第三章 2014现代传感器原理及应用[张志勇,王雪文,翟春雪等][电子课件].ppt

组成:空腔、压力膜片、振动膜片、激振器，拾振器及放大振荡电路。 原理: 用圆形恒弹性合金膜片的固有振动频率随膜片上所受压力而变化。 3. 膜片状谐振传感器 石英晶体：重复性很好、迟滞最小、不受温度影响。 音叉根部贴有两片压电元件，一作拾振器，另一作激振器形成复合音叉。 原理：利用石英的压电效应和谐振特性而构成的。 将待测的压力P均匀地作用在膜上，又传给音叉,使音叉的频率发生变化。 4.石英音叉谐振传感器 二、常用谐振式压力传感器 1.音叉式压力传感器 构成电路框图为： 2.石英压力传感器 如图，压力通过波纹管加给悬臂梁，梁受力弯曲使谐振器受力，谐振频率变化；主谐振器两侧的谐振器起补偿作用。 3.6 其他力学量传感器 一、强度调制型反射式光纤微压传感器 Y型光纤束：光纤入射臂和光纤出射臂合并端为光纤探头。 感测气体压力是一弹性薄膜，薄膜上贴有高反射率薄片 光源的光经入射臂到达反射薄片反射后由出射臂输出至光接收器件；接受到光强的相应变化由后续电路放大及处理可得气体压力的变化。 测试气压时单独使用气孔1；测试压力差时同时使用气孔1和气孔2。 Px P0 二、 压电涂层传感器 1.结构 主体材料：压电功能陶瓷材料（如PZT和压电聚脂薄膜PVDF） 如把压电陶瓷PZT粉末与环氧树脂胶液（粘接剂）一起充分搅拌形成压电/环氧树脂溶合涂料，涂在结构表面上，印刷极化电极和导线，经极化处理即可。 2. 压电涂层传感器性能 压电效率：指单位应变所能感应出的电荷多少。 图:随极化电场强度增加而增大； 对给定电场强度，涂层越厚压电效率越高； 在击穿电场范围内随极化时间延长而缓慢增大；对给定极化时间，极化电场强度越高其压电效率也越高。 1. Z元件的机理 三、力敏Z元件及触觉传感器 实际结构：一个PN结和N型侧敏感层的复合结构。 敏感层可由元件的扩金工艺形成。 Z元件的工作电路 Z元件很薄，也很脆，能够承受的力有限，设计必须保证安全性。 特性曲线分为线性区、非线性区、负阻区和饱和区四个阶段。 2.电流-电压特性 当外力作用于Z元件P端时，敏感层电阻率变小，使线性区斜率增大，达到电流值Im时其电压值小于静态下发生跳变时Um，曲线向左移，施加的力值越大，左移的距离越大。 当外力作用于N端时，敏感层的电阻率变大，使曲线斜率减小，达到电流值Im时发生跳变电压值大于静态下的Um，曲线向右移，施加的力值越大，右移的距离越大。 3.在触觉传感器中的应用 Z元件的触觉传感器的结构如图: 基本原理: 通过平板结构的变形把力传递给Z力敏元件，触点上很大的力转换成力敏元件上很小的力。 Z元件的触觉传感器可减小体积，使触觉系统小型化，分辨力高，线性好，抗干扰能力强，转换电路简单，易于装于机器人手爪上。 四、 陶瓷压阻式压力传感器 --是一种外形小、灵敏度高、热稳定性好、厚膜传感器 电路：厚膜电阻陶瓷膜片R1，R2，R3，R4 ；用Pd-Ag导电带连成惠斯通电桥。 原理：所测压力作用在陶瓷膜片表面，基座中心有一大气压力通孔以测量相对压力，压力使膜片产生偏移，如膜片中心受拉，R1、R3受拉伸应力阻值增加，外侧R2、R4则受到轴向压应力而阻值减小。 Px 3.7 压力传感器接口电路及其实例 采用一个运放OP05A，用于精度较低的传感器。放大器的增益限于100，增益表达式为： 一、简单接口电路 K=R0/R2 电桥 二、模拟压力计 如图用电流计指示压力值。传感器的输出电压VS，电路的输出电流为： 三、数字式压力计 压力传感器P3000-401G的线性为0.3%(max)，温漂也为0.3%℃(max)。 采用三位半液晶显示，也可以接到数字万用表（2V）档进行显示。 如图，压力传感器电桥， 运放A1和VT1构成恒流源电路，恒流电路的1.26V电压由TL499A的基准电压VREF获得 。 用放大器A2，同相输入端接地，反相输入端接到2脚（0V），输出电压是从压力传感器1脚与地间取出， 运放A3仅是作为同相放大器。同相输入端电位器RP1调整传感器与运放的失调电压；RP2调整放大倍数。 四、采用绝对压力传感器的气压计 压力传感器：恒压工作方式的KP100A。 电源的7.5V与1.26V由稳压器提供，用9V电池 A1和A2把传感器输出电压变换成Iout， Iout=VS/(R1+RP1) 再经R2变换成电压Vout，Vout=IoutR2。 电路增益：AV=Vout/VS = R2/（R1+RP1） RP1调增益，RP2调零。 五、压力传感器检测水深 CYG04型压阻式水深传感器 在时钟脉冲驱动下轮流输出数字各位。Q0Q1Q2Q3是段信号，基准电源DS1