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现代传感器应用技术（选修课结课作业---------现代传感器应用技术学 号： 200820410034学生姓名： 郭凯 学 院：材料科学与工程 系 别：材料物理 专 业：材料物理 班 级：材料物理082010 年 11 月应变式加速度计电阻式传感器是把位移、力、压力、加速度、扭矩等非电物理量转换为电阻值变化的传感器。
它主要包括电阻应变式传感器、电位器式传感器和锰铜压阻传感器等。
电阻式传感器与相应的测量电路组成的测力、测压、称重、测位移、加速度、扭矩等测量仪表是冶金、电力、交通、石化、商业、生物医学和国防等部门进行自动称重、过程检测和实现生产过程自动化不可缺少的工具之一。
电阻式传感器的结构：由电阻元件及电刷(活动触点)两个基本部分组成。
电刷相对于电阻元件的运动可以是直线运动、转动和螺旋运动，因而可以将直线位移或角位移转换为与其成一定函数关系的电阻或电压输出。
电阻应变式传感器中的电阻应变片具有金属的应变效应，即在外力作用下产生机械形变，从而使电阻值随之发生相应的变化。
电阻应变片主要有金属和半导体两类，金属应变片有金属丝式、箔式、薄膜式之分。
常用的电阻应变式传感器有应变式测力传感器、应变式压力传感器、应变式扭矩传感器、应变式位移传感器、应变式加速度传感器和测温应变计等。
电阻应变式传感器的优点是精度高，测量范围广,寿命长,结构简单，频响特性好，能在恶劣条件下工作，易于实现小型化、整体化和品种多样化等。
它的缺点是对于大应变有较大的非线性、输出信号较弱，但可采取一定的补偿措施。
因此它广泛应用于自动测试和控制技术中。
应变式加速度计是电阻式传感器的一种。
应变式加速度计根据电阻应变效应和振动系统惯性力的原理实现信号的转换，对于电阻应变效应，这里不再详述。
惯性式测振传感器的原理：测量结构物某一点的振动，往往很难找到一个相对不动的基准点来安装仪器，因此就考虑设计这样一种仪器，其内部设置一个“质量弹性系统”。
测振时，把它固定在被测物上，使仪器的外壳与结构物仪器振动，直接测量的是质量块相对于外壳的振动。
《现代传感器技术》课程教学大纲课程代码：010142062课程英文名称：Modern Sensor Technology课程总学时：16 讲课：16 实验：0 上机：0适用专业：机械设计制造及其自动化，机械电子工程大纲编写（修订）时间：2010.7一、大纲使用说明（一）课程的地位及教学目标1．课程的地位《现代传感器技术》课程是机械设计制造及自动化专业本科的专业必选课。
本课程的主要任务是使学生获得在工业、科研等领域中常用传感器工作原理、特性参数、测量电路和典型综合应用等方面的知识；掌握信息获取与处理的基本概念、测试数据处理、检测系统静态与动态特性、参数检测方法、现代测试系统构成以及智能仪器与虚拟仪器在检测系统中的应用等方面的基本知识与基本技能，具备将所学到的现代传感器技术灵活应用于生产实践的能力。
2．课程的教学目标学生学完本门课后，掌握传感器与检测技术的基础知识和基本技能，具备检测技术工程师的基本素质与能力，能应用到生产和科研中遇到的检测系统设计以及传感器选型、调试、数据处理等方面的基本问题，初步形成解决科研和生产实际问题的能力。
了解本专业发展动向。
（二）知识、能力及技能方面的基本要求1．知识要求：了解信息获取与处理的基本概念；掌握传感器与检测系统的基本特性；掌握常用非电量的测量方法；了解常用传感器的工作原理、结构、特性参数、测量电路和典型应用；了解现代检测系统的构成及其设计方法、了解虚拟仪器技术在检测系统中的应用。
2．能力、技能方面的基本要求：要求掌握物理学上的电磁学理论知识、控制工程基础中的系统分析方法、电工课的电路分析理论；能阅读和分析常用传感器的结构图及测量电路的框图；能正确掌握常用非电量的测量方法；能根据测量任务正确的选用传感器、设计和组建典型实际量测试系统。
（三）实施说明1．在教学中针对涉及传感器授课内容单调，逻辑性、连贯性差，单纯的讲解难于引起学生兴趣等问题，在课堂教学过程中，充分利用幻灯、投影仪、音像、CAI等现代化教学手段开展多媒体教学和实际工程案例教学。
第五章光电传感技术5.1 概述P1555.1.1 光学基础知识P1551、几何光学的四个定律（直线传播、独立传播、反射、折射）2、物理光学现象（衍射、干涉、辐射和吸收）5.1.2 光电式传感器的组成及特点P1595.2 传感器用光源1595.2.1 对光源的基本要求5.2.2 常用光源热辐射光源、气体放电光源、发光二极管（种类、特点）、激光光源（固体激光器、气体激光器、半导体激光器）5.3 光电探测器件及弱信号探测技术1635.3.1 光电探测器件1、基于外光电效应的探测器件（光电管、光电倍增管）2、基于光电导效应的光电器件光电导型、光电结型探测器（光敏二极管、光敏三极管）、高速光敏器件（PIN 结光敏二极管、雪崩光敏二极管）3、基于光生伏特效应的探测器件5.3.2 弱信号探测1、锁相放大器（锁相放大原理、弱光检测系统）2、取样积分器（取样积分原理、弱光检测系统）3、光子计数器（基本的光子技术系统、辐射源补偿的光子计数系统、背景补偿的光子计数系统）5.4 激光传感技术1725.4.1 激光干涉法—测平晶楔角5.4.2 激光衍射法1、细丝直径测量2、薄带宽度测量5.4.3 激光莫尔法—板材的板型测量5.4.4 激光扫描法—测直径1、测量原理2、非线性补偿3、分辨力提高4、量程扩展5.4.5 激光准直法1、利用激光的方向性准直2、利用激光的相干性准直5.4.6 激光测距1、脉冲时间测距法2、相位测距法（调幅波相位测距法、干涉相位测距法）5.4.7 散斑测量—粗糙表面、颗粒引起激光散射1、利用多张散斑图测量空间位移2、用散斑照相研究位相物体（透明固体折射率、透明液体折射率）3、利用时间平均散斑图分析振动5.4.8 全息干涉测量1、全息的基本原理2、实时法全息干涉术3、二次曝光全息干涉术5.5 红外传感技术1855.5.1 红外辐射的基本知识5.5.2 红外辐射的基本定律1、红外辐射的发射及其规律2、红外辐射的三个基本定律（基尔霍夫定律、斯忒藩-波尔兹曼定律、韦恩位移律）5.5.3 红外探测器1、热探测器2、光子探测器3、红外探测器的基本参数（响应率、响应波长范围、噪声等效功率、探测率、响应时间）5.5.4 红外传感系统的组成5.5.5 红外探测的光学系统5.5.6 红外探测的辅助电路1、一般直流偏置电路与最佳偏置工作点2、直流匹配偏置、恒流偏置、恒压偏置3、交流偏置、微波偏压设置5.5.7 红外测温1、红外测温特点2、红外测温原理3、红外测温仪5.5.8 红外成像5.5.9 红外无损检测1、焊接缺陷的无损检测2、焊件内部缺陷检测3、疲劳裂纹探测第六章光纤传感技术6.1 光纤概述1956.1.1 光纤的基本概念1、光纤的结构2、光线在光纤中的传播3、光纤的模式4、光纤的分类5、光纤的特性6.1.2 光纤的损耗与色散1、光纤的损耗2、光纤的色散（模式色散、色度色散、偏振模色散）6.1.3 光纤的偏振与双折射6.2 光线用光源和传输连接器件1996.2.1 光纤用光源1、非相干光源（热光源、气体放电光源、发光二极管）2、相干光源（固体激光器、液体激光器、气体激光器、半导体二极管激光器、面发射激光器、光纤激光器、ASE光源）6.2.2 光纤无源器件1、传输连接器件2、光纤连接器（一般结构、性能、常见光纤连接器）3、光纤耦合器（概述、分类、主要参数）4、光开关5、波分复用器6.3 光纤传感原理2056.3.1 光纤传感器1、光纤传感2、光纤传感器的分类（功能性、非功能性、拾光型光纤传感器）3、光纤传感器的特点6.3.2 光线中的光波调制技术1、强度调制2、相位调制3、频率调制4、波长调制5、时分调制6、偏振态调制6.4 光纤光栅传感器2096.4.1 光纤光栅概述1、光纤光栅分类2、光纤光栅的光学特性6.4.2 光纤光栅传感器原理及特点1、光纤光栅传感器原理（啁啾光纤光栅传感器的工作原理、长周期光纤光栅传感器的工作原理）2、光纤光栅传感器的特点3、光纤光栅传感器的光源6.4.3 光纤光栅的耦合模理论6.4.4 光纤光栅传感探测解调技术1、匹配光栅检测法2、波分复用光纤耦合器解调法3、非平衡马赫曾德干涉解调法4、斜光纤光栅解调法5、基于波长选择性探测器的解调法6.4.5 长周期光纤光栅1、长周期光纤光栅2、长周期光纤光栅传感器的特性6.5 光纤传感器的应用2186.5.1 光纤位移传感器1、强度调制型光纤位移传感器（反射式、基于辐射损耗、基于光弹效应）2、相位调制型光纤位移传感器6.5.2 光纤压力传感器6.5.3 光纤温度传感器6.5.4 化学溶液浓度的测量6.5.5 船舶结构健康监测系统第七章视觉传感技术7.1 概述2247.1.1 生物视觉与机器视觉7.1.2 Marr 计算机视觉理论7.1.3 视觉传感测量技术的发展7.2 图像传感器2277.2.1 摄像管工作原理7.2.2 电荷耦合摄像器件工作原理1、光电荷的产生2、电荷的存储3、电荷的转移4、光电荷的输出723 CCD图像传感器1、线阵CCD图像传感器（单沟道线阵CCD双沟道线阵CCD2、面阵CCD图像传感器（帧转移型面阵CCD行间转移型面阵CCD帧-行转移型面阵CCD）7.2.4 CMOS图像传感器1 、无源像素结构2、有源像素结构（光敏二极管型、光栅型）7.2.5 CCD与CMOS图像传感器的比较7.3 3D 视觉传感技术2347.3.1 3D 视觉传感原理7.3.2 摄像机模型及结构参数标定技术7.3.3 结构光视觉传感器7.3.4 双目立体视觉传感器7.3.5 组合视觉测量系统7.4 智能视觉传感技术2417.4.1 智能视觉传感器及其结构组成7.4.2 智能视觉传感器的特点及其发展趋势7.4.3 典型的智能视觉传感器7.5 视觉传感应用技术2447.5.1 汽车车身视觉检测系统7.5.2 钢管直线度、截面尺寸在线视觉测量系统7.5.3 三维形貌视觉测量7.5.4 光学数码三维坐标测量第八章声表面波传感技术8.1 概述2498.2 声表面波技术基础知识2518.2.1 声波及声表面波8.2.2 声表面波的主要性质1、SAW的反射及模式转换2、波束偏离与衍射效应3、声表面波的衰减8.2.3 声表面波的激发——叉指换能器1、叉指换能器的基本结构形式2、叉指换能器的基本特性（工作频率、工作带宽、传递函数）8.3研究SAW问题的相关基本理论2548.3.1 压电效应及其本构方程8.3.2 压电体内的波动方程8.3.3 压电介质中的christofel 方程8.3.4 压电基片切型表示1 、切型符号表示2、欧拉角表示8.3.5 张量的坐标变换8.3.6 声表面波特性的理论分析1、声表面波速度的计算2、机电耦合系数的计算3、能流角的计算4、延时温度系数的计算8.4 SAW传感器技术2598.4.1 SAW传感器的结构形式与基本原理8.4.2 SAW 传感器的信号检测与处理 8.4.3 SAW 传感器的温度补偿1、选择零温度系数切型2、差动法3、数字补偿法4、浮动零点法8.5 典型声表面波传感器简介 2678.5.1 声表面波压力传感器 8.5.2 声表面波气体传感器1、工作机理2、敏感薄膜与传感器特性之间的关系8.5.3 声表面波标签1、基于声表面波技术的 RFID 的工作原理2、SAW RFID 的应用优势第九章 生物传感技术9.1 概述（生物传感器的特点） 2759.1.1 生物传感器的工作原理1 、抗原（定义、分类、理化性状、抗原决定簇）2、抗体（定义、结构、特性）3、抗原抗体反应9.2.4 膜技术1 、膜分离工作原理2、膜处理方法（微滤膜技术、超滤膜技术、纳滤膜技术、反渗透膜技术、 电渗析膜技术、渗透蒸发膜技术、双极膜技术）9.3 生物传感器仪器技术及其应用 2849.3.1 酶传感器1 、基本结构 2、工作原理 3、酶的固定方法 4、酶传感器分类5、电化学酶传感器6、光化学酶传感器7、酶传感器中的技术（纳米技术、基因重组技术、其他技术）9.3.2 微生物传感器1 、微生物的特征 2、微生物传感器的类型 3、电化学微生物传感器4、压电高频阻抗型微生物传感器5、燃料电池型微生物传感器6、其他类型微生物传感器7、微生物传感器在环境中的应用实例（ BOD 微生物传感器、藻类污染的监控、硫化物微生物传感器）9.3.3 免疫传感器1、免疫传感器的定义2、免疫传感器的结构3、免疫传感器的特点4、免疫传感器的分类（光学免疫传感器、压电晶体免疫传感器、表面等离 子体共振性免疫传感器、电化学免疫传感器）5、免疫传感器的应用实例（微生物检测、环境污染、重金属检测）6、免疫传感器的发展趋势9.1.2 生物传感器的发展历史 9.1.3 生物传感器的分类9.2 生物传感技术的分子识别原理与技术9.2.1 酶反应1、酶浓度对反应初速度的影响 3、 pH 值对反应速度的影响昂9.2.2 微生物反应1、微生物反应和酶反应的共同特点3、传感器以微生物为敏感元件的不足之处9.2.3 免疫反应2772、底物浓度对反应速度的影响 4、温度对反应速度的影响2、微生物反应的特殊性4、微生物反应的分类方式9.3.4 基因传感器1、基因传感器的原理及其分类2、电化学基因传感器3、压电基因传感器4、质量式基因传感器5、场效应管基因传感器6、光寻址基因传感器7、SPR基因传感器8、基因传感器的应用实例（传染病的诊断、基因遗传病的诊断）9.3.5 微悬臂梁生物传感器1、微悬臂梁的结构形式2、微悬臂梁的工作模式（弯曲模式、共振模式）3、微悬臂梁的激励与检测方法4、微悬臂梁传感器的应用实例5、微悬臂梁化学气敏传感器6、微悬臂梁生物传感器7、基于微悬臂梁阵列的微传感器9.3.6 生物芯片技术1 、生物芯片的种类（DNA 芯片、蛋白质芯片、芯片实验室）2、生物芯片的应用第十章化学传感技术10.1 概述30510.1.1 化学传感器的工作原理10.1.2 化学传感技术的发展历史10.1.3 化学传感器的分类10.2 气敏化学传感技术及其应用30710.2.1 引言10.2.2 气敏传感器的主要性质1、稳定性2、灵敏度3、选择性4、抗腐蚀性10.2.3 半导体气敏传感器1、电阻型（表面吸附控制型、体电阻型）2、非电阻型10.2.4 固态电解质气敏传感器1、测氧原理2、结构类型及工作原理（采样检测式氧传感器、直插式检测方法）10.2.5 其他气敏传感器1、接触燃烧式气敏传感器2、电化学气敏传感器3、光纤气敏传感器10.3 化学离子选择电极及其应用31710.3.1 引言10.3.2 离子敏选择电极的原理及基本构造1、能斯特方程2、离子敏选择电极基本构造10.3.3 pH 玻璃电极1、玻璃电极的结构组成与性能2、玻璃电极目前情况10.3.4 晶体膜电极1、晶体膜电极的结构及其工作原理2、氟离子选择性电极3、其他晶体膜电极10.3.5 活动载体膜电极1、钙离子选择电极2、中性载体膜电极3、带正电的载体电极10.3.6 离子选择性场效应晶体管1、能斯特响应2、选择系数3、线性范围和检测下限4、斜率、转换系数、响应时间10.3.7 离子选择性电极的特点及应用第十一章前言传感技术11.1 概述33311.2 微机电传感器33311.2.1 微传感器11.2.2 微机电传感器的基本理论和技术基础1、基本理论2、基础技术（设计技术、材料技术、微加工技术、微测量技术）11.2.3 几种典型微机电传感器1、力微传感器（工作原理、电容式硅微加速器）2、微陀螺（工作原理、示例）3、微型光学传感器（微传感器在光学方面的应用、光开关阵列）11.3 软测量与软传感器34311.3.1 软测量概述11.3.2 软测量技术基本原理1、软测量技术的数学描述和结构2、影响软测量性能的主要因素（中间辅助变量的选择、输入数据的预处理、数学模型的建立、数学模型的修正）11.3.3 软测量技术的应用1、软测量技术的应用条件2、工程化实施步骤（二次变量的选择、现场数据采集与处理、软测量模型结构选择、软测量模型的在线校正、软测量模型的实施）3、软测量技术在工业的应用4、研究展望11.4 模糊传感器34911.4.1 模糊理论与模糊传感器1、模糊理论简述2、模糊传感器3、模糊传感器的研究对象11.4.2 模糊传感器的结构1、模糊传感器的基本功能（学习、推理联想、感知、通信）2、模糊传感器的基本结构（逻辑框图、物理结构框图、多维模糊传感器结构）11.4.3 模糊传感器的应用1、模糊血压传感器（功能、隶属函数产生过程、工作过程）2、模糊温度传感器（硬件结构、数值/ 符号变换原理）3、有导师学习4、主程序流程11.5 混沌测量35611.5.1 混沌测量概述11.5.2 混沌在测量中的应用1、引言2、测量原理3、基于混沌系统初值敏感性的检测技术（轨道泛函空间B、B 空间中的距离、测量电路）11.6 仿生传感器36211.6.1 仿生学概述11.6.2 仿生传感器的工作原理 11.6.3 电子鼻1、电子鼻简介2、电子鼻技术原理3、电子鼻传感器的基本类型第十二章 现代传感系统概述12.1 现代传感系统的组成特点和发展趋势 37112.1.1 现代传感系统的组成及特点 12.1.2 现代传感系统的发展趋势12.2 分布式测量系统 37312.2.1 分布式测量系统及其特征 12.2.2 典型分布式测量系统的组成结构 12.2.3 分布层梁系统的软件支持 12.2.4 分布测量系统的设计开发12.3 现场总线系统 37712.3.1 现场总线系统的体系结构 12.3.1 典型现场总线协议1、 PROFIBUS2、 LonWorks 总线4、CAN 现场总线5、HART 总线 12.3.3 现场总线仪表1、温度变送器的硬件结构2、温度变送器的软件结构3、智能温度变送器的应用12.3.4 现场总线系统的实现12.4 虚拟仪器 38612.4.1 虚拟仪器的组成与特点 12.4.2 虚拟仪器的硬件支持 12.4.3 虚拟仪器软件标准与开发环境1、软件标准2、开发环境12.4.4 网络化虚拟仪器1、基于 Client/server 模式的网络化虚拟仪器2、基于 Web 的网络化虚拟仪器12.4.5 虚拟仪器应用设计1、需求分析和制定技术方案 3、硬件的安装第十三章 多传感器数据融合13.1 多传感器数据融合概述 39713.1.1 多传感器数据融合过程1、数据监测2、数据校准3、数据相关4、参数估计5、对象识别6、行为估计13.1.2 多传感器数据融合的形式13.2 多传感器数据融合模型 40013.2.1 多传感器数据融合结构 13.2.2 多传感器数据融合模型1、 JDL 数据融合过程2、Boyd 控制环3、waterfall 模型3、基金会现场总线 6、 DeviceNet 7、 CC-Link8、 WorldFIP9、 INTERBUS2、选择操作系统和系统软件开发环境 4、应用软件编程调试4、dasarathy 模型5、omnibus 模型6、多传感器集成融合模型13.3 多传感器数据融合技术40613.3.1 多传感器数据融合算法的基本类型1 、物理模型2、参数分类技术3、基于认知的方法13.3.2 Kalman 滤波13.3.3 基于Bayes 理论的数据融合13.3.4 基于神经网络的数据融合13.3.5 基于专家系统的数据融合13.3.6 基于聚类分析的数据融合13.4 多传感器数据融合技术的应用41313.4.1 人体对气温的感受13.4.2 管道泄漏检测中的数据融合13.4.3 医学咨询与诊断专家系统13.4.4 多传感器数据融合技术的局限性第十四章智能传感技术14.1 智能传感技术概述42014.1.1 智能传感器14.1.2 智能传感器的结构14.1.3 智能传感器的基本功能14.2 智能传感器的关键技术42114.2.1 间接传感1 、基于工艺机理的建模方法2、基于数据驱动的建模方法3、混合建模方法14.2.2 线性化校准1 、查表法2、曲线拟合法3、神经网络法14.2.3 自诊断1 、硬件冗余诊断法2、基于数学模型的诊断法3、基于信号处理的诊断法4、基于人工智能的鼓掌诊断法14.2.4 动态特型校正14.2.5 自校准与自适应量程1 、自校准2、自适应量程14.2.6 电磁兼容性1 、电磁屏蔽2、接地3、元器件选用4、合理设计电路板5、滤波14.3 智能传感器系统的总线标准42814.3.1 基于典型芯片级的总线1 、1-Wire 总线—单线串行总线2、l2C总线一IC器件之间的二线制串行扩展总线3、SMBus总线4、SPI总线一同步串行外设接口14.3.2 USB 总线1、USB的物理接口和电气特性2、USB的系统组成和拓扑结构3、USB的传输方式4、USB交换的包格式5、USB系统软件组成6、USB智能传感器14.3.3 IEEE 1451 智能传感器接口标准1、IEEE 1451概况2、面向软件接口的IEEE 1451子标准3、面向硬件接口的IEEE 1451子标准14.4 智能传感器技术新发展45214.4.1 嵌入式智能传感器14.4.2 阵列式智能传感器第十五章无线传感器网络15.1 网络组成45515.1.1 无线传感器网络的网络结构15.1.2 传感器节点15.1.3 无线传感器网络协议栈15.1.4 无线传感器网络的特点15.2 通信协议45815.2.1 物理层15.2.2 MAC 协议1、基于竞争的MAC 协议2、基于调度的MAC 协议15.2.3 路由协议1、数据查询路由2、能量最优路由3、位置信息路由4、可靠路由15.2.4 时间同步15.2.5 定位1、基于距离的定位2、距离无关的定位15.2.6 拓扑结构控制1、基于节点度数的算法2、基于邻近图的算法3、分簇拓扑控制算法15.3 硬件平台46615.3.1 传感器节点1、处理器模块2、通信模块3、传感器模块15.3.2 网关节点设计1、网关与汇聚节点通信模块2、网关与外部网络通信15.3.3 WSN 测试平台15.3.4 操作系统1、tinyOS 总体框架2、tinyOS 调度机制15.4 无线传感器网络应用实例47315.4.1 军事应用15.4.2 城市生命线15.4.3 健康监测1、人体健康监测2、建筑物健康监测15.4.4 环境监测15.4.5 大型场馆安全监测。
1、绪论传感技术地位 发展趋势开发新型传感器高精度、高分辨率微型化微功耗、无源化智能化、多向融合高可靠性网络化2、集成式传感器概述：硅传感器出现，敏感结构和调理电路集成在同一芯片，实现传感器系统的SOC主要有硅压阻式和硅电容式硅压阻式集成压力传感器：结构图如下，敏感元件圆平膜片采用单清硅结构设计：圆平膜片半径R 、厚度H 、边界隔离部分H1、H2 法向位移最大量计算公式W R ，max =3P max R 416EH 1−μ2最大位移与厚度比值W R ，max =3P max 1−μ216E(R H )4表面应变最大绝对值εr,max =3P max R 24EH 1−μ2 表面盈利最大绝对值ςr,max =3P max R 24H 2为保证良好输出特性，εr,max≤5×10−4【最大许用应变】，K sςr,max≤ςb，否则过大会使被测压力与位移、应变或应力呈现非线性特性。
圆平膜片上压敏电阻位置设计圆平膜片表半径r，平膜片工作半径R，则r<0.609R, 圆平膜片表面径向正压力为拉伸应力；r>0.609R, 圆平膜片表面径向正压力为压缩应力压阻效应最好的方向是45135/225/315°，P型电阻条压阻效应为ΔRR r =−3p r21−μπ448H;ΔRRθ=3p r21−μπ448H电桥输出电路恒压源供电电桥：假设4个手感电阻初始值一样均为R，当被测压力作用时两个敏感电阻增加，增量△R（p）；两个敏感电阻减小△R（p），电桥输出：U out=∆R(p)U inR+∆R(t),不考虑温度则U out=∆R(p)U inR恒流源供电电桥:两支路电阻相等，R ABC=R ADC=2[R+R(t)]温度漂移补偿:零位温度漂移【扩散电阻阻值随温度变换】——串联或并联电阻灵敏度漂移——改变电压硅压阻式集成加速度传感器利用单晶硅制作为悬臂梁，当悬臂梁自由端质量块受到加速度作用时，悬臂梁受到弯矩作用，灿盛应力，使得压敏电阻发生变化。
其根部正应力为6mLabh，m围殴敏感块质量，bh为梁宽和厚度L为质量块中心至悬臂梁根部的距离，a为被测加速度。
沿悬臂梁长度，在110晶向设置P型硅压敏电阻压阻效应描述为：ΔRR110=πaςa+πnςn=πaςx，而纵向压阻系数πa=12π44；110晶向ΔRR110= - ΔRR110。
结构参数设计：应变约束条件6mLEbh2a max≤εb【取5×10^-4】动态特性：固有频率f=0.162hL2E ρ硅电容式集成压力传感器核心部件是一对压力敏感电容器，两个极板一个在玻璃上为固定基板；另一个置于硅膜片表面为活动极板。
硅膜片由腐蚀硅片的正面和反面形成，当硅膜片和玻璃键合在一起形成有一定间隙的空气或真空的电容器，当硅膜片受到压力作用变形时，电容器两极间距离发生变化，导致电容变化。
敏感特性：基于圆平膜片的电容敏感元件C=2πρεδ−ω（p,ρ）dρR0 0ω=W1−ρ2R 2; W=3p1−μ216E·R4H基于矩形平膜片的电容敏感元件C=2πεδ−ω（P，x，y）dxA1 A1dyB1−B1ω=W x2A −12y2B−12; W=3p1−μ216E·R4H开关-电容接口电路最适合硅电容式集成压力传感器的测量电路是新型的开关—电容电路，由差动积分器和循环运行的A/D转换器组成。
电容-频率接口变换电路采用电容—频率C-F接口变换电容可将电容输出的电压变换为频率信号的输出。
频率输出的硅电容集成压力传感器无需A/D交换，只用简单的数字电路即可编程微处理机易于接受的数字信号。
硅电容式集成加速度传感器零位平衡式电容式加速度传感器传感器芯片由玻璃-硅-玻璃结构著称，悬臂梁自由端设有敏感加速度的质量块，其上下两侧电极有金属电极，形成电容的活动极板，安装在两固定基板之间，组成一个差动电容。
当有加速度（惯性力）施加在加速度传感器上，活动极板（质量块）将产生微小位移，引起电容变化，电容变化量△C由开关—电容电路检测并放大。
两路脉宽调制信号U E和U E；由脉宽调节器产生，并分别加在两对电极上。
通过这两路脉宽调制信号产生的静电力去改变活动极板位置，对任何加速度值，只要检测合成电容△C和控制脉冲宽度，便能实现活动极板准确地保持在两固定电极之间的中间位置处。
因静电力总是阻碍活动电极偏离零位，且与加速度正比，所以通过低通滤波器的脉宽信号U E，即为该加速度传感器输出的电压信号。
基于组合梁的电容式加速度传感器——硅电容式单轴加速度传感器3轴加速度传感器——四个敏感质量块、四个独立信号读出电极和四个参考电极3、谐振式传感器利用被测量影响敏感结构自身固有震动特性的规律实现的传感器称为谐振式传感器。
该类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容易接受的数字信号。
谐振式传感器绝大多数是在闭环自激振动状态下工作的，结构如下：R为谐振敏感元件，又称为谐振子，核心元件，工作时以自身固有频率振动模态持续振动。
形式多种多样，如谐振梁、复合音叉、谐振筒、谐振膜、谐振半球壳和弹性弯管。
D、E分别为信号检测器和激励器，是实现机电、电机转换的必要部件，为组成谐振式传感器的闭环自己振动系统提供条件。
常用激励方式为电磁效应、静电效应、逆压效应、电热效应、光热效应等。
常用检测方式有磁电效应、电容效应、正压电效应、压阻效应、应变效应、光电效应等。
A为放大器，用于调节信号的幅值和相位，使得能可靠稳定工作于闭环自己振动状态。
O为系统洁厕输出装置，是实现对周期信号检测的部件，用于检测周期信号的频率、周期、幅值比或相位差。
C为补偿装置，主要对温度误差进行补偿，有时系统也对零位和测量环境的有关干扰静性补偿。
ERD构成电-机-电谐振子环节，是谐振式传感器核心；ERDA组成闭环自激振动环节；RDOC 组成信号检测、输出环节，是实现检测被测量的手段。
闭环自激系统的实现条件：闭环传递函数：G(s)=R(s)E(s)A(s)D(s)自激频率丨G（ωV）丨≥1，∠G（ωV）=2nπ（n=0，±1，±2……）的幅频和相位条件时域分析：输入：u1（t）=A1sinωV t，输出：u1+（t）=A1sin（ωV t+φ）品质因数Q=2πE s/E c,谐振子总能量与谐振子每个周期的阻尼消耗能量，Q越大越便于构成闭环自激振动系统，通过选材、工艺手段、边界结构及封装和工作环境改善可提高。
典型应用：谐振筒压力传感器测量敏感元件是一个由恒弹合金制成的带有顶盖的薄壁圆柱壳。
激励和拾振元件均由铁芯和线圈组成，为尽可能减小他们之间的电磁耦合，在空间呈正交安置，由环氧树脂骨架固定；圆柱壳与外壳形成真空腔，被测压力引入圆柱壳内腔。
为减小温度引起的测量误差，在圆柱壳内腔安置了一个起补偿作用的温感元件。
谐振式角速率传感器压电激励谐振式圆柱壳角速率传感器顶端开口的圆柱壳为敏感元件，在开口端环向均布8个压电换能元件。
原理图静电激励半球谐振式角速率传感器敏感元件是熔凝石英制成的开口半球壳，实现测量的机理基于壳体振型的进动特性．如壳体转过ψ１角度时，振型在环向相对于与壳体移动ψ，ψ／ψ１置于结构有关。
谐振式直接质量流量传感器——基于科里奥利效应结构：该传感器的谐振敏感结构为一对完全对称的Ｕ形管，其根部通过定距板固定连在底板上；悬臂端通过弹性支撑连在一起。
设置于弹性支撑上的激励单元Ｅ使这对平行的Ｕ形管做一阶弯曲主振动，建立谐振式传感器的工作点。
当管内流过质量流量时，柯氏效应使得Ｕ形管产生关于中心对称轴的一阶扭转“副振动”。
该一阶扭转“副振动”相当于Ｕ形管自身的二姐弯曲振动，直接与流量成比例。
基于以上理论分析,谐振式直接质量流量计输出信号检测的关键是对两路同频率周期信号的幅值比的测量.图4给出了设计的原理电路.其中ui1和ui2是质量流量计输出的两路信号.单片机通过对两路信号的幅值检测计算出幅值比,进而求出流体的Qm.图5给出了周期信号幅值检测的原理电路.利用二极管的正向导通、反向截止的特性对交流信号进行整流,利用电容的保持特性获取信号幅值.对图4给出的电路,两路幅值检测部件的对称性越好,系统的精度就越高.但是由于器件的原因可能会产生不对称,所以在幅值测量及幅值比测量过程中,按以下步骤进行:①用幅值检测1检测输入信号ui1的幅值,记为A11,用幅值检测2检测输入信号ui2的幅值,记为A21;②用幅值检测2检测输入信号ui1的幅值,记为A12,用幅值检测1检测输入信号ui2的幅值,记为A22;③B1=A11+幅值比.这样就抵消了部分因器件的原因引起的误差,这是靠牺牲时间来换取精度的.此外,根据前面的分析:传感器输出的两路正弦信号,其中一路是基准参考信号,在整个工作过程中会有微小的漂移,不会有大幅度的变化;另一路的输出和Qm存在着函数关系,所以利用这两路信号的比值解算也可以消除某些环境因素引起的误差,如电源波动等.同时,对幅值比的检测具有较好的实时性和连续性,这是用幅值比检测方案的优点.图4中的单片机系统采用Intel 8052单片机,显示器采用64×128点阵的液晶显示器,串行口采用RS232接口,可方便的与微机进行连接;程序存贮器采用27C256(32 k),A/D转换采用Burr-Brown公司的ADS7805(16位,转换速率50kHz ).软件系统采用Franklin C51进行编程,采用中断方式对幅值进行检测,用数字滤波的方法对测得的幅值信号进行处理.由于流量属于缓变信号,所以采用该方法是可行的.按上述原理电路,研制了相应的实际子系统.取两路正弦信号为模拟输入,实测结果表明:所研制的系统对幅值比检测的精度优于0.1%.谐振式硅微结构传感器微结构指利用微机械加工技术，将常规机械结构和巧妙的新结构以微型化的形式再现出来，具有经典谐振式传感器的优点，质量小、功耗低、响应快，集成化的特点。
4、光电传感器基于光的二象性原理，光可视为粒子或电磁波组成。
光电传感器可理解为将入射到被照物体的光源信号转换成电信号的光电O/I转换器，由光源光源I/O、光学系统和充电器件组成，最大特点是光源的直接检测和被照射物体的间接检测都能以非接触的方式高速进行。
光电原理：光的传播（能量）、PN结半导体光源光电效应型探测器和光导效应型探测器光电效应型：硅光二极管、雪崩二极管和电荷耦合器件是常用的光电转换器元件，工作原理是利用PN结势垒使入射光子能量转换为电子能量。
PN结光电探测器原理图当光入射到P硅层，光被吸收到PN结型区，当吸收的光子能量hν大于半导体禁带宽度（带隙能）Eg后，电子将从价带被激活至导带，在价带遗留下空穴，形成光电子—空穴对。
