传感器原理及工程应用概述

第一篇：传感器原理及工程应用概述

第二章传感器概述

1、传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置。

2、传感器是由敏感原件和转换原件组成3、两种分类方法：一种是按被测参数分类，一种是按传感器工作原理分类

4、传感器的基本特性可分为静态特性和动态特性

5、静态特性是指被测量的值处于稳定状态时输入与输出的关系。主要指标有灵敏度、线性度、迟滞、重复性和漂移等。

6、灵敏度是输出量增量ΔY与引起输出量增量ΔY的相应输入量增量ΔX之比。用S表示即S=ΔYΔX。

7、线性度是指传感器的输入与输出之间数量关系的线性程度。也叫非线性误差用γL

表示即γL=

8、传感器在相同工作条件下输入量由小到大（正量程）及由大到小（反量程）变化期间输入输出特性曲线不重合的现象称为迟滞。迟滞误差用

9、重复性是指传感器在相同的工作条件下输入量按同一方向做全量程连续多次变化时，所得特性曲线不一致的程度。最大重复差值

10、漂移是指输入量不变的情况下传感器输出量随着时间变化。产生漂移的原因有两个一是传感器自身结构参数一是周围环境。温度漂移的计算

第三章应变式传感器

1、电阻应变式传感器是以电阻应变片为转换原件的传感器。

2、工作原理是基于电阻应变效应，即导体在外界作用下产生机械变形（拉伸或压缩）是，其电阻值相应发生变化（应变效应）。

3、电阻应变片分为丝式电阻应变片和箔式电阻应变片。

4、电阻在外力作用下而改变原来尺寸或形状的现象称为变形，而去掉外力后物体又能完全恢复其原来的尺寸和形状，这种变形称为弹性变形。具有弹性变形特性的物体称为弹性原件。

5、应变片的电阻值是指应变片没有粘贴且未受应变时，在室温下测定的电阻值即初始电阻值。

6、将直的电阻丝绕成敏感栅后，虽然长度不变，但应变状态不同，应变片敏感栅的电阻变化减小，因而其灵敏系数K较整长电阻丝的灵敏系数K0小，这种现象称为应变片的横向效应。为了减少横向效应产生的测量误差，现在一半多采用箔式应变片。

7、应变片温度误差：由于测量现场环境温度的改变而给测量带来的附加误差。产生的主要因素有以下两个方面：一是电阻温度系数的影响，一是试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数的影响。

8、电阻应变片的温度补偿方法：1）线路补偿法2）应变片的自补法9***电阻应变片的测量电路

10、压阻效应是指在一块半导体的某一轴向施加一定的压力时，其电阻值产生变化现象，第四章电感式传感器

1、利用电磁感应原理将被测非电量如、位移、压力、流量、振动等转换成线圈自感系数L或互感系数M的变化，再由测量电路转换为电压或电流的变化量输出，这种装置称为电感式传感器。

2、零点残余电压：传感器在零点位移时的输出电压。产生原因主要有以下两点一是由于两电感线圈的电气参数及导磁体几何尺寸不完全对称，因此在两电感线圈上的电压幅值和相位不同，从而形成了零点残余电压的基波分量。一是由于传感器导磁材料磁化曲线的非线性（如铁磁饱和，磁滞损耗）使得激励电流与磁通波形不一致，从而形成了零点残余电压的高次谐波分量。为减小电感式传感器的零点残余电压，可以采取以下措施1）在设计和工艺上，力求做到磁路对称，铁芯材料均匀；要经过热处理以除去机械应力和改善磁性；两线圈毕恭毕敬绕制要均匀，力求几何尺寸与电气特性保持一致。2）在电路上进行补偿。

3、把被测的非电量变化转化为线圈互感变化的传感器称为互感式传感器。这种传感器

是根据变压器的基本原理制成的，并且次级绕组用差动形式连接，故称差动变压器式传感器。差动变压器结构形式较多，有变隙式，变面积式和螺线管式等等，4、差动式变压器传感器的测量电路1）差动整流电路2）相敏检波电路（用来区分大小方向）

5、根据法拉第电磁感应定律，块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时，导体内将产生呈旋涡状的感应电流，此电流叫电涡流，以上现象称为电涡流效应。根据电涡流效应制成的传感器称为电涡流传感器。电涡流传感器可分为高频反射式和低频透射式两类。

6、电涡流径向形成范围大约在传感器线圈外半径的1.8～2.5倍范围内，且分布不均匀。

7、所谓贯穿深度是指把电涡流强度减小到表面强度的1e处的表面厚度。

8、电涡流传感器的测量电路1）调频式电路2）调幅式电路

第五章电容式传感器

1、电容式传感器是将被测非电量的变化转换为电容量变化的一种传感器。可分为1）变极距型电容传感器2）变面积型电容式传感器3）变介质型电容式传感器。

2、电容传感器做成差动式之后，灵敏度增加了一倍，而非线性误差则大大降低了。

第六章压电式传感器

1、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，是一种典型的有源传感器。通过材料受力作用变形时，其表面会有电荷产生面实现非电量测量。

2、某些电介质同学录沿着一定方向对其施力而使它变形时内部就产生极化现象，同时在它的两个表面上便产生符号相反的电荷同学录外力去掉后，又重新恢复到不带电的状态，这种现象称压电效应。当作用力方向改变时，电荷的极性也随之改变。有时人们把这种机械能转换为电能的现象，称为“正压电效应”。相反，当在电介质极化方向施加电场，这些电介质也会产生几何变形，这种现象称为“逆压电效应”

3、压电材料分为两大类：压电晶体和压电陶瓷。主要特性参数有1）压电常数：是衡量压电效应强弱的参数，它直接关系到压电输出灵敏度。2）居里点温度：它是指压电材料开始丧失压电特性的温度。

4、纵向轴Z称为光轴，经过六面体棱线并垂直于光轴的X轴称为电轴，与X 和Z 轴同时垂直的轴Y称为机械轴。通常批把沿电轴方向作用下产生的电荷的压电效应称为“纵向压电效应”。而把沿机械轴Y方向的力作用下产生电荷的压电效应称为“横向压电效应”。

5、压电陶瓷要先极化再应用。

6、压电式传感器的测量电路有1）电压放大电路（阻抗变换器）2)电荷放大器。

7、了解压电式加速度传感器。工作原理：当加速度传感器和被告测物一起受到冲击振动时，压电元件受质量块惯性力的作用，根据牛顿第二定律，此时惯性力是加速度的函数，即F=ma式中F—质量块产生的惯性力，m—质量块的质量；a—加速度；此时惯性力F作用于压电元件上，因而产生电荷Q，当传感器选定后,m为常数，则传感器输出电荷为

q=d1 1F=d1 1ma 与加速度a成正比。因此，测得加速度传感器输出设备的电荷便可知加速度的大小。

第七章磁电式传感器

1、磁电式传感器是通过磁电作用将被测量转换成电信号的一种传感器。磁电传感器有磁电感应式传感器，霍尔式传感器等。

2、磁电式传感器的结构有两种：变磁通式和恒磁通式。变磁通式传感器又可分为开磁路变磁通式（线圈、磁铁静止不动，）和闭磁路变磁通式传感器。

3、磁电式传感器的基本特性有非线性误差和温度误差

4、置于磁场中的静止载流导体，当它的电流方向与磁场方向不一致时，载流体上垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势，这种现象称霍尔效应。

5、霍尔元件基本特性1）输入电阻和输出电阻：激励电极间的电阻值称为输入电阻。霍尔电极输出

电势寻电路外部来说相当于一个电压源，其电源内阻即为输出电阻。不等位电势和不等位电阻：当霍尔元件的激励电流为I时，若元件所处位置磁感应电流强度为零，则它的霍尔电势应该为零但实际不为零这时测得的空载霍尔电势称为不等势电势。产生原因：1）霍尔电极安装位置不对称或不在同一等电位面上2）半导体材料不均匀造成了电阻率不均匀右是几何尺寸不均匀3)激励电极接触不良造成激励电流不均匀分布等。;寄生直流电势，在外加电场为零、霍尔元件用交流激励时，霍尔电极输出除了交流不等位电势外，还有一直流电势称为寄生直流电势。

6、大多数霍尔元件的温度系数α是正值，它们的霍尔电势随温度升高而升高而增加了α△T倍。

第八章 光电式传感器

1、光电式传感器（1）定义：是将被测量的变化转换成光信号的变化，再通过光电器件把光信号的变化转换成电信号的一种传感器。（2）组成：一般由光源、光学通路、光学器件三部分组成。（3）优点：频谱宽、不易受电磁干扰的影响、非接触式测量、响应快、可靠性高等。

2、光电器件：是将光信号的变化转换成电信号的一种器件，它是构成光电式传感器最主要的部件。光电器件工作的物理基础是光电效应。光电效应分为外光电效应和内光电效应。

3、外光电效应：在光线作用下，物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象称为外光电效应。光电管、光电倍增管等基于外光电效应。

4、内光电效应：在光线作用下，物体的导电性能发生变化或产生光生电动势的效应称为内光电效应。内光电效应分为光电导效应（如光敏电阻）和光生伏特效应（光电池）。光敏二极管、光敏晶体管也基于内光电效应。

5、光敏电阻：又称为光导管。它几乎都是用半导体材料制成的光电器件，其常用材料有硫化镉、硫化铅、锑化铟等。主要参数：暗电阻与暗电流（光敏电阻在不受光照射时的阻值称为暗电阻，此时流过的电流称为暗电流）；亮电阻与亮电流（光敏电阻在受光照射时的电阻称为亮电阻，此时流过的电流称为亮电流）；光电流（亮电流与光电流之差称为光电流）。

6、光敏电阻的基本特性：伏安特性、光照特性、光谱特性、频率特性、温度特性。

7、光电池：是一种直接将光能转换为电能的光电器件。光电池的工作原理是基于“光生伏特效应”的。

光电池的基本特性：光谱特性、光照特性、频率特性、温度特性。

8、光电耦合器件：是由发光原件（如发光二极管）和光电接收原件合并使用，以光作为媒介把输入端的电信号耦合到输出端的一种器件。

9、光电开关：是一种利用感光元件对变化的入射光加以接受，并进行光电转换，同时加以某种形式的放大和控制，从而获得最终的控制输出“开”、“关”信号保定器件。

10、光导纤维：简称光纤，是一种特殊结构的光学纤维。组成：纤芯、包层、保护层。

11、光纤的基本特性：（1）数值孔径（NA）：是表征光纤集光本领的一个重要参数即反应光纤接收光量的多少。其意义是：无论光源发射功率有多大，只有入射角处于2θc的光椎角内，光纤才能导光。（2）光纤模式：是指光波传播的途径和方式。（一般纤芯直径为2-12um，只能传输一种模式称为单模光纤；纤芯直径较大50-100um，传输模式较多称为多模光纤）。（3）光纤传输损耗：主要来源于材料吸收损耗、散射损耗、光波导弯曲损耗。

12、光纤传感器一般分为两大类：一类是利用光纤本身的某种敏感特性或功能制成的传感器称为功能型，又称为传感型传感器；一类是光纤仅仅起传输光的作用，它在光纤端面或中间加装其它敏感元件感受测量的变化，这类称为非功能性，又称为传光型传感器。

13、光纤传感器由光源、敏感元件（光纤或非光纤的）、光探测器、信号处理系统以及光纤等组成。

14、光纤传感器的应用：光纤加速度传感器、光纤温度传感器光纤旋涡流量传感器。

第十章 超声波传感器

1、超声波特性：聚束、定向、反射、透射等。按超声振动辐射大小不同大致可分：用超声波使物

体或物性变化的功率应用，称之为功率超声；用超声波获取若干信息，称之为检测超声。

2、波型分为（1）纵波：质点振动方向一致的波，它能在固体、液体和气体介质中传播；（2）横波：质点振动方向垂直于传播方向的波，只能在固体介质中传播；（3）表面波：质点的振动介于横波和纵波之间。沿着介质表面传播，其振幅随深度增加而迅速衰减的波，表面波只在固体表面传播。

3、声波从一种介质传播到另一种介质，在两个介质的分界面上一部分声波被反射，另一部分声波透射过界面，在另一种介质内继续传播。这两种情况称之为声波的反射和折射。

4、利用超声波在超声场中的物理特性和各种效应而研制的装置可称为超声波传感器、换能器或探测器。

5、超声波发射器和接收器简称为超声波探头。按工作原理分为压电式、磁致伸缩式、电磁式等。压电式最为常用。（压电式超声波探头常用的材料是压电晶体和压电陶瓷）。

第十五章传感器在工程检测中的应用

1、温度测量可以分为接触式测温和非接触式测温两大类。

2、热电偶测温原理：两种不同材料的导体可半导体组成一个闭合回路，当两接点温度T和To不同时，则在该回路中就会产生电动势，这种现象称为热电效应，该电动势称为热电势。这两种不同材料的导体或半导体的组合称为热电偶，超导体A、B称为热电极。两个接点，一个称热端，又称为测量端或工作端，测温时将它置于被测介质中;另一个称为冷端，又称参考或自由端，它通过导线与显示仪器表相连。

3、热电偶基本定律：（1）均质导体定律：由两种均质导体组成的热电偶，其热电动势的大小只与两材料季两接触点温度有关，与热电偶的大小尺寸、形状及沿电极各处的温度分布无关。（2）中间导体定律：在热电偶测温回路内，接入第三种导体时，只要第三种导体的两端温度相同，则对回路中的总热电势没有影响。

4、热电偶的结构形式：（1）普通型热电偶：一般由热电极、绝缘套管、保护管和接线盒组成。（2）铠装热电偶：又称为套管热电偶，是由热电偶丝、绝缘材料和金属套管三者经拉伸加工而成的坚实组合体。（3）薄膜热电偶：是由两种热电极材料用真空蒸镀、化学涂层等办法镀到绝缘基板上而制成的一种特殊热电偶。（4）多点热电偶。

5、冷端温度补偿：当热电偶材料选定后，热电动势只与冷端和冷端温度有关，因此只有当冷端温度恒定时，热电偶的热电势和热端温度才有单值的函数关系。此外，热电偶的分度表和显示仪表是以冷端温度0*C作为基准进行分度的，而在实际使用过程中，冷端温度通常不为0C而且往往是波动的，所以必须对冷端温度进行处理，消除冷端温度的影响。

补偿方法：（1）热电偶补偿导线：是将热电偶的冷端温度延伸到温度变化较小或基本恒定的地点。

（2）冷端温度修正法：是对热电偶实际测得的热电动势EAB(t,to)根据冷端温度进行修正。（3）冷端0C恒温法：是把冷端放入0C恒温器或装满冰水混合物的容器中，使冷端保持0C。（4）冷端温度自动补偿法：是利用不平衡电桥Uab作为补偿信号，自动补偿热电偶测量过程中因冷端温度不为0C或因变化而引起热电势的变化。

6、热电偶传感器是利用导体或半导体的电阻值随温度变化儿变化的原理进行测温的。分为金属热电偶（热电阻）和半导体热电偶（热敏电阻）。

7、常用热电阻：（1）铂热电阻：特点是精度高、稳定性好、性能可靠。-200-850C（2）铜热电阻：-50-150C

第二篇：传感器原理与应用

传感器原理与应用（专业限选课）

Principle and Application of Sensor

【课程编号】XZ260111

【学分数】2

【学时数】24+6+9（实验课时）【课程类别】专业限选 【编写日期】2010.3.30 【先修课程】电路分析、模电、数电

【适用专业】电子信息工程类

一、教学目的、任务

《传感器原理和应用》是电子及自动化专业的一门专业课。它有较强的实际应用价值。通过学习本课程使学生掌握各类传感器的基本原理、主要性能及其结构特点；能合理地选择和使用传感器； 掌握常用传感器的工程设计方法和实验研究方法；了解传感器的发展动向。

二、课程教学的基本要求

现代信息产业的三大支柱是传感器技术﹑通信技术和计算机技术，它们分别构成了信息系统的“感官”、“神经”和“大脑”。在机械工程中,传感器对于机械电子、测量、控制、计量等领域都是必不可少的获取信息的关键部件。

鉴于上述认识并考虑学科特色,在本课程有限学时内,要求学生重点掌握下列几方面的知识：⑴传感器的基本概念﹑术语和特性；⑵常用传感器的原理、结构和应用；⑶传感器测量电路；⑷传感器的典型应用。

三、教学内容和学时分配

第1章 传感与检测技术的理论基础自学

主要内容：

1.1测量概论

1.2测量数据的估计和处理

教学要求：

了解测量的基本概念，测量系统的特性，测量误差及数据处理的各种方法。

第2章 传感器概述2学时

2.1传感器的组成与分类

2.2传感器的基本特性

教学要求：

熟悉传感器的输出--输入特性与内部结构参数有关的外部特性，掌握其静态特性，动态特性的分析方法。

第3章 应变式传感器4学时

主要内容：

3.1 工作原理

3.2 应变片的种类、材料及粘贴

3.3 电阻应变片的特性

3.4 电阻应变片的测量电路

3.5 应变式传感器的应用

教学要求：

熟悉应变片传感器的工作原理及外部特性，了解其应用范围，掌握测量电路的分析方法。其它教学环节：实验一应变片性能测试实验3学时

实验性质：验证性实验

实验内容：金属箔式应变片性能——单臂电桥、半桥和全桥。

实验目的与要求：掌握使用金属箔式应变片组成单臂电桥、半桥和全桥的方法，了解在不同电路

形式时电路的输出特性。

注意要点：确保接线正确，电源电压不能用错。

第4章 电感式传感器3 学时

主要内容：

4.1自感式电感传感器

4.2差动变压器式传感器

4.3电涡流式传感器

教学要求：

了解电感式传感器的应用范围，工作特点，掌握其组成的各种测量电路的分析方法及组成特点。其它教学环节：实验二电涡流式传感器的静态位移性能3学时

实验性质：设计性实验

实验内容：电涡流式传感器的工作原理和工作情况，动手自制一个涡流探头，利用实验室放大器

及振荡器对不同被测材料（即混料）进行分选。

实验目的与要求：研究电涡流传感器特性，被测材料（物质）对传感器的特性的影响以及电涡流

传感器的应用。

注意要点：确保接线正确，激励、响应线圈不能用错。

第5章电容式传感器3 学时

主要内容：

5.1电容式传感器的工作原理和结构

5.2电容式传感器的灵敏度及非线性

5.3电容式传感器的等效电路

5.4电容式传感器的测量电路

5.5电容式传感器的应用

教学要求：

熟悉电容式传感器的工作原理及结构，掌握其在非电量测量与自动检测中的应用。

其它教学环节：实验三 变面积式电容传感器的性能1学时

实验性质：验证性实验

实验内容：变面积式电容传感器的工作原理和工作情况。

实验目的与要求：熟悉变面积式电容传感器的工作原理和工作情况；研究差动式电容传感器特性。注意要点：确保接线正确，电源电压不能用错。

第6章 压电式传感器3 学时

主要内容：

6.1压电效应及压电材料

6.2 压电式传感器测量电路

6.3 压电式传感器的应用

教学要求：

了解压电式传感器具有的特点及其应用范围，掌握其组成的测量电路分析及应用。

第7章 磁电式传感器4学时

主要内容：

7.1磁电感应式传感器

7.2 霍尔式传感器

教学要求：

掌握磁电式传感器的各种不同类型及应用范围。

其它教学环节：实验四 霍尔传感器特性研究及应用2学时

实验性质：验证性实验

实验内容：霍尔传感器在交、直流信号激励下的特性。

实验目的与要求：了解霍尔传感器的结构和工作原理；实验研究霍尔传感器在交、直流信号激励

下的特性；掌握霍尔传感器测量振幅和称重应用的实验方法。

注意要点：确保接线正确，电源电压不能超出规定值。

第8章 光电式传感器3 学时

主要内容：

8.1光电器件

8.2光纤传感器

教学要求：

熟悉典型的光电器件的特性和应用，了解光纤传感器及其技术发展方向，掌握红外传感器的应用。

第9章 半导体传感器2学时

主要内容：

9.1半导体气敏传感器

9.2湿敏传感器

9.3色敏传感器

9.4半导体式传感器的应用

教学要求：

了解以半导体材料组成的各种传感器及其它们的工作原理，掌握气敏、湿敏、色敏传感器在测量电路中的应用及其电路分析。

第10章 超声波传感器2学时

主要内容：

10.1超声波及其物理性质

10.2超声波传感器

10.3超声波传感器应用用

教学要求：

熟悉超声波传感器的工作原理及其物理性质，掌握超声波传感器的应用。

第11章 微波传感器1学时

主要内容：

11.1微波概述

11.2微波传感器的原理和组成11．3微波传感器的应用

教学要求：

了解压电式传感器具有的特点及其应用范围，掌握其组成的测量电路分析及应用。

第12章 辐射式传感器1 学时

主要内容：

12.1红外传感器

12.2核辐射传感器

教学要求：

了解辐射式传感器的特性及应用。

第13章 数字式传感器自学

主要内容：

13.1光栅传感器

13.2编码器

13.3感应同步器

教学要求：

了解数字式传感器的特点及应用。

第14章 智能式传感器自学

主要内容：

14.1概述

14.2传感器的智能化

14.3集成智能传感器

教学要求：

了解集成智能感器的特性及应用。

第15章 传感器在工程检测中的应用4学时

主要内容：

15.1温度测量

15.2压力测量

15.3流量测量

15.4物位测量

教学要求：

了解热电偶的结构和原理、热电效应的构成成份。掌握热电偶的基本定律、冷端补偿方法、测量计算方法。了解热电阻的工作原理、结构，掌握应用方法。了解传感器在工程检测中的作用及其应用。

四、教学重点、难点及教学方法

重点：各种常见的、应用广泛的传感器的基本原理、基本特性、转换电路以及工程应用，及分析、设计方法。以课堂讲授为主，通过实验加深对所学各类传感器的性能及工作原理理解。

难点：各种传感器的特性分析。

五、考核方式及成绩评定方式：

考核方式：考查，六、教材及参考书目

推荐教材：

《传感器原理及工程应用》（第三版），郁有文等编著，西安科技大学出版社，2008年参考书：

1．王化祥，《传感器原理与应用》，天津大学出版社，第七版，2003

3．刘君华，《智能传感器系统》，西安电子科技大学出版社，第一版，1999

4．单成祥，《传感器的理论与设计基础及其应用》，国防工业出版社，1999

4．赵负图，《现代传感器集成电路》，人民邮电出版社，2000

修（制）订人：审核人：

2010年 3 月30日

第三篇：压电传感器原理及其应用

压电传感器原理及其应用

摘要：压电式传感器，作为传感器的一种，它具有自己鲜明的特点。而且除了一些自然界中的晶体材料外，我们还有人工材料压电陶瓷。它们的应用也十分的广泛，在声学、医学、力学、宇航、振动测量、机械冲击都有不错的涉及。

关键字： 压电传感器

压电原理

应用

压电现象是100多年前居里兄弟研究石英时发现的。居里兄弟在研究热电性与晶体对称，发现正负电荷，而且电荷密度与压力大小成正比。居里兄弟所报道的这些晶体就有后来广为研究的铁电体酒石酸钾钠（罗息盐）。1881年，应用热力学原理预言了逆压电效应，即电场可以引起与之成正比的应变。很快这一预言被居了里兄弟用实验所证实了。自发现压电效应以来，这种类型的压电传感器就广泛应用于各个领域。经过多年的发展，压电传感器的材料、结构设计和工艺都有了很大的进步。而这些对改善传感器的性能起到了至关重要的作用。

一． 压电传感器的工作原理

1.压电原理

一些离子型晶体的电介质（如石英、酒石酸钾钠、钛酸钡等）不仅在电场力作用下，而且在机械力作用下，都会产生极化现象。即：在这些电介质的一定方向上施加机械力而产生变形时，就会引起它内部正负电荷中心相对转移而产生电的极化，从而导致其两个相对表面（极化面）上出现符号相反的束缚电荷，且其电位移D（在MKS单位制中即电荷密度σ）与外应力张量T成正比；当外力消失，又恢复不带电原状；当外力变向，电荷极性随之而变。这种现象称为正压电效应，或简称压电效应。

基于压电效应人们研究出一种可以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。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。2.压电材料

在自然界中，大多数的材料都具有压电效应，但是十分微弱。随着人们对压电材料的不断研究与发现，压电材料性能得以大大的提高。新型压电材料的研制成功极大地推动了压电传感器的进步。从最开始的石英到BaTi03压电陶瓷，错钦酸铅(PZT)压电陶瓷，再到压电聚合物如聚偏二氟乙烯(PVDF)等新型压电材料。单晶技术的进展培育了许多实用化的压电材料，薄膜工艺的进展为压电器件的平面化、集成化创造了条件。压电材料的这一系列进步为设计大量高性能的压电元件提供了技术保障。

二． 压电传感器的应用及发展

1.压电式测力传感器

压电式测力传感器是利用压电元件直接实现力-电转换的传感器，在拉、压场合，通常较多采用双片或多片石英晶体作为压电元件。其刚度大，测量范围宽，线性及稳定性高，动态特性好。当采用大时间常数的电荷放大器时，可测量准静态力。按测力状态分，有单向、双向和三向传感器，它们在结构上基本一样。例如压电式单向测力传感器。该传感器适用于机床动态切削力的测量。主体包括绝缘套.基座.电极.石英晶片.上盖。绝缘套用来绝缘和定位。基座内外底面对其中心线的垂直度、上盖及晶片、电极的上下底面的平行度与表面光洁度都有极严格的要求，否则会使横向灵敏度增加或使片子因应力集中而过早破碎。为提高绝缘阻抗，传感器装配前要经过多次净化（包括超声波清洗），然后在超净工作环境下进行装配，加盖之后用电子束封焊。2.压电式加速度传感器

压电式加速度传感器又称压电加速度计。它也属于惯性式传感器。它是利用某些物质如石英晶体的压电效应，在加速度计受振时，质量块加在压电元件上的力也随之变化。当被测振动频率远低于加速度计的固有频率时，则力的变化与被测加速度成正比。

电荷输出压电加速度传感器，采用剪切和中心压缩结构形式。其原理利用压电晶体的电荷输出与所受的力成正比，而所受的力在敏感质量一定的情况下与加速度值成正比。在一定条件下，压电晶体受力后产生的电荷量与所感受到的加速度值成正比。

国内在压电加速度传感器方面的研究起步较晚，且结构设计和工艺水平落后于国外。目前国内压电传感器的主要结构是中心压缩型，较好的高冲击压电加速度传感器(中心压缩型)样机的主要技术指标为:最大冲击加速度100,000g，最高频响8kHz。在压电加速度传感器的研制方面，北戴河亿柏传感器技术研究所和西安204所做得较好。3.压电传感器用于报警装置

玻璃破碎报警装置它利用压电元件对振动敏感的特性来感知玻璃受撞击和破碎时产生的振动波。传感器把振动波转换成电压输出，输出电压经放大、滤波、比较等处理后提供给报警系统。玻璃破碎时会发出几千赫兹至几十千赫兹的振动，使用时将高分子压电薄膜传感器粘贴在玻璃上，感受这一振动，然后通过电缆和报警电路相连，将压电信号传送给集中报警系统。为了提高报警器的灵敏度，信号经放大后，再经带通滤波器进行滤波，要求它对选定的频谱通带的衰减要小，而频带外衰减要尽量大。玻璃振动的波长在音频和超声波的范围内，这就使滤波器成为电路中的关键。只有当传感器输出信号高于设定的阈值时，才会输出报警信号，驱动报警执行机构工作。玻璃破碎报警器可广泛用于文物保管、贵重商品保管及其他商品柜台保管等场合 4.压电陶瓷应用

压电陶瓷具有极高的灵敏度，压电高压发生器利用正压效应可以把振动转换成电能，还可以获得高电压输出。这种获得高电压的方法可以用来做引燃装置，如给汽车火花塞、煤气灶、打火机、炮弹的引爆压电雷管等点火。

压电传感器发展迅速，当今世界各国压力传感器的研究领域也十分广泛。归纳起来主要有以下几个趋势。（1）小型化。小型化会带来很多好处，重量轻、体积小、分辨率高，便于安装 在很小的地方对周围器件影响小，也利于微型仪器、仪表的配套使用。（2）集成化。压力传感器已经越 来越多的与其它测量用传感器集成以形成测量 和控制系统，集成系统在过 程控制和工厂自动化中可以提高操作速度和效率。（3）智能化。由于集成化的出现，在集成电 路中可添加一些微处理器，使得传 感器具有自动补偿、通讯、自诊断、逻辑判断等功能。（4）系统化。单一化产品在市场上没有大的竞争力。市场风云突变，一旦失去 市场，发展则停滞不前，经济效益差，资金浪费大，产品成本高。（5）标准化。传感器的设计与制造已经形成了一定的行业标准。如 IEC、ISO 国际标准，美国的 ANSIC、ANSC、MIL-T 和 ASTME 标准，日本 JIS 标准，法国 DIN 标准。

三、总结

压电式传感器，作为传感器的一种，它具有自己鲜明的特点。而且除了一些自然界中的晶体材料外，我们还有人工材料压电陶瓷。它们的应用也十分的广泛，在声学、医学、力学、宇航、振动测量、机械冲击都有不错的涉及。

但是，压电传感器在拥有众多优点的同时，也存在着许多缺点，展望今后的研究重点，可能会有以下几个方面：(1)从研究的成果来看，理论研究离工程实用还有一定的差距，工程实用化方面研究也相当薄弱，具体表现在理论及仿真研究较多，而实验验证相对较少，研究对象以简单的梁板结构较多，对复杂结构的研究还相当欠缺。(2)压电元件非线性特性的研究。由于压电材料的极化特性，压电系统只能在一定范围内满足近似的线性要求，并容易受外界多种环境的影响。非线性特性的存在使压电元件重复性差、检测精度低，瞬态位置响应速度慢，可控性变差，成为压电元件进一步工程应用的主要障碍之一。为减小这种非线性特性所造成的不良影响，更好地发挥压电元件的性能，国内外很多科研机构从压电元件非线性特性形成机理、外环及内环非线性特性及控制方法等方面开展了相关研究。(3)压电材料的压电特性有待于进一步提高，这使得压电材料的应用受到极大限制。各国学者正在努力开发，一旦找到一种优异的压电材料，将会取代传统的、笨重的机电换能设备，如电动机、马达等。到那时，压电研究将会全方位地发展，甚至可能影响到我们生活的各个方面。我相信随着科技的发展，人工材料会制作的更加完美，压电式传感器会更加适合人们的要求。压电式传感器和科技将会互相推动互相发展。

第四篇：传感器原理与应用复习

例1：量程为150V的0.5级电压表和量程为30V的1.5级电压表，分别测量20V电压，问哪个测量精度高？

例2：某压力表精度为1.5级，量程为0～2.0MPa，测量结果显示为1.2MPa，求1）最大引用误差δnm；2）可能出现的最大绝对误差Δm；3）示值相对误差δx＝？

例3：一差动变压器式位移传感器，在位移变化1mm时，输出电压变化1200mv，问位移传感器的灵敏度是多少？

例4：机械式指针位移传感器，当输入信号有0.01mm的位移变化量式，指针位移10mm，求位移传感器的灵敏度？

例5：进行某动态压力测量时，所采用的压电式力传感器的灵敏度为90.9nC/Mpa，将它与增益为0.005V/nC的电荷放大器相连，而电荷放大器的输出接到一台笔式记录仪上，记录仪的灵敏度为20mm/V。试计算这个测量系统的总灵敏度。当压力变化为3.5MPa时，记录笔在记录纸上的偏移量是多少？

例6：有一只变极距电容传感元件，两极板重叠有效面积为，两极板间的距离为1mm，已知空气的相对介电常数是1，真空中介电常数为8.85×10-12F/m,试计算该传感器的位移灵敏度。

例7：粘贴在钢件上的康铜电阻丝应变片，其灵敏度为2，电阻温度系数为20×10-6/oC，敏感栅材料的线膨胀系数为15×10-6/oC，钢件的线线膨胀系数为11×10-6/oC，弹性模量E为2×1011N/m2,求：（1）当环境温度变化为10oC时，应变热输出为多少？相当于试件产生多大应力？

（2）当=1000uε时，由于热输出产生的温度误差γt是多少？

例8：半导体应变片的灵敏度为120，电阻为120欧姆，金属电阻应变片的灵敏度为2，电阻为120欧姆，单臂非线性误差不大于0.1，求：它们可测的最大应变为多少？

第五篇：传感器原理与应用心得

传感器原理与应用心得

张宝龙

电信工二班

201400121099 传感器应用极其广泛，而且种类繁多，涉及的学科也很多，通过对传感器的学习让我基本了解了传感器的基本概念及传感器的静、动态 特性电阻式、电感式传感器的结构、工作原理及应用。

传感器的特性主要是指输出入输入之间的关系。当输入量为常量或变化很慢时，其关系为静态特性。当输入量随时间变换较快时，其关系为动态特性。

传感器的静态特性是指对静态的输入信号，传感器的输出量与输入量之间所具有相互关系。因为这时输入量和输出量都和时间无关，所以它们之间的关系，即传感器的静态特性可用一个不含时间变量的代数方程，或以输入量作横坐标，把与其对应的输出量作纵坐标而画出的特性曲线来描述。表征传感器静态特性的主要参数有：线性度、灵敏度、迟滞、重复性、漂移等。

所谓动态特性，是指传感器在输入变化时，它的输出的特性。在实际工作中，传感器的动态特性常用它对某些标准输入信号的响应来表示。这是因为传感器对标准输入信号的响应容易用实验方法求得，并且它对标准输入信号的响应与它对任意输入信号的响应之间存在一定的关系，往往知道了前者就能推定后者。最常用的标准输入信号有阶跃信号和正弦信号两种，所以传感器的动态特性也常用阶跃响应和频率响应来表示。

传感器的作用主要是感受和响应规定的被测量，并按一定规律将其转换成有用输出，特别是完成非电量到电量的转换。传感器的组成并无严格的规定。一般说来，可以把传感器看做由敏感元件和变换元件两部分组成。

通过最近的学习，是我了解到在实际中使用传感器的选择一定要慎重。我们可以根据测量对象与测量环境确定传感器的类型。其次，当我们在选择传感器时要注意传感器的灵敏度，频率响应范围，线性范围，稳定性，精度等。

人们为了从外界获取信息，必须借助于感觉器官。而单靠人们自身的感觉器官，在研究自然现象和规律以及生产活动中它们的功能就远远不够了。为适应这种情况，就需要传感器。因此可以说，传感器是人类五官的延长，又称之为电五官。

新技术革命的到来，世界开始进入信息时代。在利用信息的过程中，首先要解决的就是要获取准确可靠的信息，而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。

通过对这门课的学习开阔了我的视野，让我了解了以前没有了解的东西。在老师的指导下让我明白了学习要有自觉性，要自己积极主动地去学习。