摘要
随着汽车的普及，汽车行驶安全愈来愈受到重视，而轮胎压力异常是危及汽车行驶安全的重要因素之一。因此，实时监测汽车轮胎压力有着重要的意义。并通过无线数据传输方式将压力信息传输至监视终端，实现了实时监测汽车轮胎压力的功能，对汽车行驶安全起到了重要的作用。系统硬件由中央接收处理模块和胎压测量发射模块两部分组成。中央接收处理模块以ARM7微控制器LPC2103为核心，外扩无线接收电路，LCD显示屏和胎压测量模块由MPXY8300传感器及PCB 天线构成。软件设计了串口驱动、SPI驱动、定驱动和LCD驱动，实现了无线数据发送和数据接收的功能。在完成软、硬件设计的基础上，分别对微控制器模块、串口模块、显示模块和无线收发模块调试后，结果表明系统运行正常。
关键词：TPMS MPXY8300 MC33696 ARM PCB天线
前言
基于目前国内外TPMS的发展状况，本文设计一种直接式的汽车轮胎压力监测系统(简称胎压监测系统)，主要从硬件和软件两部分进行设计，具体内容如下：硬件设计给出了汽车轮胎压力监测系统的硬件设计总体方案，包括胎压测量发射模块的设计和中央接收处理模块的设计。胎压测量发射模块采用胎压传感器来采集轮胎当前的压力、温度和加速度，在芯片内部编码和调制后，通过无线方式把压力温度等信息发送给中央接收处理模块。中央接收处理模块由微控制器模块、无线收发模块、显示屏模块以及PCB天线构成。其中，微控制器模块包括微控制器LPC2103、时钟电路、电源管理电路、复位电路、调试接口电路和RS-232串口电路。无线收发模块由无线收发器MC33696及外围电路、信号调理模块构成。中央接收处理模块通过天线，接收胎压测量发射模块发送的无线信号，无线信号经过信号调理模块后，由无线收发器对其解调解码后，送给微控制器进行处理，最终显示在显示屏上。在硬件设计过程中，对无线收发器模块中的信号调理电路进行仿真，为硬件设计提供依据。
软件设计在硬件设计的基础上，分别对胎压测量发射模块和中央接收处理模块进行程序编写。胎压测量发射模块调用MPXY8300芯片的固件函数来编写发送程序，程序实现每隔2s更新并发送～帧胎压信息数据；中央接收处理模块编写了串口、显示屏和SPI接口的初始化程序，MC33696的驱动程序，显示屏显示数据程序，在这些基础上设计了整体的接收显示程序。
1.绪论
1.1课题研究背景及意义
随着汽车的普及，汽车交通事故频繁发生，而汽车轮胎压力异常是危及汽车行驶安全的重要因素之一，愈发受到重视。据2002年美国汽车工程师学会调查，全美平均每年有26万起交通事故是由于轮胎气压低或渗漏造成的[1]。同样，据我国公安部统计，国内高速公路70％的意外交通事故是由爆胎引起的，而时速在160公里以上发生爆胎的死亡率接近100％[2]。由此可见，轮胎故障，尤其是轮胎压力异常，是导致交通事故频发的重要原因。
早在2000年11月1日，美国总统克林顿签署批准了美国国会关于修改联邦运输法的提案，联邦法案要求2003年以后出产的所有新车都需将轮胎压力监测系统作为标准配置；2006年11月1日起所有需要行驶在高速公路上的汽车都需配置轮胎压力监测系统[3]。在该提案的推动下，汽车轮胎压力监测系统开始受到关注。
汽车轮胎压力监测系统（TPMS：Tire Pressure Monitoring System），主要用于在汽车行驶过程中，实时监测轮胎内的压力和温度，对因轮胎漏气而导致的气压异常进行报警，以保障行驶安全[4]。TPMS属于事前主动型安保范畴，不同于事后被动型安保的安全气囊和防抱死制动系统（ABS），一旦轮胎出现故障的征兆，驾驶员就能根据警示采取相应的措施，避免事故的发生。TPMS不仅能保障驾驶员的安全，还能减少因轮胎气压异常而产生的燃油消耗，避免车辆部件与轮胎不正常的磨损，从而延长轮胎的使用寿命[5]。汽车轮胎压力监测系统发展至今，已与汽车安全气囊、ABS成为汽车的三大安全系统，并被大众所重视。
本课题以此为背景，研究并设计一种直接式汽车轮胎压力监测系统，通过胎压测量发射模块测量和发送轮胎压力、温度等信息，利用中央接收处理模块接收数据信号并进行相应的数据处理，最终把胎压信息和低压高压警示显示在显示屏上，对保证驾驶员行车过程中的安全起到重要作用。
1.2 TPMS发展状况
TPMS发展至今，主要分为两种类型：一种是间接式TPMS（Wheel．Spe BasedTPMS，简称WSB），这种系统通过汽车ABS的轮速传感器来比较轮胎之间的轮速差别，来达到监视胎压的目的。另一种是直接式TPMS（Pressure-Sensor Based TPMS，简称PSS），这种系统利用安装在轮胎里的压力传感器来直接测量轮胎的气压，并通过无线调制发射到安装在驾驶台的监视器上，监视器实时显示轮胎气压，当轮胎气压太低或有渗漏时，系统就会自动报警。
国外TPMS研究主要集中在北美、日本和欧洲地区，起步相对较早，加上政
策支持，已诞生了相对成熟的产品。国外主要的生产厂商有加拿大斯马轮胎设备公司、固特异轮胎橡胶公司、米其林集团公司、日本横滨公司等[7]。到目前为止，国外已有许多车型都安装了TPMS。1997年，通用汽车公司开始使用间接式TPMS；2000年5月，TPMS在美国上市。许多欧洲的汽车厂商也已将直接式TPMS配装于自己的中高档车型之中。
国内方面，由于经济水平落后，安全观念缺乏，且缺少政策支持，TPMS发展较国外相对滞后。但是着眼于TPMS的发展趋势，国内一些高校，例如吉林大学、浙江大学、郑州大学等，已有学者对直接型TPMS进行理论研究，提出了一系列方案。此外，国内生产TPMS产品的企业也逐渐增多，但是，这些企业研发和生产水平低下，工艺相对落后，产品的功能、质量与世界一流企业相比存在着明显的差距。因此，迫切需要制定TPMS国家标准，加大政策支持力度，为国内TPMS的发展提供强劲动力，从而构建更为安全的交通环境。
2 胎压监测系统方案设计
本章为胎压监测系统的方案设计，分别从设计需求分析、总体结构设计、核心器件选型和数据通信方式选择四个方面进行阐述。
2 胎压监测系统方案设计
2.1设计需求分析
TPMS作为汽车上应用的产品，关系到安全问题，在设计之初，根据实际情况进行以下的需求分析。
TPMS测量轮胎压力，最终目的是让驾驶员了解胎压状况，因此，系统需由两个模块组成：用于测量汽车轮胎压力的模块(胎压测量发射模块)和告知驾驶员胎压信息的模块(中央接收处理模块)。
小汽车的轮胎压力在210KPa左右[8]，但由于汽车型号和负载的缘故，会导致胎压有所浮动，但是超过280KPa或低于180KPa时，胎压就处于异常的状态。
TPMS在工作环境适应方面要求比较严格，特别是胎压测量发射模块，在任何天气且高速运行的状态下，都应能正常工作，且可以适应较宽的温度范围。此外，胎压测量发射模块要装在轮胎轮毂上，体积不能过大，太大会给轮胎安装、拆卸造成很大的困难。此外，胎压测量发射模块的重量要轻，否则会对轮胎的动态平衡产生影响。TPMS以无线方式通信，要考虑信号可靠性问题。胎压测量发射模块安装在轮毂上，且有多个，发射信号容易受到干扰和造成冲突。中央接收处理模块放入车内，车体相当于一个屏蔽盒，会减弱信号。选择合理的器件并正确设计无线收发电路，对保证信号传输可靠性至关重要。
TPMS 的使用寿命一般较长，如果依靠增加电池容量来维持工作时间，会增加胎压测量发射模块的体积和重量。降低硬件电路的设计功耗，才是更为可行的方法之一。综上所述，TPMS 的设计要求包括以下几个方面：
1．压力测量范围：100KPa-50KPa 。高压报警：≥280KPa ；低压报警：≤180KPa ；
2．温度测量范围：-40℃-125℃；
3．胎压测量发射模块设计要小型化，功耗要低；
4．无线接收处理模块接收灵敏度高，能有效接收无线信号；
5．显示轮胎压力数据信息，具有低压和高压警示功能。
2.2系统总体结构设计
本文设计的直接式胎压监测系统，由胎压测量发射模块和中央接收处理模块组成。
中央接收处理模块安装在驾驶室内，方便驾驶员观察当前汽车轮胎压力信息。四个胎压测量发射模块安装在汽车的四个轮胎轮毂中。胎压测量发射模块的
安装方式如图2.1所示。
图2.1胎压测量发射模块安装图
胎压监测系统总体安装示意如图2.2所示。
图2.2胎压监测系统总体安装示意图
其中，胎压测量发射模块主要由传感器芯片、外围电路和天线构成，测量轮胎压力和温度，并将ID 号、压力、温度等信息组帧后经曼彻斯特编码送到RF 发射电路，最后由RF 电路将数据调制后通过天线发射给中央接收处理模块。
中央接收处理模块由微控制器模块、无线收发模块、显示屏及天线组成，
该
胎压测量发射模块 车轮内缘 车轮外缘 胎压测量发射模块 胎压测量发射模块
胎压测量发射
模块 胎压测量发射模块 中央接受块 无线信号 无线信号
模块通过天线和收发器接收无线信号，解调解码后由微控制器进行分析处理，最后将数据显示到显示屏上。
胎压监测系统工作原理如图2.3所示。
图2.3胎压监测系统工作原理框图
2.3核心器件选型
从胎压监测系统的总体结构可以看出，整个系统中核心器件有胎压传感器、无线收发器和微控制器。核心器件的选择是系统构建的首要步骤，根据2.1节设计需求分析，三个核心器件的选型情况如下。
2.3.1胎压传感器选型
胎压测量发射模块是基于胎压传感器来测量轮胎压力、温度等信息的，所以要选择合适的传感器。目前，在已有的TPMS 设计方案中，使用的胎压测量传感器主要有Freescale 的MPXY8020、英飞凌公司的SPl2以及GE 公司的NPX 。由于胎压测量发射模块安装在轮胎轮毂中，所以设计时要考虑小型化和低功耗两方面的问题。一般的胎压测量发射模块由传感器模块、微控制器、射频模块、电源和天线构成。
MPXY8020芯片只集成了压力传感器和温度传感器，外围需增加额外的唤醒器件才能实现省电的功能，因而成本和体积也会随之增加。NPX 和SPl2芯片在集成了压力和温度传感器的基础上，添加了加速度传感器和电压检测，更加有利于电源管理。这两种传感器内部虽然含有微控制器，但是没有RF 模块[9]
。随着TPMS 产品市场的发展，产生了新一代的胎压传感器MPXY8300。通过这三种芯片的对比，以及对MPXY83能的分析，本文选用Freescale 的MPXY8300作为胎压测量发射模块的胎压传感器。
MPXY8300是飞思卡尔推出的电容式胎压传感器，面向超低功耗和精确感应的汽车轮胎压力监测系统。MPXY8300芯片内部包含微控制器、射频发射器件、压力传感器件、温度传感器件以及Z 轴X 轴加速度传感器件，它为每个小器件都使用了最佳的处理技术[10]。MPXY8300芯片结构如图2．5所示。 微控制器
微控制器
射额
电路
压力传感器
无线收发器 显示屏 射额电路 天线 天线
这个高度集成的MPXY8300系统可以安装应用在车轮上，它通过把TPMS必要的数字、模拟和传感器功能结合到一个紧凑的封装内，不仅能帮助汽车工程师减少开发周期、组件数量和系统成本，还能够为汽车应用提供各种高性能的模拟、电源管理、压力、温度和加速度传感器，以及RF器件[11]。MPXY8300具有以下的系统特性：
1．高度集成的系统封装设备；
2．压力传感器、温度传感器、Z轴和X轴加速度传感器；
3．8位微控制器、512KB的RAM、8KB的FLASH、32字节参数寄存器
4．内部315／434MHz的RF发射器，外部晶体振荡器，可编程数据波特率发生器；
5．ASK和FSK调制功能，曼彻斯特或双相位数据编码，128位RF数据缓冲器；。
6．4个GPIO管脚，带有可选的上拉／下拉和唤醒中断；
7．LFO驱动的实时中断，带有8、16、32、64、128、256和512ms的内部中断；
8．LFO驱动的低功耗唤醒定时器和周期复位；
9．2通道通用定时器；
10．-40℃-+125℃的温度工作范围。
3 胎压监测系统硬件设计
本章介绍胎压监测系统的硬件设计，根据胎压监测系统总体结构，本章分为两个部分，分别介绍胎压测量发射模块和中央接收处理模块的硬件设计。
3.1胎压测量发射模块硬件设计
3.1.1胎压测量发射模块结构设计
在第二章2．3小节核心器件选型中，选择MPXY8300作为胎压测量发射模块的胎压传感器。由于MPXY8300集传感器和微控制器于一体，因此，本文设计的胎压测量发射模块由胎压传感器MPXY8300芯片及其外围电路、PCB 天线构成，如图3．1所示，其中MPXY8300外围电路主要由电源、晶振和仿真器接口组成；采用Semi ．Loop 天线作压测量发射模块的天线；仿真器接口用于调试软件。
图3．1胎压测量发射模块结构图
3.1.2胎压测量发射模块天线设计
MPXY8300集成了传感器、微控制器和射频模块，能够测量胎压等信息，还需设计天线，以使胎压测量发射模块能够通过无线方式将数据传送给中央接收处理模块。天线的设计直接影响到TPMS 通信的距离、稳定性和可靠性，因此对于天线的设计需要慎重考虑。目前，天线主要有PCB 天线、芯片天线和外接天线三种，各自的优缺点列在表3.1中。
表3．1天线类型及其优缺点
天线类型
优点 缺点 PCB 天线
成本低，尺寸小 设计难度大 芯片天线
尺寸小 性能中等，成本中等 外接天线 性能好 成本高
由于胎压测量发射模块安装位置的特殊性，决定了所需设计天线的类型。本论文选择成本低、尺寸小的PCB 天线。PCB 天线根据形状和大小的不同，其性能也不同，可以分为全向天线和定向天线。全向天线在360。方向上都均匀辐射，应用距离近。而定向天线在360°方向上的辐射有差异，表现为一定角度的范围辐射，通信距离远。由于胎压测量发射模块安装在轮胎轮毂上，会随着轮胎转动而转动，为了胎压测量发射模块在任何时候发送到中央接收处理模块上的信号都
胎压测量发射模块 晶振、电源仿真器接口 MPXY8300 PCB 天线
能够有足够的强度，保证两模块之间能稳定通信，需将该模块的天线设计成全向天线。
常用的PCB 天线有“倒L 形”、“倒F 形”等，这些天线性能优越、工作稳定、无需额外调谐元件。但由于本系统工作在434MHz 的频率上，相对来说，这个工作频率较低，波长较长，用“倒L 形”、“倒F 形”等天线的话会使得天线尺寸过丈而无法安装使用。屋终选择Semi-Loop 作为发射天线，这种天线具有尺寸小(长度必须小于四分之一波长)、频点稳定、适合应用于手持设备等优点。Semi —Loop 天线幽3．3Semi-Loop 无线设计示意恻天线设计绕转PCB 边缘一圈．为非闭合型单端天线。
3.2中央接收处理模块硬件设计
3.2.1中央接收处理模块结构设计
中央接收处理模块主要由以下模块组成：微控制器模块、无线收发模块、天线模块和显示屏模块。其中，微控制器模块包括微控制器LPC2103、时钟电路、电源管理电路、复位电路、调试接口电路和RS.232串口电路。无线收发模块由无线收发器MC33696及外围电路、信号调理模块构成。天线模块为PCB 天线，接收来自胎压测量发射模块发送的无线信号；信号调理模块对无线信号进行调理，利于收发器接收；收发器接收到数据后，通过SPI 接口传给微控制器处理，最终微控制器把胎压数据显示在显示屏上。中央接收处理模块总体结构如图 3.5所示。
图3.5中央接收处理模块结构图 微控制器模块
时钟电路 电源管理
模块 调试接口
电路
RS-232串
口电路
微控制器
（LPC2103） 复位电路 无线收发器MC33696 显示屏模块 天线模块（PCB 天线）
信号调理模块（包括SAW 、LNA 、PA 电路）
3.2.2微控制器模块电路设计
微控制器模块包括时钟电路、电源管理电路、复位电路、调试接口电路和RS-232串口电路，以下分别说明各电路的设计。
(1)时钟电路：程序在LPC2103上有序运行需要时间基准，而时钟电路就是用来提供这个时间基准的，因此时钟电路的搭建是整个微控制器电路设计的基础。LPC2103的振荡器可工作在两种模式下：从属模式和振荡模式，在本设计中，选择振荡模式。由于LPC2103板上振荡器电路支持1MHz～25MHz的外部晶振，所以选择最常用的11.0592MHz的晶振。其中，X1是振荡器和内部时钟发生器电路的输入，X2是振荡器的输出，Y1是外部晶体振荡器。
(2)电源管理电路：电源管理电路是嵌入式系统不可或缺的一部分，它为整个系统正常工作提供稳定充足的能量。本文设计的胎压监测系统中，SYBl2864C 显示屏需要5V电源；LPC2103的I／O端口和模拟端口、MC33696和SP3232等需LPC2103的内核电源需要1.8V。据此，系统需要三个电压等级：5V、3.3V和1.8择5V的外部电源作为总电源供给，通过电压转换电路把5V转成3.3V和1.8V。5V电压转换到3.3V和1.8V可以通过开关稳压器或线性稳压器来实现。
4 胎压监测系统软件设计
胎压监测系统软件设计主要涉及到两个方面：胎压测量发射模块的软件设计和中央接收处理模块的软件设计。前者主要是调用MPXY8300固件函数编写程序，实现测量胎压信息和定时发送胎压信息的功能；后者负责达到显示胎压信息和警报的目的，其中涉及到MC33696的配置以及LPC2103与MC33696通信的软件设计，此外块的软件设计也是关键。
4.1胎压测量发射模块软件设计
这部分的软件设计主要关于MPXY8300芯片的配置，由于MPXY8300是飞设计的集传感器和微控制器于一体的芯片，Freescale CodeWarrior5.0软件提MPXY8300的程序模版，可以方便地对MPXY8300进行编程。所以本CodeWarrior5.0开发工具来进行该部分的软件设计。
4.1.1CodeWarrior5．0开发工具介绍
CodeWarrior5.0是由Freescale公司推出专门针对HC(S)08／R进行优化过的开发软件。MPXY8300芯片属于Freescale HCS08系列的微控制器，在CodeWarrior5.0进行软件设计时可以选择MPXY8300工程模版。Codewa下功能：1．项目管理器：为软件开发人员处理高级别的文件管理，按照主要级别组织项目条目，确定每个构建中特定文件的构建顺序及内容；
2．文本编辑器：支持源代码和其他文本文件的创建和处理。与其他的IDE 功能完全集成；
3．搜索引擎：查找特定的文字串，替换查找到的文字等功能；
4．源码浏览器：保存用于程序的符号数据库，使用符号数据库协助代码浏览等；
5．构建系统：使用编译器从源代码产生可重新定位的目标代码，并使用链接器从目标代码生产最后的可执行图像。Codewarrior5.0的C／C++编译器工具包括业内C／C++语言编译器、标准模块库(STL)及各种其他工具；
6．源级别调试器：提供高性能窗口的源级别调试器，配备最新的高效率增强型图形性能，缩短板的bring．up和应用开发时间；使用符号数据库，提供源级别调试。
4.1.2总体软件设计流程
MPXY8300的测量和发射可采用如下三种方法：
1．不断循环测量并发射（可以软件延时），缺点是芯片一直工作，功耗较大。
2．使能LF中断，接收外界唤醒命令并产生LF中断，在中断函数里完成测量和数据无线发射。优点是其工作由外界启动，功耗较小；缺点是需用到额外的无线接收电路，影响系统的EMC性能。
3．使用内部的低功耗唤醒定时器。通过配置MPXY8300，可以让其周期性(时间长度可配置)的重启或进入中断，在主函数里或中断函数里完成测量和数据发射。采用这种方式既能有效减少发射端的功耗，又能不增加系统复杂度，提高EMC性能。本设计选择使能低功耗唤醒定时器，并设计唤醒定时器为重启模式，时间间隔为2s，在主函数里完成测量和发射。MPXY8300上电开始工作，初始化寄存器、定时器，配置射频发送频率等信息，然后测量轮胎压力、温度和加速度信息，并将这些信息以无线信号发射出去，进行一次数据发射的总体流程如图4．1所示。
开始
喂狗
设置系统配置寄存器
设置定时器2s唤醒，唤醒方式为重启
配置射频发射模块
发送射频信号
图4．1胎压测量发射模块流程图
为了节省电源使得系统能持续工作较长时间，设置MPXY8300测量和发射一次无线数据后就进入停止模式。MPXY8300有四种停止模式：
第一，Stopl，大多数电路关包括RAM，以最大限度节省电力，电压调节器处于待机状态；
第二，Stop2，大多数电路关闭，电压调节器处于待机状态，RAM维持在微供电状态；
第三，Stop3，所有内部电路接通，电压调节器处于具有微供电的待机状态；
第四，Stop4，所有内部电路接通，并维持全功能电压调节，以便以最快速度恢复。在这四种停止模式中，Stopl是四种模式中待机功耗最低的，因此软件设计中选择Stopl来使系统降低功耗。
4.2中央接收处理模块软件设计
中央接收处理模块软件设计，实现接收无线数据并对其进行处理的功能。本节的软件设计包括MC33696的底层驱动程序、LPC2103的分析处理函数和显示程序等LPC2103属于ARM7单片机系列，选择ARM集成开发环境ADS(ARM Developer Suite)对其编程。
4.2.1ADS开发环境介绍
汽车轮胎压力监测系统采用的软件开发平台是ARM集成开发环境ADS(ARMDeveloper Suite)，它是ARM公司推出的新一代包含了编辑工具、编译工具和调试工具的一套完整的开发环境，其成熟版本是ADSl．2。ADSl．2支持软件调试及JTAG硬真调试，支持汇编、C和C++源程序，具有编译效率高、系统功能强等特点。
ARM常用开发工具主要有JTAG下载器和硬件仿真器。硬件仿真器的连接方式主要有USB方式、PCI方式和并口方式。产品开发时采用下载器，它与上位机采用并口相连，转成JTAG接口连接到电路板。上位机运行软件与配合即可实现擦除FLASH和烧写FLASH的功能。
4.2.2中央接收处理总体流程
中央接收处理模块软件设计要实现的功能有：各个芯片的初始化、配置收发器MC33696、接收无线信号、无线数据校验和轮胎压力信息显示。整个软件设计定义了一个16位的状态字Status Word ，该状态字存储了接收发送状态、错误标志位等信息，方便后续程序判断。
系统上电运行，首先初始化串口、SPI 接口和LCD 显示屏，然后判断当前MC3369的状态actual —state ，系统处于循环判断中。系统刚上电时初始状态为NOT —INIT 对MC33696进行相应的初始化操作，并将状态更新为RF —WORK ，系统循环再次判actual state ，若处于RF WORK 状态，检查接收缓冲区有无数据，如果有，则接收数据并进行处理。中央接收处理模块的总体工作流程如图 4.3所示。
图4．3中央接收处理流程图
开始
串口初始化SPI 初始
化LCD 显示初始化
判断当前状态为NOT-INIT?
状态为RF-WORK ？ 接收存储区有数据？ 接收、处理数据 初始化MC33696状态设为RF-WORK 状态更新为NOT-INIT Y N N N Y Y
本章在完成硬件和软件设计的基础上，分别进行模块电路调试和系统调试，来验证设计的可行性，并给出最终的调试结果。
5.1模块电路调试
印制电路板焊接完成之后，要进行电路板测试。首先通过万用表电阻档测量电源芯片输出端是否存在短路现象；其次，观察并测量电路板中二极管、三极管以及钽电容的极性，防止接反；然后，分模块进行调试。
5.1.1微控制器模块调试
微控制器是电路板的核心器件，首先要保证其能正常工作。本节从电源管理电路、时钟电路、复位电路对微控制器模块进行调试。
1．首先确保LMlll7.3.3芯片和LMlll7.1.8芯片周围的四个钽电容正负反后，给中央接收处理模块提供5V电源，用万用表测量这两个芯片的输出端Vo。电压，应分别为3.3V和1.8V左右。用示波器观察这两个电源输出端的纹波。纹波太大会导致系统不能正常工作，一般其峰峰值不超过l00mV。本模块电源输出纹波峰峰值在80mV左右，不会影响系统的正常工作。
2．LPC2103使用外部11.0592MHz的晶振，用示波器测量晶振两端，看到显示频率为11.0592M的正弦波，表明晶振已起振。
3．复位电路需要通过小灯闪烁程序来调试。将小灯闪烁的程序下载到电路板上运行，小灯正常闪烁。短接复位电路上的跳线JP2，小灯不亮，断开JP2，小灯重新闪烁，表明复位电路已经起作用。根据LPC2103的手册，除reset复位引脚之外，PO.14对也有影响。系统复位后，管脚P0.14上立即出现的低电平被看作是一个启动ISP命令处理器的外部硬件请求。由于复位后，LPC2103的I／O管脚电平处于不确定状态，为了实现系统可靠复位，需在P0.14引脚上接上拉电阻，以保证该引脚始终保持高电平，防止复位后系统进入ISP状态。
本文以汽车轮胎安全为背景，设计了一种直接式胎压监测系统。该系统由胎压测量发射模块和中央接收处理模块构成。胎压测量发射模块采用集控制器和传感器于体的MPXY8300芯片，来测量轮胎压力、温度等信息，数据在芯片内部经过曼彻斯特编码和FSK调制后，通过PCB天线向中央接收处理模块发送。中央接收处理模块由微控制器模块、无线收发模块、信号调理模块和显示屏模块组成，实现了接收胎压测量发射模块发送的无线信号的功能，并利用MC33696芯片内部的RF电路对无线信号进行解调和解码，然后将解码解调后的数据传送给微控制器LPC2103。LPC2103处理数据后将各胎的压力值显示在显示屏上，使驾驶员随时了解每个轮胎的压力信息，确保行车安全。
本文的工作主要包括以下几点：
1．根据系统所要实现的功能，提出了胎压监测系统的整体结构，并对核心器件进行选型，确定模块间的数据通信方式。
2．在提出系统整体结构和选定核心器件的基础上，进行胎压监测系统的硬件设计，完成了各个模块及天线部分的原理图和PCB设计。
3．设计胎压监测系统的软件程序。胎压测量发射模块软件设计实现了每隔2s发送一帧胎压数据的功能；中央接收处理模块，在完成MC33696驱动程序的基础上，设计了数据接收程序和数据显示程序。
本文设计的胎压监测系统，实现了测量胎压信息并将其显示在显示屏上的功能，进一步的工作可从下面几个方面展开，胎压监测系统的无源化研究。从胎压监测系统的发展趋势来看，无源化是日后需要研究的重要课题。它可以解决因锂电池供电而带来的使用寿命问题。硬件方面，可以优化设计中央接收处理模块的天线，减小天线的尺寸，合理利用电路板资源。此外，本文用显示的方式来提醒驾驶员轮胎压力有异常，以后可设计相应的语音电路，让驾驶员更加快捷方便的了解胎压状况。软件方面，本文设计的程序实现了基本功能，下一步可根据产品需求来完善软件设计。工艺材料方面，本文设计的胎压测量发射模块还未从产品设计方面来考虑，以后可从防水、防盐雾、抗振动、抗冲击、电磁兼容等因素来进行模块的工艺设计
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8.附录
压电式传感器及其应用
火电厂的汽轮发电机组是一个大型的转动机械，其运行的可靠性在很大程度上取决于机组的振动状态。因此，对汽轮发电机组进行振动监控，对防止重大的设备损坏事故有着重要意义。
压电式传感器是用于测量大型转动机械振动的新型传感器，用压电式传感器取代磁电式传感器是汽轮发电机组监控系统的一个新趋势。
压电式传感器是一种典型的自发电式传感器。它以某些电介质的压电效应为基础，在外力作用下，在电介质表面产生电荷，从而实现非电量电测的目的。所谓压电效应就是某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用变形时。内部会产生极化现象，同时在其表面上产生电荷，当外力去掉后，又重新回到不带电的状态。具有压电效应的物质很多，如天然形成的石英晶体、人工制造的压电陶瓷等。
在压电式传感器中，压电片通常是2片或2片以上粘结在一起。由于压电片上的电荷是有极性的，因此有串联和并联两种接法。一般常用的是并联接法。并联接法输出电容是单片电容的2倍，但输出电压等于单片电压，极板上的电荷量为单片电荷量的2倍。压电片在传感器中必须有一定的预紧力。因为这样首先可以保证压电片在受力时始终受压；其次能消除两压电片之间因接触不良而引起的非线性误差，保证输出与输入作用力之间的线性关系。但是，这个预紧力也不能太大。否则将会影响灵敏度。压电式传感器主要用于动态作用力、
压力和加速度的测量。
用于测量汽轮发电机组振动的压电式传感器为压电式加速度传感器，它由压电晶片、质量块、引出电极、基座和壳体等几部分组成。当压电式加速度传感器与被测加速度的机件紧固在一起后，传感器受机件加速度作用，惯性质量块产生惯性力，其方向与加速度方向相反，大小由F=ma决定。此惯性力作用在压电晶片上，产生电荷。电荷由引出极输出，由此将加速度转换为电荷。压电式加速度传感器突出的特点是传感器内无可动部件，且具有使用频带宽、灵敏度高、信噪比高、结构简单、工作可靠、重量轻等优点。由于磁电式传感器在振动测量中存在易操作和长时间工作时性能指标下降等问题，因而可用压电式传感器代替磁电式传感器。
实际应用中，在压电式加速度传感器中增加了一个放大／积分电路。使传感器成为一个振动速度传感器。这个振动速度传感器的性能指标、安装条件等各方面都与磁电式振动速度传感器相兼容。因此，不用改变汽轮发电机组的振动监控系统，就可应用压电式振动速度传感器，这不但提高了汽轮发电机组振动监控系统改造的可行性，而且还降低了运行维护费用。目前，压电式振动速度传感器已成功地应用于200MW汽轮发电机组的振动测量之中，很受生产现场欢迎。
传感器实验报告（二） 自动化1204班蔡华轩 U2 吴昊 U5 实验七： 一、实验目的：了解电容式传感器结构及其特点。 二、基本原理：利用平板电容C=εA/d 和其它结构的关系式通过相应的结 构和测量电路可以选择ε、A、d 中三个参数中，保持二个参数不变，而只改变其中一个参数，则可以有测谷物干燥度(ε变)测微小位移(变d)和测量液位(变A)等多种电容传感器。 三、需用器件与单元：电容传感器、电容传感器实验模板、测微头、相敏 检波、滤波模板、数显单元、直流稳压源。 四、实验步骤： 1、按图6-4 安装示意图将电容传感器装于电容传感器实验模板上。 2、将电容传感器连线插入电容传感器实验模板，实验线路见图7-1。图 7-1 电容传感器位移实验接线图 3、将电容传感器实验模板的输出端V01 与数显表单元Vi 相接(插入主控 箱Vi 孔)，Rw 调节到中间位置。 4、接入±15V 电源，旋动测微头推进电容传感器动极板位置，每间隔 记下位移X 与输出电压值，填入表7-1。
5、根据表7-1 数据计算电容传感器的系统灵敏度S 和非线性误差δf。 图（7-1） 五、思考题： 试设计利用ε的变化测谷物湿度的传感器原理及结构，并叙述一 下在此设计中应考虑哪些因素 答：原理：通过湿度对介电常数的影响从而影响电容的大小通过电压表现出来，建立起电压变化与湿度的关系从而起到湿度传感器的作用；结构：与电容传感器的结构答大体相同不同之处在于电容面板的面积应适当增大使测量灵敏度更好；设计时应考虑的因素还应包括测量误差，温度对测量的影响等
六：实验数据处理 由excle处理后得图线可知：系统灵敏度S= 非线性误差δf=353=% 实验八直流激励时霍尔式传感器位移特性实验 一、实验目的：了解霍尔式传感器原理与应用。 二、基本原理：霍尔式传感器是一种磁敏传感器，基于霍尔效应原理工作。 它将被测量的磁场变化（或以磁场为媒体）转换成电动势输出。 根据霍尔效应，霍尔电势UH=KHIB，当霍尔元件处在梯度磁场中 运动时，它就可以进行位移测量。图8-1 霍尔效应原理
压电式压力传感器原理及应用 解宝存 201120204038摘要： 压电式压力传感器可以用来测量发动机内部燃烧压力的测量与真空度的测量。也可以用于军事工业，例如用它来测量枪炮子弹在膛中击发的一瞬间的膛压的变化和炮口的冲击波压力。它既可以用来测量大的压力，也可以用来测量微小的压力。本文主要讨论压电式压力传感器原理及压电式压力传感器的光纤传输技术应用在内弹道试验研究中的使用。 关键词：压电式传感器压力内弹道试验 压电式压力传感器（piezoelectric type pressure transducer） 1.0 压电效应 某些离子型晶体电介质（如石英、酒石酸钾钠、钛酸钡等）沿着某一个方向受力而发生机械变形(压缩或伸长)时，其内部将发生极化现象，而在其某些表面上会产生电荷。当外力去掉后，它又会重新回到不带电的状态，此现象称为“压电效应”。压电式传感器的原理是基于某些晶体材料的压电效应。 1.1 压电式压力传感器的特点 压电式压力传感器是基于压电效应的传感器。是一种自发电式和机电转换式传感器。它的敏感元件由压电材料制成。压电材料受力后表面产生电荷。此电荷经电荷放大器和测量电路放大和变换阻抗后就成为正比于所受外力的电量输出。压电式压力传感器用于测量力和能变换为力的非电物理量，如压力、加速度等(见压电式压力传感器、加速度计)。压电式压力传感器是利用压电材料的压电效应将被测压力转换为电信号的。由压电材料制成的压电元件受到压力作用时产生的电荷量与作用力之间呈线性关系：Q=kSp 式中 Q为电荷量；k为压电常数；S为作用面积；p为压力。通过测量电荷量可知被测压力大小。 压电式压力传感器的工作原理与压电式加速度传感器和力传感器基本相同，不同的是弹性元件是由膜片等把压力转换成集中力，再传给压电元件。为了保证静态特性及稳定性，通常多采用压电晶片并联。在压电式压力传感器中常用的压电材料有石英晶体和压电陶瓷，其中石英晶体应用得最为广泛。下面是采用石英晶片的膜片式压电压力传感器图。
HEFEI UNIVERSITY 自动检测技术报告 题目压电式传感器的应用与发展 系别 ***级自动化 班级 **班 姓名 ********************** 指导老师***** 完成时间 2011-11-28
前言：压电式传感器是以某些电介质的压电效应为基础，在外力作用下，在电介质的表面上产生电荷，从而实现非电量测量。压电传感元件是力敏感元件，所以它能测量最终能变换为力的那些物理量，例如力、压力、加速度等。压电式传感器具有响应频带宽、灵敏度高、信噪比大、结构简单、工作可靠、重量轻等优点。近年来，由于电子技术的飞速发展，随着与之配套的二次仪表以及低噪声、小电容、高绝缘电阻电缆的出现，使压电传感器的使用更为方便。因此，在工程力学、生物医学、石油勘探、声波测井、电声学等许多技术领域中获得了广泛的应用。本文重点介绍压电式传感器的工作原理，在航空发动机中的应用及发展趋势。 关键字：传感器压电效应测振 正文：压电式传感器的发展及应用压电式传感器是一种自发电式和机电转换式传感器。它的敏感元件由压电材料制成。压电材料受力后表面产生电荷。此电荷经电荷放大器和测量电路放大和变换阻抗后就成为正比于所受外力的电量输出。压电式传感器用于测量力和能变换为力的非电物理量。它的优点是频带宽、灵敏度高、信噪比高、结构简单、工作可靠和重量轻等。缺点是某些压电材料需要防潮措施，而且输出的直流响应差，需要采用高输入阻抗电路或电荷放大器来克服这一缺陷。 压电效应可分为正压电效应和逆压电效应。正压电效应是指：当晶体受到某固定方向外力的作用时,内部就产生电极化现象,同时在某两个表面上产生符号相反的电荷；当外力撤去后，晶体又恢复到不带电的状态；当外力作用方向改变 时，电荷的极性也随之改变；晶体受力所产生的电荷量 与外力的大小成正比。压电式传感器大多是利用正压电 效应制成的。逆压电效应是指对晶体施加交变电场引起 晶体机械变形的现象，又称电致伸缩效应。用逆压电效 应制造的变送器可用于电声和超声工程。压电敏感元件 的受力变形有厚度变形型、长度变形型、体积变形型、 厚度切变型、平面切变型5种基本形式（见图）。压电 晶体是各向异性的，并非所有晶体都能在这5种状态下产生压电效应。例如石英晶体就没有体积变形压电效应，但具有良好的厚度变形和长度变形压电效应。 压电效应是压电传感器的主要工作原理，压电传感器不能用于静态测量，因为经过外力作用后的电荷，只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存。实际的情况不是这样的，所以这决定了压电传感器只能够测量动态的应力。 压电传感器主要应用在加速度、压力和力等的测量中。压电式加速度传感器是一种常用的加速度计。它具有结构简单、体积小、重量轻、使用寿命长等优异的特点。压电式加速度传感器在飞机、汽车、船舶、桥梁和建筑的振动和冲击测量中已经得到了广泛的应用，特别是航空和宇航领域中更有它的特殊地位。压电式传感器也可以用来测量发动机内部燃烧压力的测量与真空度的测量。也可以用于军事工业，例如用它来测量枪炮子弹在膛中击发的一瞬间的膛压的变化和炮口的冲击波压力。它既可以用来测量大的压力，也可以用来测量微小的压力。 压电式传感器也广泛应用在生物医学测量中，比如说心室导管式微音器就是由压电传感器制成的，因为测量动态压力是如此普遍，所以压电传感器的应用就非常广泛。
33传感器原理及应用实验报告 实验人：程昌 09327100 合作人：雷泽雨 09327104 理工学院光信息科学与技术 实验时间：2011年5月20日，5月27日 实验地点：1号台 【实验目的】 1．了解传感器的工作原理。 2，掌握声音、电压等传感器的使用方法。 3．用基于传感器的计算机数据采集系统研究电热丝的加热效率。 【实验仪器】 PASCO公司750传感器接口1台，温度传感器1只，电流传感器1只，电压传感器1只，声音传感器1只，功率放大器1台，电阻1只(1k)，电容1只（非电解电容，参数不限），二极管1只（非稳压二极管，参数不限），导线若干。 【安全注意事项】 1、插拔传感器的时候需沿轴向平稳插拔，禁止上下或左右摇动插头，否则易损坏750接口。 2、严禁将电流传感器（Current sensor）两端口直接接到750接口或功率放大器的信号输出 端，使用时必须串联300欧姆以上的电阻。由于电流传感器的内阻很小，直接接信号输出端则电流很大，极易损坏。 3、测量二极管特性时必须串联电阻，因为二极管的正向导通电压小于1V，不串联电阻则电 流很大，容易烧毁，也易损坏电流传感器。 【原理概述】 传感器(sensor或transducer)有时亦被称为换能器、变换器、变送器或探测器，是指那些对被测的某一物理量、化学量或生物量的信息具有感受与检出功能，并使之按照一定规律转换成与之对应的有用输出信号的元器件或装置。为了与现代电子技术结合在一起，通常都转换为电信号，特别是电压信号，从而将各种理化量的测量简化为统一的电压测量，易于进一步利用计算机实现各种理化量的自动测量、处理和自动控制。现在，传感技术已成为衡量一个国家科学技术发展水平的重要标志之一，与信息技术、计算机技术并称为支撑整个现代信息产业的三大支柱。有关传感器的研究也得到深入而广泛的关注，在中国期刊全文数据库中可检索到超过2万篇题目中包含“传感器”三字的论文。因此，了解并掌握一些有关传感器的基本结构、工作原理及特性的知识是非常重要的。
压电式传感器的应用 一：概述 传感器是指那些对被测对象的某一确定的信息具有感受与检出功能, 并使之按照一定规律转换与之对应有用输出信号的元器件或装置，是新技术革命和信息社会的重要技术基础，是现代科技的开路先锋，美国早在80年代就声称世界已进入传感器时代，日本则把传感器技术列为十大技术之创立。 压电式传感器是典型的有源传感器。当压电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。压电式传感器具有体积小，重量轻，工作频带宽等特点，因此在各种动态力，机械冲击与振动的测量，以及声学，医学，力学，宇航，军事等方面都得到了非常广泛的应用。本文就压电传感器的工作原理和应用做相关介绍。 二：基本原理 压电式传感器的工作原理是基于某些介质材料的压电效应。是一种自发电式和机电转换式传感器，它的敏感元件由压电材料制成。压电材料受力后表面产生电荷。此电荷经电荷放大器和测量电路放大和变换阻抗后就成为正比于所受外力的电量输出。压电式传感器用于测量力和能变换为力的非电物理量。它的优点是频带宽、灵敏度高、信噪比高、结构简单、工作可靠和重量轻等。缺点是某些压电材料需要防潮措施，而且输出的直流响应差，需要采用高输入阻抗电路或电荷放大器来克服这一缺陷。 三：应用原理 压电式传感器的应用原理就是利用压电材料的压电效应这个特性，即当有力作用在压电元件上时，传感器就有电荷输出。由于外力作用在压电材料上产生的电荷只有在无泄漏的情况下才能保存，故需要测量回路具有无限大的输入阻抗，这实际上是不可能的，因此压电式传感器不能用于静态测量。 压电元件作为压电式传感器的核心，在受外力作用时，其受力和变形方式大
传感器原理与应用 实验报告 分校： 班级： 姓名： 学号：
实验一 电阻应变式传感器实验 实验成绩 批阅教师 一． 实验目的 1．熟悉电阻应变式传感器在位移测量中的应用 2．比较单臂电桥、双臂电桥和双差动全桥式电阻应变式传感器的灵敏度 3．比较半导体应变式传感器和金属电阻应变式传感器的灵敏度 4．通过实验熟悉和了解电阻应变式传感器测量电路的组成及工作原理 二．实验内容 1．单臂电桥、双臂电桥和双差动全桥组成的位移测量电路， 2．半导体应变式传感器位移测量电路。 三．实验步骤 1．调零。开启仪器电源，差动放大器增益置100倍（顺时针方向旋到底），“＋、－”输入端用实验线对地短路。输出端接数字电压表，用“调零”电位器调整差动放大器输出电压为零，然后拔掉实验线。调零后电位器位置不要变化。 如需使用毫伏表，则将毫伏表输入端对地短路，调整“调零”电位器，使指针居“零”位。拔掉短路线，指针有偏转是有源指针式电压表输入端悬空时的正常情况。调零后关闭仪器电源。 2．按图（1）将实验部件用实验线连接成测试桥路。桥路中R 1、R 2、R 3、和W D 为电桥中的固定电阻和直流调平衡电位器，R 为应变片（可任选上、下梁中的一片工作片）。直流激励电源为±4V 。 图（1） 测微头装于悬臂梁前端的永久磁钢上，并调节使应变梁处于基本水平状态。 3．接线无误后开启仪器电源，预热数分钟。调整电桥W D 电位器，使测试系统输出为零。 1． 旋动测微头，带动悬臂梁分别作向上和向下的运动，以悬臂梁水平状态下电路输出电压为零起点，向上和向下移动各6mm ，测微头每移动1mm 记录一 ＋
个差动放大器输出电压值，并列表。2．计算各种情况下测量电路的灵敏度S。S＝△U／△x 表1 金属箔式电阻式应变片单臂电桥 表2 金属箔式电阻式应变片双臂电桥 表3 半导体应变片双臂电桥
摘要 (1) 一、引言 (1) 二、压电式传感器原理 (1) 2.1压电传感器所应用的原理 (1) 2.2压电效应的产生 (2) 2.3石英晶体的压电效应 (3) 三、压电传感器在汽车上的应用 (4) 3.1压电式爆震传感器 (4) 3.1.1共振型压电式爆震传感器 (4) 3.1.2非共振型压电式传感器 (5) 3.2碰撞传感器 (6) 3.3压电式加减速传感器 (6) 四、压电式传感器的发展趋势 (7) 参考文献 (7)
压电式传感器及应用 摘要 近年来，由于电子技术的飞速发展，随着与之配套的二次仪表以及低噪声、小电容、高绝缘电阻电缆的出现，使得压电传感器在工程力学、生物医学、石油勘探、声波测井、电声学等许多技术领域中获得了广泛的应用。本文将以压电式传感器的应用与发展为核心，首先对压电效应的原理进行介绍，紧接着是在行业、具体工程方面尤其是在汽车领域的应用以及应用的方法，最后介绍了压电式式传感器未来的发展趋势。 关键字：压电式传感器；压电效应；应用；发展 一、引言 传感器是指那些对被测对象的某一确定的信息具有感受与检出功能, 并使之按照一定规律转换与之对应有用输出信号的元器件或装置，是新技术革命和信息社会的重要技术基础，是现代科技的开路先锋，美国早在80年代就声称世界已进入传感器时代，日本则把传感器技术列为十大技术之创立。 压电式传感器是基于压电效应的传感器。是一种自发电式和机电转换式传感器它的敏感元件由压电材料制成。压电材料受力后表面产生电荷。此电荷经电荷放大器和测量电路放大和变换阻抗后就成为正比于所受外力的电量输出。压电式传感器用于测量力和能变换为力的非电物理量。它的优点是频带宽、灵敏度高、信噪比高、结构简单、工作可靠和重量轻等。缺点是某些压电材料需要防潮措施，而且输出的直流响应差，需要采用高输入阻抗电路或电荷放大器来克服这一缺陷。 二、压电式传感器原理 2.1压电传感器所应用的原理 压电式传感器所采用的是压电效应，即，当沿着一定方向对某些物质加力而使其变形时，
超声波传感器的实验报告 一、超声波传感器的定义： 超声波传感器是将超声波信号转换成其他能量信号（通常是电信号）的传感器。超声波是振动频率高于20KHz的机械波。它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。超声波传感器广泛应用在工业、国防、生物医学等方面。 超声波传感器的原理： 二、超声波传感器按其工作原理，可分为 1、压电式 2、磁致伸缩式 3、电磁式 压电式超声波传感器 压电式超声波传感器是利用压电材料的压电效应原理来工作的。常用的敏感元件材料主要有压电晶体和压电陶瓷。 根据正、逆压电效应的不同，压电式超声波传感器分为发生器（发射探头）和接收器（接收探头）两种，根据结构和使用的波型不同可分为直探头、表面波探头、兰姆波探头、可变角探头、双晶探头、聚焦探头、水浸探头、喷水探头和专用探头等。 压电式超声波发生器是利用逆压电效应的原理将高频电振动转换成高频机械振动，从而产生超声波。当外加交变电压的频率等于压电材料的固有频率时会产生共振，此时产生的超声波最强。压电式超声波传感器可以产生几十千赫到几十兆赫的高频超声波，其声强可达几十瓦每平方厘米。 压电式超声波接收器是利用正压电效应原理进行工作的。当超声波作用到压电晶片上引起晶片伸缩，在晶片的两个表面上便产生极性相反的电荷，这些电荷被转换成电压经放大后送到测量电路，最后记录或显示出来。压电式超声波接收器的结构和超声波发生器基本相同，有时就用同一个传感器兼作发生器和接收器两种用途。 典型的压电式超声波传感器结构主要由压电晶片、吸收块（阻尼块）、保护膜等组成。压电晶片多为圆板形，超声波频率与其厚度成反比。压电晶片的两面镀有银层，作为导电的极板，底面接地，上面接至引出线。为了避免传感器与被测件直接接触而磨损压电晶片，在压电晶片下粘合一层保护膜。吸收块的作用是降低压电晶片的机械品质，吸收超声波的能量。
自动检测换技术 相关知识： 电感式传感器的概述； 电感式传感器的基本工作原理； 电感式传感器的测量转换电路； 典型事例； 电感式传感器的应用领域；
电感式传感器 电感式传感器是一种利用线圈自感或互感的变化来实现测量的一种传感器装置，常用来测量位移、振动、力、应变、流量、加速度等物理量。 电感式传感器是基于电磁感应原理来进行测量的。 电感式传感器的分类 自感型——变磁阻式传感器； 互感型——差动变压器式传感器； 涡流式传感器——自感型和互感型都有； 高频反射式——自感型； 低频透射式——互感型电感式传感器； 电感式传感器的概述： 由铁心和线圈构成的将直线或角位移的变化转换为线圈电感量变化的传感器，又称电感式位移传感器。这种传感器的线圈匝数和材料导磁系数都是一定的，其电感量的变化是由于位移输入量导致线圈磁路的几何尺寸变化而引起的。当把线圈接入测量电路并接通激励电源时，就可获得正比于位移输入量的电压或电流输出。常用电感式传感器有变间隙型、变面积型和螺管插铁型。在实际应用中，这三种传感器多制成差动式，以便提高线性度和减小电磁吸力所造成的附加误差。 为什么电感式传感器，一般采用差动形式？
采用差动式结构：1、可以改善非线性、提高灵敏度，提高了测量的准确性。2、电源电压、频率的波动及温度变化等外界影响也有补偿作用，作用在衔铁上的电磁力，由于是两个线圈磁通产生的电磁力之差，所以对电磁吸力有一定的补偿作用，提高抗干扰性。 目录 1 简介 2 特点 3 种类
电感式传感器- 简介 由铁心和线圈构成的将直线或角位移的变化转换为线圈电感量变化的传感器，又称电感式位移传感器。这种传感器的线圈匝数和材料导磁系数都是一定的，其电感量的变化是由于位移输入量导致线圈磁路的几何尺寸变化而引起的。当把线圈接入测量电路并接通激励电源时，就可获得正比于位移输入量的电压或电流输出。 电感式传感器- 特点 ①无活动触点、可靠度高、寿命长； ②分辨率高； ③灵敏度高； ④线性度高、重复性好； ⑤测量范围宽（测量范围大时分辨率低）； ⑥无输入时有零位输出电压，引起测量误差； ⑦对激励电源的频率和幅值稳定性要求较高； ⑧不适用于高频动态测量。电感式传感器主要用于位移测量和可以转换成位移变化的机械量（如力、张力、压力、压差、加速度、振动、应变、流量、厚度、液位、比重、转矩等）的测量。 电感式传感器- 种类 常用电感式传感器有变间隙型、变面积型和螺管插铁型。在实际应用中，这三种传感器多制成差动式，以便提高线性度和减小电磁吸
压电传感器的应用 摘要：传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。传感器的种类非常广泛，其中压电传感器是基于材料的压电效应而制成的器件，其有较长的发展历史。压电材料的种类由最初的压电晶体发展到压电陶瓷、进而发展到压电聚合物及其复合材料。随着物理学、材料科学与各个学科的交叉发展，压电材料被用以研制成了多种用途的传感器，被广泛应用于工程技术各领域，在测量技术中被用来测量力和加速度。 Abstract:Sensor is the main ways and means to obtain information in the field of natural and production . In modern industrial production, especially automated production process, useing a variety of sensors to monitor and control the production process of various parameters,which enable the device to work in a normal state or the best condition, and to achieve the best quality products. Types of sensors is very broad, of which the piezoelectric sensor is based on the piezoelectric effect devices made of material which has a long history of development. Types of piezoelectric material from the initial development of the piezoelectric ceramic piezoelectric crystal, and thus the development of piezoelectric polymers and their composites. With the development of cross-physics, materials science and various disciplines, piezoelectric materials are used for research into a variety of uses sensors are widely used in various
压电式测力传感器的原理及应用 摘要：伴随着电子工程、机械工程、物理学及生物学的发展和需求，传感器微电子技术也逐步的成熟起来，成为一个独立的，设计生物、物理、化学、材料、工程学等领域的新学科。它也将延伸到我们生活的各行各业、方方面面。由于传感器技术的空前发展，其应用领域也不断深入，人们对这方面知识的需求愈显迫切，各种特性，功能各异的传感器也应运而生，例如生物传感器，红外传感器，压电式传感器……，对于这形色功能各异的传感器我们怎样去认识、熟悉它也是一个需要解决的难题，本文将带领我们进入这个新奇的世界，…… 关键词：微电子技术，传感器，压电式测力传感器 1引言：生活中的声控开关、商场中的智能大门、时下正热的红外遥感技术，对这一切就 时时刻刻发生我们身边和应用到我们生活中的随口拖出的“神秘”东西，对于这些智能的生活用具到底怎样工作的呢？在这之中我们不得不提到一个重要的幕后操纵者——传感器，什么是传感器，传感器的工作原理及其性能是什么，……，本文将通过介绍传感器中的一种压电式传感器带领我们进入这个神秘的世界，并通过实例的解析去认识它 2 传感器的综述 2.1 传感器的专业术语及系统介绍 传感器：（广义）凡能外界信息并按一定规律转换成便于测量和控制的信息的装置；（狭义）只有将外界信息按一定规律转换成电量的装置。 传感器的总特性：主要指传感器以及被测对象和后接仪器组成的测量系统的输入和输出的匹配、传感器的机械特性以及其工作特性。 静态特性：表示传感器在被测量各值处于稳定状态时的输入-输出的关系，其指标是灵敏度、线性度、稳定度迟滞等。 动态特性：指输入随时间变化的特性，它表示传感器对随时间变化的输入量的响应特性。它取决于传感器本身，另外与被测量的形式有关。 传感器的组成：通常，传感器由敏感元件，传感元件和其他辅助件组成，又是也将信号调节与转换电路、辅助电源作为传感器的组成部分。如下图： 敏感元件：直接感受被测量（一般为非电量），并输出与被测量成确定关系的其他量（一般为电量）的元件。如应变式压力传感器的弹性膜片、热电偶等都为敏感元件。 传感元件：又称变换器，它一般情况下不直接感受被测量，而是将敏感元件的输出量转换为电量输出的元件。如应变式传感器中的应变片等。 信号调节与辅助电路：能把传感元件输出的电信号转换为便于显示、记录、处理和控制的有
压电式传感器测振动实验 一、实验目的：了解压电传感器的测量振动的原理和方法。 二、基本原理：压电式传感器由惯性质量块和受压的压电片等组成。（观察实验用压电加 速度计结构）工作时传感器感受与试件相同频率的振动，质量块便有正比于加速度的交变力作用在晶片上，由于压电效应，压电晶片上产生正比于运动加速度的表面电荷。三、需用器件与单元：振动台、压电传感器、检波、移相、低通滤波器模板、压电式传感 器实验模板。双踪示波器。 四、实验步骤： 1、压电传感器装在振动台面上。 2、将低频振荡器信号接入到台面三源板振动源的激励源插孔。 3、将压电传感器输出两端插入到压电传感器实验模板两输入端，与传感器外壳相连的接线端接地，另一端接R1。将压电传感器实验模板电路输出端V o1，接R6。将压电传感器实验模板电路输出端V02，接入低通滤波器输入端Vi，低通滤波器输出V0与示波器相连。
3、合上主控箱电源开关，调节低频振荡器的频率和幅度旋钮使振动台振动，观察示波器 波形。 4、改变低频振荡器的频率，观察输出波形变化。
光纤式传感器测量振动实验 一、实训目的：了解光纤传感器动态位移性能。 二、实训仪器：光纤位移传感器、光纤位移传感器实验模块、振动源、低频振荡器、通信接口（含上位机软件）。 三、相关原理：利用光纤位移传感器的位移特性和其较高的频率响应，用合适的测量电路即可测量振动。 四、实训内容与操作步骤 1、光纤位移传感器安装如图所示，光纤探头对准振动平台的反射面，并避开振动平台中间孔。 2、根据“光纤传感器位移特性试验”的结果，找出线性段的中点，通过调节安装支架高度将光纤探头与振动台台面的距离调整在线性段中点（大致目测）。 3、参考“光纤传感器位移特性试验”的实验连线，Vo1与低通滤波器中的Vi相接，低通输出Vo接到示波器。 4、将低频振荡器的幅度输出旋转到零，低频信号输入到振动模块中的低频输入。
压电式压力传感器原理、特点及应用 压电式压力传感器的原理 压电式压力传感器的原理主要是压电效应，它是利用电气元件和其他机械把待测的压力转换成为电量，再进行相关测量工作的测量精密仪器，比如很多压力变送器和压力传感器。压电传感器不可以应用在静态的测量当中，原因是受到外力作用后的电荷，当回路有无限大 的输入抗阻的时候，才可以得以保存下来。但是实际上并不是这样的。因此压电传感器只可以应用在动态的测量当中。它主要的压电材料是：磷酸二氢胺、酒石酸钾钠和石英。而石英呢，其实是一种天然的晶体，而压电效应就是在此晶体的基础上发现的。在规定的范围里， 压电性质是不会消失，而是一直存在的。但是如果温度在这个规定的范围之外，压电性质就会彻底地消失不见。当应力发生变化的时候，电场的变化很小很小，其他的一些压电晶体就会替代石英。酒石酸钾钠，它是具有很大的压电系数和压电灵敏度的，但是，它只可以使用在室内的湿度 和温度都比较低的地方。磷酸二氢胺是一种人造晶体，它可以在很高的湿度和很高的温度的环境中使用，所以，它的应用是非常广泛的。随着技术的发展，压电效应也已经在多晶体上得到应用了。例如：压电陶瓷，铌镁酸压电陶瓷、铌酸盐系压电陶瓷和钛酸钡压电陶瓷等等都包括在内。
压电式压力传感器的特点 以压电效应为工作原理的传感器，是机电转换式和自发电式传感器。它的敏感元件是压电的材料制作而成的，而当压电材料受到外力作用的时候，它的表面会形成电荷，电荷会通过电荷放大器、测量电路的放大以及变换阻抗以后，就会被转换成为与所受到的外力成正比关系的电量输出。 它是用来测量力以及可以转换成为力的非电物理量，例如：加速度和压力。它有很多优点：重量较轻、工作可靠、结构很简单、信噪比很高、灵敏度很高以及信频宽等等。但是它也存在着某些缺点：有部分电压材料忌潮湿，因此需要采取一系列的防潮措施，而输出电流的响应又比较差， 那就要使用电荷放大器或者高输入阻抗电路来弥补这个缺点，让仪器更好地工作。 压电式压力传感器的应用 压电式压力传感器的应用领域很广泛：电声学、生物医学和工程力学等等。它能够测量发动机里面的燃烧压力，也能够应用在军事方面。它可以测量在膛中的枪炮子弹在击发的那一刻，膛压的改变量以及炮口所受到的冲击波压力。它能够测量很小的压力，也能够测量大 的压力。由于它的使用寿命很长、重量较轻、体积较小、结构较简单，因此它所涉及的领域远远不止这些。在对建筑物、桥、汽车和飞机等的冲击和震动的测量，也是非常广泛的。特别是在宇航和航空的领域
压电式传感器测振动实验 一、实验目的:了解压电传感器的测量振动的原理与方法。 二、基本原理:压电式传感器由惯性质量块与受压的压电片等组成。(观察实验用压电加速 度计结构)工作时传感器感受与试件相同频率的振动,质量块便有正比于加速度的交变力作用在晶片上,由于压电效应,压电晶片上产生正比于运动加速度的表面电荷。 三、需用器件与单元:振动台、压电传感器、检波、移相、低通滤波器模板、压电式传感 器实验模板。双踪示波器。 四、实验步骤: 1、压电传感器装在振动台面上。 2、将低频振荡器信号接入到台面三源板振动源的激励源插孔。 3、将压电传感器输出两端插入到压电传感器实验模板两输入端,与传感器外壳相连的接线端接地,另一端接R1。将压电传感器实验模板电路输出端V o1,接R6。将压电传感器实验模板电路输出端V02,接入低通滤波器输入端Vi,低通滤波器输出V0与示波器相连。
3、合上主控箱电源开关,调节低频振荡器的频率与幅度旋钮使振动台振动,观察示波器波 形。 4、改变低频振荡器的频率,观察输出波形变化。
光纤式传感器测量振动实验 一、实训目的: 了解光纤传感器动态位移性能。 二、实训仪器: 光纤位移传感器、光纤位移传感器实验模块、振动源、低频振荡器、通信接口(含上位机软件) 。 三、相关原理:利用光纤位移传感器的位移特性与其较高的频率响应,用合适的测量电路即可测量振动。 四、实训内容与操作步骤 1、光纤位移传感器安装如图所示,光纤探头对准振动平台的反射面,并避开振动平台中间孔。 2、根据“光纤传感器位移特性试验”的结果,找出线性段的中点,通过调节安装支架高度将光纤探头与振动台台面的距离调整在线性段中点(大致目测)。 3、参考“光纤传感器位移特性试验”的实验连线,Vo1与低通滤波器中的Vi相接,低通输出Vo接到示波器。 4、将低频振荡器的幅度输出旋转到零,低频信号输入到振动模块中的低频输入。
压电式传感器测振动实验报告 篇一：压电式传感器实验报告 一、实验目的：了解压电传感器的测量振动的原理和方法。 二、基本原理：压电式传感器由惯性质量块和受压的压电片等组成。（观察实验用压电加速度计结构）工作时传感器感受与试件相同频率的振动，质量块便有正比于加速度的交变力作用在晶片上，由于压电效应，压电晶片上产生正比于运动加速度的表面电荷。 三、需用器件与单元：振动台、压电传感器、检波、移相、低通滤波器模板、压电式传感器实验模板。双踪示波器。 四、实验步骤： 1、压电传感器装在振动台面上。 2、将低频振荡器信号接入到台面三源板振动源的激励源插孔。 3、将压电传感器输出两端插入到压电传感器实验模板两输入端，与传感器外壳相连的接线端接地，另一端接R1。将压电传感器实验模板电路输出端 Vo1，接R6。将压电传感器实验模板电路输出端V02，接入低通滤波器输入端Vi，低通滤波器输出V0与示波器相连。 3、合上主控箱电源开关，调节低频振荡器的频率和幅度旋钮使振动台振动，观察示波器波形。 4、改变低频振荡器的频率，观察输出波形变化。 光纤式传感器测量振动实验
一、实训目的：了解光纤传感器动态位移性能。 二、实训仪器：光纤位移传感器、光纤位移传感器实验模块、振动源、低频振荡器、通信接口（含上位机软件）。 三、相关原理：利用光纤位移传感器的位移特性和其较高的频率响应，用合适的测量电路即可测量振动。 四、实训内容与操作步骤 1、光纤位移传感器安装如图所示，光纤探头对准振动平台的反射面，并避开振动平台中间孔。 2、根据“光纤传感器位移特性试验”的结果，找出线性段的中点，通过调节安装支架高度将光纤探头与振动台台面的距离调整在线性段中点（大致目测）。 3、参考“光纤传感器位移特性试验”的实验连线，Vo1与低通滤波器中的Vi 相接，低通输出Vo接到示波器。 4、将低频振荡器的幅度输出旋转到零，低频信号输入到振动模块中的低频输入。 5、将频率档选在6~10Hz左右，逐步增大输出幅度，注意不能使振动台面碰到传感器。保持振动幅度不变，改变振动频率，观察示波器波形及锋-峰值。保持频率振动不变，改变振动幅度，观察示波器波形及锋-峰值。 篇二：实验六压电式传感器测振动实验 一、实验目的：了解压电传感器的测量振动的原理和方法。
实验目录 学号：153921011 姓名：龙艳梅班级：物联网工程 实验一：传感器和技术实验台的使用 实验二：金属箔式应变片——单臂电桥性能实验 实验三：直流全桥的应用——电子秤实验 实验四：差动变压器的性能实验 实验五：电容式传感器的位移特性实验 实验六：电涡流传器的位移特性实验 实验七：被测体材质对电涡流传感器的特性影响实验 实验一：传感器和技术实验台的使用 一、实验台的组成 CSY2000系列传感器与检测技术实验台由主控台、三源板（温度源、转动源、振动源）、传感器（基本型18个、增强型23个）、相应的实验模板、数据采集卡及处理软件、实验台桌等六部分组成。 （1）主控台部分，提供高稳定的±15V、＋5V、±2V±4V±6V±8V±10V、及＋2V～＋24V可调四种直流稳压电源；主控台面板上还装有电压、气压、频率、转速的3位半数显表及计时表。音频信号源（音频振荡器）1KHZ～10KHZ(可调)；低频信号源（低频振荡器）1HZ～30HZ（可调）；气压源0～20kpa可调；高精度温度转速两用仪表；RS232计算机串行接口；流量计；漏电保护器；其中电源、音频、低频均具有断路保护功能。±2V～±10V电源与其他电源、信号Fin、Vin
部分，不共地。如果与其他电源同时使用时应将其共地。因断路无输出重新开机即可回复正常。调节仪置内为温度调节、置外为转速调节。 （2）三源板：装有振动台1HZ～30HZ（可调）；旋转源0～2400转/分（可调）；加热源常温～150℃（可调）。 （3）传感器：基本型传感器包括：电阻应变式传感器、扩散硅压力传感器、差动变压器、电容式传感器、霍尔式传感器、霍尔式转速传感器、磁电式传感器、压电式传感器、电涡流传感器、光纤传感器、光电转速传感器、集成温度传感器、 100铂电阻、Cu铜电阻、湿敏传感器、气敏传感器K型热电偶、E型热电偶、P t 共十八个。 （4）实验模块部分：普通型有应变式、压力、差动变压器、电容式、霍尔式、压电式、电涡流、光纤位移、温度、移相/相敏检波/滤波十个模块。 二、电路原理 传感器模块电路原理图见模块正面。 三、使用方法 （1）开机前将转速调节旋钮调到中间位置，显示选择旋钮打到2V档，电压选择旋钮打到±2V档，其余旋钮均打到中间位置，计时复位按钮在松开状态。 （2）将220V的电源线插头插入市电插座，接通开关，电源指示灯亮，计时器指示为4个零，数字表显示0.000或-0.000，电压指示灯亮，表示实验台电源工作正常。 （3）每个实验前先阅读实验指导书，每个实验均应在断开电源的状态下按实验线路接好连接线，检查无误后方可接通主电源。 （4）打开调节仪电源开关，调节仪表头PV显示测量值，SV显示设置值。 四、注意事项 （1）在更换接线时，应断开电源，只有在确保接线无误后方可接通电源。 （2）严禁将电源、信号源输出插座和地短接，时间长易造成电路元件损坏。 （3）严禁将主控箱上±15V电源引入模块时接错。 （4）本实验台电源±2V～±10V与电源±15V不共地，所以在同时使用时应将共地。 （5）差动变压器的原边不能接直流电压。 （6）三源板上的电机电源不能超过12V。 （7）做振动实验时振动面板不要碰到传感器。 100做温度标准值与主控箱面板相连（见色标）。 （8）本实验台应采用P t （9）打开调节仪电源开关后等其完成自启动后再做按键操作。 （10）实验完毕后，请将传感器以及电路模块放回原位。 （11）本实验台的各个部分是相配套使用的，请勿调换。 （12）在做实验前务必详细阅读实验指导书。
压电式传感器测振动实验报告篇一：压电式传感器实验报告 一、实验目的：了解压电传感器的测量振动的原理和方法。 二、基本原理：压电式传感器由惯性质量块和受压的压电片等组成。（观察实验用压电加速度计结构）工作时传感器感受与试件相同频率的振动，质量块便有正比于加速度的交变力作用在晶片上，由于压电效应，压电晶片上产生正比于运动加速度的表面电荷。 三、需用器件与单元：振动台、压电传感器、检波、移相、低通滤波器模板、压电式传感器实验模板。双踪示波器。 四、实验步骤： 1、压电传感器装在振动台面上。 2、将低频振荡器信号接入到台面三源板振动源的激励源插孔。 3、将压电传感器输出两端插入到压电传感器实验模板两输入端，与传感器外壳相连的接线端接地，另一端接R1。将压电传感器实验模板电路输出端Vo1，接R6。将压电传感器实验模板电路输出端V02，接入低通滤波器输入端Vi，低通滤波器输出V0与示波器相连。 3、合上主控箱电源开关，调节低频振荡器的频率和幅度旋钮使振动台振动，观察示波器波形。 4、改变低频振荡器的频率，观察输出波形变化。 光纤式传感器测量振动实验 一、实训目的：了解光纤传感器动态位移性能。 二、实训仪器：光纤位移传感器、光纤位移传感器实验模块、振动源、低频振荡器、通信接口（含上位机软件）。 三、相关原理：利用光纤位移传感器的位移特性和其较高的频率响应，用合适的测量电路即可测量振动。 四、实训内容与操作步骤
1、光纤位移传感器安装如图所示，光纤探头对准振动平台的反射面，并避开振动平台中间孔。 2、根据“光纤传感器位移特性试验”的结果，找出线性段的中点，通过调节安装支架高度将光纤探头与振动台台面的距离调整在线性段中点（大致目测）。 3、参考“光纤传感器位移特性试验”的实验连线，Vo1与低通滤波器中的Vi 相接，低通输出Vo接到示波器。 4、将低频振荡器的幅度输出旋转到零，低频信号输入到振动模块中的低频输入。 5、将频率档选在6~10Hz左右，逐步增大输出幅度，注意不能使振动台面碰到传感器。保持振动幅度不变，改变振动频率，观察示波器波形及锋-峰值。保持频率振动不变，改变振动幅度，观察示波器波形及锋-峰值。 篇二：实验六压电式传感器测振动实验 一、实验目的：了解压电传感器的测量振动的原理和方法。 二、基本原理：压电式传感器由惯性质量块和受压的压电陶瓷片等组成。（观察实验用压电加速度计结构）工作时传感器感受与试件相同频率的振动，质量块便有正比于加速度的交变力作用在压电陶瓷片上，由于压电效应，压电陶瓷片上产生正比于运动加速度的表面电荷。 三、需用器件与单元：振动台、压电传感器、检波、移相、低通滤波器模板、压电式传感器实验模板。双线示波器。 四、实验步骤： 1、压电传感器已装在振动台面上。 2、将低频振荡器信号接入到台面三源板振动源的低频输入源插孔。 压电式传感器性能实验接线图 3、将压电传感器输出两端插入到压电传感器实验模板两输入端，见图7-1，屏蔽线接地。将压电传感器实验模板电路输出端V01（如增益不够大则V01接入IC2,V02接入低通滤波器）接入低通滤波器输入端VI，低通滤波器输出V0与示波器相连。 4、合上主控箱电源开关，调节低频振荡器的频率与幅度旋扭使振动台振动，观察示波器波形。 5、改变低频振荡器频率，观察输出波形变化。
摘要 随着汽车的普及，汽车行驶安全愈来愈受到重视，而轮胎压力异常是危及汽车行驶安全的重要因素之一。因此，实时监测汽车轮胎压力有着重要的意义。并通过无线数据传输方式将压力信息传输至监视终端，实现了实时监测汽车轮胎压力的功能，对汽车行驶安全起到了重要的作用。系统硬件由中央接收处理模块和胎压测量发射模块两部分组成。中央接收处理模块以ARM7微控制器LPC2103为核心，外扩无线接收电路，LCD显示屏和胎压测量模块由MPXY8300传感器及PCB 天线构成。软件设计了串口驱动、SPI驱动、定驱动和LCD驱动，实现了无线数据发送和数据接收的功能。在完成软、硬件设计的基础上，分别对微控制器模块、串口模块、显示模块和无线收发模块调试后，结果表明系统运行正常。 关键词：TPMS MPXY8300 MC33696 ARM PCB天线
前言 基于目前国内外TPMS的发展状况，本文设计一种直接式的汽车轮胎压力监测系统(简称胎压监测系统)，主要从硬件和软件两部分进行设计，具体内容如下：硬件设计给出了汽车轮胎压力监测系统的硬件设计总体方案，包括胎压测量发射模块的设计和中央接收处理模块的设计。胎压测量发射模块采用胎压传感器来采集轮胎当前的压力、温度和加速度，在芯片内部编码和调制后，通过无线方式把压力温度等信息发送给中央接收处理模块。中央接收处理模块由微控制器模块、无线收发模块、显示屏模块以及PCB天线构成。其中，微控制器模块包括微控制器LPC2103、时钟电路、电源管理电路、复位电路、调试接口电路和RS-232串口电路。无线收发模块由无线收发器MC33696及外围电路、信号调理模块构成。中央接收处理模块通过天线，接收胎压测量发射模块发送的无线信号，无线信号经过信号调理模块后，由无线收发器对其解调解码后，送给微控制器进行处理，最终显示在显示屏上。在硬件设计过程中，对无线收发器模块中的信号调理电路进行仿真，为硬件设计提供依据。 软件设计在硬件设计的基础上，分别对胎压测量发射模块和中央接收处理模块进行程序编写。胎压测量发射模块调用MPXY8300芯片的固件函数来编写发送程序，程序实现每隔2s更新并发送～帧胎压信息数据；中央接收处理模块编写了串口、显示屏和SPI接口的初始化程序，MC33696的驱动程序，显示屏显示数据程序，在这些基础上设计了整体的接收显示程序。
传感器原理及工程应用 题目：压电式传感器 系部： 专业： 班级： 姓名： 学号： 年月日
前言 基于压电效应的传感器。是一种自发电式和机电转换式传感器。它的敏感元件由压电材料制成。压电材料受力后表面产生电荷。此电荷经电荷放大器和测量电路放大和变换阻抗后就成为正比于所受外力的电量输出。压电式传感器用于测量力和能变换为力的非电物理量。它的优点是频带宽、灵敏度高、信噪比高、结构简单、工作可靠和重量轻等。缺点是某些压电材料需要防潮措施，而且输出的直流响应差，需要采用高输入阻抗电路或电荷放大器来克服这一缺陷。 传感器广泛应用于工程测试中，是一种获取信息的装置。在现代科学技术发展中，传感器起着越来越重要的地位。传感器技术是关于传感器设计，制造及应用的综合技术。它是信息技术的三大支柱之一，位于信息技术的最前端。传感器的种类繁多，有力传感器，速度传感器，加速度传感器，温度传感器等等，本文主要就压电式传感器进行探讨。 一、压电式传感器特性 压电式传感器具有尺寸小、重量轻、工作频率宽,信噪比大等特点,可以测量变化很快的动态压力、加速度、振动等,但不能用于静态参数的测量。在自然界中大多数晶体具有压电效应, 但压电效应十分微弱。石英晶体、钛酸钡、锆钛酸铅等材料是性能优良的压电材料。 二、压电式传感器的基本原理 1、压电效应 压电式传感器是基于压电效应的传感器。是一种自发电式和机电转换式传感器。它的敏感元件由压电材料制成。压电材料受力后表面产生电荷。此电荷经电荷放大器和测量电路放大和变换阻抗后就成为正比于所受外力的电量输出。常见有以下几种压电效应模型（见图1）
图1 压电效应可分为正压电效应和逆压电效应。正压电效应是指：当晶体受到某固定方向外力的作用时,内部就产生电极化现象,同时在某两个表面上产生符号相反的电荷；当外力撤去后，晶体又恢复到不带电的状态；当外力作用方向改变时，电荷的极性也随之改变；晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。压电式传感器大多是利用正压电效应制成的。逆压电效应是指对晶体施加交变电场引起晶体机械变形的现象，又称电致伸缩效应。用逆压电效应制造的变送器可用于电声和超声工程。压电敏感元件的受力变形有厚度变形型、长度变形型、体积变形型、厚度切变型、平面切变型 5种基本形式（见图2） 图2