(完整版)传感器的测量及转换电路
传感器的测量及转换电路
传感器测量及处理方式如下：
1．将设定好的数值放入单片机
2．电容位移传感器收集信号。
3．收集的信号通过放大器放大后达到0—5v。
4．从ADC0809的IN0—IN7的任意一条通道输入，转换成数字信号。
5．经A/D转换器输入单片机，进行分析与处理。
6．与设定好的数值进行比较，并输出差值。
7．经D/A转换器转换后输出信号。
8．输出信号经放大器放大后输入电动机。
9．电动机作用被测对象并调整其位移。
所选用的A/D转换器：
ADC0809是一种CMOS单片型逐次比较式8路模拟输入、8位数字量输出的A/D转换器。在多点巡回检测和过程控制、运动控制中应用十分广泛。
ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装。下面说明各引脚功能
IN0～IN7：8路模拟量输入端。
2-1～2-8：8位数字量输出端。
ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入
线，用于选通8路模拟输入中的一路。
ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平
有效。
START：A/D转换启动信号，输入，高
电平有效。
EOC：A/D转换结束信号，输出，当A/D
转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间
一直为低电平）。
OE：数据输出允许信号，输入，高电平
有效。当A/D转换结束时，此端输入一个高
电平，才能打开输出三态门，输出数字量。
CLK：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ。
REF（+）、REF（-）：基准电压。
VCC：电源，单一＋5V。
GND：地。
单片机与ADC0809以及显示器接口电路图
电路说明：
主要由AD 转换器AD0809，频率发生器SUN7474，单片机AT89S51 及显示用数码管组成。
AD0809 的启动方式为脉冲启动方式，启动信号START 启动后开始转换，EOC 信号在START 的下降沿10us 后才变为无效的低电平。这要求查询程序待EOC 无效后再开始查询，转换完成后，EOC 输出高电平，再由OE 变为高电平来输出转换数据。我们在设计程序时可以利用EOC信号来通知单片机（查询法或中断法）读入已转换的数据，也可以在启动AD0809 后经适当的延时再读入已转换的数据。A T89S51 的输出频为晶振频的1/6 （2MHZ），AT89S1 与SUN7474 连接经与7474 的ST脚提供AD0809的工作时钟。AD0809的工作频范围为10KHZ-1280KHZ,当频率范围为500KHZ 时，其转换速度为128us。
AD0809 的数据输出公式为：Dout=Vin*255/5=Vin*51,其中Vin 为输入模拟电压，Vout 为输出数据。
当输入电压为5V 时，读得的数据为255 再乘以2，得510。我们用510*98%得499,再将百位数码管的小数点点亮，显示为4.99 v，显示值与输入值基本吻。
当单片机执行OUT指令时，只要端口地址范围在300H—307H之内，或非门2输出高电平脉冲，加在START和ALE脚上，就会启动A/D转换，同时将A .B.C进行编码，以选择指定通道进行转换。
基于51 单片机控制的以太网通讯实现
RTL8019AS以太网控制器
主要性能
（1）符号Ethernet II与IEEE802.3（10Base5、10Base2、10BaseT）标准；
（2）全双工，收发可同时达到10Mbps的速率；
（3）内置16KB的SRAM，用于收发缓冲，降低对主处理器的速度要求；
（4）支持8/16位数据总线，8个中断申请线以及16个I/O 基地址选择；
（5）支持UTP、AUI、BNC自动检测，还支持对10BaseT 拓扑结构的自动极性修正；
（6）允许4个诊断LED引脚可编程输出；
（7）100脚的PQFP封装，缩小了PCB尺寸。
接口电路设计
下面介绍51系列单片机与RTL8019AS的接口电路，实现的网络接口采用UTP（无屏蔽双绞线）RJ-45接口。
下图给出了89C52单片机控制RTL8019AS实现以太网通讯的接口电路框图。用到的主要芯片有80C52、RTL8019AS、93C46（64×16bit的EEPROM）、74HC573（8位锁存）、62256（32K 字节的RAM）。
SA19～SA10 接地
SA9～SA8 接单片机P2口的P2.7，即地址总线ADDR15
SA7～SA5 接地
SA4～SA0 对应为地址总线的ADDR0～ADDR4
通过ADDR15、I/OW、I/OR来划分RTL8019AS 和62256的地址空间。ADDR15接62256 的CE脚，低电平时选择62256；高电平时选择RTL8019AS的地址空间80C52单片机的地址为16位，按图2的电路框图连接RTL8019AS的地址空间。
所选用的D/A转换器
DAC0832
DAC0832是8分辨率的D/A转换集成芯片。与微处理器完全兼容。这个DA芯片以其价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点，在单片机应用系统中得到广泛的应用。D/A转换器由8位输入锁存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换电路及转换控制电路构成。
主要参数：
* 分辨率为8位；
* 电流稳定时间1us；
* 可单缓冲、双缓冲或直接数字输入；
* 只需在满量程下调整其线性度；
* 单一电源供电（+5V～+15V）；
* 低功耗，20mW。
DAC0832的逻辑框图和引脚排列：
* D0～D7：8位数据输入线，TTL电平，有效时间应大于90ns(否则锁存器的数据会出错)；
* ILE：数据锁存允许控制信号输入线，高电平有效；
* CS：片选信号输入线（选通数据锁存器），低电平有效；
* WR1：数据锁存器写选通输入线，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效。由ILE、CS、WR1的逻辑组合产生LE1，当LE1为高电平时，数据锁存器状态随输入数据线变换，LE1的负跳变时将输入数据锁存；
* XFER：数据传输控制信号输入线，低电平有效，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效；
* WR2：DAC寄存器选通输入线，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效。由WR2、XFER 的逻辑组合产生LE2，当LE2为高电平时，DAC寄存器的输出随寄存器的输入而变化，LE2的负跳变时将数据锁存器的内容打入DAC寄存器并开始D/A转换。
* IOUT1：电流输出端1，其值随DAC寄存器的内容线性变化；
* IOUT2：电流输出端2，其值与IOUT1值之和为一常数；
* Rfb：反馈信号输入线，改变Rfb端外接电阻值可调整转换满量程精度；
* Vcc：电源输入端，Vcc的范围为+5V～+15V；
* VREF：基准电压输入线，VREF的范围为-10V～+10V；
* AGND：模拟信号地
* DGND：数字信号地
单片机与DAC0832的连接
8位输入寄存器”受(CS)’和(WR1)’端控制，而且由译码器输出端FEH送来（也可由P2口的某一条口线来控制）。因此，单片机执行如下两条指令就可在(WR1)’和(CS)’上产生低电平信号，使DAC0832接收AT89S51送来的数字量
传感器简答题
1：简述金属电阻应变片的工作原理，主要测量电路种类及其应用情况 应变式传感器是利用金属的电阻应变效应，将测量物体变形转换成电阻变化的传感器。被广泛应用于工程测量和科学实验中。 一工作原理 （一）金属的电阻应变效应当金属丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值将发生变化，这种现象称为金属的电阻应变效应。如图2-1所示 设有一根长度为l、截面积为S、电阻率为ρ的金属丝，在未受力时，原始电阻为 （2－1） 当金属电阻丝受到轴向拉力F作用时，将伸长Δl，横截面积相应减小ΔS，电阻率因晶格变化等因素的影响而改变Δρ，故引起电阻值变化ΔR。对式（2－1）全微分，并用相对变化量来表示，则有: （2－2） 式中的Δl/l为电阻丝的轴向应变，用ε表示，常用单位με（1με＝1×10-6mm/mm）。若径向应变为Δr/r，电阻丝的纵向伸长和横向收缩的关系用 泊松比μ表示为，因为ΔS/S＝2(Δr/r)，则（2－2）式可以写成 （2－3） 式（2－3）为“应变效应”的表达式。k0称金属电阻的灵敏系数，从式（2－3）可见，k0受两个因素影响，一个是（1+2μ），它是材料的几何尺寸变化引起的，另一个是Δρ/（ρε），是材料的电阻率ρ随应变引起的（称“压阻效应”）。对于金属材料而言，以前者为主，则k0≈1+2μ，对半导体，k0 值主要是由电阻率相对变化所决定。实验也表明，在金属电阻丝拉伸比例极限内，电阻相对变化与轴向应变成正比。通常金属丝的灵敏系数k0=2左右。 （二）应变片的基本结构及测量原理 各种电阻应变片的结构大体相同，以图2－2所示丝绕式应变片为例，它以直径为0.025mm左右的合金电阻丝2绕成形如栅栏的敏感栅，敏感栅粘贴在绝缘的基底1上，电阻丝的两端焊接引出线4，敏感栅上面粘贴有保护用的覆盖层3。l称为应变片的基长，b称为基宽，l×b称为应变片的使用面积。应变片的规格以使用面积和电阻值表示，例如3×10mm2，120Ω。 用应变片测量受力应变时，将应变片粘贴于被测对象表面上。在外力作用下，被测对象表面产生微小机械变形时，应变片敏感栅也随同变形，其电阻值发生相应变化。通过转换电路转换为相应的电压或电流的变化，根据式（2－3），可以得到被测对象的应变值ε，而根据引力应变关系 б=Eε（2－4） 式中б——测试的应力；
压电式加速度传感器放大电路设计
Southwest University of Science and Technology 信息工程学院 本科课程设计报告 西南科技大学信息工程学院制 2019年01月 课程名称: 电子技术课程设计 设计题目: 加速度传感器放大电路设计 专业班级: 。。。 学生姓名: 。。。 学生学号: 。。。 指导教师: 。。。 教师职称: 。。。 起止日期: 2019.1.7-2019.1.17 学生邮箱: 。。。
西南科技大学 《电子技术课程设计》任务书 专业班级。。。学生姓名。。。学号。。。设计题目加速度传感器放大电路设计 设计任务书设计要求： 1．完成大致方案设计，并合理选择器件。 2．根据器件类型设计出合理的测量电路，并实现电路基本功能。3．实物焊接并调试完成。 4．撰写设计方案、以及详细实现过程。 交稿形式：?手写稿；?打印稿；?软件；?图纸；?其他 指导教师签名： 年月日学生签名： 年月日
学生日志与师生见面情况 时间完成工作进展情况或交流情况师生见面时间地点2019.1.7 分配题目。。。2019.1.8 进行设计准备。。。2019.1.9 设计硬件电路。。。2019.1.10 进行电路分析。。。2019.1.11 完成仿真电路。。。2019.1.12 准备元器件。。。2019.1.13 开始焊接。。。2019.1.14 请教电路疑问。。。2019.1.15 完成实物，并调试。。。2019.1.16 完成实验及实验报告。。。 学生签名： 年月日
西南科技大学信息工程学院 《电子技术课程设计》综合评价表 专业班级。。。学生姓名。。。学号。。。 设计题目加速度传感器放大电路设计 过程评分（占总分比例为40%） 评价环节课程目标指标点分值合格得分小计设计方案目标1 文献阅读，方案比较与方案设计。10 6~10 设计水平任务完成目标2 应用基本原理与技术，展示的设计水 平；软硬件设计、实验或仿真设计与分 析、技术指标完成情况、工作量。 20 12-20 学习意识目标5 自主学习能力、按时完成设计。10 6~10 同意答辩； 不同意答辩。 指导教师签名：年月日 设计报告评分（占总分比例为30%） 评价环节课程目标指标点分值合格得分小计 设计方案设计能力目标1 理论与实践的结合情况，设计的合理 性；应用所学知识解决问题的能力。20 12~20 报告质量目标3 报告撰写、文字、图表及格式的规范性。10 6~10 评阅教师签名：年月日 答辩评分（占总分比例为30 %） 评价环节课程目标指标点分值合格得分小计 任务验收目标2 软硬件设计或仿真实验完成度，指标完 成情况。20 12~20 答辩目标4 陈述效果、回答问题情况；论文文字表 述、逻辑性、图表规范性。10 6~10 答辩小组成员签名： 年月日总评成绩（三项评分和） 备注 说明：（1）评分说明：优：90-100；良：80-89；中：70-79；及格：60-69；不及格：<60。 （2）优秀率：控制在总人数的15-20%之内，并且宁缺毋滥。 （3）课程教学目标根据大纲需求进行调整。
电容传感器测量电路
第一部分引言 本设计是应用于电容传感器微小电容的测量电路。 传感器是一种以一定的精度把被测量转换为与之有确定对应关系的、便于应用的某种物理量的测量装置。传感器在发展经济、推动社会进步方面有着重要作用。 电容式传感器是将被测量转换成电容量变化的一种装置，可分为三种类型：变极距（间隙）型、变面积型和变介电常数型。 二、电容式传感器的性能 和其它传感器相比，电容式传感器具有温度稳定性好、结构简单、适应性强、动态响应好、分辨力高、工作可靠、可非接触测量、具有平均效应等优点，并能在高温、辐射和强烈振动等恶劣条件下工作，广泛应用于压力、位移、加速度、液位、成分含量等测量之中[1]。 电容式传感器也存在不足之处，比如输出阻抗高、负载能力差、寄生电容影响大等。上述不足直接导致其测量电路复杂的缺点。但随着材料、工艺、电子技术，特别是集成电路的高速发展，电容式传感器的优点得到发扬，而它所存在的易受干扰和分布电容影响等缺点不断得以克服。电容式传感器成为一种大有发展前途的传感器[2]。 第二部分正文 一、电容式传感器测量电路 由于体积或测量环境的制约，电容式传感器的电容量一般都较小，须借助于测量电路检出这一微小电容的增量，并将其转换成与其成正比的电压、电流或者电频率[3],[4]。电容式传感器的转换电路就是将电容式传感器看成一个电容并转换成电压或其他电量的电路。电容传感器性能很大程度上取决于其测量电路的性能。
由于电容传感器的电容变化量往往很小，电缆杂散电容的影响非常明显，系统中总的杂散电容远大于系统的电容变化值[5]。与被测物理量无关的几何尺寸变化和温度、湿度等环境噪声引起的传感器电容平均值和寄生电容也不可避免的变化，使电容式传感器调理电路设计相当复杂[6]。分立元件过多也将影响电容的测量精度[3]。 微小电容测量电路必须满足动态范围大、测量灵敏度高、低噪声、抗杂散性等要求。测量仪器应该有飞法（fF）数量级的分辨率[6]。 二、常用电容式传感器测量电路 1、调频电路 这种电路的优点在于：频率输出易得到数字量输出，不需A/D转换；灵敏度较高；输出信号大，可获得伏特级的直流信号，便于实现计算机连接；抗干扰能力强，可实现远距离测量[7]。不足之处主要是稳定性差。在使用中要求元件参数稳定、直流电源电压稳定，并要消除温度和电缆电容的影响。其输出非线性大，需误差补偿[8]。 2、交流电桥电路 电桥电路灵敏度和稳定性较高，适合做精密电容测量；寄生电容影响小，简化了电路屏蔽和接地，适合于高频工作。但电桥输出电压幅值小，输出阻抗高，其后必须接高输入阻抗放大器才能工作，而且电路不具备自动平衡措施，构成较复杂[9]。此电路从原理上没有消除杂散电容影响的问题，为此采取屏蔽电缆等措施，效果不一定理想[10]。 3、双T型充放电网络 这种电路线路简单，减小了分布电容的影响，克服了电容式传感器高内阻的缺点，适用
传感器与检测技术试卷及答案
1．属于传感器动态特性指标的是（D ） A 重复性 B 线性度 C 灵敏度 D 固有频率 2 误差分类，下列不属于的是（B ） A 系统误差 B 绝对误差 C 随机误差 D粗大误差 3、非线性度是表示校准（B ）的程度。 A、接近真值 B、偏离拟合直线 C、正反行程不重合 D、重复性 4、传感器的组成成分中，直接感受被侧物理量的是（B ） A、转换元件 B、敏感元件 C、转换电路 D、放大电路 5、传感器的灵敏度高，表示该传感器（C） A 工作频率宽 B 线性围宽 C 单位输入量引起的输出量大 D 允许输入量大 6 下列不属于按传感器的工作原理进行分类的传感器是（B） A 应变式传感器 B 化学型传感器 C 压电式传感器 D热电式传感器 7 传感器主要完成两个方面的功能：检测和（D） A 测量 B感知 C 信号调节 D 转换 8 回程误差表明的是在（C）期间输出输入特性曲线不重合的程度 A 多次测量 B 同次测量 C 正反行程 D 不同测量 9、仪表的精度等级是用仪表的（C）来表示的。 A 相对误差 B 绝对误差 C 引用误差 D粗大误差 二、判断 1.在同一测量条件下，多次测量被测量时，绝对值和符号保持不变，或在改变条件时，按一定规律变化的误差称为系统误差。（√） 2 系统误差可消除，那么随机误差也可消除。（×） 3 对于具体的测量，精密度高的准确度不一定高，准确度高的精密度不一定高，所以精确度高的准确度不一定高（×） 4 平均值就是真值。（×） 5 在n次等精度测量中，算术平均值的标准差为单次测量的1/n。（×） 6.线性度就是非线性误差.（×） 7.传感器由被测量，敏感元件，转换元件，信号调理转换电路，输出电源组成.（√） 8.传感器的被测量一定就是非电量（×） 9.测量不确定度是随机误差与系统误差的综合。（√） 10传感器（或测试仪表）在第一次使用前和长时间使用后需要进行标定工作，是为了确定传感器静态特性指标和动态特性参数（√） 二、简答题：（50分） 1、什么是传感器动态特性和静态特性，简述在什么频域条件下只研究静态特性就能够满足通常的需要，而在什么频域条件下一般要研究传感器的动态特性？ 答：传感器的动态特性是指当输入量随时间变化时传感器的输入—输出特性。静态特性是指当输入量为常量或变化极慢时传感器输入—输出特性。在时域条件下只研究静态特性就能够满足通常的需要，而在频域条件下一般要研究传感器的动态特性。 2、绘图并说明在使用传感器进行测量时，相对真值、测量值、测量误差、传感器输入、输出特性的概念以及它们之间的关系。 答：框图如下： 测量值是通过直接或间接通过仪表测量出来的数值。 测量误差是指测量结果的测量值与被测量的真实值之间的差值。
设计压电传感器的电荷放大、滤波、电压放大电路的
压电传感器前置放大电路的设计 姓名：陈贤波 学号：SX1201139 一：电荷放大电路 电荷放大器原理：电荷变换是该电荷放大器的核心部分，是一个具有电容负反馈的，输入阻抗极高的高增益运算放大器。它与压电式传感器及其电缆构成的等效电路如图-1所示。 图-1压电式传感器及其电缆构成的等效电路 其中：a C 为压电传感器的等效电容，a R 为压电式传感器的等效绝缘漏电阻，Cc 为电缆等效电容，i C 为放大器的输入电容，i R 为放大器的输入阻抗，f C 为反馈电容，n U 是等效输入噪声电压，off U 是等效输入失调电压。如将f C 折算到输入端，其等效电容为（1+K ） f C ，K 为运放的开环增益。由于反馈电容、传感器电容、电缆电容及放大器电容并联，不 计算噪声和失调电压的影响，电荷放大器的输出电压为 （） 运算放大器的开环增益K 很大（约为104 ~106 ），故f R K /)1(+远大于+，f C K )1(+远 大于，此时， ， ， 和都可以忽略不计，即压电传感器本身的电容大小和电缆长短对电荷放大器输出的影响可以忽略。 (1)o f KQ U C K C =- ++ （） 式中C=a C +Cc +i C 因为放大器是高增益的，K >>1,所以一般情况下（1+K ）f C >>C,则有 o f Q U C ≈- （）
上式表明，当反馈电容f C 一定时，电荷放大器的输出电压与传感器产生电荷成正比，在实际电路中，考虑到电压灵敏度和量程的问题，一般f C 的值在100~10000pF 范围内选择。 ,本设计选定10000pF ，即10nF 。 当开环增益A 很大，f R K /)1(+远大于+，f C K )1(+远大于不能忽略，（2..19）式可表示为： jw G C Q C K jw R K jwKQ U f f f +-= +++-= f 0)1(1 （） 当频率够低时，jw G f 就不能忽略。因此式（）是表示电荷放大器的低频响应。F 越 低，f f C w G =时，其输出电压幅值为： 可以看出，这是截止频率点电压值电压输出值，即相对应的下限截止频率为 f f H C R f π21 = 若忽略运放的输入电容和输入电导，同时忽f G ，则上限频率为： ) (21 c S C L C C R f += π （） 其中C R 为输入电缆直流电阻，本设计设为30Ω。 本设计选用f R 为1000MEG,经计算z L H f 016.0=。 传感器参数：压电传感器PZT 压电常数 d 33=450PC/N, d 31=-265PC/N, 相对介电常数2100 ，故压电传感器固有电容为： nF S C r s 717.30== δ εε 若传感器输入电缆分布电容为m pF 100，设有100m ，则nF C c 10=。=H f ×5 10z H 。 要测的信号频率范围：1Hz~5KHz ，故满足要求。
压电式传感器测量加速度
压 电 式 加 速 度 测 试 系 统 姓名：张书峰 学号：201003140125 学院：机电学院 班级：机自101 指导教师：王玮
一设计概论 压电传感器是一种可逆性传感器，既可以将机械能转换为电能，又可以将机械能转换为电能。它是利用某些物质（如石英、钛酸钡或压电陶瓷、高分子材料等）的压电效应来工作的。在外力作用下，在电介质表面产生电荷，从而实现非电量测量的目的。因此是一种典型的自发电式传感器。压电传感器是力敏感元件，它可以测量最终能变换为力的那些非电物理量，例如，动态力、动态压力、振动加速度等 现有测试系统的各个组成部分常常以信息流的过程来划分。一般可以分为：信息的获得，信息的转换，信息的显示、信息的处理。作为一个完整的非电量电测系统，也包括了信息的获得、转换、显示和处理等几个部分。因为它首先要获得被测量的信息，把它变换成电量，然后通过信息的转换，把获得的信息变换、放大，再用指示仪或记录仪将信息显示出来，有的还需要把信息加以处理。因此非电量电测系统，具体来说，一般包括传感器(信息的获得)、测量电路(信息的转换)、放大器、指示器、记录仪(信息的显示)等几部分有时还有数据处理仪器(信息的处理)。它们间的 关系可 用右框 图来表 示。 其中传感器是一个把被测的非电物理变换成电量的装置，因此是一种获得信息的手段，它在非电量电测系统中占有重要的位 置。它获得信息 的正确与否，直 接影响到整个 测量系统的测 量效果。测量电 路的作用是把 传感器的输出
变量变成易于处理的电压或电流信号，使信号能在指示仪上显示或在记录仪中记录。测量电路的种类由传感器的类型而定。压电加速度传感器常用的测量电路是电荷放大器。常用的压电加速度传感器的动态测量系统如图1.2 二整体设计方案 1、测量的示意图 2、设计的原理 压电式加速度传感器属于惯性式传感器，工作原理是以某些物质的压电效应为基础，在加速度计受振时，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，可以把被测的非电物理量加速度转化为电量。由于压电式传感器的输出电信号是微弱的电荷，而且传感器本身有很大内阻，故输出能量甚微，这给后接电路带来一定困难。为此，通常器信号选用电荷放大器作为电信号的测量电路。 3、方框图
传感器课后答案
第一章 1、何为传感器及传感技术？ 人们通常将能把被测物理量或化学量转换为与之有对应关系的电量输出的装置称为传感器，这种技术被称 为传感技术。 2、传感器通常由哪几部分组成？通常传感器可以分为哪几类？若按转换原理分类，可以分成几类？ 传感器通常由敏感元件、传感元件和其他辅助元件组成，有时也把信号调节和转换电路、辅助电源作为传 感器的组成部分。 传感器一般按测定量和转换原理两种方法进行分类。 按转换原理分类可以分为能量转换型传感器和能量控制型传感器。 3、传感器的特性参数主要有哪些？选用传感器应注意什么问题？ 传感器的特性参数：1 静态参数：精密度，表示测量结果中随机误差大小的程度。 正确度,表示测量结果中系统误差大小程度。 准确度，表示测量结果与被测量的真值之间的一致程度。 稳定度、鉴别度、分辨力、死区、回程误差、线性误差、零位误差等。 动态参数：时间常数t:在恒定激励理 第二章 1、光电效应有哪几种？与之对应的光电器件和有哪些？ 光电传感器的工作原理基于光电效应。 光电效应总共有三类：外光电效应（光电原件有：光电管、光电倍增管等、内光电效应（光敏电阻）、光生 伏特效应（光电池、光敏二极管和光敏三极管） 2、什么是光生伏特效应？ 光生伏特效应：在光线的作用下能使物体产生一定方向电动势的现象。 3、试比较光敏电阻、光电池、光敏二极管和光敏三极管的性能差异，并简述在不同的场和下应选用哪种器 件最为合适。 光敏二极管：非线性器件，具有单向导电性。（PN 结装在管壳的顶部，可以直接爱到光的照射）通常处于 反向偏置状态，当没有交照射时，其反向电阻很大反向，反向电流很小，这种电流称为暗电流。当有光照 射时，PN 结及附近产生电子-空穴对，它们的反向电压作用下参与导电，形成比无光照时大得多的反向电 流，该反向电流称为光电流。 不管硅管还是锗管，当入射光波长增加时，相对灵敏度都下降。，因为光子能量太小不足以激发电子-空穴 对，而不能达到PN 结，因此灵敏度下降。 探测可见光和赤热物时，硅管。对红外光进行探测用锗管。光敏三极管：有两个PN 结，比光敏二极管拥有更高的灵敏度。 光敏电阻：主要生产的光敏电阻为硫化镉。 7、简述光纤的结构和传光原理。光纤传感器有哪些类型？他们之间有什么区别？
电容式压力传感器的检测电路及仿真
电容式压力传感器的检测电路及仿真 摘要 本文详细的描述了电容式压力传感器的结构，工作原理，特性，发展现状和趋势等。并且在此基础上提出了电容式压力传感器的检测电路及其仿真方法，详细的分析了压力大小与电路输出电压之间的关系。 关键词：传感器，工作原理，特性，检测电路，发展 I
目录 摘要....................................................................................................I 1 绪论 (3) 2 压力传感器的结构 (3) 3 压力传感器的工作原理 (3) 4 电容式压力传感器 (5) 4.1 电容式传感器的原理及其分类 (5) 4.1.1 电容式传感器的原理 (5) 4.1.2 电容式传感器的分类 (6) 4.2 电容式压力传感器的工作原理 (7) 4.3 电容式压力传感器的特性 (7) 4.4 电容式压力传感器的等效电路 (8) 5 电容式压力传感器的检测电路 (9) 5.1 检测电路 (9) 5.2 结果分析 (11) 5.3 影响电容传感器精度的因素及提高精度的措施 (12) 5.3.1 边缘效应的影响 (12) 5.3.2 寄生电容的影响 (12) 5.3.3 温度影响 (12) 6 电容式压力传感器的应用 (13) 7 电容式压力传感器的发展 (13) 8 结论 (14) 致谢 (16) 参考文献 (17) I I
1绪论 科学技术的不断发展极大地丰富了压力测量产品的种类，现在，压力传感器的敏感原理不仅有电容式、压阻式、金属应变式、霍尔式、振筒式等等但仍以电容式、压阻式和金属应变式传感器最为多见。金属应变式压力传感器是一种历史较长的压力传感器，但由于它存在迟滞、蠕变及温度性能差等缺点，其应用场合受到了很大的限制。压阻式传感器是利用半导体压阻效应制造的一种新型的传感器，它具有制造方便，成本低廉等特点，因此在非电物理量的测试、控制中得到了广泛的应用。尤其是在航天、航空、常规武器、船舶、交通运输、冶金、机械制造、化工、轻工、生物医学工程、自动测量与计量、称量等技术领域。电容式压力传感器是应用最广泛的一种压力传感器。 2压力传感器的结构 压力传感器的结构如图1 所示。固定电极的半径为r0 ，厚度为h 的膜片组成可动电极，固定电极与可动电极间距离为d ，用绝缘体将可动电极固定。 图 1压力传感器结构图 3压力传感器的工作原理 在流体压力p 的作用下，膜片弯曲变形，则在r 处的挠度为 式中:μ为弹性元件材料的泊松比，E 为杨氏模量。在r = 0 处，挠度最大，为 3
电容传感器测量纸张厚度
本次课程设计主要讲解电容式传感器的使用中的一部分，传感器技术是现代信息技术的主要内容之一。传感器是将能够感受到的及规定的被测量按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成，其中敏感元件是指传感器中能直接感受或响应被测量（输入量）的部分；转换元件是指传感器中能将敏感元件感受的或响应的被探测量转换成适于传输和测量的电信号的部分。电容式传感器不但广泛应用于位移、振动、角度、加速度等机械量的精密测量而且还逐步地扩大应用于压力、差压、液面、料面、成分含量等方面的测量。根据δ εεS r o =C 可以把电容传感器分为极距变化型电容传感器、面积变化型电容传感器、介质变化型电容传感器。根据实际不同的需求，可以利用不同的电路来实现所需要的功能。 电容式传感器的特点：（1）小功率、高阻抗。电容传感器的电容量很小，一般为几十到几百微微法，因此具有高阻抗输出；（2）小的静电引力和良好的动态特性。电容传感器极板间的静电引力很小，工作时需要的作用能量极小和它有很小的可动质量，因而具有较高的固有频率和良好的动态响应特性；（3）本身发热影响小（4）可进行非接触测量。 布料厚度测量是基于变介电常数电容传感器的一种精密测量，它可以实现简单的厚度测量，根据电容电路的特性分析可以知道所测布料的厚度。 关键词：厚度测量装置，电容传感器，运算放大电路，仿真
第一章对布料厚度测量装置所做的调研 (3) 厚度测量装置在工业环境下的意义 (3) 厚度测量装置的研究现状 (3) 简述设计的整体思路 (4) 第二章电容测厚装置的介绍 (6) 详细介绍电容测厚装置 (6) 设计匹配电路 (8) 第三章仿真设计及分析 (9) 仿真电路的建立 (9) 仿真结果的分析 (13) 第四章对课程设计进行试验 (15) 实验过程 (15) 分析仿真与试验结果的差异 (15) 第五章设计体会 (16)
压力传感器仿真程序
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传感器转换电路仿真及差动电容传感器转换电路设计
燕山大学 课程设计报告题目：传感器转换电路仿真及差动电容传感器转换电路设计 学院（系）：电气工程学院 年级专业：10 级仪表2班学号： 学生姓名： 指导教师：童凯 教师职称：副教授 燕山大学课程设计（论文）任务书 院（系）：电气工程学院基层教案单位：自动化仪表系
燕山大学课程设计评审意见表
指导教师评语： 1、认真、很好地完成课设各阶段地任务?【】 2、能够较好地完成课设各阶段地任务.【】 3、能够按时完成课设各阶段地任务.【】 4、不按时完成课设各阶段地任务.【】 成绩：指导教师：王志斌赵彦涛 2012年12月28日 答辩小组评语： 1、全面、得体地回答老师地提问?【】 2、能够简要回答老师地提问.【】 3、能够回答部分老师地提问.【】 4、不能回答老师地提问?【】 成绩：组长：童凯 2012年12月28日 课程设计总成绩: 答辩小组成员签字： 童凯吴飞王志斌赵彦涛陈颖朱丹丹 2012年12月28日第1章
摘要,
第2章 引言 (2) 第3章 基本原理 (3) 第4章 参数设计及运算 (5) 4.1结构设计 (5) 4.2电容设计与计算 (8) 4.3其他参数地计算 (10) 4.4测量电路地设计 (12) 第5章 误差分析 (14) 第6章 结论 (16) 心得体会 (17) 参考文献 (18) 第一章摘要 差动式电容传感器灵敏度高、非线性误差小同时还能减小静电引力给测量带来地影响并能有效地改善高温等环境影响造成地误差因而在许多测量场合中被广泛应用.把被测地机械量如位移、压力等转换为电容量变化地传感器.它地敏感部分就是具有可变参数地电容器.本设计采用变压器电桥测试电路将电容变化转化为电压变化电容式传感器地电容值十分微小必须借助信号调理电路将微小电容地变化转换成与其成正比地电压、电流或频率地变化，这样才可以显示、记录以及传输出 .因此，本设计中采用了运算放大器、二极管整流电路以 及二阶低通滤波器等电路设计并对这些单元电路进行了原理分析，通过参数地确定实现位移向电压地转变.在本次设计中还涉及了测量过程中地误差分析从而保证了测量地精度和准确度.
PT100温度传感器测量电路
PT100温度传感器测量电路 温度传感器PT100是一种稳定性和线性都比较好的铂丝热电阻传感器,可以工作在 -200℃ 至650℃ 的围.本电路选择其工作在 -19℃ 至500℃ 围。 整个电路分为两部分,一是传感器前置放大电路,一是单片机 A/D 转换和显示,控制,软件非线性校正等部分。 前置放大部分原理图如下： 工作原理: 传感器的接入非常简单,从系统的 5V 供电端仅仅通过一支 3K92 的电阻就连接到 PT100 了.这种接法通常会引起严重的非线性问题,但是.由于有了单片机的软件校正作为后盾,因此就简化了传感器的接入方式. 按照 PT100 的参数,其在0℃ 到500℃ 的区间,电阻值为 100 至280.9Ω，我们按照其串联分压的揭发，使用公式：Vcc/(PT100+3K92）* PT100 = 输出电压（mV），可以计算出其在整百℃时的输出电压，见下面的表格：
单片机的 10 位 A/D 在满度量程下，最大显示为 1023 字，为了得到PT100 传感器输出电压在显示 500 字时的单片机 A/D 转换输入电压，必须对传感器的原始输出电压进行放大，计算公式为：(500/1023 * Vcc)/传感器两端电压( mV/℃ ) ，（Vcc＝系统供电＝5V），可以得到放大倍数为10.466 。 关于放大倍数的说明：有热心的用户朋友询问，按照 (500/1023 * Vcc)/传感器两端电压不能得到 10.466 的结果，而是得到 11.635的结果。实际上，500 个字的理想值是无法靠电路本身自然得到的，自然得到的数字仅仅为 450 个字，因此，公式中的500℃ 在实际计算时的取值是 450 而不是 500 。450/1023*5/(0.33442-0.12438)≈10.47 。其实，计算的方法有多种，关键是要按照传感器的mV/℃ 为依据而不是以被测温度值为依据，我们看看加上非线性校正系数：10.47*1.1117=11.639499 ，这样，热心朋友的计算结果就吻合了。 运算放大器分为两级，后级固定放大 5 倍（原理图中 12K/3K+1=5），前级放大为：10.465922/5=2.0931844 倍,为了防止调整时的元器件及其他偏差，使用了一只精密微调电位器对放大倍数进行细调，可以保证比较准确地调整到所需要的放大倍数(原理图中 10K/(8K2+Rw)+1)。
压电传感器的信号调节
压电传感器的信号调节 作者：Eduardo Bartolome，德州仪器(TI) 医疗事业部系统工程师 压电传感器 用于感应和激励的压电传感器应用延伸到了许多领域。本文主要介绍对一些物理强度的感应，即加速度、振动、振荡和压力，从传感器及其要求信号调节的角度来看其可以被认为是类似的。1就加速度而言，传感器灵敏度通常被表示为一个与外力即加速度（大多数时候称作重力加速度g）成比例关系的电荷。然而，从严格物理意义上来讲，传感器输出一个实际由其变形/偏斜情况决定的电荷。 例如，图 1 显示了安装于顶部位置的一个传感器，与此同时底部正受到一个外力的拉拽，即F ext。在使用加速计的情况下，固定端（顶部）会粘附在要测量加速度的物体上，同时外力为粘附于另一端（底部）的质量的惯性，而这一端不断想要保持静止。就固定于顶端的参考坐标系而言（假设传感器充当的是一个弹簧，其具有很高的弹簧系数K），偏斜x 会形成一种反作用力： F int = Kx (1) 最终，质量（传感器偏斜）将会在下列情况下停止移动/改变： F int = F ext = Kx (2) 图 1 加速度力作用下的传感器 由于电荷Q 与偏斜成比例关系（一阶），而偏斜与力成比例关系，因此Q 与力也成比例关系。施加一个F max最大值的正弦力，会形成一个Q max 最大值的正
弦电荷。换句话说，当正弦力为最大值时，对来自传感器的电流求积分可得到Q max。增加正弦波的频率，同时会增加电流；但是会更快地达到峰值，即保持积分(Q max) 恒定。厂商会以传感器可用频率范围内Q max与F max的比率，来说明灵敏度规范。但是，由于传感器的机械性质，传感器实际上有谐振频率（可用频率范围以上），其中一个即使很小的振荡力都会产生相对较大的偏转，从而得到较大的输出振幅。 如果忽略谐振的影响，则我们可以将压电传感器一阶建模为一个与传感器寄生电容（此处称作C d）并联的电流源，或者也可以将其建模为一个与C d串联的电压源。该电压为存储电荷时在传感器阳极上看到的等效电压。但是，我们需要注意的是，就许多应用的仿真而言，第二种方法要更加简单一些。如前所述，电流与偏斜变化的速率成比例关系；例如，拿恒幅加速度的正弦AC 曲线来说，电流生成器的振幅必须根据频率来改变。 最后，如果这种生成器需要代表实际物理信号，则可以使用变压器，如图 2 所示。本例中，我们建模了一个具有0.5 pC/g 灵敏度和500 pF 寄生电容的生成器。正弦波生成器每单位g 输出1V，以实现仿真。变压器在其次级线圈将它向下调节至1mV。施加给C1（500 pF）的1-mV 摆动，将会如我们预计的那样在下一级注入Q = VC = 0.5 pC。 图 2 压电传感器模型 电荷放大器分析 图 3 显示了经典电荷放大器的基本原理，其可以用作一个信号调节电路。这种情况下，我们选择电流源模型，表明传感器主要为一种带高输出阻抗的器件。 输入阻抗 信号调节电路必须具有非低的输入阻抗，以收集传感器的大部分电荷输出。因此，电荷放大器是理想的解决方案，因为只要放大器在这些信号频率下保持高增益，其输入便会让传感器信号出现虚拟接地。换句话说，如果传感器的任何电荷想要在传感器阳极(C d) 或者放大器输入寄生电容(C a) 上增大，在放大器输入端就
压电传感器SC0073脉搏测量仪设计讲解
大连民族学院机电信息工程学院 自动化系 单片机系统课程设计报告 题目：脉搏测量仪设计 专业：自动化 班级：自动化103 学生姓名：王宏刚，勾延伟，金文杰 指导教师：陈晓云，张秀春 设计完成日期：2012年11月28日
目录 1任务分析和性能指标 (1) 1.1任务分析 (1) 1.2性能指标 (1) 2总体方案设计 (2) 2.1硬件方案 (2) 2.1.1传感器 (2) 2.1.2 信号处理 (2) 2.1.3 单片机 (2) 2.1.4 电源 (2) 2.2软件方案 (2) 3硬件设计与实现 (4) 3.1前置放大电路 (4) 3.2二阶有源滤波电路 (4) 3.3波形整形电路 (5) 3.4单片机接口电路 (6) 4软件设计与实现 (7) 4.1主程序 (7) 5 调试及性能分析 (8) 5.1调试分析 (8) 总结 (9) 参考文献 (10) 附录1 元器件清单 (11) 附录2 调试系统照片 (12) 附录3源代码 (13)
1任务分析和性能指标 1.1任务分析 医院的护士每天都要给住院的病人把脉记录病人每分钟脉搏数，方法是用手按在病人腕部的动脉上，根据脉搏的跳动进行计数。为了节省时间，一般不会作1分钟的测量，通常是测量10秒钟时间内心跳的数，再把结果乘以6即得到每分钟的心跳数，即使这样做还是比较费时，而且精度也不高。为了提高脉搏测量的精确与速度，多种脉搏测量仪被运用到医学上来，从而开辟了一条全新的医学诊断方法。 随着科学技术的发展，脉搏测量技术也越来越先进，对脉搏的测量精度也越来越高，国内外先后研制了不同类型的脉搏测量仪，而其中关键是对脉搏传感器的研究。 动态微压传感器是一种高性能、低成本的压电式小型压力传感器，产品采用压电薄膜作为换能材料，动态压力信号通过薄膜变成电荷量，在经传感器内部放大电路转换成电压输出。该传感器具有灵敏度高，抗过载及冲击波能力强，抗干扰性好、操作简便、体积小、重量轻、成本低等特点，广泛应用于医疗、工业控制、交通、安全防卫等领域。但人体的生物信号多属于强噪声背景下的低频的弱信号, 脉搏波信号更是低频微弱的非电生理信号,因此必需经过放大和后级滤波以满足采集的要求。 1.2性能指标 系统能准确测量人的脉搏次数，一分钟误差不超过1次，有直观的显示系统。系统要求有自己设计电路部分。
传感器应用电路设计
传感器应用电路设计 电子温度计 学校：贵州航天职业技术学院 班级：2011级应用电子技术 指导老师： 姓名： 组员：
摘要 传感器（英文名称：transducer/sensor）是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。 本文将介绍一种基于单片机控制的数字温度计。在件方面介绍单片机温度控制系统的设计,对硬件原理图做简洁的描述。系统程序主要包括主程序、读出温度子程序、温度转换命令子程序、计算温度子程序、显示数据刷新子程序。软硬件分别调试完成以后，将程序下载入单片机中，电路板接上电源，电源指示灯亮，按下开关按钮，数码管显示当前温度。由于采用了智能温度传感器DS18B20，所以本文所介绍的数字温度计与传统的温度计相比它的转换速率极快，进行读、写操作非常简便。它具有数字化输出，可测量远距离的点温度。系统具有微型化、微功耗、测量精度高、功能强大等特点，加之DS18B20内部的差错检验，所以它的抗干扰能力强，性能可靠，结构简单。 随着科技的不断发展，现代社会对各种信息参数的准确度和精确度的要求都有了几何级的增长，而如何准确而又迅速的获得这些参数就需要受制于现代信息基础的发展水平。在三大信息信息采集(即传感器技术)、信息传输(通信技术)和信息处理(计算机技术)中，传感器属于信息技术的前沿尖端产品，尤其是温度传感器技术，在我国各领域已经引用的非常广泛，可以说是渗透到社会的每一个领域，人民的生活与环境的温度息息相关，在工业生产过程中需要实时测量温度，在农业生产中也离不开温度的测量，因此研究温度的测量方法和装置具有重要的意义。 测量温度的关键是温度传感器，温度传感器的发展经历了三个发展阶段：①传统的分立式温度传感器②模拟集成温度传感器③智能集成温度传感器。 目前的智能温度传感器(亦称数字温度传器)是在20世纪90年代中期问世的，它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术(ATE)的结晶，特点是能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器(MCU)。社会的发展使人们对
霍尔传感器测量电路
霍尔传感器测量电路 咨尔元件的基本电路如图1所示。控制电流颠电源f供给，RE，为调节电阻， 调节控制电流的大小。程尔输出端接负载RF，RR可以是一般电阻，也可以是放大器 的 输入电阻或指示器内阻。在磁场与控制电流的作用下，负裁上就有电压输出。在实际 使用时，J或B或两者同时作为信号输入，而输出信号则正比于J或B或两者的乘积。 内于建立霍尔效应所需的时间很短(10 很高(几千兆赫＞。 ＝、温度误差及其补偿 因此，拧制电流为交流时 (一)温度误差 档尔死件测量的关镀是霍尔效府，而霍尔元件是内半导体制成的，固半导体对温度 很敏 感，霍尔元件的载流于迁移率、屯阻率和霍尔系数都陨温度而变化，因而使霍尔元件 的特性参 数(如霍尔电势和输入、输出电阻等)成为温度的函数，导致霍尔传感器产生温度误差。 [二)温度误差的补偿 为了减小霍尔元件的温度误差，需要对基本测量电路进行温度补偿的改进，可以来 用的补 偿方法柯许多种，常用的合以下方艾博希电子法：采用恒流源提供控制电流，选择合 理的负载电阻进行补
偿，利用霍尔元件回路的串联或并联电阻进行补偿，也可以在输入凹路或输出回路中加入热敏 电阻进行温度误差的补偿。 采用温度补偿元件是一种最常见的补偿方法。图2所示为采用热敏电阻进行补偿 的几种补偿方法。图2(n)所示为输入回路补偿电路，锑化钥元件的霍d；输出随温度 升高 而减小的出素，被控制屯流的增加(热敏电阻的阻位随温度升高旧减小)所补偿。图2(b) 所示为输出回路补偿电路成载上得到的霍尔电势随温度J1高而减小的因素，被热敏电阻阻佰 减小所补偿。图2(c)所示为用正温度系数的热敏电阻进行补偿的电路。 在使用时，温度补偿元件最好和霍尔元件封在一起或靠证，使它们温度变化一致。 随着微电子技术的发展，日前霍尔元件多已集成化。集成霍尔九件有许多优点 小、灵敏度高、输出幅度大、NXP代理商温漂小且对电流稳定性要求低等。 集成霍尔元件可分为线性型和开关则两大类。前者是将霍尔冗件和恒流源、线性放大器 等做公‘个芯片卜，输出电压较高，使用非常方便，日前已得到广泛的应蝴，较典型的线性霍尔 元件有UGN35N等。八关型是将霍尔元件、稳压电路、放大器、施密特触发器、(xj门等电路 做在同一个心片上。当外加磁场强度超过规定的工作点时，()川1由高电阻状态变为 导通状
基于压电式传感器的载重测量
传感器课程设计报告 课程名称传感器原理及工程应用 设计题目基于压电式传感器的载重测量所学专业名称电子信息工程 班级 学号 学生姓名 指导教师 2012年6月7日
目录 实验背景---------------------------------3 实验方框图-------------------------------3 压电材料---------------------------------4 压电式传感器-----------------------------4 压电式传感器的等效电路-------------------4 压电式传感器的测量电路-------------------5 电荷放大器-------------------------------5 测量电路的仿真---------------------------6 实验总结---------------------------------7 参考材料---------------------------------7
基于压电式传感器的载重测量 实验背景： 随着人们生活水平的不断提升以及电子商务的不断发展，交通运输业在我们的日常生活中的比重越来越大。 我们经常看到汽车载着许多货物在马路上奔驰。近些年来，交通事故频发与过量的载重不无关系。为了限制载货车的运送量，针对此现象设计出实际电路对载货车的载货量进行测量。 实验方框图：
压电材料： 采用铌镁酸铅压电陶瓷（铌镁酸铅压电陶瓷，由20世纪60年代发展起来的压电陶瓷，它是由铌镁酸铅和镐酸铅和钛酸铅按不同比例配出不同性能的压电陶瓷，具有极高的压电系数和较高的工作温度，而且能承受较高的压力。） （压电陶瓷片） 压电效应：在某些介质在力的作用下，产生形变，引起介质表面带电，这是正压电效应。反之，施加激励电场，介质将产生机械变形，称逆压电效应。 压电式传感器： 压电式传感器是利用压电材料的压电特性即当有力作用在压电材料上时，传感器就有电荷（或者电压）输出。（由于外力作用而在压电材料上产生的电荷只有在无泄漏的情况下才能保存，即需要测量回路具有无限大的输入阻抗。这实际上是不可能的，因此压电式传感器不能用于静态测量。压电材料在交变力的作用下，电荷可以不断补充，以提供给测量回路一定的电流，故适用于动态测量。）单片压电元件产生的电荷量甚微，为了提高压电传感器的输出灵敏度，在实际应用中采用两片（或者两片以上）同型号的压电元件粘接在一起。由于压电材料的电荷是有极性的，因此，接法也有两种。从作用力看，元件是串联的，因而每片受到的作用力相同，产生的形变与电荷量大小都与单片时相同。我们采用两压电片不同极性端粘接在一起，从电路上看是串联的，两压电片中间粘接处正负电荷中和，上、下极板的电荷量与单片时间相同，总容量为单片的一半，输出电压增大一倍。压电式传感器中的压电元件，按其受力和变形方式不同，大致有厚度变形，长度变形，体积变形和厚度剪切变形等几种形式。在此次设计中，因为载货车的体积和载重原因，所以采用厚度变形此种方式。 压电式传感器的等效电路: 由压电元件的工作原理可知，压电式传感器可以看做一个电荷发生器。同时，它也是一个电容器，晶体上聚集正负电荷的两表面相当于电容器的两个极板，极板间物质可以等效为一种介质，则其电容量为