小量程力传感器

传感器技术复习指南1.传感器：能感受规定的被测量并按照一定的规律将其转换成可用输出信号的器件或装置。

也叫变换器、检测器、探测器。

2.组成：敏感元件：指传感器中能直接感受（或响应）和检出被测对象的待测信息（非电量）的部分。

3.转换元件：指传感器中能将敏感元件所感受（或响应）出的信息直接转换成有用信号（一般为电信号）的部分。

4.其他辅助元件：包括信号调节与转换电路及其所需的电源。

信号调节与转换电路：能把传感元件输出的电信号转换为便于显示、记录、处理、和控制的有用电信号的电路。

5.分类：按工作原理（应变式、热电式、压电式）、被测量、敏感材料、能量的关系、其他（用途、学科、功能和输出信号的性质）分。

6.数学模型（从传感器的静态输入—输出关系和动态输入—输出关系建立）(1)静态模型：多项式(2)动态模型：微分方程和传递函数7.传感器（或测量设备）的输入—输出关系特性是传感器的基本特性。

衡量传感器静态特性的主要技术指标：线性度、测量的范围和量程、迟滞、重复性、灵敏性、分辨力和阈值、稳定性、漂移、静态误差.8.动态：阶跃响应和频率响应.9.标定：对新研制或生产的传感器进行全面的技术检定。

方法：利用标准仪器产生已知的非电量（如标准力、压力、位移等）作为输入量，输入到待标定的传感器中，然后将传感器的输出量与输入的标准量进行比较，获得一系列校准数据或曲线。

10.校准：将传感器在使用中或储存后进行的性能复测。

11.提高传感器性能的方法：非线性校正、温度补偿、零位法、微差法、闭环技术、平均技术、差动技术，以及采用屏蔽、隔离与抑制干扰措施等。

12.精确度：随机误差和系统误差都小；精密度：随机误差小；准确度：系统误差小。

储备知识：（1） 精确度：是精密度与准确度两者的总和，精确度高表示精密度和准确度都比较高。

在最简单的情况下，可取两者的代数和。

机器的常以测量误差的相对值表示。

与精确度有关指标：精密度、准确度和精确度(精度)（2）精密度：说明测量传感器输出值的分散性，即对某一稳定的被测量，由同一个测量者，用同一个传感器，在相当短的时间内连续重复测量多次，其测量结果的分散程度。

冲击力传感器
上海冉赛检测技术有限公司
作者：马忠新
冲击力传感器是我司研发的高响应传感器，传感器通过CAE（Computer Aided Engineering）有限元动态载荷分析技术仿真，结构不断优化，应力场均匀。

通过dynamics 技术，模拟冲击过程，计算传感器响应频率与动载荷，，提供定制设计。

CAE辅助设计
r-im型冲击力传感器
r-ip型大量程冲击力传感器
r-iy型小量程冲击力传感器
r-im-G型冲击力传感器
基体采用合金钢材料，经淬性与尺寸稳定性。

配合先进的表腐蚀。

Sensor element 采用进口器化工艺与装配夹具，使传感器传感器加工完成后要通过性测试、绝缘测试滞后误、温
信号调理装置
测量软件
料，经淬火、回火、深冷、蠕变匹配等加工处理，保证进的表面防护技术，使传感器在恶劣环境下可长期使进口器件，蠕变滞后小，测量范围大，绝缘性能好，传感器的线性、零漂、重复性、动态响应特性等性能优要通过严苛的性能测试，包括精度测试、响应测试、重误、温飘、零漂等，测试合格方可交付客户使用。

r-iy 型冲击力传感器
，保证了基体的高弹长期使用，不受环境能好，采用先进的固性能优异。

试、重复性测试、线
r-im型摆锤式冲击力传感器参数
r-ip型落锤式冲击力传感器参数。

万方数据　万方数据　万方数据计量学报２０１０年３月３．４主轴回转精度及侧向间隙影响该项对质心测量的精度至关重要，因为旋转轴线就是质心的测量基准，如果旋转过程中轴线不能为理想直线，其摆动量将对测量结果产生影响。

设主轴两支承轴承跨度为ｈ：，轴承侧隙与回转精度造成的轴端跳动为Ｄ，被测体质心高为ｈ。

，则此项引起的最大误差为：△，：导．Ｄ．学３．５最终计算公式的误差即式（５）产生的误差，由误差分析可知最大误差为：小（等＋等＋努）×Ｏ—Ｇ综上所述，最大的质心误差将不大于上述几项之和即Ａ≤∑△ｉ。

４该机构工程应用简述该机构新的技术手段使得此类设备研制有了很大进展。

在此基础上结合已有的形心测量技术，相继开发出多种型号的质量特性参数测量设备，设备运行稳定可靠，测量范围从几千克到几吨，其质心位置测量精度已经优于０．０５ｍｍ。

图４是研制的某型号质量特性参数设备实物照片。

５小结（１）本文提出了一种新的质心测量机构和方图４设备实物照片法，描述了主体机构和测量原理。

（２）该方法以旋转轴线为质心的测量客观基准，突破了质心测量以重力轴为基准的传统方法。

（３）提出了一种实用的质心测量方法——配平法，并给出了具体方法及计算公式。

（４）给出了影响该方法精度的几个主要因素，并进行了误差分析。

［参考文献］［１］刘建营．固体火箭发动机质心测量技术评述［Ｊ］．机固体火箭技术，１９９１，（４）：７５—８６．［２］卢志辉、孙志扬、陈惠南，等．旋转体质心、形心和质心横偏量的测量机构设计及精度分析［Ｊ］．机械设计，２００１，（４）２５—２７．［３］鲁四平、卢志辉、孙志扬，等．导弹弹头质量特性参数测量方法研究［Ｊ］．机械强度，２００２，２４（４）：６２３—６２５．［４］薄悦．提高质心测量灵敏度的关键技术研究［Ｄ］．郑州：郑州机械研究所．２００２．　万方数据一种新型的质心测量机构与测量方法作者：卢志辉， 薄悦， 张磊乐， 孙志扬， LU Zhi-hui， BO Yue， ZHANG Lei-le， SUN Zhi-yang作者单位：郑州机械研究所,河南,郑州,450052刊名：计量学报英文刊名：ACTA METROLOGICA SINICA年，卷(期)：2010,31(2)参考文献(4条)1.薄悦提高质心测量灵敏度的关键技术研究 20022.鲁四平;卢志辉;孙志扬导弹弹头质量特性参数测量方法研究[期刊论文]-机械强度 2002(04)3.卢志辉;孙志扬;陈惠南旋转体质心、形心和质心横偏量的测量机构设计及精度分析[期刊论文]-机械设计2001(04)4.刘建营固体火箭发动机质心测量技术评述 1991(04)本文链接：/Periodical_jlxb98201002006.aspx。

文献综述摘要本设计系统以单片机P89LPC9408为控制核心，实现电子秤的基本控制功能。

在设计系统时，为了更好地采用模块化设计法，分步设计了各个单元功能模块。

系统的硬件部分包括最小系统部分、数据采集部分、人机交互界面和系统电源四大部分。

系统的软件部分应用单片机C语言进行编程，实现了该设计的全部控制功能。

该电子秤可以实现基本的称重功能（称重范围为0～1Kg，重量误差不大于0.5%），还具有超量程和欠量程的报警功能。

本系统设计结构简单，使用方便，功能齐全，精度高，具有一定的开发价值。

关键词单片机A/D转换数据处理1. 电子秤概述称重技术自古以来就被人们所重视，作为一种计量手段，广泛应用于工农业、科研、交通、内外贸易等各个领域，与人民的生活紧密相连。

电子秤是电子衡器中的一种，衡器是国家法定计量器具，是国计民生、国防建设、科学研究、内外贸易不可缺少的计量设备，衡器产品技术水平的高低，将直接影响各行各业的现代化水平和社会经济效益的提高。

因此，称重技术的研究和衡器工业的发展各国都非常重视。

我国电子衡器从最初的机电结合型发展到现在的全电子型和数字智能型。

我国电子衡器的技术装备和检测试验手段基本达到国际水平。

电子衡器制造技术及应用得到了新发展。

电子称重技术从静态称重向动态称重发展；计量方法从模拟测量向数字测量发展；测量特点从单参数测量向多参数测量发展，特别是对快速称重和动态称重的研究与应用。

电子秤属于电子衡器的一种，它的发展也遵循这一趋势。

随着时代科技的迅猛发展，微电子学和计算机等现代电子技术的成就给传统的电子测量与仪器带来了巨大的冲击和革命性的影响。

常规的测试仪器仪表和控制装置被更先进的智能仪器所取代，使得传统的电子测量仪器在远距离、功能、精度及自动化水平定方面发生了巨大变化，并相应的出现了各种各样的智能仪器控制系统，使得科学实验和应用工程的自动化程度得以显著提高。

做为重量测量仪器，智能电子秤在各行各业开始显现其测量准确，测量速度快，易于实时测量和监控的巨大优点，并开始逐渐取代传统型的机械杠杆测量称，成为测量领域的主流产品。

南京航空航天大学硕士学位论文人体皮肤摩擦和弹性性能的试验研究姓名：李远峰申请学位级别：硕士专业：机械设计及理论指导教师：戴振东20080301摘 要皮肤位于人体的表面是人体健康的第一道防线在日常生活中人体皮肤不可避免与其它多种材料的摩擦接触从而产生了许多皮肤摩擦问题人体皮肤许多生理功能的实现都依赖于其力学性能而皮肤的弹性性能是皮肤力学性能的一个重要参数因此人体皮肤摩擦和弹性性能的研究对于人们保持皮肤健康提高生活质量具有重要的意义目前国内外关于皮肤摩擦性能的研究主要是在传统的摩擦试验装置上进行的这些试验装置大多只能针对人体上肢部位皮肤进行测试测试部位的局限性较大国内外有关专用的皮肤摩擦试验装置的研究比较少为此本文在研究中自行设计了一台FS-1便携式皮肤摩擦试验机该装置灵活小巧使用方便适用范围广不但可以测试人体上肢部位皮肤的摩擦系数而且还可以对人体额头脸颊等其它部位皮肤进行测试 本文采用UMT-多功能摩擦磨损试验机测试了人体皮肤的摩擦和弹性性能同时采用自行研制的FS-1便携式皮肤摩擦试验机测试人体皮肤的摩擦性能定量的研究了性别试验部位试验设备和护肤品对人体皮肤摩擦和弹性性能的影响试验数据进行了统计学分析研究结果表明1在选定人群样本中性别对皮肤的摩擦性能影响不大不同试验部位皮肤的摩擦性能存在差异皮肤摩擦性能的测试结果因试验设备不同而异硅油霜显著影响皮肤的摩擦性能其保湿性能在不同性别不同试验部位和不同试验设备之间差别不大2在选定人群样本中性别对皮肤的弹性性能影响不大不同试验部位皮肤的弹性性能存在差异使用硅油霜后未见皮肤的弹性有显著变化 关键词人体皮肤摩擦性能弹性性能硅油霜保湿性能 女士内衣/AbstractSkin is located at the surface of human body, it is the first line of human health. In daily life, human skin often contacts with a variety of materials, resulting in a lot of skin frictions, many physiological functions of the skin depend on its mechanical properties, and the skin elastic properties is an important parameter of skin mechanical properties. Therefore, study of human skin frictional and elastic properties have a great significance for maintaining better skin health and improving people's quality of life.At present, the study of skin friction is mainly on the traditional friction test devices at home and abroad, most of these devices can only test the upper limbs skin of human, having lots of limitations, the development of dedicated skin friction test device is relatively small at home and abroad. In this thesis, we designed a FS-1 portable skin friction tester, which is flexible, easy to use, and a wide range of applications, not only can test the friction coefficients of human upper limbs skin, but also forehead, face , and other sites.In this thesis,we tested the friction coefficients and elastic modulus of human skinon UMT-muti-specimen biomedical micro-tribometer, we also tested the friction coefficients of human skin on FS-1 portable skin frictional tester and quantitativly studied gender, test sites, skin care product and test equipments to the effect on frictional and elastic properties of human skin statistical analysis were used in data analysis.The results show that: (1) In selected samples of the crowd , gender has no significant effect on frictional properties of human skin the frictional properties of human skin have significant differences among different test sites,there were significant differences on frictional properties of human skin between different test equipments; Silicone cream has significant effect on frictional properties of human skin,but there were no significant differences for the moisturizing properties of silicone cream between different gender different test sites and different test equipments.(2) In selected samples of the crowd , gender has no significant effect on elastic properties of human skin, elastic properties of human skin have significant differences among different test sites;After using silicone cream, there were no significant differences on elastic properties of human skin.Keywords: human skin, frictional properties, elastic properties, silicone cream,moisturizing properties图清单图1.1 人体皮肤组织结构图 (2)图1.2 旋转式皮肤摩擦测试仪原理图 (4)图1.3 往复式皮肤摩擦试验装置 (4)图1.4 ST-1型往复滑动皮肤摩擦试验装置原理图 (4)图1.5 手指皮肤摩擦系数变化与法向载荷的关系 (7)图1.6 离体皮肤的摩擦系数随皮肤水合作用变化的关系 (7)图1.7 在体皮肤摩擦系数与皮肤缺水的关系 (7)图1.8 皮肤涂覆不同品质护肤品后摩擦系数变化曲线 (9)图1.9 皮肤涂抹不同种类护肤品后摩擦系数变化曲线 (10)图1.10 不同材料疏水性(Ho/%)与摩擦系数间的关系 (11)图1.11 基于吸力原理的皮肤弹性测试仪 (12)图1.12 基于扭力原理的皮肤弹性测试仪 (12)图1.13 基于弹性切力波原理的皮肤弹性测试仪 (13)图2.1 UMT-多功能摩擦磨损试验装置 (17)图2.2 专用夹具 (18)图2.3 试验示意图UMT- (18)图2.4 FS-1便携式皮肤摩擦试验装置 (18)图2.5 FS-1便携式皮肤摩擦试验装置结构示意图 (19)图2.6 试验示意图FS-1 (19)图2.7 数据采集卡实物图 (20)图2.8 数据采集的结构框图 (20)图2.9 数据传输模块原理图 (21)图2.10 程序界面 (22)图2.11 程序流程图 (22)图2.12 传感器实物图 (23)图2.13 Y方向的标定结果 (24)图2.14 Z方向的标定结果 (25)图3.1 自然状态下人体上臂掌侧皮肤的摩擦系数-时间图UMT- (28)图3.2 自然状态下人体上臂掌侧皮肤的摩擦系数-时间图FS-1 (28)图3.3 男女各试验部位皮肤自然状态下及手背使用硅油霜后的平均摩擦系数及标准差(UMT-) (33)图3.4 男女各试验部位皮肤自然状态下及手背和前额皮肤使用硅油霜后的平均摩女士内衣/擦系数及标准差FS-1 (33)图3.5 两种试验设备上男女手背和前额皮肤使用硅油霜后平均摩擦系数提升率及标准差 (34)图4.1 自然状态下人体上臂掌侧皮肤的压入载荷-压入深度图 (41)图4.2 自然状态下人体上臂掌侧皮肤的弹性模量-压入深度图 (41)图4.3 男女各试验部位皮肤自然状态下及手背皮肤使硅油霜后的平均弹性模量及标准差 (44)表清单表1.1 所有试验者的六个试验部位相对与所有材料的平均摩擦系数 (6)表1.2 五种材料相对所有试验者的所有试验部位的平均摩擦系数 (6)表1.3 不同材料疏水性Ho/%与摩擦系数间的关系 (10)表2.1 三维小量程力传感器的具体参数 (23)表3-1 男女各试验部位皮肤自然状态下的摩擦系数及手背皮肤使用硅油霜后的摩擦系数及摩擦系数提升率UMT- (29)表3-2 男女各试验部位皮肤自然状态下的摩擦系数及手背和前额皮肤使用硅油霜后的摩擦系数及摩擦系数提升率FS-1 (29)表3.3 自然状态下相同试验设备上相同试验部位皮肤不同性别之间的摩擦系数成组t t 0.05=2.024检验 (35)表3.4 自然状态下相同试验设备上相同性别各试验部位皮肤之间的摩擦系数F检验 (35)表3.5 自然状态下相同试验设备上相同性别各试验部位皮肤之间的摩擦系数显著性多重比较LSD法 (36)表3.6 自然状态下相同性别相同试验部位皮肤不同试验设备之间的摩擦系数成对t t 0.05=2.093检验 (37)表3.7 相同设备上相同性别手背和前额皮肤分别在自然状态下及使用硅油霜后的摩擦系数成对t t=2.093检验 (37)0.05表3.8 相同试验设备上手背和前额皮肤使用硅油霜后不同性别之间的摩擦系数提升率成组t t=2.024检验 (38)0.05表3.9 相同性别手背和额头皮肤之间使用硅油霜后的摩擦系数提升率成对t=2.093检验FS-1 (38)t0.05表3.10 相同性别手背皮肤使用硅油霜后在不同试验设备之间的摩擦系数提升成对t t 0.05=2.093检验 (39)表4.1 男女各试验部位皮肤自然状态下及手背皮肤使用硅油霜后的弹性模量g/mm² (42)表4.2 自然状态下相同试验部位皮肤不同性别之间的弹性模量成组t t 0.05=2.024检验 (44)表4.3 自然状态下相同性别各试验部位皮肤之间弹性模量的F F 0.05=2.725检验 (45)表4.4 自然状态下相同性别各试验部位皮肤之间的弹性模量显著性多重比较LSD法 (45)女士内衣/表4.5 相同性别手背皮肤分别在自然状态下和使用硅油霜后的弹性模量成对t t 0.05=2.093检验 (45)承诺书本人郑重声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下独立进行研究工作所取得的成果尽我所知除文中已经注明引用的内容外本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体均已在文中以明确方式标明本人授权南京航空航天大学可以有权保留送交论文的复印件允许论文被查阅和借阅,可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索可以采用影印缩印或其他复制手段保存论文(保密的学位论文在解密后适用本承诺书)作者签名日期女士内衣/1第一章 绪论1.1 引言人体皮肤的舒适性即感观主要有触觉和视觉两部分触觉感受包括皮肤是否光滑有弹性视觉感受包括是否丰满有光泽而皮肤的粗糙度对两者都有影响感觉的光滑性能够用摩擦系数加以准确表示皮肤弹性能够用皮肤及皮下组织的弹性模量表示粗糙度能够用非接触的测量结果表示丰满度原则上能够结合弹性模量的评价测试结果来表示光泽的表示可以通过对皮肤反光性能的评价来得到定量结果皮肤是人体最大的组织其覆盖全身使体内各种组织和器官免受物理性机械性化学性和病原微生物性的侵袭是人体抵御外界的第一道防线同时也参与人体的代谢过程其健康与否关系着人体的健康和生命的保护在日常生活中由于劳动锻炼保暖保健美容等需要人体皮肤离不开与其它多种材料的摩擦接触从而产生了许多皮肤摩擦问题如皮肤与劳动生产工具体育用品等的擦伤起泡现象皮肤与纺织纤维材料接触摩擦的舒适性等皮肤使用护肤品后的感受及保湿性能等人体皮肤许多生理功能的实现都依赖于其力学性能而皮肤的弹性性能是皮肤力学性能的一个重要参数因此人体皮肤摩擦和弹性性能的研究对于更好的保持皮肤健康提高人们的生活质量具有重要的意义1.2 人体皮肤的结构和功能1.2.1 人体皮肤的结构 皮肤主要由表皮和真皮构成借皮下组织与深部的组织相连另外还有神经血管淋巴管及皮肤附属器等[1]其组织结构见图 1.1表皮主要由上皮细胞组成另外还包括少量的树枝状细胞和麦克尔细胞等上皮细胞最终形成角质蛋白有保护作用的角质细胞故又称为角朊细胞根据角朊细胞的发展阶段和特点表皮被分为五层基底层棘细胞层颗粒层透明层和角质层新生的细胞进入棘细胞层然后上移到颗粒层再通过角质层而脱落下来真皮由纤维母细胞及其产生的胶原纤维弹力纤维网状纤维与基质等组成皮下组织又称皮下脂肪层由脂肪小叶及小叶间隔组成皮肤约占总体重的16%成人的皮肤面积为1.2 2.0 m 2新生儿约为0.21 m2皮肤的厚度随年龄部位而异平均约0.54mm 表皮厚度从0.04mm眼睑到 1.6mm 足跖平均约0.1vmm 真皮厚度是表皮的1540倍掌跖及四肢伸侧等处皮肤较厚眼睑乳房和四肢屈侧等处皮肤较薄人体皮肤摩擦和弹性性能的试验研究2 图1.1 人体皮肤组织结构图 1.2.2 人体皮肤的功能皮肤作为人体的第一道防线和最大组织参与全身的机能活动以维持机体和外界自然环境的对立统一同时机体的异常情况也可在皮肤上反映出来皮肤能接受外界的各种刺激并通过反射调节使机体更好地适应外界环境的各种变化所以具有十分重要的生理功能具体表现在以下几方面 1屏障作用皮肤一方面保护机体内各种器官和组织免受外界环境中机械的物理的化学的和生物的等有害因素的损伤另一方面防止组织内的各种营养物质电解质和水分的丧失 2感觉作用皮肤内分布有感觉神经及运动神经以感知触冷温痛压和痒等各种感觉引起相应的神经反射维护机体的健康 3调节体温作用皮肤是体内热量散发的重要组成部位可以通过皮肤血管收缩立毛和排汗等形式来调节体温也可以通过辐射对流传导和蒸发等物理方式来散发热量 4吸收作用皮肤具有通过角质层毛囊皮脂腺和汗管吸收外界物质的能力这对维护身体健康是必不可少的同时也是现代皮肤科外用药物治疗皮肤病的理论基础 女士内衣/5分泌和排泄作用皮肤具有一定的分泌和排泄功能这主要是通过汗腺分泌汗液皮脂腺排泄皮脂进行的排汗具有散热降温保护皮肤排泄药物以代替肾脏部分功能等作用皮脂腺具有形成皮表脂质膜润泽毛发及皮肤的作用1.3 人体皮肤摩擦性能的研究状况早在20世纪60年代国外就有关于人体皮肤摩擦性能的研究报道由于研究手段的限制人体皮肤摩擦大多采用传统摩擦学的研究方法和手段主要针对不同材料与不同部位皮肤间的摩擦力与摩擦系数进行测定停留在理论探索阶段许多研究成果并没有用于实际生产和生活中目前国外人体皮肤摩擦性能研究的应用背景主要限制在化妆品和纺织行业而我国在这方面的研究工作刚刚起步[2-12]1.3.1 试验方法及设备试验方法及设备是人体皮肤摩擦性能研究的关键国外在摩擦系数的评估上通常所用的方法是测量接触表面间法向力L和运动开始时所需的切向力F来确定皮肤的摩擦系数即μ=L/F测试时的运动模式主要有两种一种是设计是线性运动探头压在皮肤表面并在皮肤上实现往复直线运动另一种设计是旋转运动探头压在皮肤表面并在皮肤上旋转接触模式有球-面面-面和环-面前期文献主要对志愿者的皮肤与不同材料接触时的静摩擦系数和动摩擦系数进行了测量[13,16,21-41]根据摩擦力测试时的旋转和直线运动模式皮肤摩擦力的测量设备分为两种旋转式摩擦力测量设备和直线式摩擦力测量设备旋转式摩擦力测量设备应用转动的轮或圆盘以恒定的载荷压在皮肤上通过测量转动时的摩擦阻力得到摩擦力Hlighly[24]等设计了一种旋转式皮肤摩擦测试仪该装置通过检测带量角器的转子通过光电管时的光测量摩擦阻力如图1.2所示Comaish[25]等开发了一种便携式皮肤摩擦测量仪包括一个DC电机一个旋转的Teflon圆盘探头和位置可转动的传感器当放置在皮肤表面时旋转的旋转的圆盘探头与皮肤接触由摩擦力产生的转矩可被测量Zhang[16]等在其研究中对该摩擦计进行了两方面的改进首先用弹簧称容量1kg与探测器相连增添弹簧称可监测法向力的变化第二个用环形的探头代替平面或球面探头因为接触表面的压力分布随着软组织和其下骨骼的几何形状和硬度变化这将影响摩擦力矩环形接触表面可消除压力分布引起的误差经这两方面改进使测量精度大幅度提高从文献研究中可知2000年后基本上不采用旋转运动模式测量皮肤摩擦力人体皮肤摩擦和弹性性能的试验研究4 图1.2 旋转式皮肤摩擦测试仪原理图直线式摩擦力测量设备分为单向直线式和往复直线式两种早期的单向直线式设计式Comaish 和Bottoms [13]所用的最简单的方法把一带探头的滑块放置在皮肤上滑块上放置法码改变法向载荷的大小滑块另一端经定滑轮与另一平盘相连平盘上加砝码直到可拉动滑块以恒定的速度滑动动摩擦系数就等于平盘中的砝码重量除以滑块上的砝码重量往复式设计大多使用传动电机实现往复运动摩擦力由应变仪或测力传感器测量最早是由Naylor 设计的[21]Asserin [22]等开发了一台测量人体前臂皮肤与接触材料间摩擦性能的往复式皮肤摩擦试验装置如图1.3所示该设备由三部分组成摩擦力测量装置A 待测部位的固定台B 和台式位移测微计C 摩擦力通过应变仪测量固定台的往复位移由台式位移测微计测量周仲荣等[9]自行研制了一种ST-1型往复滑动皮肤摩擦试验机图1.4示出了该试验装置的原理图该试验装置主要分为三部分摩擦力测试平台三维传感器测力装置和计算机数据采集和处理系统图1.3 往复式皮肤摩擦试验装置 图1.4 ST-1型往复滑动皮肤摩擦试验装置原理图以上设备法向载荷都是通过静重量和弹簧力加载没有法向加载的实时监测系统由于皮肤是不平坦的法向载荷在测量过程中会有波动而这些测量方法都是假设法向载荷是恒定的这将影响测量的精度和重复性现阶段最先进的摩擦力测量设备是美国CETR公司开发的UMT系列多功能摩擦磨损试验机[5-8,23,32]UMT是计算机控制的台式高精度摩擦试验仪器可以对人工关节牙齿人造心脏瓣膜人造皮肤外科的固定材料和手术缝合线等生物材料进行测试也适合在体皮肤的测试UMT主要由控制器和检测器组成控制器是由八个数据通道和一个对所有运动模式进行模拟的智能化执行器组成检测器上装有高精度的传感器可以检测样品的垂直和水平方向的位置和运动其法向载荷加载由闭环伺服系统精确控制可以提供恒力模式和线性增量模式运动模式有直线旋转和往复式运动可同时采集摩擦力法向载荷接触电阻电容和电导系数并以20KHZ 的数据采样速度记录1.3.2 影响人体皮肤摩擦性能的因素前期文献测量的人体皮肤摩擦系数值有较大的差别这是因为皮肤摩擦性能的评估是一个十分复杂的问题它涉及到皮肤的力学性能微观形貌接触材料性质接触界面状态皮肤表面的物理化学性质试验条件和个体差异等以下为前期文献研究中影响皮肤摩擦性能的一些主要因素1年龄种族性别体重身高与年龄和性别有关的皮肤摩擦性能研究得出了全然不同的结论Cua等[28]报导摩擦系数在年龄和性别之间没有显著的差别Elsner[31]发现不同年龄组妇女的阴部皮肤没有显著差别朱华等[6]测得男女手掌和指纹摩擦系数相差不大周仲荣等[8]试验表明性别对人体皮肤的摩擦系数影响不大但Asserin[22]和Elsner[31]发现年轻人的前臂摩擦系数比老人高绝经后的妇女显著低于绝经前的妇女朱华等[6,7]测得女性手背皮肤摩擦系数比男性要大前期文献研究的差别说明年龄和性别对摩擦系数的影响还有待于进一步研究这可能与皮肤的生理机能变化皮肤纹理的个体差异和人体不同部位的皮肤有关Mauskiatti[33]等发现白人和黑人之间的皮肤粗糙度没有差别Raja[32]等测出皮肤的摩擦系数在种族之间差别不大大多数学者研究证实人的性别体重和身高等因素对皮肤摩擦性能的影响不大2试验部位接触材料人体不同部位的皮肤摩擦性能差别较大Cua[28]等选择了人体11个部位的皮肤即前臂后臂手掌手背腹部后背脚跟大腿前额前胸小腿进行了试验研究结果表明摩擦系数在这些部位中存在较大差别摩擦系数最大处在前额和后背为0.34±0.02最小处在腹部为0.12±0.01其它部位平均值为0.21±0.01Elsener等[31]对测试的阴部皮肤的摩擦系数为0.66而前臂皮肤为0.48人体皮肤摩擦和弹性性能的试验研究6 Zhang 等[16]对年龄从19至40没有明显皮肤疾病的10个试验者的六个不同部位的皮肤即手掌,手背前臂背侧,前臂后侧腿部中前侧腿部中后侧相对于五种材料进行了摩擦系数研究发现手掌具有最高的摩擦系数见表 1.1不同的接触材料对皮肤摩擦性能也有影响Zhang 等[16]测得的皮肤与五种材料即铝尼龙硅树脂棉短袜泥质岩的摩擦系数见表 1.2可见硅树脂与皮肤具有最高的摩擦系数Bryan [38]等用六种不同的材料在皮肤上进行了试验这些材料为砂纸塑料皮革铝胶带普通纸结果表明砂纸具有最大的摩擦系数0.66普通纸具有最小的摩擦系数0.27可以看出人体不同部位的皮肤由于其组织纹理结构物理化学性质功能及外界接触的环境不同有着不同的摩擦性能不同材料由于其表面性质不同对皮肤的摩擦性能会有不同影响 表1.1 所有试验者的六个试验部位相对与所有材料的平均摩擦系数 试验部位 手背 手掌 前臂背侧 前臂后侧 腿部中前侧 腿部中后侧 摩擦系数 0.47±0.12 0.62±0.22 0.46±0.10 0.43±0.10 0.40±0.10 0.40±0.09 表1.2 五种材料相对所有试验者的所有试验部位的平均摩擦系数 材料 铝 尼龙 硅树脂 棉短袜 泥质岩 摩擦系数 0.42±0.14 0.37±0.09 0.61±0.21 0.51±0.11 0.45±0.07 3探头运动速度或频率 探头运动速度和频率增加时摩擦系数增大Zhang 等[16]研究了8次试验中探头旋转速度对摩擦系数的影响结果说明随着旋转速度的增加摩擦系数稍有些增加当旋转速度从25rpm 增加到62.5rpm 时摩擦系数增加7±2% 4法向载荷和接触面积经典摩擦理论认为摩擦力与法向力成线性比例但这一理论不适合皮肤摩擦力与法向力的关系大多数文献经试验证实皮肤的摩擦系数随着法向载荷的增大逐渐减小[13,16,32,39] Comaish [13]等证实在高于一定载荷范围时Amonton 定律适合于皮肤的摩擦在载荷偏小时存在一定的偏差这是因为皮肤和材料的接触变形不仅仅是塑性的真实的接触面积与所加载荷并不成线性关系Comaish 等认为摩擦力与法向载荷成指数关系即n w μF ⋅=,n 为指数n<1其中两接触表面面积和压力分布起着主要作用Raja 等[32]测量的手指皮肤的摩擦系数随着法向载荷的变化关系见图 1.5a 图 1.5b 示出了 摩擦系数随法向载荷变化的对数关系得到摩擦系数与法向载荷的关系为μN-0.32Koudine [34]等得到μN-0.28Wolfram [39]经理论分析认为μN-1/3a摩擦系数随法向载荷的变化b摩擦系数随法向载荷变化的对数关系曲线图1.5 手指皮肤摩擦系数变化与法向载荷的关系5皮肤角质层水合作用和表皮缺水干燥皮肤表皮的含水量可以用皮肤角质层水合作用解释部分文献研究了摩擦力与皮肤角质层水合作用和表皮缺水的关系摩擦力随着皮肤角质层水合作用的增强而增大随着表皮缺水程度的增大而减小[31-32,47]通常用电性能测量方法评价皮肤表面的水合作用和表皮缺水[43-49]电性能测量包括电容电导系数和电阻皮肤角质层组织的作用象一层电解质含水量的变化使角质层对电场会有影响当皮肤发生水合作用和电导系数增加摩擦系数升高当皮肤干燥缺水时电容和电导系数下降摩擦系数也下降Elsner等[31]测量的阴部皮肤处的摩擦力高于前臂皮肤说明那里的含水量较高Raja等[32]用UMT设备对皮肤的摩擦系数与皮肤水合作用和缺水的关系进行了测量对于离体的皮肤皮肤浸入到水中约3分钟后拿出擦去没被皮肤吸收的多余水分发现皮肤的水合作用使皮肤的摩擦系数上升到原值的150%15分钟后皮肤的摩擦系数又返回到其干燥状态时的值图1.6对于在体皮肤应用异丙基乙醇使皮肤干燥缺水观察到乙醇用于皮肤表面后使皮肤摩擦系数下降图1.7图1.6 离体皮肤的摩擦系数随皮肤图1.7 在体皮肤摩擦系数与皮肤水合作用变化的关系缺水的关系。

传感器答案汇总1、测试系统：测试所⽤的测试装置，叫做测试系统。

2、测试系统的基本构成：⼀般来说，测试系统由传感器、中间变换装置和显⽰记录装置三部分组成。

传感器将反映被测对象特性的物理量（如压⼒、温度等）检出并转换为电学量，然后传输给中间变换装置；中间变换装置对接受到的电信号⽤硬件电路或经A/D转换器变换后⽤软件对信号进⾏分析处理，再将处理结果以电信号或数字信号的形式传输给显⽰记录装置；显⽰记录装置将测量结果输出，提供给观察者或其他⾃动控制装置。

3、传感器的定义：传感器是测试系统中的检测部件，它直接感受被测量的变化，并输出与被测量成⼀定⽐例关系的信号，满⾜系统对信号的传输、处理、记录和显⽰的要求。

4、确定性信号：能够⽤明确的数学关系式描述或可以⽤实验的⽅法并以⾜够的精度重复产⽣的信号称为确定性信号。

5、信号的时域描述：直接观测或记录到的信号，⼀般是以时间为独⽴变量的，称其为信号的时域描述。

信号的时域描述反映信号幅值随时间变化的关系。

6、线性定常系统：若系统的输⼊和输出之间的关系可以⽤常系数线性微分⽅程来描述，则称该系统为线性定常系统。

7. 静态特性：测量时，测试装置的输⼊、输出信号不随时间变化，称为静态测量。

静态测量时，装置表现出的响应特性称为静态响应特性。

8. 动态特性：动态特性是指测试系统对于随时间变化的输⼊量的响应特性。

9. 灵敏度：当测试装置的输⼊x有⼀增量△x，引起输出y发⽣相应的变化△y时，有S=△y/△x ,为该测试系统的灵敏度。

10. 灵敏阈：⼜称为死区，把引起测量装置产⽣⼀个可察觉变化的最⼩被测量称为灵敏阈，⽤来衡量测量起始点不灵敏的程度。

11.分辨⼒：分辨⼒是指能引输出量发⽣变化时输⼊量的最⼩变化量，表明测试装置分辨输⼊量微⼩变化的能⼒。

12. 回程误差：实际测试装置在输⼊量由⼩增⼤和由⼤减⼩的测试过程中，对应于同⼀个输⼊量往往有不同的输出量。

在同样的测试条件下，若在全量程输出范围内，对于同⼀输⼊量所得到的两个数值不同的输出量之间差值最⼤者为h max,则定义回程误差为：13. ⾮线性度：校准曲线与拟合直线的偏离程度就是⾮线性度。

传感器随着现代科技的发展，传感器技术的应用越来越广泛。

其中，在传感器家族中占有重要地位的成员——温度传感器的应用也深入了各个领域。

于是,在新学期的研学课中,我们小组决定研究温度传感器的构造,工作原理,各种用途并争取自己设计出一款新的传感器.那么先来了解一下传感器的大家族吧.以下是我们小组前期活动中收集到的资料的汇编.一、传感器定义什么叫传感器？从广义上讲，传感器就是能感知外界信息并能按一定规律将这些信息转换成可用信号的装置；简单说传感器是将外界信号转换为电信号的装置。

所以它由敏感元器件（感知元件）和转换器件两部分组成，有的半导体敏感元器件可以直接输出电信号，本身就构成传感器。

敏感元器件品种繁多，就其感知外界信息的原理来讲，可分为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（还有人曾将传感器分46类）。

下面对常用的热敏、光敏、气敏、力敏和磁敏传感器及其敏感元件介绍如下。

二、温度传感器及热敏元件温度传感器主要由热敏元件组成。

热敏元件品种教多，市场上销售的有双金属片、铜热电阻、铂热电阻、热电偶及半导体热敏电阻等。

以半导体热敏电阻为探测元件的温度传感器应用广泛，这是因为在元件允许工作条件范围内，半导体热敏电阻器具有体积小、灵敏度高、精度高的特点，而且制造工艺简单、价格低廉。

1 半导体热敏电阻的工作原理按温度特性热敏电阻可分为两类，随温度上升电阻增加的为正温度系数热敏电阻，反之为负温度系数热敏电阻。

⑴正温度系数热敏电阻的工作原理此种热敏电阻以钛酸钡（BaTio3）为基本材料，再掺入适量的稀土元素，利用陶瓷工艺高温烧结尔成。

纯钛酸钡是一种绝缘材料，但掺入适量的稀土元素如镧（La）和铌（Nb）等以后，变成了半导体材料，被称半导体化钛酸钡。