第5章 微传感器和微执行器 ppt课件
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传感器原理及工程应用 第5章1wppt课件
d/d 1 时，得 当 D 0
因 Δd/d0<<1 时 ， 可得到近似的线性
D d D cD d D d D d [ 1 .. c d d d d 0 0 0 0 0
2
3
相对变化量ΔC/C与输入位移Δd之间呈非线性关系。
传感器原理及工程应用
第5章 电容式传感器
5.1.3 变介质型电容式传感器
左图是一种测量液位高低的变极板 间介质的电容式传感器结构原理图
设被测介质介电常数为ε1,空气为ε0 , 液面高度为h, 总高度为H,内筒外径为 d, 外筒内径为D,变换器电容值为 p ( Hh ) 2 2 p h 2 0 1 p H 2 p h ( ) 0 1 0
d 0 d 0 d 0
3 2 ( D d / d ) 电容式传感器的相对 D d2 0 100 % ( ) 10 % 非线性误差δ近似为 2 ( D d / d ) d 0 0 差动式电容传感器灵敏度提高一倍,非线性误差大大降低
5.1.2 变面积型电容式传感器
a
变面积型电容传感器原理结构示意图。 Dx d b S ε ε ab εε ( a Δ x ) b C0 0 r C 0 r d d εεΔ bDC Dx 0r x D C CC 0 C0 a d DC 1 传感器其电容量C与水 x K | | DxC0 a 平位移Δx是线性关系 q 电容式角位移传感器原理图. 当θ=0时:C0=ε0εrpS0/d =ε0εrpr/d C ε ε ( pq )/ rdDC ε0εrqr D C q 0r C0 p d DC 1 K | | 传感器的电容量C与θ呈线性关系。 q C0 p
第五章 微执行器
作为微执行器的特点 •很高的机械转换效率 很高的机械转换效率 •无摩擦 无摩擦 •柔性体 柔性体
电流变体
工作原理 外加电场下，介电胶体粒子极化并沿电场方向呈链状排列 并沿电场方向呈链状排列， 外加电场下，介电胶体粒子极化并沿电场方向呈链状排列， 从而使其流变特性剧烈变化，如粘性、塑性、弹性。 从而使其流变特性剧烈变化，如粘性、塑性、弹性。 典型用途 宏观力学元器件——离合器（具有无级可调、容易控制、响 离合器（ 宏观力学元器件 离合器 具有无级可调、容易控制、 应速度高的特点）、减震器（可在约1ms ）、减震器 1ms内实现由低粘度到高 应速度高的特点）、减震器（可在约1ms内实现由低粘度到高 粘度的变化，从而可独立而迅速地实现减震）、液压阀等。 ）、液压阀等 粘度的变化，从而可独立而迅速地实现减震）、液压阀等。 微观执行器——微阀、微泵、微开关等。 微阀、 微观执行器 微阀 微泵、微开关等。 作为微执行器的特点 •集固体属性与液体的流动性于一体 集固体属性与液体的流动性于一体 •高机械转换效率 高机械转换效率 •无摩擦 无摩擦 •柔性体 柔性体
5.2 典型微执行器——微马达
一、电磁型微马达
与传统内外圈结构对比 工艺兼容性分析： 工艺兼容性分析： 定子——铁氧体基板上制备驱动线圈 定子 铁氧体基板上制备驱动线圈 转子——钐钴永磁合金薄片制成，胶结铁镍合金薄片 。采 钐钴永磁合金薄片制成， 转子 钐钴永磁合金薄片制成 用特殊的充磁方法， 在垂直于薄片的方向上写入磁极。 用特殊的充磁方法， 在垂直于薄片的方向上写入磁极。
二、静电型微马达
•静电马达与传统马达的区别、意义、MEMS发展代表性作用 静电马达与传统马达的区别、意义、MEMS发展代表性作用 静电马达与传统马达的区别 •区分微执行器与微马达 区分微执行器与微马达 •优点：定子/转子（导电材料/绝缘材料）加工与IC工艺兼容 优点： IC工艺兼容 优点 定子/转子（导电材料/绝缘材料）加工与IC •问题：定子/转子间隙很小，才能产生足够大的转矩，易击穿 问题： 问题 定子/转子间隙很小，才能产生足够大的转矩， •措施：用氮化硅作绝缘层 措施： 措施
鲁科版高中物理选择性必修第二册精品课件 第5章 传感器及其应用 第1节 常见传感器的工作原理 (3)
(1)传感器的作用是将电学量转换为非电学量。( ×
)
提示 传感器的作用是将非电学量转换为电学量。
(2)白炽灯泡是传感器。( ×
)
提示 白炽灯泡不是传感器。
(3)监测天气变化的气象卫星用到了传感器。( √
(4)所有传感器的工作原理都一样。( ×
)
)
提示 不同的传感器的原理不同,但都是通过敏感元件把非电学量的变化转
错误;LDR由半导体材料制成,受光照影响电阻会发生变化,C错误;白天和
晚上自然光强弱不同,或多或少会影响LDR的电阻,D正确。
规律方法
光敏电阻的特点
1.光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量。
2.光敏电阻器是利用半导体的光敏效应制成的一种电阻值随入射光的强
弱而改变的电阻器。入射光增强,电阻减小;入射光减弱,电阻增大。
提示 电学量具有易测量,易控制,测量精度和速度较高,易放大、反馈、存
储和可远距离传输等特点。特别是电信号能方便地与计算机连接而进行
信息处理,所以传感器一般都是将感受到的非电学量转换成电学量。
二、敏感元件
1.光敏元件
(1)特点:光照越强,电阻 越小 。
(2)原因:光敏电阻的构成物质为半导体材料。当光照射到这些半导体物质
小灯泡两端电压增大,小灯泡亮度变亮,故C正确,A、B、D错误。
探究四
磁敏元件
[情境探究]
霍尔效应是电磁效应的一种,这一现象是美国物理学家霍尔于1879年在研究金
属的导电机制时发现的。霍尔元件是磁传感器,是实际生活中的重要元件之一。
如图所示为长度一定的霍尔元件,在该元件中通有方向从E到F的恒定电流I,现在
号是非常微弱的,通常要经过放大后再输送给控制系统产生各种控制动作。
)
提示 传感器的作用是将非电学量转换为电学量。
(2)白炽灯泡是传感器。( ×
)
提示 白炽灯泡不是传感器。
(3)监测天气变化的气象卫星用到了传感器。( √
(4)所有传感器的工作原理都一样。( ×
)
)
提示 不同的传感器的原理不同,但都是通过敏感元件把非电学量的变化转
错误;LDR由半导体材料制成,受光照影响电阻会发生变化,C错误;白天和
晚上自然光强弱不同,或多或少会影响LDR的电阻,D正确。
规律方法
光敏电阻的特点
1.光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量。
2.光敏电阻器是利用半导体的光敏效应制成的一种电阻值随入射光的强
弱而改变的电阻器。入射光增强,电阻减小;入射光减弱,电阻增大。
提示 电学量具有易测量,易控制,测量精度和速度较高,易放大、反馈、存
储和可远距离传输等特点。特别是电信号能方便地与计算机连接而进行
信息处理,所以传感器一般都是将感受到的非电学量转换成电学量。
二、敏感元件
1.光敏元件
(1)特点:光照越强,电阻 越小 。
(2)原因:光敏电阻的构成物质为半导体材料。当光照射到这些半导体物质
小灯泡两端电压增大,小灯泡亮度变亮,故C正确,A、B、D错误。
探究四
磁敏元件
[情境探究]
霍尔效应是电磁效应的一种,这一现象是美国物理学家霍尔于1879年在研究金
属的导电机制时发现的。霍尔元件是磁传感器,是实际生活中的重要元件之一。
如图所示为长度一定的霍尔元件,在该元件中通有方向从E到F的恒定电流I,现在
号是非常微弱的,通常要经过放大后再输送给控制系统产生各种控制动作。
传感器课件 第五章
电感L 由电容器本身的电感和外部引线电感组成。它与电容器的结构 和引线的长度有关。
由等效电路可知，等效电路有一个谐振频率，通常为几十兆赫，当工 作频率等于或接近谐振频率时，谐振频率破坏了电容的正常作用。因此， 应该选择低于谐振频率的工作频率，否则电容传感器不能正常工作。
22
有效电容 Ce可由下式近似求得（为了计算方便，忽略Rs，Rp） 1 1 jL jCe jC
K
C
C0
（常数）
13
2. 平面线位移
极板起始覆盖面积为S＝a×b，
初始电容： C0
动极板
ab
d
定极板
沿活动极板宽度方向移动x，则改变了两极间覆盖面积。忽 略边缘效应，改变后的电容量为
Cx
b(a x)
d
ba bx
d
x C0
C0
x a
12
1. 角位移
当动极板有一个角位移θ时，与定极板的遮盖面积就改变，从 而改变了两极板间的电容量。当θ＝0 时，则
C0
当θ≠0时，则
S
d
S 1 C C0 C0 d
C C C0 C0
这种形式的传感器电容量C与角位移θ是成线性关系的。 灵敏度：
0 g
0
式中 g = 7——云母的相对介电常数；
0 ——真空介电常数；
dg ——云母片的厚度； d0 ——空气气隙厚度。 云母的相对介电常数为空气的7倍，其击穿电压不小于103 kV/mm，而 空气的击穿电压仅为3kV/mm，即使厚度为0.01mm 的云母片，它的击穿电 压也不小于10kV/mm。因此有了云母片，极板之间的起始距离可以大大减 小。同时分母中的dg/g 项是恒定值，它能使电容式传感器的输出特性的线 性度得到改善，只要云母片厚度选取得当，就能获得较好的线性关系。
传感器和执行器33页PPT
66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过个社会可以制订一部永远 适用的 宪法， 甚至一 条永远 适用的 法律。 ——杰 斐逊 52、法律源于人的自卫本能。——英 格索尔
53、人们通常会发现，法律就是这样 一种的 网，触 犯法律 的人， 小的可 以穿网 而过， 大的可 以破网 而出， 只有中 等的才 会坠入 网中。 ——申 斯通 54、法律就是法律它是一座雄伟的大 夏，庇 护着我 们大家 ；它的 每一块 砖石都 垒在另 一块砖 石上。 ——高 尔斯华 绥 55、今天的法律未必明天仍是法律。 ——罗·伯顿
精品课件-传感器技术(杨帆)-第5章
从图中可以看出，短路电流在很大范围内与光照成线性关 系；开路电压与光照度的关系是非线性的，且照度在 2000lx(勒克斯)照射下就趋于饱和了，因此，在用光电池作 为检测元件时，应利用短路电流与光照度成线性的特点，即把 它当作电流源的形式来使用。
所谓光电池的短路电流是指外接负载电阻已近似地满足 “短路”条件时的电流。从实验知道，负载电阻越小，光电流 与照度之间的线性关系越好，且线性范围越宽。对于不同的负 载电阻，可以在不同的照度范围内，使光电流与光照度保持线 性关系。所以，用光电池作检测元件时，所用的负载电阻大小， 应根据光照的具体情况来决定。
光敏电阻的种类繁多，一般由金属的硫化物、硒化物等组 成(如硫化镉、硫化铅、硫化铊、硒化镉、硒化铅等)。由于所 用材料不同，工艺过程不同，它的光电性能也相差很大。
第5章 光电式传感器技术
2. 光敏电阻的主要参数 光敏电阻的主要参数有暗电流、亮电流、光电流等。 (1) 暗电阻和暗电流。光敏电阻在不受光照射时的阻值 称为暗电阻，此时流过的电流为暗电流。 (2) 亮电阻和亮电流。光敏电阻受光照射时的电阻称为 亮电阻，此时流过的电流为亮电流。 (3) 光电流。亮电流与暗电流之差称为光电流。 一般希望暗电阻越大越好，而亮电阻越小越好，也即光电 流要尽可能大，这样光敏电阻的灵敏度就高。实际上，光敏电 阻的暗电阻的阻值一般在兆欧数量级，亮电阻在几千欧以下， 暗电阻与亮电阻之比一般在10 2 ～10 6之间。
第5章 光电式传感器技术
2) 光电管的光电特性 光电特性表示：当光电管的阳极和阴极之间所加电压一定 时，光通量与光电流之间的关系，其特性曲线如图5.1.3所示。 光电特性曲线的斜率(光电流与入射光光通量之比)称为光电管 的灵敏度。
第5章 光电式传感器技术 图5.1.1 光电管的结构
所谓光电池的短路电流是指外接负载电阻已近似地满足 “短路”条件时的电流。从实验知道，负载电阻越小，光电流 与照度之间的线性关系越好，且线性范围越宽。对于不同的负 载电阻，可以在不同的照度范围内，使光电流与光照度保持线 性关系。所以，用光电池作检测元件时，所用的负载电阻大小， 应根据光照的具体情况来决定。
光敏电阻的种类繁多，一般由金属的硫化物、硒化物等组 成(如硫化镉、硫化铅、硫化铊、硒化镉、硒化铅等)。由于所 用材料不同，工艺过程不同，它的光电性能也相差很大。
第5章 光电式传感器技术
2. 光敏电阻的主要参数 光敏电阻的主要参数有暗电流、亮电流、光电流等。 (1) 暗电阻和暗电流。光敏电阻在不受光照射时的阻值 称为暗电阻，此时流过的电流为暗电流。 (2) 亮电阻和亮电流。光敏电阻受光照射时的电阻称为 亮电阻，此时流过的电流为亮电流。 (3) 光电流。亮电流与暗电流之差称为光电流。 一般希望暗电阻越大越好，而亮电阻越小越好，也即光电 流要尽可能大，这样光敏电阻的灵敏度就高。实际上，光敏电 阻的暗电阻的阻值一般在兆欧数量级，亮电阻在几千欧以下， 暗电阻与亮电阻之比一般在10 2 ～10 6之间。
第5章 光电式传感器技术
2) 光电管的光电特性 光电特性表示：当光电管的阳极和阴极之间所加电压一定 时，光通量与光电流之间的关系，其特性曲线如图5.1.3所示。 光电特性曲线的斜率(光电流与入射光光通量之比)称为光电管 的灵敏度。
第5章 光电式传感器技术 图5.1.1 光电管的结构
《传感器技术》教学课件第5章
这种传感器结构简单，但输出信号较小，且因高速轴 上加装齿轮较危险而不宜测量高转速的场合。当被测轴振动较 大时，传感器输出波形失真较大。
7
（b）闭磁路变磁通式磁电传感器
图5-2所示为闭磁路变磁通式转速传感器，它由装在转轴3 上的内齿轮4和外齿轮5、永久磁铁1和感应线圈2组成，内、外 齿轮的齿数相同。
《传感器技术》 教学课件
第5章 磁电式传感器
5.1 磁电感应式传感器 5.2 霍尔式传感器 5.3 磁敏传感器
2
5.1 磁电感应式传感器
磁电感应式传感器又称磁电式传感器，是利用电磁感应原 理将被测量（如振动、位移、转速等）转换成电信号的一种传 感器。它不需要辅助电源，就能把被测对象的机械量转换成易 于测量的电信号，是一种有源传感器。由于它输出功率大，且 性能稳定，具有一定的工作带宽（10～1000 Hz），所以得到普 遍应用。
中的一个重要原则。
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（3） 非线性误差
磁电式传感器在工作时，线圈内的感生电流产生的交 变磁通量叠加到永久磁铁磁通上，而引入非线性误差。传 感器灵敏度越高，线圈中电流越大，这种非线性越严重。
为补偿非线性误差，可在传感器中加入补偿线圈，如 图5-3（a）所示。补偿线圈通以经放大后的电流。适当选 择补偿线圈参数，可使其产生的交变磁通与传感线圈本身 所产生的交变磁通互相抵消，从而达到补偿的目的。
图5-6 磁电式传感器测量电路框图
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5.1.4 应用实例
1. 动圈式振动速度传感器
图5-7是动圈式振动速度传感器结构示意图。其结构主要由 钢制圆形外壳2制成，里面用铝支架4将圆柱形永久磁铁5与外壳 2固定成一体，永久磁铁5中间有一小孔，穿过小孔的芯轴1两端 架起线圈6和阻尼环7，芯轴1两端通过圆形弹簧片3支撑架空且 与外壳2相连。工作时，传感器与被测物体刚性连接，当物体振 动时，传感器外壳2和永久磁铁5随之振动，而架空的芯轴1、线 圈6和阻尼环7因惯性而不随之振动。因而，磁路空气隙中的线 圈6切割磁力线而产生正比于振动速度的感应电动势，线圈的输 出通过引线输出到测量电路。该传感器测量的是振动速度参数， 若在测量电路中接入积分电路，则输出电势与位移成正比；若 在测量电路中接入微分电路，则其输出与加速度成正比。
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（b）闭磁路变磁通式磁电传感器
图5-2所示为闭磁路变磁通式转速传感器，它由装在转轴3 上的内齿轮4和外齿轮5、永久磁铁1和感应线圈2组成，内、外 齿轮的齿数相同。
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第5章 磁电式传感器
5.1 磁电感应式传感器 5.2 霍尔式传感器 5.3 磁敏传感器
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5.1 磁电感应式传感器
磁电感应式传感器又称磁电式传感器，是利用电磁感应原 理将被测量（如振动、位移、转速等）转换成电信号的一种传 感器。它不需要辅助电源，就能把被测对象的机械量转换成易 于测量的电信号，是一种有源传感器。由于它输出功率大，且 性能稳定，具有一定的工作带宽（10～1000 Hz），所以得到普 遍应用。
中的一个重要原则。
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（3） 非线性误差
磁电式传感器在工作时，线圈内的感生电流产生的交 变磁通量叠加到永久磁铁磁通上，而引入非线性误差。传 感器灵敏度越高，线圈中电流越大，这种非线性越严重。
为补偿非线性误差，可在传感器中加入补偿线圈，如 图5-3（a）所示。补偿线圈通以经放大后的电流。适当选 择补偿线圈参数，可使其产生的交变磁通与传感线圈本身 所产生的交变磁通互相抵消，从而达到补偿的目的。
图5-6 磁电式传感器测量电路框图
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5.1.4 应用实例
1. 动圈式振动速度传感器
图5-7是动圈式振动速度传感器结构示意图。其结构主要由 钢制圆形外壳2制成，里面用铝支架4将圆柱形永久磁铁5与外壳 2固定成一体，永久磁铁5中间有一小孔，穿过小孔的芯轴1两端 架起线圈6和阻尼环7，芯轴1两端通过圆形弹簧片3支撑架空且 与外壳2相连。工作时，传感器与被测物体刚性连接，当物体振 动时，传感器外壳2和永久磁铁5随之振动，而架空的芯轴1、线 圈6和阻尼环7因惯性而不随之振动。因而，磁路空气隙中的线 圈6切割磁力线而产生正比于振动速度的感应电动势，线圈的输 出通过引线输出到测量电路。该传感器测量的是振动速度参数， 若在测量电路中接入积分电路，则输出电势与位移成正比；若 在测量电路中接入微分电路，则其输出与加速度成正比。
职业经理人-第五章 传感器与执行器 精品
第五章传感器与执行器一、传感器概述传感器的概念：指能感受规定的物理量，并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。
简单的说，传感器即使把非电量转换成电量的装置。
汽车传感器的工作条件极为恶劣，因此，传感器能否精确可靠地工作至关重要。
在该领域中，理论研究及材料应用发展迅速，半导体和金属膜技术研究及材料应用技术发展迅速，半导体和金属膜技术、陶瓷烧结技术等得到迅猛发展。
智能化、集成化和数字化将是传感器的未来发展趋势。
传感器通常由敏感元件、转换元件及测量电路组成。
敏感元件是指能直接感受被测量的部分。
转换元件是指能将非电量转换成电量的部分。
有些敏感元件可以直接输入电量。
测量电路是指将转换元件输入的电量经过处理，以便进行显示、记录和控制的部分。
测量电路中较多的使用电桥电路。
比如后面要讲到的热线式空气流量计。
传感器的种类比较多，像我们一般碰到的传感器一般有：温度传感器（冷却水温度传感器THW，进气温度传感器THA）；流量传感器（空气流量传感器，燃油流量传感器）；进气压力传感器MAP节气门位置传感器TPS发动机转速传感器车速传感器SPD曲轴位置传感器（点火正时传感器）氧传感器爆震传感器（KNK）传感器的特征参数也有很多，且不同类型的传感器，其特征参数的定义和要求也各有差异。
下面我们来介绍一些主要的、通用的静态特性参数指标的定义。
1、灵敏度概念：灵敏度是指温态时传感器输出量y与输入量x之比，或者是传感器输出量y的增量与输入量x的增量之比。
灵敏度用K表示为K=dy/dx，线性传感器的灵敏度为一常数，而非线性的传感器的灵敏度是随输入量变化的。
2、分辨率概念：传感器在规定的测量范围内能够检测出的被测量的最小变化量。
由于分辨率要受到嘈声的限制，我们就用相当于嘈声电平N若干倍C 的被测量表示分辨率，即M=/K，式中，M为最小检测量；C取1-5。
3、测量范围和量程在允许的误差范围内，被测量的下限到上限之间的范围称为测量范围。
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Howe[1987]发展了一个分析承受纵向力的振动梁 在模态1时的固有频率的理论
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(6)热对流式敏感原理
向加热元件施加一定的热功率，加热元件周围 形成温度场，流体流动使温度场发生变化，分 别位于上下游的检测元件之间就会产生温差。 被测流体的质流量 与加热件上下游端的温度 差T之间的关系为：
按物理参数分
力（加速度/压力/声） 热（热电偶/热阻） 光（光电类） 电磁（磁强计） 化学和生物医学（血糖/电容化学/化学机械）
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微传感器的敏感原理
(1)压阻敏感原理
当压力作用在单晶硅上时，硅晶体的电阻发生 显著变化的效应称为压阻效应。
在外力的作用下，结 构中的薄膜或梁上产 生应力分布，应力的 存在使得压敏电阻的 阻值发生变化
P:加热功率，J：热功当量
cp：被测流体的定压比p热pt课件
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传感器 类型
压阻式
测量 范围
大
电容式 小
谐振式 小
压电式 大
隧道式 小
热对流 式
大
各种敏感原理特点比较
精度 中 高
高 低 高
频响 高 中
中 高 高
线性 度 较好 较好
较好 较好 较差
信号处理电路
简单电桥电路 高灵敏度的开关 电容或电桥电路
沿j轴所加的力F的关系
得出两金属板间的电压差
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(5)谐振式敏感原理
当加速度计连接的外壳的振动频率接近器件的
固有频率时，共振就会发生；也就是β＝ ω/ωn→1.0。检测质量在这个频率下振幅达到
峰值。对微加速度计而言，器件在这一频率提 供了最灵敏的输出。这种振动测量器件在共振 频率处的峰值灵敏度的优势已经在微传感器设 计中被利用。
MEMS微传感pp器t课件 原理框图
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微传感器的概念
微传感器的技术指标：
量程：测量范围上限值和下限值的代数差。 灵敏度：传感器的在稳态下输出变化对输入变化的比值 线性度：传感器输出与输入之间的线性程度。 分辨率：指在规定测量范围内可能检测出的被测量的最
小变化量。
重复性：传感器在输入量按同一方向作全量程多次测试
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E
压阻变化的具体过程
电阻的基本关系式
电阻率的变化率 电阻的变化率
其中，
π 为压阻系数
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1）金属电阻的改变主要由材料几何尺寸的变
化引起，因此
起主要作用；
2)半导体电阻的改变主要由材料受力后电阻率 的变化引起，因此 起主要作用；
3)半导体的灵敏度因子比金属的高得多，一般 在70-170之间。
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压阻式传感器输出信号的检测一般需要采用惠斯通电桥
输出电压
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(2)电容敏感原理
利用可变电容器作为传感元件，将作用于传感 元件上的不同物理量的变化转换为电容值的变化。
电容式微传感器的基本结构
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平行板电容器的电容为
间隙变化型：改变两极板间隙δ 面积变化型：改变形成电容的有效面积A 介质变化型：改变两极间介质的介电常数ε
宽频带闭环 谐振回路 电荷放大器 高灵敏度电流 检测电路
结构 工艺 简单 复杂
复杂 简单 复杂
技术成 熟性 好 差
差 好 差
中
低 一般 热敏电阻电桥 简单 差
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各种敏感原理的优缺点
静电敏感
优点 材料简单
热敏感 压阻敏感
较低的工作电流与工作电压 响应速度快 材料简单
省去了可动部件 高灵敏度
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(4)压电敏感原理
压电效应:某些物质在沿一定方向受到压力或拉力 作用而发生变形时，其两个表面上会产生极性相反 的电荷；若将外力去掉时，又重新回到不带电的状 态。
逆压电效应：在压电材料两端施加一定的电压，材 料会表现出一定的形变（伸长或缩短）。
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压电材料的特性常常用电荷灵敏度系数来表示 电荷灵敏度系数：沿i轴在材料表面产生的电荷与
膜
质量块
输入 感应 力方 向
隧道电流 隧道探针
隧道电流式微传感器的基本结构
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隧道电流式微传感器是一种高灵敏度的微传感器，具有噪 声小、温度系数小以及动态性能好等特点。
为直流驱动电压，单位为V； 为隧道电流，单
位为A； 为常数，等于
； 为有效隧
道势垒高度，单位为eV； 为隧道电极间距，单位 为nm。在标准情况下(0.5 eV，1nm)，隧道电极间 距 变化0.1nm时，隧道电流 改变2倍。利用这 个原理，可以设计各种微传感器。
时所得特性曲线不一致程度。
频响范围：在规定误差条件下，传感器可以正常工作
的频率区间。
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附例：一个微加速度传感器的指标
灵敏度：100mV/g
量程：50g
频率范围：0.5-8000Hz（±10%)
安装谐振点:30kHz
分辨率：0.0002g
抗冲击：2000g
重量：8mg
安装螺纹：M5 mm
第5章 微传感器和微执行器 （第1部分）
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本章主要内容
微传感器的概念 微传感器的分类 基本敏感原理介绍 微传感器的实例 微执行器的分类 基本致动方式介绍 微执行器的实例
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微传感器的概念
微传感器：基于MEMS工艺的，能把被测物理量 转换为电信号输出的器件，通常由敏感元件和传输 元件组成。
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间隙变化型电容式微传感器 利用泰勒级数展开，由麦克劳林公式可得
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略除高阶无穷小项，得 这时传感器的灵敏度和非线性误差分别为
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采用差动电容结构可以大大减小传感器输出的非线性：
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(3)隧道电流敏感原理
在距离十分接近的隧道探针与电极之间加一个偏置电 压，当针尖和电极之间的距离接近纳米量级时，电子就会 穿过两者之间的势垒，形成隧道电流。
线性：≤1%
横向灵敏度：≤5% 典型值：≤3%
输出阻抗：＜150Ω
激励电压：18-30VDC 典型值：24VDC
温度范围：-40～+120℃
壳绝缘电阻：＞Ω
安装力矩：约20-30Kgf.cm(M5螺纹)
几何尺寸：四方12mm、高度13.5mm
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微传感器的分类
按传感机理分
压阻、压电、隧道、电容、谐振、热对流
压电敏感
材料简单（金属应变计）
电信号自产生能力，无需外
加电源
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缺点
需要较大的器件尺寸以得到 足够大的电容
信号读出电路复杂 对微粒与湿度敏感 相对较大的功耗 相对静电敏感响应速度较慢