振弦式传感器的工作原理
振弦式传感器是一种基于振动原理的传感器，能够测量物体的重量、压力、拉力、扭矩等物理量。它主要由振动系统、传感器信号处理器等组成。本文将详细介绍振弦式传感器的工作原理。
1. 振弦式传感器的基本结构
振弦式传感器主要由振弦、加速度计和电子秤三部分组成。
振弦：振弦是传感器的核心部分，它由两个平行的弦组成，用来测量物体施加
在传感器上的力。
加速度计：加速度计是用来测量振弦在振动过程中加速度的一种设备。
电子秤：电子秤是将电子元件与传统机械秤结合起来的一种智能秤，能够将振
弦产生的信号转换成数字信号输出，从而实现精确的测量。
2. 振弦式传感器的工作原理
振弦式传感器的原理基于振动原理，通过测量振弦在物体施加作用力的情况下，在垂直方向的振动状态和振动周期的变化，来确定物体的质量。
在静止状态下，传感器振弦处于稳定状态，平衡力和弹性力平衡。但当施加作
用力时，振弦发生弹性形变，暂时失去平衡状态，从而导致振弦发生振动。
振动过程中，振弦始终处于弹性变形状态，而变形程度和物体施加的力成正比。同时，振弦的振动周期和物体的质量成正比，振动幅度和物体施加的力和质量也成正比。
加速度计则测量振弦在振动状态下的加速度，经过积分后得到振弦的振动位移。进而通过信号处理器处理后，输出电信号进行计算和转换，最终得到物体的质量。
3. 振弦式传感器的优缺点
3.1 优点
1.测量范围大：振弦式传感器可以测量物体的重量、压力、拉力、扭矩
等物理量，测量范围大。
2.精度高：振弦式传感器精度高，可以实现精确测量，并且稳定性好。
3.响应速度快：振弦式传感器相对于其他传感器响应速度较快，可以实
现实时读取。
3.2 缺点
1.价格高：振弦式传感器价格较高，不适合大规模生产。
2.使用不方便：振弦式传感器需要在物体上施加作用力才能测量，使用
上较为不方便。
3.稳定性不够高：由于振弦式传感器振动时需要克服空气摩擦力和阻尼
力等因素的影响，因此稳定性不够高。
4. 总结
振弦式传感器通过测量振弦在振动过程中的振幅、频率等参数来测量物体的重量、质量、压力、拉力等物理量，具有测量范围大、精度高和响应速度快等优点。但由于价格高、使用不方便和稳定性不够高等缺点，因此在实际使用中需要根据具体情况进行选择。
. . . . 基于89C51单片机 振弦式传感器水位测量系统 专业名称：机电一体化 年级班别： 姓名： 学号： 指导教师： 年月
摘要 (2) 前言 (3) 一、绪论 (4) 1.1水位测量的历史及现状 (4) 1.2 方案论证 (5) 1.3 本系统的设计原理 (6) 1.4总体概况及展望 (7) 1.5设计要求 (7) 二、振弦式传感器 (7) 2.1 工作原理 (8) 2.2 振弦式传感器的设计 (9) 2.3 结论 (11) 三、硬件系统设计 (12) 3、硬件系统设计原理 (12) 四、程序设计 (13) 4、程序 (13) 五、小结 (14) 六、参考文献 (15) 七、附录 (16) 7.1当处于低水位时Protues仿真图 (16) 7.1当处于高水位时Protues仿真图 (17)
摘要 本文简要介绍了利用单片机和传感器进行水位测量的基本原理，本课题的任务就是利用振弦式压力传感器测量水位，用单片机组成智能测量装置，实现水位的智能监测，并将采集的数据汇总、处理。然后对本系统的工作原理、智能监测方法、要现的功能、监测系统的组成和硬件线路设计作了详细的讲解。在结合装置具体要求的基础上，确定了以8051单片机为核心，用振弦式传感器测量共振频率以计算水位的设计方案。 本文例举了智能测量装置的一个整体实现方案。包括硬件的连接以及软件的实现。在硬件的连接中具体的讲解了本设计主要采用的振弦式压力传感器的性能以及硬件的连接及各电路模块的主要功能。在软件的实现中具体的讲解了利用单片机可编程来实现水位测量的扫频和测频两部分，这包括了D/A转换，周期测量，频率计算等子程序。本文对采用传感器和单片机实现水位测量替代传统的人工方法做出了一定的探讨，并分析比较得出比较可行的实现方案。 关键词单片机、水位测量、振弦式传感器
《传感器原理与应用》综合练习 一、填空题 1．热电偶中热电势的大小仅与金属的性质、接触点温度有关，而与热电极尺寸、形状及温度分布无关。 2．按热电偶本身结构划分，有普通热电偶、铠装热电偶、微型热电偶。3．热电偶冷端电桥补偿电路中，当冷端温度变化时，由不平衡电桥提供一个电位差随冷端温度变化的附加电势，使热电偶回路的输出不随冷端温度的变化而改变，达到自动补偿的目的。 4．硒光电池的光谱峰值与人类相近，它的入射光波长与人类正常视觉的也相近，因而应用较广。 5．硅光电池的光电特性中，光照度与其短路电流呈线性关系。 6．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。 7．压电陶瓷是人工制造的多晶体，是由无数细微的电畴组成。电畴具有自己极化方向。经过极化过的压电陶瓷才具有压电效应。 8．压电陶瓷的压电常数比石英晶体大得多。但石英晶体具有很多优点，尤其是其它压电材料无法比的。 9．压电式传感器具有体积小、结构简单等优点，但不能测量频率小的被测量。特别不能测量静态量。 10．霍尔效应是导体中的载流子在磁场中受洛伦茨力作用发生位移的结果。 11．霍尔元件是N型半导体制成扁平长方体，扁平边缘的两对侧面各引出一对电极。一对叫激励电极用于引入激励电流；另一对叫霍尔电极，用于引出霍尔电势。 12．减小霍尔元件温度误差的措施有：（1）利用输入回路的串联电阻减小由输入电阻随温度变化；引起的误差。（2）激励电极采用恒流源，减小由于灵敏度随温度变化引起的误差。 13．霍尔式传感器基本上包括两部分：一部分是弹性元件，将感受的非电量转换成磁物理量的变化；另一部分是霍尔元件和测量电路。 14．磁电式传感器是利用霍尔效应原理将磁参量转换成感应电动势信号输出。 15．变磁通磁电式传感器，通常将齿轮的齿（槽）作为磁路的一部分。当齿轮转动时，引起磁路中，线圈感应电动势输出。 16．热敏电阻正是利用半导体的数目随着温度变化而变化的特性制成的热敏感元件。 17．热敏电阻与金属热电阻的差别在于，它是利用半导体的电阻随温度变化阻值变化的特点制成的一种热敏元件。 18．热敏电阻的阻值与温度之间的关系称为热敏电阻的。它是热敏电阻测温的基础。 19．热敏电阻的基本类型有：负温度系数缓变型、正温度系数剧变型、临界温度型。 20．正温度系数剧变型和临界温度型热敏电阻不能用于温度范围的温度控制，而在某一温度范围内的温度控制中却是十分优良的。 21．正温度系数剧变型和临界温度型热敏电阻属于型，适用于温度监测和温度控制。
第七章振动测试 一、填空题 1 振弦式传感器是以作为敏感元件，其与其的大小，因而弦的能表征的大小。 2 振弦式传感器中，将待测力作用在，改变弦的大小，因而弦的变化能表征的大小。 3 振弦式传感器主要由、、、、等组成。 4 振弦式传感器中，待测力通过改变弦的张紧力。激励器供给弦使弦。拾振器将弦的转换成的电信号输出。振弦把的变化转换成的变化。 5 振弦式传感器中，激励振弦自由振动的方式有和两种。 6 振弦式传感器的间歇激励中，只有和，既作为，又作为。 7 采用电流法连续激励的振弦式传感器中，传感器与组成振荡器。作为振荡器的正反馈网络。 8 采用电磁法连续激励的振弦式传感器中有两套线圈和永久磁铁，一个作，一个作。 9 振筒式压力传感器结构上主要有、、、。 10 振筒压力传感器中，激励线圈和拾振线圈通过耦合，与和反馈网络组成一个以为谐振频率的系统。 11 振筒式压力传感器中，若让它的振动频率越高，器振也越。因而，通常振筒总是在它下振动。 12 振筒式传感器中振筒振动起来后，由于振筒是磁路中的一部分，它的振动改变了磁路中的大小，引起的变化，在拾振线圈中产生。 13 振筒式压力传感器中，在振筒材料、尺寸一定情况下，只与振筒刚度有关，而这时的刚度只与筒壁有关。故与成单值函数关系，这时测量的变化，即可确定筒内的。 14 振筒式传感器中的振筒换成，激励器和拾振器放在，就
成为振管式传感器，用于测量。当振管振动时，随之振动，当发生变化时，系统发生变化，即可确定。 15 普通振膜式传感器是由、、、组成，其中的、拾振器和，再加上组成振荡系统。 16 振膜式传感器中，压力膜片受力，使压力膜片支架上固定着的支撑支架张角改变，振膜发生变化，因而振膜的发生变化。 17 将普通振膜式传感器中的取消，用代替和，并直接固定在上，就成为压电陶瓷振膜式传感器。 二、判断题 1 的惯性拾振器，其幅频特性曲线会出现“共振峰”。 2 用接触式拾振器测振时，须考虑拾振器质量对被测件运动加速度和固有频率的影响。 3 稳态正弦激振和脉冲激振都是宽带激振。 4 脉冲激振实验时，锤头垫的材料愈硬，则有效激振频率范围愈宽。 5 实验测得构件的共振频率就是其固有频率，且这时响应与激振力的相位差总是90 °。 6 进行绝对激振试验对，激振器一定要与地基牢固地固定在一起， 7 电动式激振器所产生的激振力与线圈所产生的电动力相等。 8 在机械结构振动参数测定实验中，若加大激振力，则所测得的构件的固有频率也变大。 9 阻抗头可以同时测定激振力和被测构件激振点处的响应。 10 在位移响应的虚、实频曲线中，只有虚频曲线包含幅频、相频信息。因此，常用虚频曲线来求阻尼比和固有频率。 11 由于互易法是用两只传感器互相比较来校准灵敏度的，故属于比较校准法。 三、选择题 1 阻抗头是测量振动系统 ( ) 的拾振器。 （ A ）振动位移（ B ）振动加速度（ C ）激振力（ D ）激振力及响应
绪论 一、传感器：将各种非电量（包括物理量、化学量、生物量等），按照一定的规律转换成 便于处理和传输的另一种物理量（一般为电量）的装置。 二、传感技术：是利用各种功能材料实现信息检测的一门应用技术，是检测（传感）原 理、材料科学、工艺加工等三要素的最佳结合。 三、传感器的组成：传感器一般有敏感元件、转换原件和测量电路三部分组成，有事还 需要加辅助电源。 四、传感器分类： 1.按输入量分类 如输入量分别为温度、压力、位移、速度、加速度、湿度等非电量时，则相应的传感器称为温度传感器、压力传感器、位移传感器、速度传感器、加速度传感器、湿度传感器等。 2.按测量原理分类 现有传感器的测量原理主要是基于电磁原理和固体物理学理论。如根据变电阻的原理，相应的有电位器式、应变式传感器；根据变磁阻的原理，相应的有电感式、差动变压器式、电涡流式传感器；根据半导体有关理论，则相应的有半导体力敏、热敏、光敏、气敏等固态传感器。 3.按结构型和物性型分类 所谓结构型传感器，主要是通过机械结构的几何形状或尺寸的变化，将外界被测参数转换成相应的电阻、电感、电容等物理量的变化，从而检测出被测信号，这种传感器目前应用的最为普遍。物性型传感器则是利用某些材料本身物理性质的变化而实现测量，它是以半导体、电介质、铁电体等作为敏感材料的固态器件。 五、传感器的发展趋向 1.传感器的固态化，2、传感器的集成化和多功能化3.传感器的图像化 4.传感器的智能化 第1章传感器的一般特性 §1-1 传感器的静态特性 传感器在被测量的各个值处于稳定状态时，输出量和输入量之间的关系称为静态特性。 传感器静态特性的主要指标有以下几点： 一、线性度(非线性误差) 在规定条件下，传感器校准曲线与拟合直线间最大偏差与满量程(F·S)输出值的百分比称为线性度。 二、灵敏度 传感器的灵敏度指到达稳定工作状态时输出变化量与引起此变化的输入变化量之比。线性传感器校准曲线的斜率就是静态灵敏度K。 三、迟滞 迟滞是指在相同工作条件下作全测量范围校准时，在同一次校准中对应同一输入量的正行程和反行程其输出值间的最大偏差(见图1-6)。其数值用最大偏差或最大偏差的一半与满量程输出值的百分比表示。 四、重复性 重复是指在同一工作条件下，输入量按同一方向在全测量范围内连续变动多次所得特性曲线的不一致性 §1-2 传感器的动态特性
振弦式传感器的工作原理及其特点 1. 概述 振弦式传感器是目前国内外普遍重视和广泛应用的一种非电量电测的传感器。由于振弦传感器直接输出振弦的自振频率信号，因此，具有抗干扰能力强、受电参数影响小、零点飘移小、受温度影响小、性能稳定可靠、耐震动、寿命长等特点。与工程、科研中普遍应用的电阻应变计相比，有着突出的优越性： (1)振弦传感器有着独特的机械结构形式并以振弦频率的变化量来表征受力的大小，因此具有长期零点稳定的性能，这是电阻应变计所无法比拟的。在长期、静态测试传感器的选择中，振弦传感器已成为取代电阻应变计、而广泛应用于工程、科研的长期原观的测试手段。(2)随着电子、微机技术的发展，从实现测试微机化、智能化的先进测试要求来看，由于振弦传感器能直接以频率信号输出，因此，较电阻应变计模拟量输出能更为简单方便地进行数据采集、传输、处理和存储，实现高精度的自动测试。 为此，振弦传感器得到了迅速的发展和应用。在国外，德国的MAlHAK、法国的TELEMAL、美国的SINCO和FOXBORO、英国的SCHLUBERGER及挪威等多家公司，都有振弦传感器的系列产品。国内从60年代起，先后研制开发了适合各种测试目的的多种振弦传感器的系列产品，如振弦式压力计、土压力计、空隙水压力计、应变计、测力(应力)计、钢筋计、扭力计、位移计、反力计、吊重负荷计、倾斜计等等。它们广泛应用于港口工程、土木建筑、道路桥梁、矿山冶金、机械船舶、水库大坝、地基基础等测试，已成为工程、科研中一种不可缺少的测试手段，显示出了其广阔应用和发展的前景。 2. 工作原理 振弦式传感器由受力弹性形变外壳(或膜片)、钢弦、紧固夹头、激振和接收线圈等组成。钢弦自振频率与张紧力的大小有关，在振弦几何尺寸确定之后，振弦振动频率的变化量，即可表征受力的大小。 现以双线圈连续等幅振动的激振方式，来表述振弦式传感器的工作原理。如图l所示，工作时开启电源，线圈带电激励钢弦振动，钢弦振动后在磁场中切割磁力线，所产生的感应电势由接收线圈送入放大器放大输出，同时将输出信号的一部分反馈到激励线圈，保持钢弦的振动，这样不断地反馈循环，加上电路的稳幅措施，使钢弦达到电路所保持的等幅、连续的振动，然后输出的与钢弦张力有关的频率信号。 振弦这种等幅连续振动的工作状态，符合柔软无阻尼微振动的条件，振弦的振动频率可由下式确定； 式中，f 0 ——初始频率； L——钢弦的有效长度i p一-钢弦材料密度； σ o ——钢弦上的初始应力。 由于钢弦的质量m、长度L、截面积S、弹性模量E可视为常数，因此，钢弦的应力与输出频率f 0 建立了相应的关系。当外力F未施加时，则钢弦按初始应力作稳幅振动，输出初频f 0 ；当施加外力(即被测力——应力或压力)时，则形变壳体(或膜片)发生相应的拉伸或压缩，使钢弦的应力增加或减少，这时初频也随之增加或减少。因此，只要测得振弦频率值f，即可得到相应被测的力——应力或压力值等。
压力传感器工作理图解
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压力传感器工作原理图解 随着自动化技术的进步，在工业设备中，除了液柱式压力计、弹性式压力表外，目前更多的是采用可将压力转换成电信号的压力变送器和传感器。那么这些压力变送器和传感器是如何将压力信号转换为电信号的呢？不同的转换方式又有什么特点呢？今天电工学习网为大家汇总了目前常见的几种压的测量原理，希望能对大家有所帮助。一、压电压力传感器 压电式压力传感器主要基于压电效应（Piezoelectric effect），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。压电效应就是在石英上发现的。
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。
振弦式压力传感器原理 振弦式压力传感器原理 振弦式压力传感器是一种常用的压力测量设备，其原理基于振弦在受力时的共振频率变化。以下将从浅入深地解释振弦式压力传感器的原理及其工作过程。 原理概述 振弦式压力传感器的原理基于以下几个关键点： 1.振弦：振弦是指由材料制成的细长弹性体，具有一定的弹性和质 量。 2.共振频率：振弦在特定长度和拉力下的自然振动频率，与振弦的 长度、材料和张力有关。 3.压力引起的张力变化：施加在振弦上的压力会导致张力的变化， 进而改变振弦的共振频率。 工作原理 振弦式压力传感器的工作过程可以简述为以下几个步骤： 1.安装：将振弦式压力传感器安装在待测对象上，使其与压力源接 触。
2.张力变化：当压力引起的张力变化作用在振弦上时，振弦的共振 频率会发生改变。 3.传感器检测：传感器通过测量振弦的共振频率变化来间接检测压 力的大小。 4.传输信号：传感器将测得的数据转化为电信号，并传输给外部设 备进行进一步的处理和分析。 振弦式压力传感器的关键设计因素 1.振弦材料：振弦的材料决定了其弹性和共振频率的范围。常见的 振弦材料包括金属、合金和聚合物等。 2.振弦长度：振弦长度与共振频率呈反比关系，较短的振弦共振频 率较高，较长的振弦共振频率较低。 3.张力控制：振弦的张力会影响到振弦的共振频率，因此需要对张 力进行精确控制，以确保传感器的准确性和稳定性。 4.灵敏度调节：通过调节振弦的长度、张力和材料等参数，可以调 节传感器的灵敏度，以满足不同应用需求。 优势和应用领域 振弦式压力传感器具有以下优势： •高精度: 通过监测共振频率变化，能够实现较高的精确度和稳定性。
1 绪论 在大型土木工程的安全监测中，压力作为一个重要的参数，其检测方法一直备受重视。通过对各种结构所受压力的实时检测，对保障健康、降低事故发生率具有重要的意义。由于振弦式传感器具有输出信号稳定、易检测、精度和分辨率高等诸多优点，因此是目前国内外普遍重视和广泛应用的一种非电量电测的传感器。基于振弦式传感器的压力测试仪的使用对国民安全和国民经济起着举足轻重的作用。 1.1 课题研究目的和意义 在建筑工业中，安全问题是重中之重，一旦一个工程安全问题得不到保障，投入的资金再多，耗费的人力物力再大，也都显得没有任何意义。振弦式仪器是目前我国土石坝内部观测的首选仪器,它在大坝监测、桥梁监测和岩石工程中占有重要地位。基于扫频激振技术的激振单线圈振弦式传感器的方法为实现上述工程自动监测系统提供有力支持。基于扫频激振技术的振弦式传感器应用于某型分布式网络测量系统中，用于大坝内部应力自动监测,具有起振迅速、测值可靠、自动化程度高的突出优点,取得了较好的应用效果。 基于振弦式传感器的压力测试系统对桥梁结构的安全性和对国民经济起着举足轻重的作用。对桥梁的运行状况进行健康监测，可以有效预防突发性灾难，减少损失, 避免人员伤亡, 确保基础设施与使用者的安全。 1.2 国内外技术发展现状 振弦传感器得到了迅速的发展和应用。在国外，德国的MAlHAK、法国的TELEMAL、美国的SINCO和FOXBORO、英国的SCHLUBERGER及挪威等多家公司，都有振弦传感器的系列产品。国内从60年代起，先后研制开发了适合各种测试目的的多种振弦传感器的系列产品，如振弦式压力计、土压力计、空隙水压力计、应变计、测力(应力)计、钢筋计、扭力计、位移计、反力计、吊重负荷计、倾斜计等等。它们广泛应用于港口工程、土木建筑、道路桥梁、矿山冶金、机械船舶、水库
谐振式传感器 前言 谐振式传感器（Resonator Sensor），是指利用谐振原理将被测量变化转换成谐振频率变化的传感器。基于谐振技术的谐振式传感器，自身为周期信号输出（准数字信号），只用简单的数字电路即可转换为微处理器容易接受的数字信号。谐振式传感器的重复性、分辨率和稳定性等非常优良，又便于和微处理器直接结合组成数字控制系统，是当今人们研究的重点。 一、谐振式传感器的优点与应用 谐振式传感器具有体积小、重量轻、结构紧凑、分辨率高、精度高以及便于数据传输、处理和存储等优点。主要用于测量压力，也用于测量转矩、密度、加速度和温度等。 二、谐振式传感器的种类 谐振式传感器大体分为两类：一类是基于机械谐振结构谐振式传感器；另一类是MOS环振式谐振传感器。由于谐振式传感器有许多优点，也适于多种参数测量，如压力、力、转角、流量、温度、湿度、液位、粘度、密度和气体成分等，所以这类传感器已迅速发展成为一个新的传感器家族。按谐振元件的不同，谐振式传感器又可分为振弦式、振筒式、振梁式、振膜式和压电谐振式等。 1、振弦式传感器 以拉紧的金属弦作为敏感元件的谐振式传感器。当弦的长度确定之后，其固有振动频率的变化量即可表征弦所受拉力的大小,通过相应的测量电路,就可得到与拉力成一定关系的电信号。振弦的固有振动频率f与拉力T的关系为，式中l为振弦的长度，ρ为单位弦长的质量。振弦的材料与质量直接影响传感器的精度、灵敏度和稳定性。钨丝的性能稳定、硬度、熔点和抗拉强度都很高,是常用的振弦材料。此外,还可用提琴弦、高强度钢丝、钛丝等作为振弦材料。振弦式传感器由振弦、磁铁、夹紧装置和受力机构组成。振弦一端固定、一端连接在受力机构上。利用不同的受力机构可做成测压力、扭矩或加速度等的各种振弦式传感器。 2、振筒式传感器 以振动的金属薄圆筒为敏感元件的谐振式传感器。振筒的固有振动频率决定于筒的形状、大小、材料的弹性模量、筒的应力和周围介质的性质。被测参量的变化使得筒的某一物理特性被改变，从而改变了筒的固有振动频率，通过测量筒的振动频率即可达到测量被测参量的目的。振筒式传感器已经发展到较高水平，主要用于测量气体压力和密度等。 3、振梁式传感器 以弹性梁为敏感元件的谐振式传感器。振梁的固有振动频率随它两端所受的力而变化，通过相应的测量电路就可获得与被测力成一定关系的频率信号。振梁
振弦式传感器计算公式 振弦式传感器是一种常用的物理量测量装置，广泛应用于工业自动化、仪器仪表等领域。它通过测量弦线的振动频率来实现对待测物理量的测量。在实际应用中，我们需要根据传感器的参数和测量对象的特性，计算出相应的测量公式。 振弦式传感器的测量原理基于弦线的振动特性。当一根弦线被激发后，会产生固有频率，即其自身固有的振动频率。而这个固有频率受到弦线的长度、材质、张力等因素的影响。因此，我们可以通过测量弦线的固有频率来推算出其他待测物理量的值。 我们需要了解振弦式传感器的特性参数。主要包括弦线的长度L、杨氏模量E、弦线的质量线密度μ以及张力T。这些参数都会对弦线的固有频率产生影响。 接下来，我们将介绍振弦式传感器的计算公式。 1. 弦线的固有频率f: 弦线的固有频率与其长度L、杨氏模量E、质量线密度μ以及张力T有关。可以通过以下公式进行计算： f = (1 / 2L) * √(T / μ) * (1 / √(1 + (E * A) / (T * L^2))) 其中，A为弦线的横截面积。 2. 杨氏模量E的计算：
杨氏模量E可以通过振动频率f、弦线的长度L、质量线密度μ以及张力T来计算： E = (4L^2 * μ * f^2) / (π^2 * A) 3. 弦线的质量线密度μ计算： 弦线的质量线密度μ可以通过振动频率f、弦线的长度L、杨氏模量E以及张力T来计算： μ = (π^2 * A * f^2) / (4L^2 * E) 4. 弦线的张力T计算： 弦线的张力T可以通过振动频率f、弦线的长度L、杨氏模量E以及质量线密度μ来计算： T = (π^2 * A * f^2 * L^2) /(μ * E) 根据上述公式，我们可以根据已知的参数和测量的振动频率，计算出其他待测物理量的值。需要注意的是，为了保证计算的准确性，我们需要提前对传感器和待测物理量进行校准，确保参数值的准确性。 总结： 振弦式传感器是一种基于弦线振动特性的测量装置，通过测量弦线的固有频率来实现对待测物理量的测量。为了计算出待测物理量的值，我们需要根据传感器的参数和测量对象的特性，使用相应的计算公式进行计算。这些公式包括弦线的固有频率、杨氏模量、质量
电子秤重量传感器的工作原理电子秤作为一种现代化的称重工具，在日常生活和工业生产中得到 了广泛应用。而电子秤的核心部件，重量传感器，起着至关重要的作用。本文将详细介绍电子秤重量传感器的工作原理。 一、引言 电子秤重量传感器是电子秤的核心部件，主要用于测量物体的重量。通过将物体放置在秤台上，重量传感器能够将物体的重量转变为电信号，进而由电子秤进行数字化处理并显示。了解电子秤重量传感器的 工作原理对于我们深入了解电子秤的原理和技术具有重要意义。 二、电子秤重量传感器的种类 电子秤重量传感器有多种不同的分类方法，可以根据测量原理、结 构形式和工作方式来进行分类。根据测量原理，常见的电子秤重量传 感器可以分为电阻式传感器、应力式传感器和电容式传感器等。根据 结构形式，电子秤重量传感器可以分为悬臂梁式传感器、弹簧式传感 器和压力式传感器等。根据工作方式，电子秤重量传感器可以分为压 力型传感器、剪切型传感器和振弦型传感器等。 三、悬臂梁式电子秤重量传感器的工作原理 悬臂梁式电子秤重量传感器是应力式传感器的一种常见形式。它主 要由载荷传感器、弹性梁和测量电路组成。载荷传感器负责接收物体 的重量，并将其转化为弹性梁的变形。弹性梁在受力时会发生微小弯曲，这个变形可通过应变片等敏感部件检测到。测量电路会根据应变
片的变化情况，将其转化为相应的电信号，进而进行放大、滤波等处理，最终输出物体的重量值。 四、电子秤重量传感器的工作原理详解 在悬臂梁式电子秤重量传感器中，弹性梁的变形是关键。当物体放 置在秤台上时，其重力会使得悬臂梁发生微小的弯曲。这种微小弯曲 会导致弹性梁上的应变片变化。应变片是一种金属材料，具有较高的 导电性，通过在其上面固定导电体并与电路连接，可以感知弹性梁上 的应变情况。 当物体的重量施加在悬臂梁上时，弹性梁会发生弯曲，导致应变片 的形状发生变化。这种变化会引起应变片电阻的变化，进而导致电路 中的电流、电压发生变化。通过对电流、电压的测量和计算，可以得 到物体的重量值。 为了提高重量传感器的灵敏度和准确性，通常会采用多个应变片并 联组合的方式。这样可以使传感器在受力时具有更高的敏感度，同时 也可以减小误差和干扰。 五、结论 电子秤重量传感器是电子秤的核心部件，其工作原理主要基于应力 变形检测和电信号转换的原理。悬臂梁式重量传感器作为一种常见形式，通过应变片的变化来感知悬臂梁的变形，进而转化为电信号进行 处理。通过深入了解电子秤重量传感器的工作原理，我们可以更好地 理解电子秤的工作原理和技术，以及其在实际应用中的优势和局限性。
桥梁工程应变测试三种传感器的分析 摘要：本文分析了桥梁工程施工监测、健康监测、荷载试验监测中广泛使用的三种传感器，对三种传感器的特点及各自的运用进行论述。 关键词：桥梁；电阻应变片；振弦式应变计；光纤光栅应变传感器 1＞引言 桥梁构件应力与结构安全直接相关，应力测试至关重要。通过测量应变再利用弹性模量换算为应力，这一种方式应用普遍，应变测试技术作为桥梁结构施工监测、健康监测、荷载试验的手段，在桥梁工程中使用最多的应变传感技术是电阻应变片、振弦弦应变计和光纤光栅应变计。 2、电阻应变片运用评述 电阻应变片（见图1）测试应变的原理是应用电阻丝的电阻值随金属丝的变形而变化的关系，及金属丝的应变效应，将力学参数（压力、荷载、位移、应力或应变）转换为与之成比例的电学参数。测量应变时将应变片用粘贴剂粘贴在试件上，试件受荷载作用产生变形，金属丝随着发生变形，应变片的电阻值也就发生变化。按应变片的敬感栅的不同分为丝式应变片、箔式应变片、半导体应变片等。三种应变片中，丝式应变片由于横向效应较大已遭淘汰，半导体式应变片是利用半导体材料的压阻效应制成，灵敬度高，输出信号不用放大就可直接测量，其缺点在于温度系数大、数据稳定性差、非线性大等，所以在工程中也较少使用。LI前，利用照相制版或光刻腐蚀技术制成的箔式应变片最为常用，其优点在于散热能力好，零点漂移小、允许通过较大电流，有利于提高测量灵敬度。 图1应变片的基本构造 电阻应变片是专门针对结构应变测量的仪器，和电阻应变仪配套使用，与苴相应的各种结构试验及施工测试方法工艺非常成熟，针对大型结构测点多、结构复杂的特殊要求，开发了数十.上百路的多通道应变寻检仪。但是应变片由于其原理的制约，输出信号极为微弱. 极易受引线长度及连接质量、环境温度及电磁场等内外界因素的影响，给其后续应变测疑仪的信号处理留下了许多隐患，使得应变测量仪的现场标立、漂移抑制、调零成了困扰工程测量界的几大难题。特别是用于大型结构中的多路应变测量仪，每次测量时都需要对其每一路进行训零、校正、标左，不但仪器十分复杂、昂贵，而且操作繁琐、困难，应变片测量精度及长期可靠性始终不能令人满意，一般仅用于施工及验收时作参考，基本上是不能用于时间较长的施工监测。由于桥梁荷载试验对于应变传感器耐久性、长期稳左性要求不髙，基本上为一次性使用，测量后又省去回收的麻烦，且电阻应变片价格低廉，所以在荷载试验中大咼使用。 3、振弦式应变讣运用评述 图2振弦式压力传感器结构 振弦传感器工作原理是钢弦振动（见图2） [1-3]＞以振弦频率的变化量来表征受力的大小，输出信号是频率信号，不存在应变片现场标左、信号漂移、远距传输.长期使用等问题, 鲁棒性好，耐久性与稳左性上远超应变片，是目前桥梁施工监控中主流的使用产品。振弦传感器的寿命，需要从两个方而加以说明，一方面是仪器自身的因素，振弦传感器在制造上由钢弦.弹性变形外壳.紧固夹头、激振和接受线圈等组成，应变计的每一零件及相互间的组装连接都会对寿命产生影响，不同的生产厂家在原材料的选择以及生产制造工艺上各有不同, 例如钢弦应变计内部的钢弦一般是通过螺钊紧固在传感器基座上，长期使用中会逐渐松弛而导致失效，因此这种钢弦应变讣的寿命一般都在一年左右，然而国外十年之前即已采用焊接方法固左钢弦的工艺，可使传感器的寿命延长到十余年以上，但其价格为国产传感器的数倍。
传感器与检测技术
目录
传感器与检测技术 第一章概述 传感器：是能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。 1.1 机电一体化系统常用传感器 1.1.1 传感器的组成 传感器一般由敏感元件，转换元件及基本转换电路三部分组成。 ①敏感元件：是直接感受被测物理量，并以确定关系输出另一物理量的元件（如弹性敏感元件将力、力矩转换为位移或应变输出）。 ②转换元件：是将敏感元件输出的非电量转换成电路参数（电阻、电感、电容）及电流或电压等电信号。 ③基本转换电路：是将该电信号转换成便于传输，处理的电量。 大多数传感器为开环系统，也有带反馈的闭环系统。 1.1.2 传感器的分类 1．按被测量对象分类： （1）内部信息传感器：主要检测系统内部的位置、速度、力、力矩、温度以及异常变化。 （2）外部信息传感器：主要检测系统的外部环境状态，它有相对应的接触式（触觉传感器、滑动觉传感器、压觉传感器）和非接触式（视觉传感器、超声测距、激光测距）。 2．传感器按工作机理： （1）物性型传感器:利用某种性质随被测参数的变化而变化的原理制成的 （主要有：光电式传感器、压电式传感器）。 （2）结构型传感器是利用物理学中场的定律和运动定律等构成的（主要有 电感式传感器、电容式传感器、光栅式传感器）。3．按被测物理量分类
如位移传感器用于测量位移，温度传感器用于测量温度。 4. 按工作原理分类 可分为电阻式、电感式、电容式、光电式、磁电式、压电式、热电式、陀螺式、机械式、流体式。有利于传感器的设计和应用： 5. 按传感器能量源分类： （1）无源型：不需外加电源，而是将被测量的相关能量转换成电量输出（主要有：压电式、磁电感应式、热电式、光电式）又称能量转换型； （2）有源型：需要外加电源才能输出电量，又称能量控制型（主要有：电阻式、电容式、电感式、霍尔式）。电阻式包括光敏电阻、热敏电阻、湿敏电阻等形式。 6. 按输出信号的性质分类： （1）开关型（二值型）：是“1”和“0”或开(ON)和关（OFF）； （2）模拟型：输出是与输入物理量变换相对应的连续变化的电量，其输入/输出可线性，也可非线性； （3）数字型：①计数型：又称脉冲数字型，它可以是任何一种脉冲发生器所发出的脉冲数与输入量成正比，加上计数器可对输入量进行计数；②代码型（又称编码型）：输出的信号是数字代码，各码道的状态随输入量变化。其代码“1”为高电平，“0”为低电平。 ①开关型（二值型）：包括接触型（微动开关、行程开关、接触开关）、非接触型（光电开关、接近开关）； ②模拟型：包括电阻型（电位器、电阻应变片）、电压\电流型（热电偶、光电电池）、电容\电感型（电容、电感式位置传感器）； ③数字型：包括计数型（脉冲或方波信号+计数器）、代码型（回转编码器、礠尺）。
能够测量压力并提供远传电信号的装置统称为压力传感器。压力传感器是压力检测仪表的重要组成部分，其结构型式多种多样，常见的型式有应变式、压阻式、电容式、压电式、振频式压力传感器等。此外还有光电式、光纤式、超声式压力传感器等。采用压力传感器可以直接将被测压力变换成各种形式的电信号，便于满足自动化系统集中检测与控制的要求，因而在工业生产中得到广泛应用。 压力传感器的类型： 01应变式压力传感器 应变式压力传感器是一种通过测量各种弹性元件的应变来间接测量压力的传感器。根据制作材料的不同，应变元件可以分为金属和半导体两大类。应变元件的工作原理基于导体和半导体的“应变效应”，即当导体和半导体材料发生机械变形时，其电阻值将发生变化。 当金属丝受外力作用时，其长度和截面积都会发生变化，其电阻值即会发生改变，假如金属丝受外力作用而伸长时，其长度增加，而截面积减少，电阻值便会增大。当金属丝受外力作用而压缩时，长度减小而截面增加，电阻值则会减小。只要测出加在电阻两端的电压的变化，即可获得应变金属丝的应变情况。 02压阻式压力传感器 压阻压力传感器是指利用单晶硅材料的压阻效应和集成电路技术制成的传感器。单晶硅材料在受到力的作用后，电阻率发生变化，通过测量电路就可得到正比于力变化的电信号输
出。它又称为扩散硅压阻压力传感器，它不同于粘贴式应变计需通过弹性敏感元件间接感受外力，而是直接通过硅膜片感受被测压力的。 压阻压力传感器主要基于压阻效应（Piezoresistive effect）。压阻效应是用来描述材料在受到机械式应力下所产生的电阻变化。不同于压电效应，压阻效应只产生阻抗变化，并不会产生电荷。 大多数金属材料与半导体材料都被发现具有压阻效应。其中半导体材料中的压阻效应远大于金属。由于硅是现今集成电路的主要原料，以硅制作而成的压阻性元件的应用就变得非常有意义。硅的电阻变化不单是来自与应力有关的几何形变，而且也来自材料本身与应力相关的电阻，这使得其程度因子大于金属数百倍之多。N型硅的电阻变化主要是由于其三个导带谷对的位移所造成不同迁移率的导带谷间的载子重新分布，进而使得电子在不同流动方向上的迁移率发生改变。其次是由于来自与导带谷形状的改变相关的等效质量(effective mass)的变化。在P型硅中，此现象变得更复杂，而且也导致等效质量改变及电洞转换。 压阻压力传感器一般通过引线接入惠斯登电桥中。平时敏感芯体没有外加压力作用，电桥处于平衡状态（称为零位），当传感器受压后芯片电阻发生变化，电桥将失去平衡。若给电桥加一个恒定电流或电压电源，电桥将输出与压力对应的电压信号，这样传感器的电阻变化通过电桥转换成压力信号输出。电桥检测出电阻值的变化，经过放大后，再经过电压电流的转换，变换成相应的电流信号，该电流信号通过非线性校正环路的补偿，即产生了输入电压成线性对应关系的4～20mA的标准输出信号。 为减小温度变化对芯体电阻值的影响，提高测量精度，压力传感器都采用温度补偿措施使其零点漂移、灵敏度、线性度、稳定性等技术指标保持较高水平。
目录 1、适用范围及依据 (2) 1。1适用范围 (2) 1。2标准及依据 (2) 2、测量原理及仪器结构 (2) 2.1测量原理: (2) 2.2仪器结构： (3) 2.3型号、规格及技术指标 (4) 3、安装埋设 (4) 3。1验收与保管 (4) 3.2仪器安装 (5) 3。2.1 埋入式安装 (5) 3.2.2 表面安装 (7) 3。3 电缆安装 (10) 3.3。1 电缆接长 (11) 4、数据读取与计算 (11) 4。1 人工测量与计算 (11) 4。1。1 仪器与差阻式仪器检测仪的连接 (12) 4。1.2 数据读取与记录 (12) 4.2 自动测量 (12) 4。2.1 自动测量的计算 (12) 5、注意事项 (12) 6、安全与环保 (12) 6.1安全施工 (12) 6.2环境保护 (13) 7、附件 (13)
振弦式测缝计作业指导书 1、适用范围及依据 1.1适用范围 振弦式测缝计（位移计)用于监测岩土工程建筑物的接缝和位移，适用于长期埋设在混凝土水工建筑物内部或其它建筑物表面，测量结构物伸缩缝（或裂缝）的开合度，以及结构物的位移量,并可同时测量埋设点的温度。经改装加工部分配套附件可组成多点位移计、基岩变位计、表面裂缝计等测量变形的仪器。 1。2标准及依据 DL/T 5178-2003 《混凝土大坝安全监测技术规范》 SL 60—1994 《土石坝安全监测技术规范》 GB/T13606—92 《岩土工程用钢弦式压力传感器国家标准》 2、测量原理及仪器结构 2.1测量原理: 振弦式测缝计（位移计)安装于缝隙的两端，当缝隙的开合度发生变化时将通过仪器端块引起仪器内钢弦变形，使钢弦发生应力变化，从而改变钢弦的振动频率。测量时利用电磁线圈激拨钢弦并量测其振动频率，频率信号经电缆传输至频率读数装置或数据采集系统，再经换算即可得到被测结构物伸缩缝或裂缝相对位移的变化量。同时由测缝计中的热敏电阻可同步测出埋设点的温度值。 振弦式仪器的量测量采用频率模数 F 来度量，其定义为： 式中 f 为振弦式仪器中钢丝的自振频率。 （1）当外界温度恒定,测缝计仅受到轴向变形时，其变形量J′与输出的频率模数△F具有如下线性关系： 式中：ｋ—测缝计的最小读数，单位为mm/kHz2；由
明渠流量计量办法 一、水位法 1、机械法浮子流量计 浮子流量计本体由一个锥形管和一个置于锥形管中可以上下自由移动的浮子(或称转子)构成。浮子流量计本体用两端法兰、螺纹或软管与测量管道连接，并且垂直安装在测量管道上。当流体自下而上流入锥管时，被浮子截流，在浮子上、下游之间产生压力差，浮子在压力差的作用下上升，此时作用在浮子上的力有三个:流体作用在浮子上的动压力、浮子在流体中的浮力、浮子的重力。当锥管垂直安装时，浮子重心与锥管管轴相重合，作用在浮子上的三个力都落在管轴上。当这些力平衡时，浮子就平稳地浮在锥管内某一位置上。对于给定的浮子流量计，浮子大小和形状己经确定，因此它在流体中的浮力和自身重力都是已知的，是常量，唯有流体对浮子的动压力是随来流大小而变化的。因此当来流变大或变小时，浮子将在其平衡位置上，作向上或向下的移动，当来流重新恒定时，浮子就在新的位置上稳定。对于一台给定的浮子流量计，浮子在锥管中的位置与流体流经锥管的流量的大小成一一对应关系。这就是浮子流量计的计量原理。, 相关仪表 ◆机械编码式水位计 编码方式为将水位信息转换为一组机械触点通断信号，编码器为全量型机械式编码、无机械损耗、抗干扰、抗雷击 一体化机械计水位显示、无功耗。 ◆光电编码式水位计 编码方式为将水位信息转换为相应的光量变化，再用光敏元件转换为数字信号，编码器是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。信号强且稳定性好、最高分辨率高、光电式编码器体积大、防尘能力较弱。 ◆磁电编码式水位计 编码方式为将水位信息转换为相应的磁场变化，再用磁敏元件转换为数字信号：编码器体积非常小巧、分辨率小于光电编码器、对灰尘（非磁性）与光线不敏感、但它抗振性相对较差。 ◆模数编码式水位计 编码方式为将水位信息转换为模拟量，再用电子器件转换为数字信号。 2、压力传感器法 根据压力与水深成正比关系的静水压力原理，运用压敏元件作传感器的水位汁。当传感器固定在水下某一测点时，该测点以上水柱压力高度加上该点高程，即可间接地测出水位。该仪器适用于不便建测井的地区。, 压力式水位计分类 ◆压阻式 用固态压阻式压力传感器感应静压水头: 压阻式水位计长期放在水底，半导体硅片长期被水压变形产生疲劳，由此产生时飘，使用中要定期率定。国外定期将水位计在实验台上通过率定，找出补偿曲线供采集水位时修正。国内往往是定时将压水水位与水尺水位相比较来完成率定。前者可以保证传感器的线性度，从根本上保证水位采集精度，后者只是在个别水位点上校正，传感器的线性度没有得到改善。 ◆电容式 用电容式压力传感器感应静压水头: 利用电容敏感元件将被测压力转换成与之成一定关系的电量输出，其原理比较简单，是应用最广泛的一种压力传感器。
目录 绪论 (4) 0-1传感器作用 (4) 0-2传感器定义与构成 (5) 0-3传感器分类及对它普通规定 (7) 第一章传感器静特性 (9) 1-1线性度 (9) 1-2迟滞 (12) 1-3重复性 (13) 1-4敏捷度与敏捷度误差 (13) 1-5辨别力与阈值 (14) 1-6稳定性 (14) 1-7温度稳定性 (14) 1-8抗干扰稳定性 (14) 1-9静态误差 (14) 第二章电阻式传感器 (16) 2-1应变式传感器 (16) 2-1-1应变式传感器工作原理 (16) 2-1-2金属应变片重要特性 (18) 2-1-3 转换电路 (21) 2-1-4 温度误差及其补偿 (24) 2-1-5应变式传感器应用举例 (27) 2-2固态压阻式传感器 (28)
2-2-2 压阻式传感器特点 (29) 2-2-3固态压阻式传感器应用 (29) 第三章电感式传感器 (31) 3-1可变磁阻式电感传感器 (31) 3-2差动变压器式电感传感器 (34) 第四章电容式传感器 (36) 4-1电容式传感器工作原理 (36) 4-2极距变化型电容式传感器变换原理 (37) 4-3面积变化型电容式传感器变换原理 (37) 4-4介质变化型电容式传感器变换原理 (40) 4-5电容式传感器测量电路 (41) 第五章压电式传感器 (43) 5-1压电效应 (43) 5-2压电式传感器及其等效电路 (44) 5-3测量电路 (46) 第六章光电式传感器 (48) 6-1光电式传感器 (48) 6-2光纤传感器 (52) 6-3CCD图像传感器 (55) 第七章磁电式传感器 (58) 7-1磁电感应式传感器 (58)