对不同层次的学生，直升学生、三高学生、五高学生、预备技师学生等，作出相应的教学方案和教案及教学方法，并针对学生是否实训，作出具体的学习方案，因此提高学生的创新能力和综合素质。 前言 21世纪是信息科学与技术全新发展的时代，信息技术已经成为社会发展一股新的强大推动力。传感器技术作为信息技术和产业的重要组成部分，因此受到了国家和社会各个行业的高度重视，并且迅速发展。在《传感器技术》这门课程中我们了解了各种各样的传感器，如：电阻式传感器变磁阻式传感器，电容式传感器，磁电式传感器，压电式传感器，热电式传感器，光电式传感器，光纤式传感器，数字式传感器，化学传感器，生物传感器等，还有更多的传感器新技术。传感器技术是以传感器为核心论述其内涵、外延的学科，也是一门涉及测量技术、功能材料、微电子技术、精密与微细加工技术、信息处理技术和计算机技术等相互结合形成的密集型综合技术。当今的传感器是一种能把非电输入信息转换成电信号输出的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。 传感器未来的发展主要朝着以下四个方面：⑴发现新效应，开发新材料、新功能；新的效应和现象的发现，是新的敏感材料的开发的重要途径，而新的敏感材料的开发是新型传感器出现的重要基础。⑵ 传感器的多功能集成化和微型化；所谓集成化就是在同一芯片上，或将众多同类型的单个传感器件集成为一维，二维或三维阵列型传感器，或将传感器件与调理、补偿等处理电路集成一体化。微型传感器是朝着微米/纳米技术领域发展，其显著特征就是体积小、重量很轻，这种传感器一般应用于航空航天，环境保护，生物医学和工业自动化等高科技领域。⑶传感器的数字化、智能化和网络化；传感器的数字化提高传感器本身的多种性能。智能化是指传感器具有一种或多种敏感功能，不仅能实现信息的探测、处理、逻辑判断和双向通讯，而且具有自检测、自校正、自补偿、自诊断等多功能的器件或装置。传感器网络是一种由众多随机分布的一组同类或异类传感器节点与网关节点构成的无线网络。⑷研究生物感官，开发仿生传感器；利用仿生学、生物遗传工程和生物电子学技术研究它们的机理，研究仿生传感器，也是一个十分引人注目的方向。 所以学习与掌握各种传感器的应用对于我们电气工程与自动化类专业显得尤为重要。也是把握科技最新前沿的一条途径。也就是说，学会传感器的应用技术，好的就业在等你。本次课程设计主要是传感器在测位移方面应用的研究，对不同的传感器测位移原理的特性比较和研究，自己设计3种以上位移传感器，写出设计方案，针对不同层次的学生，直升学生、三高学生、五高学生、预备技师学生等，写出不同的教学方案，并对每种位移传感器原理、测量电路、输出特性、灵敏度、精度进行分析。比较每一种传感器的优缺点及改善方法，最后做出总结。此次课程设计可以更好的帮助我们掌握所学的知识。 应变式加速度传感器 传感器与测控电路课程设计 说明书 题目应变片式加速度传感器的设计姓名 学院机电工程学院 专业测控技术与仪器 学号 指导教师 成绩 二〇一零年六月二十三日 目录 一、设计题目 (3) 二、设计任务及技术指标 (3) 三、设计要求 (3) 四、构造及其原理概述 (4) 五、结构设计 (5) 六、应变片的选择及其设计计算 (7) 七、转换电路的设计 (9) 八、外部电路的设计 (10) 九、结构和辅助零件的设计 (11) 十、精度误差分析 (12) 十一、课程设计总结 (13) 十二、参考文献 (14) 附录： 传感器设计CAD零件图 (15) 传感器设计CAD装配图 (16) 测控电路原理Proteus图 (17) 一、设计题目 应变式加速度传感器的设计 二、设计任务及技术指标 1、工作在常温、常压、静态、环境良好。 2、精度0.1%FS。 3、测量范围20ｇ。 4、频响：0.1~100HZ。 5、电桥电压：5V。 三、设计要求 1、利用电阻或半导体的应变效应设计加速度传感器，将所测的加速度转换 成电信号。 2、根据被测量，设计传感器的性能参数和结构参数。 3、根据传感器敏感元件输出电量的类型设计转换电路和后续信号处理电 路。 四、构造及其原理概述 1、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。 2、用应变片测量受力变形时，将应变片粘贴于被测对象表面上。在外力作用 下，被测对象表面产生微小机械变形时，应变片的敏感栅也随同变形，其电阻值发生相应的变化。通过转换电路转换为相应的电压或电流的变化。 根据式 σ=Eε 式中σ：测试的应力； E：材料弹性模量 可以测得σ应力值。通过弹性元件将加速度转换为应变，因此可以用应 变片测量加速度，从而做成应变式加速度传感器。 3、如图为加速度传感器的结构示意图。 图1 加速度传感器结构简图 红外、光控制开关设计报告 摘要：用红外线人体感应开关开关和光敏开关控制路灯，白天光线强，路灯不亮，只有光线暗时，通过红外线人体感应开关感应到有人时路灯亮，并且灯点亮一定时间后，自动熄灭。红外、光控制开关来解决了电资源浪费的问题。 关键词：红外线人体感应开关；光控开关 一、设计电路 设计过程如下所述：此电路功能的实现共包括四个部分：它主要由一个自制+5V 直流电源、红外线人体感应开关，有光敏电阻控制的总开关和继电器控电子开关等四部分组成。 在白天由光控部件控制电路，无论外界有无人走动电路都不会工作，而到了晚上光控部件就不在起作用由红外线人体感应开关控制电路，只要在一定距离内有人走动且达到一定距离电路就会导通工作；由该事例可知红外线、光两部分是相互联系的没有光控制电路不完善，没有红外线控制电路也谈不上电路的利用价值，总的来说电路的设计较完备。 因此电路总框图如下： 电源部分：其中的电源部分采用全波整流电路将交流220V 电压变为约+5V 的直流电压，为 光控开关 继电器 红 外线感应 电路自动延时 +5V 电源供电 后面的控制电路供电，例如桥式整流电路；受控开关受触发延时电路输出信号的控制，从而控制加于灯上的交流电压，达到控制开关灯的目的。 光控制开关：光敏电阻器又叫光感电阻，是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器。入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。通常，光敏电阻器都制成薄片结构，以便吸收更多的光能。当它受到光的照射时，半导体片（光敏层）内就激发出电子—空穴对，参与导电，使电路中电流增强。 红外线人体感应开关：红外线人体感应类开关又叫热释人体感应开关或红外智能开关。它是基于红外线技术的自动控制产品，当人进入感应范围时，专用传感器探测到人体红外光谱的变化，自动接通负载，人不离开感应范围，将持续接通；人离开后，延时自动关闭负载。 二、电路分析调试 1、电源部分 +5V电源部分，采用桥式整流电路，电路图如下： 图1桥式整流电路图 2、红外线人体感应电路 加速度传感器课程论文 ADXL05型单片加速度传感器的工作原理及实际应用 姓名：杨锐 电气四班（19） 前言： 单片加速度传感器的典型产品有美国ADI 公司生产的ADXL05、ADXL105.、ADXL190、ADXL202和ADXL210，还有美国Motorola公司生产的MMA1200D、MMA120IP和MMA1220D。上述产品也称为加速度计( accelerometer)，可广泛用于工业、交通、地矿、建筑及军事领域，既可测量重力加速度，又可以测量由振动、冲击所产生的加速度、速度，位移等参数，还能取代水银式倾斜仪测量倾斜角。单片加速度传感器分模拟信号输出、数字信号输出两种形式，ADXL05、ADXL105和MMA1200D 均属于模拟电压输出式，ADXL202和ADXL210 则属于数字输出式，或者能输出与加速度成比例关系的占空比信号。此外，ADXL05、ADXL105均属于单轴加速度传感器，只能测量沿X轴方向的加速度；ADXL202、ADXL210属于双轴加速度传感器，可同时测量沿X轴、Y轴两个方向的加速度。 1、ADXL05的工作原理 1.1 性能特点 （1）在ADXL05芯片中集成了一个完整的加速度测量系统，内部包含用单晶硅制成的电容式加速度传感器和信号调理器。最大外形尺寸仅为φ9.4x19（mm），质量为5g。 (2)它属于力平衡式加速度传感器，测量加速度时满量程为±1~±5g (lg=9.8m/s),具体量程可通过外围元件来设定。分辨力可达0.005g。加速度计的电压比例系数为200mv/g,满量程时的非线性误差为±0.2%，谐振频率为12kHz。 （3）过载能力强，在0.5s内可承受1000g的冲击。外围电路简单。利用重力加速度可以校准传感器的极性。芯片还具有自检功能，可检测传感器或外围元件是否发生故障。 （4）电源电压范围是+4.75～+5.25V，典型值为5V，工作电流约为8mA。 1.2.工作原理 1.2.1 引脚功能 ADXL05采用TO - 100封装，引脚排列如 图1-2-1所示。 电气工程学院 传感器课程设计报告 班级：电132 姓名：袁吉收 学号：1312021047 设计题目：智能家居监控系统设计设计时间：2015.12.22~12.28 评定成绩： 评定教师： 摘要 本文设计的智能家居系统以AT89C51单片机为核心控制单元，实时获取DS18B20温度传感器、TGS813气敏传感器、UD-02感烟传感器数据.并通过LCD1602来显示当前的状态。 关键字：AT89c51、DS18B20、TGS813、UD-02、LCD1602 目录 一、题目要求 1.1 题目介绍 1.2 模块分解 二、方案设计 2.1 方案介绍 三、硬件设计 3.1硬件原理图 四、软件设计 4.1时序图 五、设计总结 六、参考文献 附件：程序代码 一、题目要求 1.1智能家居监控系统设计 以提高家居生活的安全性、舒适度、人性化为目的，设计智能家居监控系统。利用所学的传感器与检测技术知识，实现家居温度、煤气泄漏、外人闯入、火灾（烟雾）的检测（以上检测项目必做。在此基础上增加检测项目并具有可行性，加分。除环境监测项目外，也可增加人体信号检测等。）。各检测节点可通过无线方式连接到主机，检测到危险信号后，主机可采用声光报警或远程报警。 要求（1）用Protel 画出设计原理图； 智能化家居中的 传感器 活动物体 传感器 烟雾传感器 二氧化碳 传感器 温度传感器 火焰传感器 总 线 终端 控制对象 （2）采用Quaters II、Maxplus II、multisim（EWB）、pspice、Proteus中的一种或几种软件，完成系统电路图部分或全部仿真，在设计说明书中体现仿真结果； （3）写设计说明书； 1.2模块分解 1. 温度检测：采用DS18B20温度传感器。 2. 煤气泄漏检测：气敏传感器TGS813来检测空气中的可燃性气体。 3. 烟雾检测：UD-02离子感烟传感器检测空气中烟雾。 二、方案设计 2.1方案设计及选择 在实际设计中我们要考虑的因素有很多，比如成本最低、性价比最高、性能最优、功能最强、界面最友好等等。而本次课设我采用了性价比最高的方案（首先能实现基本功能）。选用了DS18B20、TGS813、UD-02、LCD1602模块实现本次设计。 基于AT89c51的智能家居系统设计 智能家居是人们的一种居住环境，其以住宅为平台安装有智能家居 一．传感器设计 1、应变式加速度传感器简介 能感受规定的被测量并按一定规律转换成可用信号输出的器件或装置，称为传感器，通常由敏感元件和转换元件组成。应变式加速度传感器是一种低频传感器，由弹性梁，质量块，应变片及电桥等组成，质量块在加速度作用下，产生惯性力使弹性梁变形，引起应变片阻值发生变化，通过电桥来获取信号，是车辆振动测量常用传感器。 2 应变式加速度传感器结构 在这种传感器中,质量块支撑在弹性体上,弹性体上贴有应变片（图1）。测量时,在质量块的惯性力作用下,弹性体产生应变,应变片把应变变为电阻值的变化，最后通过测量电路输出正比于加速度的电信号。弹性体做成空心圆柱形增加传感器的固有振动频率和粘贴应变片的表面积。另一种结构形式为悬臂梁式，弹性振梁的一端固定于外壳，一端装有质量块。应变片贴在振梁固定端附近的上下表面上。振梁振动时，应变片感受应变。应变片可在测量电路中接成差动桥式电路。应变片加速度计也适用于单方向（静态）测量。用于振动测量时,最高测量频率取决于固有振动频率和阻尼比,测量频率可达3500赫。 下图是传感器结构图 图1 传感器结构简图 3 应变式加速度传感器特点 这种结构灵敏度高，但体积较大，实际应用中需要硅油提供大的阻尼力应变式振动传感器的主要优点是低频响应好，可以测量直流信号（如匀加速度）。 4.计算设计： 设计步骤 根据设计指标估计如下结构参数： 梁长度：L (mm):11 梁宽度：b (mm):5 梁厚度：h (mm):0.5 质量块半径：r (mm):3 质量块厚度：c (mm):4 许用应力系数取：0.55； 梁根部最大应变：εmax ≤400 (με)。 基本原理： 质量块M 在加速度a 作用下产生惯性力：a F Ma = 梁在惯性力的作用下产生应变：2 6x x a L F Ebh ε= 应变引起应变片阻值变化ΔR ，电桥失去平衡而输出电压，通过测量电压可求得加速度。 计算梁的最大挠度 挠度反映梁质量块的活动空间 (mm)H R = 0()(0.5)(mm)w R H c h =--+ max 0(mm)w w < 应变片式加速度传感器设计 应变片式加速度传感器 姓名： 学号： 院（系）：电气工程学院 专业名称：电气工程及其自动化班级：电气2（专升本） 2015年5月20日 说明书摘要 通过应变片感应加速度的变化，并把应变片接到直流电桥中，通过电阻的变化引起直流电桥电压的变化，再将电桥输出的电压通过逻辑电路放大输出，然后将输出的电压信号送到控制中心，从而达到对加速度进行实时监控的目的。其结构由（1）惯性质量块（2）应变量 (3) 硅油阻尼液 (4)应变片 (5)温度补偿电阻 (6)绝缘套管 (7)接线柱 (8)电缆 (9)压线柱 (10)壳体 (11)限位块组成。应变片式加速度传感器通过敏感栅将低频运动物体的加速度转化为应变片的应变，引起电桥桥臂电阻的变化，经过温度补偿、放大后输出加速度信号。其特点为应变片式加速度传感器具有体积小、低功耗、结构简单、抗干扰能力强、运行稳定、经济性好。 1 权利要求书 1、通过应变片感应加速度的变化，并把应变片接到直流电桥中，通过电阻的变化引起直流电桥电压的变化，再将电桥输出的电压通过逻辑电路放大输出，然后将输出的电压信号送到控制中心，从而达到对加速度进行实时监控的目的。其结构由（1）惯性质量块（2）应变量 (3 )硅油阻尼液 (4)应变片 (5)温度补偿电阻 (6)绝缘套管 (7)接线柱 (8)电缆 (9)压线柱 (10)壳体 (11)限位块组成。电桥采用直流12V电源供电，采用稳压的直流电源供电，运放器采用双电源供电，电源电压为±12V。 2、加速度传感器的敏感轴检测输入加速度，并将其作用转换为电阻应变片阻值的变化，通过变送电路，将这种变化转换为对应的电压输出，从而达到测量加速度的目的。传感器的主要量程：±20g；输出：0～5V；零位输出：2.5V，用应变片测量的应变是通过测量敏感栅的电阻相对变化来得到。应变片灵敏度系数很小（K≈2），而机械应变一般在10με～3000με之间（有时也可达到6000με），电阻相对变化是很小的，需要采用差动电桥。当悬臂梁发生形变时，应变片的电阻值发生改变，全桥式布片应变引起应变片电阻的变化，从而达到测量振动加速度的目的。当悬臂梁受到加速度作用时，其自由端必将发生位移，通过计算得到加速度—电压的转换关系。 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 1.一丝绕应变计的灵敏系数为2，初始阻值100Ω，试求当试件受力后的应变为1.8?103 时该应变计的电阻变化ΔR。 2.一试件受力后的应变为2?10-3；丝绕应变计的灵敏系数为2，初始阻值120Ω，温度 C0/，线膨胀系数为14?10-6C0/；试件的线膨胀系数为12?10-6C0/。试系数-50?10-6 求：温度升高20℃时，应变计输出的相对误差和相对热输出。 3.在悬臂梁的上下方各贴一片电阻为120Ω的金属应变片R1和R2。若应变片的灵敏系数 k=2，电源电压U=2V，当悬臂梁顶端受到向下的力F时，电阻R1和R2的变化值ΔR1=ΔR2 =0.48Ω，试求电桥的输出电压。 4.图为一直流应变电桥，图中U=4V，R1=R2=R3=R4=120Ω，试求： ①R1为金属应变片，其余为外接电阻，当R1的增量为ΔR1=1.2Ω时，电桥输出电压U O。 ② R1、R2都是应变片，且批号相同，感应应变的极性和大小都相同，其余为外接电阻， 电桥输出电压U O。 ③题②中，如果R2与R1的感受应变的极性相反且ΔR1=ΔR2=1.2Ω，电桥输出电压U O。 5.图3-6为等强度梁测力系统，R1为电阻应变片，应变片灵敏 度系数K=2.05，未受应变时，R1=120Ω，当试件受力F时， 应变片承受平均应变ε=800μm/m，试求： ①应变片的电阻变化量R1和电阻相对变化量ΔR1/R ②将电阻应变片R1置于单臂测量电桥，电桥电流电压为直流3V，求电桥输出电压及 电桥非线性误差。 ③若要减小非线性误差，应采取何种措施？分析其电桥输出电压及非线性误差的大小。 6.利用悬臂梁结构可以构成称重传感器。试就在悬臂梁的上下方各贴一片金属应变片组成 差动半桥和各贴二片金属应变片组成差动全桥时的应变电阻片的布贴方式、电桥连接方法和相应的输出电压大小做出说明, 并说明其差动和温度补偿的原理。 7.一个初始阻值为120Ω的应变片，灵敏度为K=2.0，如果将该应变片用 总阻值为12Ω的导线连接到测量系统，求此时应变片的灵敏度K’。 8.采用四片相同的金属丝应变片（K=2），将其粘贴在如图所示的实心圆柱形测力 弹性元件上。已知力F=10kN，圆柱横截面半径r=1cm，材料的弹性模量2 10-7 N/cm2，泊松比μ=0.3。 （1）画出应变片在圆柱上的粘贴位置及相应的测量桥路原理图。 （2）求各应变片得应变及电阻相对变化量。 （3）若电桥供电电压U=6V，求桥路输出电压U o。 （4）此种测量方法能否补偿环境温度对测量的影响，说明理由。 : 温度传感器课程设计报告 专业：电气化 年级： 13-2 学院：机电院 { 姓名：崔海艳 学号：35 … ^ -- 目录 1 引言 (3) 2 设计要求 (3) 3 工作原理 (3) 4 方案设计 (4) … 5 单元电路的设计和元器件的选择 (6) 微控制器模块 (6) 温度采集模块 (7) 报警模块 (9) 温度显示模块 (9) 其它外围电路 (10) 6 电源模块 (12) 7 程序设计 (13) — 流程图 (13) 程序分析 (16) 8. 实例测试 (18) 总结 (18) 参考文献 (19) \ 。 1 引言 传感器是一种有趣的且值得研究的装置，它能通过测量外界的物理量，化学量或生物量来捕捉知识和信息，并能将被测量的非电学量转换成电学量。在生活中它为我们提供了很多方便，在传感器产品中，温度传感器是最主要的需求产品，它被应用在多个方面。总而言之，传感器的出现改变了我们的生活，生活因使用传感器也变得多姿多彩。 温度控制系统广泛应用于社会生活的各个领域，如家电、汽车、材料、电力电子等，常用的控制电路根据应用场合和所要求的性能指标有所不同，在工业企业中，如何提高温度控制对象的运行性能一直以来都是控制人员和现场技术人员努力解决的问题。这类控制对象惯性大，滞后现象严重，存在很多不确定的因素，难以建立精确的数学模型，从而导致控制系统性能不佳，甚至出现控制不稳定、失控现象。传统的继电器调温电路简单实用，但由于继电器动作频繁，可能会因触点不良而影响正常工作。控制领域还大量采用传统的PID控制方式，但PID控制对象的模型难以建立，并且当扰动因素不明确时，参数调整不便仍是普遍存在的问题。而采用数字温度传感器DS18B20，因其内部集成了A/D转换器，使得电路结构更加简单，而且减少了温度测量转换时的精度损失，使得测量温度更加精确。数字温度传感器DS18B20只用一个引脚即可与单片机进行通信，大大减少了接线的麻烦，使得单片机更加具有扩展性。由于DS18B20芯片的小型化，更加可以通过单跳数据线就可以和主电路连接，故可以把数字温度传感器DS18B20做成探头，探入到狭小的地方，增加了实用性。更能串接多个数字温度传感器DS18B20进行范围的温度检测 2 设计要求 传感器与测控电路课程设计 说明书 题目应变片式加速度传感器的设计姓名 学院机电工程学院 专业测控技术与仪器 学号 指导教师 成绩 二〇一零年六月二十三日 目录 一、设计题目 (3) 二、设计任务及技术指标 (3) 三、设计要求 (3) 四、构造及其原理概述 (4) 五、结构设计 (5) 六、应变片的选择及其设计计算 (7) 七、转换电路的设计 (9) 八、外部电路的设计 (10) 九、结构和辅助零件的设计 (11) 十、精度误差分析 (12) 十一、课程设计总结 (13) 十二、参考文献 (14) 附录： 传感器设计CAD零件图 (15) 传感器设计CAD装配图 (16) 测控电路原理Proteus图 (17) 一、设计题目 应变式加速度传感器的设计 二、设计任务及技术指标 1、工作在常温、常压、静态、环境良好。 2、精度0.1%FS。 3、测量范围20ｇ。 4、频响：0.1~100HZ。 5、电桥电压：5V。 三、设计要求 1、利用电阻或半导体的应变效应设计加速度传感器，将所测的加速度转换成 电信号。 2、根据被测量，设计传感器的性能参数和结构参数。 3、根据传感器敏感元件输出电量的类型设计转换电路和后续信号处理电路。 四、构造及其原理概述 1、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。 2、用应变片测量受力变形时，将应变片粘贴于被测对象表面上。在外力作用 下，被测对象表面产生微小机械变形时，应变片的敏感栅也随同变形，其电阻值发生相应的变化。通过转换电路转换为相应的电压或电流的变化。 根据式 σ=Eε 式中σ：测试的应力； E：材料弹性模量 可以测得σ应力值。通过弹性元件将加速度转换为应变，因此可以用应 变片测量加速度，从而做成应变式加速度传感器。 3、如图为加速度传感器的结构示意图。 图1 加速度传感器结构简图 黑龙江科技学院 课程设计报告 项目名称：瓦斯浓度检测系统设计 所属课程：传感器与检测技术 实践日期：— 班级测控08---3班 学号04号 姓名王蕊 成绩 电气与信息工程学院 其具有两个通道，每个通道的增益范围为-10～30 dB，因此两个通道串连起来可以实现的增益控制范围为：-20～60 dB。图2为瓦斯传感器及信号放大电路。 2．3 A／D转换电路设计系统使用的数模转换器LTC1865是凌力尔特推出的16位SAR ADC，采用单5 V电源工作，并能保证在-40℃～+12．5℃的温度范围内工作。每个器件最大电流为8．50 uA，最大采样率达250 kS／s，供电电流随着采样速率的降低而变小。MSOP-10封装的LTC1865提供2路软件可编程的通道，并且可以根据需求来调整参考电压的大小。A／D转换电路设计如图3所示。 2．4 报警模块电路设计本设计的报警模块采用普通的蜂鸣器来完成。蜂鸣器一端接地，一端接用来驱动它工作的PNP晶体管的发射极，晶体管基极连接AT89S52的P3．3口。 2．5 键盘模块电路设计本系统中的按键主要用来设定瓦斯浓度的报警值，采用独立按键式键盘，共3个按键，它们分别与AT89S52的P2．0～P2．2口连接，平时这三个引脚输出高电平，当按键被按下时引脚变成低电平，因此，只要在软件中查询这几个引脚的电平，就可以确定是否有按键按下，从而进人相应的子程序。 3 系统软件设计系统软件主要包括系统主程序和数据采样处理子程序两部分，主程序流程如图4所示，数据采样处理子程序如图5所示。 系统开机上电工作后，首先进行初始化，接着进入主循环扫描是否有按键按下，若检测到有键按下，则设定系统的瓦斯浓度报警上限值，否则直接调用数据采集处理子程序进行数据采集处理。 主程序调用数据采样处理子程序后，就进入该子程序运行，首先启动A／D转换进行数据采样，得到的数据信号输入到AT89S52进行滤波、零点修正并计算瓦斯气体浓度值，若浓度超限则启动扬声器声音报警，否则关闭蜂鸣器并返回。 4 实验结果及分析瓦斯的主要成分是甲烷，瓦斯爆炸有一定的浓度范围，通常把在空气中瓦斯遇火后能引起爆炸的浓度范围称为瓦斯爆炸界限。瓦斯爆炸界限为5％～16％。当空气中氧气浓度达到10％时，瓦斯浓度在5％～16％之间，就会发生爆炸。 根据MJC4／3．0L的技术指标(甲烷浓度为1％时，其灵敏度为20～40 Mv)，因此设定瓦斯的爆炸上限值为 目录 第一章《传感器原理与检测技术》课程设计任务书 (2) 1.1课程设计任务 (2) 1.2课程设计目的 (2) 1.3课程设计要求 (2) 1.4课程设计内容 (2) 1.5课程设计报告要求 (2) 1.6课程设计进度安排 (3) 1.7课程设计考核办法 (3) 第二章总体设计方案 (4) 2.1设计思路 (4) 2.2原理图 (4) 第三章整形电路 (6) 3.1 40106芯片介绍 (6) 3.2 整形电路设计 (7) 第四章计数电路 (9) 4.1 4518芯片介绍 (9) 4.2计数电路设计 (10) 第五章锁存电路 (12) 5.1 74LS374芯片介绍 (12) 5.2 锁存电路设计 (13) 第六章译码、显示电路 (14) 6.1数码管介绍 (14) 6.2 4543芯片介绍 (14) 6.3译码、显示电路设计 (15) 第七章时钟、单稳态电路 (16) 7.1时钟、单稳态电路设计 (16) 7.1.2 单稳态设计 (17) 第八章调试、运行结果 (20) 8.1制作和调试 (20) 8.1.1 调试中遇到的问题 (20) 8.1.2 各部分电路的波形图 (20) 8.2电路设计的优缺点分析 (21) 第九章设计总结 (23) 参考文献 (24) 元器件清单 (25) 第一章《传感器原理与检测技术》课程设计任务书 题目：转速检测显示装置设计 1.1课程设计任务 测速是工农业生产中经常遇到的问题，人们经常需要精确测量每秒钟转轴的转速，学会对电机转速的测量和显示具有重要的意义。本设计采用光电传感器感受输入光信号，产生的脉冲电信号，该脉冲信号送入计数器，累计所产生的脉冲数，并使计数器每秒钟做一次清零，就可以记下每秒钟的转速。在每次周期性的清零前一时刻，将计数器记下的数值传入寄存器存储，并进行显示，这就是测量到的上一秒钟的转速。 1.2课程设计目的 1）掌握利用光电传感器进行非接触式转速测量的方法； 2）掌握测量和显示电路的设计方法； 3）培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力。 1.3课程设计要求 1）转速测量显示范围为0~9999转/秒。 2）转速测量误差每秒不超过一圈，内部时钟稳定度每天不超一秒。 3）电路原理要求简单，便于制作调试，元件成本低廉易购。 1.4课程设计内容 1、整形电路、计数电路、锁存电路、时钟电路和译码显示电路的设计； 2、电路的连接和各部分调试； 3、硬件电路原理图及清单。 1.5课程设计报告要求 报告中提供如下内容： 1、目录 2、正文 2.1课程设计任务书； 2.2总体设计方案 2.3调试、运行结果（包含各部分电路的波形图） 3、设计小结（心得体会） 4、参考文献 1.6课程设计进度安排 进度表如表1-1所示 表1-1加速度传感器和压电式传感器应用
电阻应变式传感器.
压电式加速度传感器
大三暑期传感器原理实习汇报-应变式加速度传感器设计_实习汇报.doc
传感器课程设计报告
加速度传感器传感器课程设计
传感器课程设计论文
应变式加速度传感器培训讲学
传感器课程设计报告
加速度传感器课程论文
传感器课程设计报告-智能家居监控系统设计
课程设计(论文)—应变式加速度传感器设计
应变片式加速度传感器设计
传感器课程设计 压力计的设计论文
电阻应变式传感器
温度传感器课程设计
应变式加速度传感器
传感器与检测技术课程设计报告标准
传感器转速检测显示装置设计论文(课程设计)
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