角度传感器简单应用系统
时间：2011-04-24 09:42:20 来源：数学小论文作者：秩名
论文导读：传感器在现代信息技术中有着举足轻重的地位，传感器为系统提供进行处理和决策所必需的原始信息，很大程度上影响和决定着系统的性能，本设计采用以单片机为控制单元，用单轴倾角传感器检测平衡板倾斜角度，采取步进电机控制平衡板角度自动旋转目的。本设计以C8051F005单片机为控制核心，通过把单轴倾角传感器SCA60C水平的固定在平衡板上，达到了实时检测平衡板倾斜角度的目的，并通过对步进电机驱动电路的控制实现了平衡板的转动。
关键词：角度传感器，C8051F005单片机，角度预置，步进电机，显示联动
0.引言：
传感器在现代信息技术中有着举足轻重的地位，传感器为系统提供进行处理和决策所必需的原始信息，很大程度上影响和决定着系统的性能，本设计采用以单片机为控制单元，用单轴倾角传感器检测平衡板倾斜角度，采取步进电机控制平衡板角度自动旋转目的。
1.硬件电路设计
角度传感器硬件连接图如图1所示，当步进电机带动平衡板倾斜到使角度传感器SCA60C处于水平位置时，Vo端输出+0.5V的模拟电压。传感器SCA60C仅可精确检测到0~90度的角度范围，当平衡板转到使角度传感器与水平面成90度的角度时，此时Vo端输出+5V的模拟电压。在0~90度的倾角范围内，Vo端输出的是正比于倾角大小的+0.5~+5V的模拟电压信号，当平衡板转动到使角度传感器与水平面间的角度从90度到180度的范围变化时，输出端Vo输出的是从+5V依次变化到+0.5V 的模拟电压信号[1][2]，因此通过测定传感器SCA60C输出端Vo电压的大小即可确定平衡板与水平面的夹角。
步进电机驱动电路的设计本系统中，我们选择4相5线步进电机，其驱动电路主要由L297+L298组成，该驱动电路集驱动与保护于一体。L297是脉冲分配器，只要步进电机A、B、C、D四项依次连接到J1的1、2、3、4各点，且将剩下的一条线接地，L297就会自动的将输入到端口CW/CCW的脉冲分配给步进电机的各个相序，此时步进电机便可转动[3][4]。控制电机时只需单片机通过I/O口向L297的cw/ccw和clock端发送控制信号即可控制它的转速和正反转。驱动电路原理如下图2。论文参考。论文参考。
图1角度传感器硬件连接图图2步进电机驱动电路原理图
本系统主要由主控制器模块、角度检测模块、A/D转换模块、键盘模块和显示器模块等部分组成，系统连接图如图3所示：
图3系统框图
系统分为两个工作模式，工作于模式一时，可通过键盘模块预置一个角度，主控制器接收到此信息后，通过控制电机控制模块来使角度检测模块做出转动动作以使平衡板按输入角度完成倾斜动作。同时，角度传感器输出的模拟量经A/D转换模块转换后送入主控制器，主控制器据此输入判定平衡板是否已倾斜到预置的角度，并据此来控制电机控制模块，并且主控制器模块通过控制显示模块实时的显示平衡板的倾斜角度。通过按键模块可将系统切换到模式二，模式二的功能是能始终保持平衡板的水平，且能使显示模块显示的内容与平衡板联动，两种工作可通过按键来切换。系统使用c8051f00作为控制核心，128*64作为显示器，4*4键盘来输入需要预置的角度。程序具有角度预置和自动寻找平衡点两种模式，根据不同需要选择，具有友好人机界面，操作简单易懂。软件流程图如下图4所示：
图4 程序流程图
2.系统测试与分析
表1系统性能测试
基本要求测试发挥部分测试
输入角度大小平衡时角
度
误差
起始倾
斜角度
平衡时角
度
误差
30o29.07 o 0.70
% 14 o0 o0
65 o65.6 o 0.90
% 32 o0.3 o0.90%
94 o94.2 o 0.20
% 80 o0.3 o0.38%
110 o110.4 o 0.36
% 76 o0.7 o0.92%
176 o175.7 o0.17 121 o 1.2 o0.99%
系统测试与分析如表1所示，本系统的误差来源主要有两方面：1)装配误差：角度传感器要
水平装设在平衡板上，装配时很难保证两者严格的在同一平面上，这会使角度传感器不能精确地反映平衡板的倾斜角。2）步进电机误差：步进电机动作是靠不断地输入脉冲来实现的，每输入一个脉冲步进电机会转动一个固定的角度（0.09度）。论文参考。若预置β度，则应送给步进电机的脉冲数为β/0.09个，但这个数值可能不是整数，需要经取整处理，取整时便引入了误差。另外，步进电机还存在失步和越步的现象，这也会引入误差。
3.结束语
本设计以C8051F005单片机为控制核心，通过把单轴倾角传感器SCA60C水平的固定在平衡板上，达到了实时检测平衡板倾斜角度的目的，并通过对步进电机驱动电路的控制实现了平衡板的转动。系统可实现通过键盘预置倾斜角度、实时显示角度值、屏幕显示与平衡板倾斜联动和可使平衡板部分始终保持水平等功能。
参考文献：
[1] 康华光.电子技术基础模拟部分[M], 高等教育出版社, 2006.
[2] 康华光.电子技术基础数字部分[M], 高等教育出版社, 2007.
[3] 全国大学生电子设计竞赛组委会,全国大学生电子设计竞赛获奖作品精选[M],北京理工大学出版社,2006
[4] 陈永真,全国大学生电子设计竞赛试题精选[M], 电子工业出版社,2007
传感器原理及其应用 第一章传感器的一般特性 1）信息技术包括计算机技术、通信技术和传感器技术，是现代信息产业的三大支柱。 2）传感器又称变换器、探测器或检测器，是获取信息的工具 广义：传感器是一种能把特定的信息（物理、化学、生物）按一定规律转换成某种可用信号输出的器件和装置。 狭义：能把外界非电信息转换成电信号输出的器件。 国家标准（GB7665-87）：定义：能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。 3）传感器的组成： 敏感元件是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。 转换元件：将敏感元件输出的非电物理量转换成电路参数或电量。 基本转换电路：上述电路参数接入基本转换电路（简称转换电路），便可转换成电量输出。 4）传感器的静态性能指标 （1）灵敏度 定义: 传感器输出量的变化值与相应的被测量（输入量）的变化值之比, 传感器输出曲线的斜率就是其灵敏度。 ①纯线性传感器灵敏度为常数，与输入量大小无关；②非线性传感器灵敏度与x有关。（2）线性度 定义:传感器的输入-输出校准曲线与理论拟合直线之间的最大偏离与传感器满量程输出之比，称为传感器的“非线性误差”或“线性度”。 线性度又可分为： ①绝对线性度：为传感器的实际平均输出特性曲线与理论直线的最大偏差。 ②端基线性度：传感器实际平均输出特性曲线对端基直线的最大偏差。 端基直线定义：实际平均输出特性首、末两端点的连线。 ③零基线性度：传感器实际平均输出特性曲线对零基直线的最大偏差。 ④独立线性度：以最佳直线作为参考直线的线性度。 ⑤最小二乘线性度：用最小二乘法求得校准数据的理论直线。 （3）迟滞 定义：对某一输入量，传感器在正行程时的输出量不同于其在反行程时的输出量，这一现象称为迟滞。 即：传感器在正(输入量增大)反（输入量减小）行程中输出输入曲线不重合称为迟滞。 （4）重复性 定义：在相同工作条件下，在一段短的时间间隔内，同一输入量值多次测量所得的输
温度传感器的应用及原理 温度测量应用非常广泛，不仅生产工艺需要温度控制，有些电子产品还需对它们自身的温度进行测量，如计算机要监控CPU的温度，马达控制器要知道功率驱动IC的温度等等，下面介绍几种常用的温度传感器。 温度是实际应用中经常需要测试的参数，从钢铁制造到半导体生产，很多工艺都要依靠温度来实现，温度传感器是应用系统与现实世界之间的桥梁。本文对不同的温度传感器进行简要概述，并介绍与电路系统之间的接口。 热敏电阻器 用来测量温度的传感器种类很多，热敏电阻器就是其中之一。许多热敏电阻具有负温度系数(NTC)，也就是说温度下降时它的电阻值会升高。在所有被动式温度传感器中，热敏电阻的灵敏度(即温度每变化一度时电阻的变化)最高，但热敏电阻的电阻/温度曲线是非线性的。表1是一个典型的NTC热敏电阻器性能参数。 这些数据是对Vishay-Dale热敏电阻进行量测得到的，但它也代表了NTC热敏电阻的总体情况。其中电阻值以一个比率形式给出(R/R25)，该比率表示当前温度下的阻值与25℃时的阻值之比，通常同一系列的热敏电阻器具有类似的特性和相同电阻/温度曲线。以表1中的热敏电阻系列为例，25℃时阻值为10KΩ的电阻，在0℃时电阻为28.1KΩ，60℃时电阻为4.086KΩ；与此类似，25℃时电阻为5KΩ的热敏电阻在0℃时电阻则为 14.050KΩ。 图1是热敏电阻的温度曲线，可以看到电阻/温度曲线是非线性的。
虽然这里的热敏电阻数据以10℃为增量，但有些热敏电阻可以以5℃甚至1℃为增量。如果想要知道两点之间某一温度下的阻值，可以用这个曲线来估计，也可以直接计算出电阻值，计算公式如下： 这里T指开氏绝对温度，A、B、C、D是常数，根据热敏电阻的特性而各有不同，这些参数由热敏电阻的制造商提供。 热敏电阻一般有一个误差范围，用来规定样品之间的一致性。根据使用的材料不同，误差值通常在1%至10%之间。有些热敏电阻设计成应用时可以互换，用于不能进行现场调节的场合，例如一台仪器，用户或现场工程师只能更换热敏电阻而无法进行校准，这种热敏电阻比普通的精度要高很多，也要贵得多。 图2是利用热敏电阻测量温度的典型电路。电阻R1将热敏电阻的电压拉升到参考电压，一般它与ADC的参考电压一致，因此如果ADC的参考电压是5V，Vref 也将是5V。热敏电阻和电阻串联产生分压，其阻值变化使得节点处的电压也产生变化，该电路的精度取决于热敏电阻和电阻的误差以及参考电压的精度。
一、倾角传感器原理倾角传感器经常用于系统的水平测量，从工作原理上可分为“固体摆”式、“液体摆”式、“气体摆”三种倾角传感器，下面就它们的工作原理进行介绍。 1、“固体摆”式惯性器件固体摆在设计中广泛采用力平衡式伺服系统，如图1所示，其由摆锤、摆线、支架组成，摆锤受重力G和 摆拉力T的作用，其合外力F为：（1） 其中，θ为摆线与垂直方向的夹角。在小角度范围内测量时，可以认为F 与θ成线性关系。如应变式倾角传感器就基于此原理。 2、“液体摆”式惯性器件液体摆的结构原理是在玻璃壳体内装有导电液，并有三根铂电极和外部相连接，三根电极相互平行且间距相等，如图2所示。当壳体水平时，电极插入导电液的深度相同。如果在两根电极之间加上幅值相等的交流电压时，电极之间会形成离子电流，两根电极之间的液体相当于两个电阻RI和RIII。若液体摆水平时，则RI＝RIII。当玻璃壳体倾斜时，电极间的导电液不相等，三根电极浸入液体的深度也发生变化，但中间电极浸入深度基本保持不变。如图3所示，左边电极浸入深度小，则导电液减少，导电的离子数减少，电阻RI增大，相对极则导电液增加，导电的离子数增加，而使电阻RIII 减少，即RI＞RIII。反之，若倾斜方向相反，则RI＜RIII。在液体摆的应用中也有根据液体位置变化引起应变片的变化，从而引起输出电信号变化而感知倾角的变化。在实用中除此类型外，还有在电解质溶液中留下一气泡，当装置倾斜时气泡会运动使电容发生变化而感应出倾角的“液体摆”。 3 “气体摆”式惯性器件气体在受热时受到浮升力的作用，如同固体摆和液体摆也具有的敏感质量一样，热气流总是力图保持在铅垂方向上，因此也具有摆的特性。“气体摆”式惯性元件由密闭腔体、气体和热线组成。当腔体所在平面相对水平面倾斜或腔体受到加速度的作用时，热线的阻值发生变化，并且热线阻值的变化是角度q或加速度的函数，因而也具有摆的效应。其中热线阻值的变化是气体与热线之间的能量交换引起
传感器的定义传感器是一种能把物理量或化学量转变成便于利用的电信号的器件。国际电工委员会(IEC:International Electrotechnical Committee)的定义为：“传感器是测量系统中的一种前置部件，它将输入变量转换成可供测量的信号”。按照Gopel等的说法是：“传感器是包括承载体和电路连接的敏感元件”，而“传感器系统则是组合有某种信息处理(模拟或数字)能力的系统”。传感器是传感系统的一个组成部分，它是被测量信号输入的第一道关口。 传感器把某种形式的能量转换成另一种形式的能量。有两类：有源的和无源的。有源传感器能将一种能量形式直接转变成另一种，不需要外接的能源或激励源。 无源传感器不能直接转换能量形式，但它能控制从另一输入端输入的能量或激励能，传感器承担将某个对象或过程的特定特性转换成数量的工作。其“对象”可以是固体、液体或气体，而它们的状态可以是静态的，也可以是动态(即过程)的。对象特性被转换量化后可以通过多种方式检测。对象的特性可以是物理性质的，也可以是化学性质的。按照其工作原理，它将对象特性或状态参数转换成可测定的电学量，然后将此电信号分离出来，送入传感器系统加以评测或标示。 传感器原理结构在一段特制的弹性轴上粘贴上专用的测扭应片并组成变桥，即为基础扭矩传感器；在轴上固定着：(1)能源环形变压器的次级线圈，(2)信号环形变压器初级线圈，(3)轴上印刷电路板，电路板上包含整流稳定电源、仪表放大电路、V/F变换电路及信号输出电路。在传感器的外壳上固定着： （1）激磁电路，(2)能源环形变压器的初级线圈(输入)，(3) 信号环形变压器次级线圈(输出)，(4)信号处理电路 工作过程 向传感器提供±15V电源，激磁电路中的晶体振荡器产生400Hz的方波，经过TDA2030功率放大器即产生交流激磁功率电源，通过能源环形变压器T1从静止的初级线圈传递至旋转的次级线圈，得到的交流电源通过轴上的整流滤波电路得到±5V的直流电源，该电源做运算放大器AD822的工作电源；由基准电源AD589与双运放AD822组成的高精度稳压电源产生±4.5V的精密直流电源，该电源既作为电桥电源，又作为放大器及V/F转换器的工作电源。当弹性轴受扭时，应变桥检测得到的mV级的应变信号通过仪表放大器AD620放大成 1.5v±1v的强信号，再通过V/F转换器LM131变换成频率信号，通过信号环形变压器T2 从旋转的初级线圈传递至静止次级线圈，再经过外壳上的信号处理电路滤波、整形即可得到与弹性轴承受的扭矩成正比的频率信号，该信号为TTL电平,既可提供给专用二次仪表或频率计显示也可直接送计算机处理。由于该旋转变压器动--静环之间只有零点几毫米的间隙，加之传感器轴上部分都密封在金属外壳之内，形成有效的屏蔽，因此具有很强的抗干扰能力。 传感器分类倾角传感器 倾角传感器在军事、航天航空、工业自动化、工程机械、铁路机车、消费电子、海洋船舶等领域得到广泛运用。辉格公司为国内用户提供全球最全面、最专业的产品方案和服务。提供超过500种规格的伺服型、电解质型、电容型、电感型、光纤型等原理的倾角传感器。 加速度传感器(线和角加速度)
1.简述无线网络介质访问控制方法CSMA/CA的工作原理 CSMA/CA机制: 当某个站点（源站点）有数据帧要发送时，检测信道。若信道空闲，且在DIFS时间内一直空闲，则发送这个数据帧。发送结束后，源站点等待接收ACK确认帧。如果目的站点接收到正确的数据帧，还需要等待SIFS时间，然后向源站点发送ACK确认帧。若源站点在规定的时间内接收到ACK确认帧，则说明没有发生冲突，这一帧发送成功。否则执行退避算法。 2.802.11无线LAN提供的服务有哪些？ ?802.11规定每个遵从该标准的无线局域网必须提供9种服务，这些服务分为两类，5种分布式服务和4种站服务。 分布式服务涉及到对单元（cell）的成员关系的管理，并且会与其它单元中的站点进行交互。由AP提供的5种服务将移动节点与AP关联起来，或者将它们与AP解除关联。 ?⑴建立关联：当移动站点进入一个新的单元后，立即通告它的身份与能力。能力包括支持的数据速率、需要PCF服务和功率管理需求等。 AP可以接受或拒绝移动站点的加入。如果移动站点被接受，它必须证明它自己的身份。 ?⑵解除关联。无论是AP还是站点都可以主动解除关联，从而中止它们之间的关系?⑶重建关联。站点可以使用该服务来改变它的首选AP 。 ?⑷分发。该服务决定如何将发送到AP的帧发送出去。如果目的站在同一个AP下，帧可以被直接发送出去，否则必须通过有线网络转发。 ?⑸集成。如果一个帧需要通过一个非802.11网络（具有不同的编址方案或帧格式）传输，该服务可将802.11格式转换成目的网络要求的格式 站服务4种站服务用于管理单元内的活动。 ?⑴身份认证。当移动站点与AP建立了关联后， AP会向移动站点发送一个质询帧，看它是否知道以前分配给它的密钥；移动站点用自己所知道的密钥加密质询帧，然后发回给AP ，就可以证明它是知道密钥的；如果AP检验正确，则该移动站点就会被正式加入到单元中。 ?⑵解除认证。一个以前经过认证的站想要离开网络时，需要解除认证。 ?⑶保密。处理加密和解密，加密算法为RC4。 ⑷数据传递。提供了一种数据传送和接收方法 3.简述无线传感器网络系统工作过程 无线传感器网络(WSN)是大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络，目的是协作地采集、处理和传输网络覆盖地域内感知对象的监测信息，并报告给用户 4.为什么无线传感器网络需要时间同步，简述RBS、TPSN时间同步算法工作原理？ 在分布式的无线传感器网络应用中，每个传感器节点都有自己的本地时钟。不同节点的晶体振荡器频率存在偏差，以及湿度和电磁波的干扰等都会造成网络节点之间的运行时间偏差， RBS同步协议的基本思想是多个节点接收同一个同步信号，然后多个收到同步信号的节点之间进行同步。这种同步算法消除了同步信号发送一方的时间不确定性。这种同步协议的缺点是协议开销大
常用传感器的工作原理及应用
3.1.1电阻式传感器的工作原理 应变：物体在外部压力或拉力作用下发生形变的现象 弹性应变：当外力去除后，物体能够完全恢复其尺寸和形状的应变 弹性元件：具有弹性应变特性的物体 3.1.3电阻应变式传感器 电阻应变式传感器利用电阻应变片将应变转换为电阻值变化的传感器。 工作原理：当被测物理量作用于弹性元件上，弹性元件在力、力矩或压力等的作用下发生变形，产生相应的应变或位移，然后传递给与之相连的应变片，引起应变片的电阻值变化，通过测量电路变成电量输出。输出的电量大小反映被测量的大小。 结构：应变式传感器由弹性元件上粘贴电阻应变片构成。 应用：广泛用于力、力矩、压力、加速度、重量等参数的测量。 1．电阻应变效应 ○
电阻应变片的工作原理是基于应变效应，即导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械变形时，其电阻值相应发生变化，这种现象称为“应变效应”。 2．电阻应变片的结构 基片 b l 电阻丝式敏感栅 金属电阻应变片的结构 4．电阻应变式传感器的应用 （1）应变式力传感器 被测物理量：荷重或力 一
二 主要用途：作为各种电子称与材料试验机的 测力元件、 发动机的推力测试、水坝坝体承载状况监测等。 力传感器的弹性元件：柱式、筒式、环式、悬臂式等 （2）应变式压力传感器 主要用来测量流动介质的动态或静态压力 应变片压力传感器大多采用膜片式或筒式 弹性元件。 （3）应变式容器内液体重量传感器 感压膜感受上面液体的压力。 （4）应变式加速度传感器 用于物体加速度的测量。 依据：a =F/m 。 3.2电容式传感器 3.2.1电容式传感器的工作原理 由绝缘介质分开的两个平行金属板组成的 平板电容器，如果不考虑边缘效应，其电容量为 当被测参数变化使得S 、d 或ε发生变化时， 电容量C 也随之变化。 d S C ε=
机电一体化技术常用传感器及其原理 班级：机械设计制造及其自动化姓名： 学号：
一、传感器的分类 传感器有许多分类方法，但常用的分类方法有两种，一种是按被测物理量来分；另一种是按传感器的工作原理来分。按被测物理量划分的传感器，常见的有：温度传感器、湿度传感器、压力传感器、位移传感器、流量传感器、液位传感器、力传感器、加速度传感器、转矩传感器等。 按工作原理可划分为： 1．电学式传感器 电学式传感器是非电量电测技术中应用范围较广的一种传感器，常用的有电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、磁电式传感器及电涡流式传感器等。 电阻式传感器是利用变阻器将被测非电量转换为电阻信号的原理制成。电阻式传感器一般有电位器式、触点变阻式、电阻应变片式及压阻式传感器等。电阻式传感器主要用于位移、压力、力、应变、力矩、气流流速、液位和液体流量等参数的测量。 电容式传感器是利用改变电容的几何尺寸或改变介质的性质和含量，从而使电容量发生变化的原理制成。主要用于压力、位移、液位、厚度、水分含量等参数的测量。 电感式传感器是利用改变磁路几何尺寸、磁体位置来改变电感或互感的电感量或压磁效应原理制成的。主要用于位移、压力、力、振动、加速度等参数的测量。 磁电式传感器是利用电磁感应原理，把被测非电量转换成电量制成。主要用于流量、转速和位移等参数的测量。 电涡流式传感器是利用金屑在磁场中运动切割磁力线，在金属内形成涡流的原理制成。主要用于位移及厚度等参数的测量。 2．磁学式传感器 磁学式传感器是利用铁磁物质的一些物理效应而制成的，主要用于位移、转矩等参
数的测量。
3．光电式传感器 光电式传感器在非电量电测及自动控制技术中占有重要的地位。它是利用光电器件的光电效应和光学原理制成的，主要用于光强、光通量、位移、浓度等参数的测量。 4．电势型传感器 电势型传感器是利用热电效应、光电效应、霍尔效应等原理制成，主要用于温度、磁通、电流、速度、光强、热辐射等参数的测量。 5．电荷传感器 电荷传感器是利用压电效应原理制成的，主要用于力及加速度的测量。 6．半导体传感器 半导体传感器是利用半导体的压阻效应、内光电效应、磁电效应、半导体与气体接触产生物质变化等原理制成，主要用于温度、湿度、压力、加速度、磁场和有害气体的测量。 7．谐振式传感器 谐振式传感器是利用改变电或机械的固有参数来改变谐振频率的原理制成，主要用来测量压力。 8．电化学式传感器 电化学式传感器是以离子导电为基础制成，根据其电特性的形成不同，电化学传感器可分为电位式传感器、电导式传感器、电量式传感器、极谱式传感器和电解式传感器等。电化学式传感器主要用于分析气体、液体或溶于液体的固体成分、液体的酸碱度、电导率及氧化还原电位等参数的测量。 另外，根据传感器对信号的检测转换过程，传感器可划分为直接转换型传感器和间接转换型传感器两大类。前者是把输入给传感器的非电量一次性的变换为电信号输出，如光
第1章传感器基础理论思考题与习题答案 什么是传感器（传感器定义） 解：能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件、转换元件和调节转换电路组成。 传感器特性在检测系统中起到什么作用 解：传感器的特性是指传感器的输入量和输出量之间的对应关系，所以它在检测系统中的作用非常重要。通常把传感器的特性分为两种：静态特性和动态特性。静态特性是指输入不随时间而变化的特性，它表示传感器在被测量各个值处于稳定状态下输入输出的关系。动态特性是指输入随时间而变化的特性，它表示传感器对随时间变化的输入量的响应特性。 传感器由哪几部分组成说明各部分的作用。 解：传感器通常由敏感元件、转换元件和调节转换电路三部分组成。其中，敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分，转换元件是指传感器中能将敏感元件感受或响应的被测量转换成电信号的部分，调节转换电路是指将非适合电量进一步转换成适合电量的部分，如书中图所示。 传感器的性能参数反映了传感器的什么关系静态参数有哪些各种参数代表什么意义动态参数有那些应如何选择 解：在生产过程和科学实验中，要对各种各样的参数进行检测和控制，就要求传感器能感受被测非电量的变化并将其不失真地变换成相应的电量，这取决于传感器的基本特性，即输出—输入特性。衡量静态特性的重要指标是线性度、灵敏度，迟滞和重复性等。意义略（见书中）。动态参数有最大超调量、延迟时间、上升时间、响应时间等，应根据被测非电量的测量要求进行选择。 某位移传感器，在输入量变化5mm时，输出电压变化为300mV，求其灵敏度。 解：其灵敏度 3 3 30010 60 510 U k X - - ?? === ?? 某测量系统由传感器、放大器和记录仪组成，各环节的灵敏度为：S1=℃、S2=mV、S3=V，求系统的总的灵敏度。 某线性位移测量仪，当被测位移由变到时，位移测量仪的输出电压由减至，求该仪器的灵敏度。
传感器（原理及典型应用） 编稿：张金虎审稿：代洪 【学习目标】 1．知道什么是传感器，常见的传感器有哪些。 2．了解一些传感器的工作原理和实际应用。 3．了解传感器的应用模式，能够运用这一模式去理解传感器的实际运用。 4．了解传感器在生活、科技中的运用和发挥的巨大作用。 【要点梳理】 要点一、传感器 1．现代技术中，传感器是指这样一类元件：它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量，或转化为电路的通断。把非电学量转换为电学量以后，就可以很方便地进行测量、传输、处理和控制了。 2．传感器原理 传感器感受的通常是非电学量，如压力、温度、位移、浓度、速度、酸碱度等，而它输出的通常是电学量，如电压值、电流值、电荷量等，这些输出信号是非常微弱的，通常要经过放大后，再送给控制系统产生各种控制动作。传感器原理如下图所示。 3．传感器的分类 常用传感器是利用某些物理、化学或生物效应进行工作的。根据测量目的不同，可将传感器分为物理型、化学型和生物型三类。 物理型传感器是利用被测量物质的某些物理性质（如电阻、电压、电容、磁场等）发生明显变化的特性制成的，如光电传感器、力学传感器等。 化学型传感器是利用能把化学物质的成分、浓度等化学量转换成为电学量的敏感元件制成的。 生物型传感器是利用各种生物或生物物质的特性做成的，用以检测与识别生物体内化学成分的传感器，生物或生物物质主要是指各种酶、微生物、抗体等，分别对应酶传感器、微生物传感器、免疫传感器等等。 要点二、光敏电阻 光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻大小这个电学量，一般随光照的增强电阻值减小。 要点诠释：光敏电阻是用半导体材料制成的，硫化镉在无光时，载流子（导电电荷）极少，导电性能不好，随着光照的增强，载流子增多，导电性能变好。 要点三、热敏电阻和金属热电阻 1．热敏电阻 热敏电阻用半导体材料制成，其电阻值随温度变化明显。如图为某一热敏电阻的电阻—温度特性曲线。
倾角传感器的应用 1、什么是倾角传感器？ 倾角传感器可以用来测量相对于水平面的倾角变化量。理论基础就是牛顿第二定律，根据基本的物理原理，在一个系统内部，速度是无法测量的，但却可以测量其加速度。如果初速度已知，就可以通过积分计算出线速度，进而可以计算出直线位移。所以它其实是运用惯性原理的一种加速度传感器。 2、倾角传感器有哪些类型？ 种类粗分：单轴的和双轴两种。 从工作原理上可分为“固体摆”式、“液体摆”式、“气体摆”三种倾角传感器。 就基于固体摆、液体摆及气体摆原理研制的倾角传感器而言，它们各有所长。在重力场中，固体摆的敏感质量是摆锤质量，液体摆的敏感质量是电解液，而气体摆的敏感质量是气体。 气体是密封腔体内的唯一运动体，它的质量较小，在大冲击或高过载时产生的惯性力也很小，所以具有较强的抗振动或冲击能力。但气体运动控制较为复杂，影响其运动的因素较多，其精度无法达到军用武器系统的要求。 固体摆倾角传感器有明确的摆长和摆心，其机理基本上与加速度传感器相同。在实用中产品类型较多如电磁摆式，其产品测量范围、精度及抗过载能力较高，在武器系统中应用也较为广泛。 液体摆倾角传感器介于两者之间，但系统稳定，在高精度系统中，应用较为广泛，且国内外产品多为此类。 3、倾角传感器有哪些用途？ 倾角传感器用于各种测量角度的应用中。例如，高精度激光仪器水平、工程机械设备调平、远距离测距仪器、高空平台安全保护、定向卫星通讯天线的俯仰角测量、船舶航行姿态测量、盾构顶管应用、大坝检测、地质设备倾斜监测、火炮炮管初射角度测量、雷达车辆平台检测、卫星通讯车姿态检测等等。下面就广泛应用的几个做简略介绍。 l 海事地理 山体滑坡，雪崩——双轴倾角传感器，如NA5200系列倾角传感器配合液位传感器用于山体滑坡或雪崩监测，通过无线传感系统将数据传输到中央控制系统，实时监测山体状态，可以有效减小 山体滑坡带来的损失。
一：填空题（每空1分） 1 1.依据传感器的工作原理，传感器分敏感元件，转换元2 件，测量电路三个部分组成。 3 2.半导体应变计应用较普遍的有体型、薄膜型、扩散型、外延型等。4 3.光电式传感器是将光信号转换为电信号的光敏元件，根据光电效应5 可以分为外光电效应，内光电效应，热释电效应三种。 6 4.光电流与暗电流之差称为光电流。 7 5.光电管的工作点应选在光电流与阳极电压无关的饱和区域内。 8 6.金属丝应变传感器设计过程中为了减少横向效应，可采用直线栅式9 应变计和箔式应变计结构。 10 7.反射式光纤位移传感器在位移-输出曲线的前坡区呈线性关系，在11 后坡区与距离的平方成反比关系。 12 8.根据热敏电阻的三种类型，其中临界温度系数型最适合开关型温13 度传感器。 14 9.画出达林顿光电三极管内部接线方式： U C E 15 10.灵敏度是描述传感器的输出量对输入量敏感程度的特性参数。其定16 义为：传感器输出量的变化值与相应的被测量的变化值之比，用公17 式表示 k（x）=Δy/Δx 。 18 11.线性度是指传感器的输出量与输入量之间是否保持理想线性特19
性的一种度量。按照所依据的基准之线的不同，线性度分为理论线性度、20 端基线性度、独立线性度、最小二乘法线性度等。最常用的是最21 小二乘法线性度。 22 12.根据敏感元件材料的不同，将应变计分为金属式和半导体23 式两大类。 24 13.利用热效应的光电传感器包含光---热、热---电两个阶段的信25 息变换过程。 26 14.应变传感器设计过程中，通常需要考虑温度补偿，温度补偿的方法27 电桥补偿法、计算机补偿法、应变计补偿法、热敏电阻补偿法。 28 15.应变式传感器一般是由电阻应变片和测量电路两部分组成。 29 16.传感器的静态特性有灵敏度、线性度、灵敏度界限、迟滞差和稳30 定性。 31 17.在光照射下，电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效32 应，入射光强改变物质导电率的物理现象称为内光电效应。 33 18.光电管是一个装有光电阴极和阳极的真空玻璃管。 34 19.光电管的频率响应是指一定频率的调制光照射时光电输出的电流随35 频率变化的关系，与其物理结构、工作状态、负载以及入射光波长等因素有36 关。多数光电器件灵敏度与调制频率的关系为Sr（f）=Sr。/(1+4π2f2τ2) 37 20.内光电效应可分为光电导效应和光生伏特效应。 38 21.国家标准GB 7665--87对传感器下的定义是：能够感受规定的被测39 量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和40 转换元件组成。 41
§X6.2传感器的应用实例(一) 班级姓名学号 学习目标： １、知道传感器应用的一般模式. ２、理解电子秤的原理----力传感器的应用. ３、理解话筒的原理----声传感器的应用. ４、理解电熨斗的原理----温度传感器的应用. 5、会设计简单的有关传感器应用的控制电路. 自主学习： 一、力传感器的应用-----电子秤 1.电子秤理有＿＿＿＿＿＿片、电压放大器、模数转换器微处理器和数字显示器等器件.电阻应变片受到力的作用时 ,它的＿＿＿＿会发生变化,把应变片放在合适的电路中,他能够把物体＿＿＿＿这个力学量转换为＿＿＿＿这个电学量,因而电子秤是＿＿＿＿的应用. 2.工作原理:如图6-2-1所示,弹簧钢制成的梁形元件右端固定,在梁的上下表面各贴一个应变片,在梁的自由端施力F,则梁发生弯曲,上表面拉伸,下表面压缩, 上表面应变片的电阻＿＿＿,下表面应变片的电阻变小.F越大, 弯曲形变＿＿＿, 应变片的阻值变化就越大.如果让应变片中通过的电流保持恒定,那 末上面应变片两端的电压变大, 下面应变片两端的电压变小. 传感器 把这两个电压的差值输出.外力越大, 输出的电压差值也就, ＿＿＿ 二、声传感器的应用----话筒 1、话筒是一种常用的＿＿＿＿,其作用是把＿＿＿＿转换成＿＿＿＿. 话筒分为＿＿＿＿,＿＿＿＿,＿＿＿＿等几种. 2、电容式话筒:原理:是绝缘支架,薄金属膜和固定电极形成一个电容器,被直流电源充电.当声波使膜片振动时,电容发生变化,电路中形成变化的电流 ,于是电阻R两端就输出了与声音变化规律相同的电压. 3.驻极体话筒:它的特点是＿＿＿＿,＿＿＿＿,＿＿＿＿,＿＿＿＿.其工作原理同电容式话筒,只是其内部感受声波的是＿＿＿＿. 三、温度传感器的应用-----电熨斗 1.在电熨斗中,装有双金属片温度传感器,其作用是＿＿＿＿,当温度发生变化时, 双金属片的＿＿＿＿不同,从而能控制电路的通断 2.电熨斗的自动控温原理: 常温下,上、下触点是接触的,但温度过高时,由于双金属片受热膨胀系数不同,上部金属膨胀＿＿＿＿,下部金属膨胀＿＿＿,则双金属片向下弯曲,使触点分离,从而切断电源,停止加热.温度降低后, 双金属片恢复原状,重新接通电源,从而保持温度不变.
传感器的应用 高二（11）陈远杰 指导老师： 【关键字】传感器原理应用 【摘要】对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量件并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。 1传感器及其工作原理 1.1什么是传感器 1.1.1传感器的定义 英文名称：transducer / sensor 国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量件并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。 “传感器”在新韦式大词典中定义为： “从一个系统接受功率，通常以另一种形式将功率送到第二个系统中的器件”。 根据这个定义，传感器的作用是将一种能量转换成另一种能量形式，所以不少学者也用“换能器－Transducer”来称谓“传感器－Sensor”。 1.2功能 常将传感器的功能与人类5大感觉器官相比拟： 光敏传感器——视觉 声敏传感器——听觉 气敏传感器——嗅觉 化学传感器——味觉 压敏、温敏、流体传感器——触觉 1.2.1敏感元件的分类： ①物理类，基于力、热、光、电、磁和声等物理效应。 ②化学类，基于化学反应的原理。 ③生物类，基于酶、抗体、和激素等分子识别功能。
通常据其基本感知功能可分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类（还有人曾将敏感元件分46类）。 1.2.2常见的元件 光敏电阻 光敏电阻又称光导管，常用的制作材料为硫化镉，另外还有硒、硫化铝、硫化铅和硫化铋等材料。这些制作材料具有在特定波长的光照射下，其阻值迅速减小的特性。这是由于光照产生的载流子都参与导电，在外加电场的作用下作漂移运动，电子奔向电源的正极，空穴奔向电源的负极，从而使光敏电阻器的阻值迅速下降。 热敏电阻和金属热电阻 除了光照以外，温度也能明显地影响金属导体和半导体材料的导电性能。 金属的电阻率随温度的升高而增大。用金属丝可以制作温度传感器，称为热电阻。常用的一种热电阻是用铂制作的。与金属不同，有些半导体在温度上升时导电能力增强，因此可以用半导体材料制作热敏电阻。有一种热敏电阻是用氧化锰等金属氧化物烧结而成的，它的电阻随温度的变化非常明显。与热敏电阻相比，金属热电阻的化学稳定性好，测温范围大，但灵敏度较差。 霍尔元件 详见人教版高中物理选修3-2 2传感器的应用 传感器输出的电信号相当微弱，难以带动执行机构去控制动作，因此要把这个电信号放大。如果需要远距离传送，可能还要把它转换成其他电信号一抵御外界干扰。 从传感器获得信号后，可以用指针式电表或液晶板等显示测量的数据；也可以用来驱动继电器或其他元件，来执行诸如打开管道的阀门，开通或关闭电动机等动作；还可以由计算机对获得的数据进行处理，发出更复杂的指令。 2.1 常见传感器的应用 2.1.1 力传感器的应用——电子称 我们经常见到的电子称，小的用来称量食物的重量，大的可以称量汽车、火车的重量。它所使用的测力装置是力传感器。常用的一种力传感器是由金属梁
3.1.1电阻式传感器的工作原理 应变：物体在外部压力或拉力作用下发生形变的现象 弹性应变：当外力去除后，物体能够完全恢复其尺寸和形状的应变 弹性元件：具有弹性应变特性的物体 3.1.3电阻应变式传感器 电阻应变式传感器利用电阻应变片将应变转换为电阻值变化的传感器。 工作原理：当被测物理量作用于弹性元件上，弹性元件在力、力矩或压力等的作用下发生变形，产生相应的应变或位移，然后传递给与之相连的应变片，引起应变片的电阻值变化，通过测量电路变成电量输出。输出的电量大小反映被测量的大小。 结构：应变式传感器由弹性元件上粘贴电阻应变片构成。 应用：广泛用于力、力矩、压力、加速度、重量等参数的测量。 1．电阻应变效应 电阻应变片的工作原理是基于应变效应，即导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械变形时，其电阻值相应发生变化，这种现象称为“应变效应”。 2．电阻应变片的结构 基片 b l 电阻丝式敏感栅 金属电阻应变片的结构 4．电阻应变式传感器的应用 （1）应变式力传感器 被测物理量：荷重或力 主要用途：作为各种电子称与材料试验机的测力元件、发动机的推力测试、水坝坝体承载状况监测等。 力传感器的弹性元件：柱式、筒式、环式、悬臂式等 （2）应变式压力传感器 主要用来测量流动介质的动态或静态压力 应变片压力传感器大多采用膜片式或筒式弹性元件。 （3）应变式容器内液体重量传感器 感压膜感受上面液体的压力。 （4）应变式加速度传感器 用于物体加速度的测量。 依据：a=F/m。 3.2电容式传感器 3.2.1电容式传感器的工作原理
由绝缘介质分开的两个平行金属板组成的平板电容器，如果不考虑边缘效应，其电容量为 当被测参数变化使得S 、d 或ε发生变化时，电容量C 也随之变化。 如果保持其中两个参数不变，而仅改变其中一个参数，就可把该参数的变化转换为电容量的变化，通过测量电路就可转换为电量输出。 电容式传感器可分为变极距型、变面积型和变介电常数型三种。 1．变间隙型电容传感器 此时电容C 变为： 式中：εg —云母的相对介电常数，εg=7； ε0—空气的介电常数，ε0=1； d 0—空气隙厚度； d g —云母片的厚度。 放置云母片的电容器 云 2．变面积式电容传感器 被测量通过动极板移动引起两极板有效覆盖面积S 改变，从而得到电容量的变化。当动极板相对于定极板沿长度方向平移Δx 时，则电容变化量为 式中C 0=ε0εr ba /d 为初始电容。电容相对变化量为 3．变介质式电容式传感器 d S C ε=A εr d 0εεεd d S C g g +=εg d d ε000r x b C C C d εε???=-=a x C C ?=?0
《无线传感器网络》教学大纲 课程名称：无线传感器网络 学时/学分：40/2.5 先修课程：模拟电路、计算机网络、通信原理、操作系统、微机原理及接口技术、C 程序设计语言 适用专业：物联网工程 是否含课内实验：■是□否（若选择“是”，则还需填写实验教学大纲） 一、课程性质与任务（要求学生完成的任务等） 本课程旨在全面系统地阐述当前各种主流的无线传感网络的基本原理，结合多种无线传感网络开发平台，深入浅出地讲解无线传感网络的基本技术。在讲授内容上，力求反映国内外该方向技术的最新进展，在讲述方法上，注重理论与实际、原理与应用相结合，无线传感网络是现代通信产业中发展最为活跃的行业之一。本课程介绍无线传感网络的系统构成、网络技术、协议、开发平台和应用，学生通过学习本课程应该达到以下目标： 1.熟练掌握有关无线传感网络的基本概念、基本理论以及基本的分析设计方法； 2.较好掌握有关各种无线传感网络的支撑技术，操作系统及开发平台； 3.了解无线传感器网络的组网、通信技术，掌握路由协议、网络协议的技术标准等； 4.掌握在ZigBee环境下的无线传感器组网的实际开发案例； 4.进一步了解无线传感网络的最新的发展应用，如海量存贮、异类传感器网络技术。 二、课程教学内容（要求学生掌握的内容，突出重难点等） 三、课程基本要求 （一）教学内容 第1章无线传感器网络概述 无线传感器网络的基本概念、无线传感器网络的特点、无线传感器网络的工作原理、无线传感器网络的应用 第2章微型传感器的基本知识 常见传感器介绍，传感器的特性和选型，微型传感器的应用 第3章无线传感器网络软/硬件设计
无线传感器网络节点硬件设计，传感节点（网关和汇聚节点设计、典型节点），无线传感器网络节点软件技术，（软件架构、中间件、操作系统），无线传感器网络实验技术平台 第4章无线传感器网络结构、覆盖 无线传感器网络结构，(平面结构，层次结构、混合结构)，无线传感器网络覆盖，覆盖基本概念，覆盖模型，覆盖指标，覆盖算法 第5章无线传感器网络的支撑技术 时间同步技术，（时间同步的基本概念、同步信息传输延时分析、同步算法、同步模型参数的估计），定位技术，（源定位算法、节点自定位、匹配定位、典型定位系统实例），数据融合（分类、主要方法、多数据融合网关的设计），能量管理（节能的方法、节点的能量管理），容错技术（故障模型、检测、修复） 第6章无线传感器网络通信与网络技术 物理层，数据链路层，(基于竞争的MAC协议、基于调度的MAC协议) 第7章无线传感器网络协议标准 技术标准的意义， IEEE1451系列标准， IEEE802.15.4标准， ZigBee协议标准，Bluetooth， UWB 第8章无线传感器网络的路由协议 路由协议的分类，平面路由协议(几个典型的平面路由协议、平面路由协议和分簇路由协议比较)，无线传感器网络分簇路由协议，(分簇路由协议的网络结构、分簇网络中节点能耗分析、分簇路由协议的性能评价、几个典型的分簇路由协议) 第9章ZigBee实践开发技术 ZigBee硬件平台(CC2430/CC2530概述、2CC2430/CC2530芯片主要特点、3CC2430/CC2431芯片功能结构、CC2430与8051的相联)， CC2430开发环境IAR（软件安装、使用、实例运行），开发实践——环境监测(系统总体方案、系统试验平台搭建、系统联调与实现)，基于ZigBee协议栈进行开发(协议栈架构简介、15.2ZigBee协议栈的开发接口API、ZigBee Device Profile API、外围部件的操作) 第10章无线传感器网络信息协同处理技术 协同感知方法(协同感知理论基础、同构协同感知、异构协同感知、协同感知算法案例、面向WSN的协同感知体系架构)，海量数据处理技术(基于海量数据的协同网络架构、海量数据的存储与管理、海量数据的知识获取)
传感器 传感器在生活中的应用之十大实例及应用： 1.楼梯走道：电灯的触摸开关。功能：使在人手或是其他的导电物 体的接触下方能通电（这是我自己想的，不知事实是否如此。），此举为节约能源做出巨大贡献。 2.电饭锅：功能：到达沸腾温度（居里点）即停止加热。在某种材 料的硬件支持下，使得具有这种功能，才使得人类做出伟大的进步！ 3.电子天平：功能：无需复杂操作，就能很快称出物体的质量，而 且一般来说很精确。这是因为在电子称下安装压力传感器再加上一些电子系统，使得能又快又好的称出质量，一切都得益于传感器的发展。 4.电子温度计：功能：简单快捷精确测量人体体温。在电子温度计 内部加入红外传感器，由于人体在不同温度下发射红外线的强度等因素皆有不同，利用此特点即可使用红外传感器。 5.mp4上的触摸键：功能：无需原来的机械按压，即可进行操作，使 机身的寿命更长久，尤其是“按键”更是长久！原理暂时还不是很清楚，不过可想而知应该是传感器的功劳！ 6.手机的触摸屏：功能：分好几种，有的是点触摸，有的是面触摸， 不尽相同，不过原理应该是差不多，只是硬件材料上的支持有所不同，所以出现不同的操作方式，不过说回来还是传感器在发挥
作用。 7.电熨斗：功能：熨烫衣物，使衣物保持整洁。不过在加热中有一 个问题需要解决，那就是加热温度的问题，所以另一种温度传感器应运而生，在达到一定温度时，就会出现断电使温度保持在一定的范围内，此举与电饭锅有异曲同工之妙！ 8.汽车称重：功能：在渡口为汽车称重，既是用上此种传感器，压 力传感器使得即使是很重的物体也能在短时间内准确称出，此为大型的压力应变片的应用。 9.自动门：功能：在一些重要场合就会有自动门的身影，当人靠近 时就会自动根据情况开关门。这些门上应该是会安装上人体传感器，当有人靠近时，就会有情况发生，所以会自动开门，当然这也是结合了若干电子系统的成果。 10.厕所小便池：功能：当人靠近时就会现有一股水流出现，当人离 开时就会第二次冲水，此举为厕所的节水以及洁净做出了巨大贡献，应该是结合光电传感器以及电子系统的成果。 综上：我们可以发现，每一种先进元件在进行应用时，都应该要结合以电子系统，才能发挥作用。
2-4、现有栅长为3mm 和5mm 两种丝式应变计，其横向效应系数分别为5%和3%，欲用来测量泊松比μ=的铝合金构件在单向应力状态下的应力分布(其应力分布梯度较大)。试问：应选用哪一种应变计为什么 答：应选用栅长为5mm 的应变计。由公式ρρ εμd R dR x + +=)21(和[]x m x K C R dR εεμμ=-++=)21()21(知应力大小是通过测量 应变片电阻的变化率来实现的。电阻的变化率主要由受力后金属丝几何尺寸变化所致部分（相对较大）加上电阻率随应变而变的部分（相对较小）。一般金属μ≈，因此(1+2μ)≈；后部分为电阻率随应变而变的部分。以康铜为例，C ≈1，C(1-2μ)≈，所以此时K0=Km ≈。显然，金属丝材的应变电阻效应以结构尺寸变化为主。从结构尺寸看，栅长为5mm 的丝式应变计比栅长为3mm 的应变计在相同力的作用下，引起的电阻变化大。 2-5、现选用丝栅长10mm 的应变计检测弹性模量E=2×1011N/m 2、密度ρ=cm 3的钢构件承受谐振力作用下的应变，要求测量精度不低于%。试确定构件的最大应变频率限。 答：机械应变波是以相同于声波的形式和速度在材料中传播的。当它依次通过一定厚度的基底、胶层(两者都很薄，可忽略不计)和栅长l 而 为应变计所响应时，就会有时间的迟后。应变计的这种响应迟后对动态(高频)应变测量，尤会产生误差。由][]e l v f e l l 66max max ππλ<= <或式中v 为声波在钢 构件中传播的速度； 又知道声波在该钢构件中的传播速度为： kg m m N E 336211108.710/102--????= = ρ ν; s m kg s m Kg /10585.18.7/8.91024228?=???=； 可算得kHz m s m e l v f 112%5.061010/10585.1||63 4max =???= = -π 。 2-6、为什么常用等强度悬臂梁作为应变式传感器的力敏元件 现用一等强度梁：有效长l =150mm ，固支处宽b=18mm ，厚h=5mm ，弹性模量E=2×105N/mm 2，贴上4片等阻值、K=2的电阻应变计，并接入四等臂差动电桥构成称重传感器。试问： 1)悬臂梁上如何布片又如何接桥为什么 2)当输入电压为3V ，有输出电压为2mV 时的称重量为多少 答：当力F 作用在弹性臂梁自由端时，悬臂梁产生变形，在梁的上、下表面对称位置上应变大小相当，极性相反，若分别粘贴应变片R 1 、 R 4 和R 2 、R 3 ，并接成差动电桥，则电桥输出电压U o 与力F 成正比。等强度悬臂梁的应变E h b Fl x 206= ε不随应变片粘贴位置变化。 1）、悬臂梁上布片如图2-20a 所示。接桥方式如图2-20b 所示。这样当梁上受力时，R1、R4受拉伸力作用，阻值增大，R2、R3受压，阻值减小，使差动输出电压成倍变化。可提高灵敏度。 2）、当输入电压为3V ，有输出电压为2mV 时的称重量为： 计算如下： 由公式： o i i x i o U KlU E bh F E h b Fl K U K U U 66220=?==ε代入各参数算F =； 1牛顿=千克力；所以，F=。此处注意：F=m*g ；即力=质量*重力加速度；1N=1Kg*s 2.力的单位是牛顿（N ）和质量的单位是Kg ；所以称得的重量应该是。 ; 2-7、何谓压阻效应扩散硅压阻式传感器与贴片型电阻应变式传感器相比有什么优点，有什么缺点如何克服 答：“压阻效应”是指半导体材料（锗和硅）的电阻率随作用应力的变化而变化的现象。 优点是尺寸、横向效应、机械滞后都很小，灵敏系数极大，因而输出也大，可以不需放大器直接与记录仪器连接，使得测量系统简化。 缺点是电阻值和灵敏系数随温度稳定性差，测量较大应变时非线性严重；灵敏系数随受拉或压而变，且分散度大，一般在(3-5)%之间，因而使得测量结果有(±3-5)%的误差。 压阻式传感器广泛采用全等臂差动桥路来提高输出灵敏度，又部分地消除阻值随温度而变化的影响。 2-8 、一应变片的电阻R=120Ω，k=，用作应变片为800μm/m 的传感元件。