阻抗型传感器资料
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阻抗法在生物传感器中的应用
biosensor based on impedance
1、Label-free detection of cardiac biomarker using aptamer based 、 capacitive biosensor。 。 2、Ultra sensitive biosensor based on impedance spectroscopy at 、 microwave frequencies for cell scale analysis。 。 3、Improved detection limits of toxic biochemical species based on impedance measurements in electrochemical biosensors。 。 4、Impedance studies of bio-behavior and chemosensitivity of cancer 、 cells by micro-electrode arrays。 。 5、Interdigitated array microelectrodes based impedance biosensors 、 for detection of bacterial cells。 。 6、Label-free impedance detection of low levels of circulating endothelial 、 progenitor cells for point-of-care diagnosis。 。
Madhukar Varshneya, Yanbin Li b,∗ a School of Applied and Engineering Physics, Cornell University, Ithaca, NY 14853, United States b Department of Biological and Agricultural Engineering, University of Arkansas, Fayetteville, AR 72701, United States
分子印迹阻抗型沙丁胺醇电化学传感器的研究
ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｍｏ ｒ ｐ ｈ ｏ ｌ ｏ ｇ ｉ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｃ ｈ ｅ ｍｉ ａ ｃ ａ ｌ ｐ ｒ ｏ ｐ ｅ ｒ ｔ ｉ ｅ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｉ ｍｐ ｒ ｉ ｎ ｔ ｅ ｄ ｌ ａ ｙ ｅ ｒ ． Ｔｈ ｅ ｐ ｒ ｅ ｓ ｅ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ ｓ ｏ ｍｅ
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含 量测定．
关键词
分子 印迹 聚合物 ； 电聚合 ； 纳米金 ； 聚对氨基苯硫酚 ； 沙丁胺醇
Ｔ Ｂ ３ ２ ４ ． １ 文 献标 志 码 Ａ Ｄ Ｏ Ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ０ — ２ ３ ７ ５ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ３ ． ０ １ ４
Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ Ａ ｍｏ ｌ ｅ ｃ ｕ ｌ ａ ｒ ｌ ｙ ｉ ｍｐ ｒ ｉ ｎ ｔ ｅ ｄ ｐ ｏ ｌ ｙ － ｐ — ａ ｍｉ ｎ ｏ ｔ ｈ ｉ ｏ ｐ ｈ ｅ ｎ ｏ ｌ ／ Ａｕ ＮＰ ｓ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｃ ｈ ｅ ｍｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｅ ｎ ｓ ｏ ｒ ｗａ ｓ
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含 量测定．
关键词
分子 印迹 聚合物 ； 电聚合 ； 纳米金 ； 聚对氨基苯硫酚 ； 沙丁胺醇
Ｔ Ｂ ３ ２ ４ ． １ 文 献标 志 码 Ａ Ｄ Ｏ Ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ０ — ２ ３ ７ ５ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ３ ． ０ １ ４
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巨磁阻抗磁传感的 GMI 非晶丝 MI-CB-1DH,K.Mohri Yashizawa Duwez aichi-mi Aichi Micro Intelligent
GMI Sensor Principle & Application 巨磁阻抗传感器 的原理及应用介绍
新.磁.（上.海）.电.子.有.限.公.司 2013.12 By Tony 邮.件. sensors-ic at
GMI Sensor
巨磁阻抗传感器简介
巨磁阻抗效应（GiantMagneto-Impedance effects, GMI）是 指软磁材料的交流阻抗随外加磁场的改变而发生显著变化 的现象，产生GMI效应的主要原因是高频电流的趋肤效应。 GMI磁传感器采用交流驱动,具有灵敏度高、饱和磁场低、 响应快和稳定性好等优点。利用GMI非晶丝材料可设计成高 灵敏度的磁场传感器，用于微弱磁场、电流、位置、生物 分子浓度等物理量的检测,在地磁场测量、地磁匹配导航及 多种弱磁传感器中有着广泛的应用，具有很大的应用前景 和研究价值。
Parameters Technical Dataity Frequency Response Non-linearity Noise Supply Voltage Operating temperature dimensions
测磁范围 灵敏度 响应频率 非线性度 噪声 电源电压 工作温度 模块尺寸
GMI传感器的性能优势
Superior Sensing Performance
(2) Fast Response，Frequencies up to 1MHz are possible.
GMI传感器的性能优势
Superior Sensing Performance
(3) Excellent TemperatureStability
GMI传感器材料——GMI效应
CHARACTERIZATION OF MAGNETO-IMPEDANCE THIN FILM MICROSTRUCTURES
新.磁.（上.海）.电.子.有.限.公.司 2013.12 By Tony 邮.件. sensors-ic at
GMI Sensor
巨磁阻抗传感器简介
巨磁阻抗效应（GiantMagneto-Impedance effects, GMI）是 指软磁材料的交流阻抗随外加磁场的改变而发生显著变化 的现象，产生GMI效应的主要原因是高频电流的趋肤效应。 GMI磁传感器采用交流驱动,具有灵敏度高、饱和磁场低、 响应快和稳定性好等优点。利用GMI非晶丝材料可设计成高 灵敏度的磁场传感器，用于微弱磁场、电流、位置、生物 分子浓度等物理量的检测,在地磁场测量、地磁匹配导航及 多种弱磁传感器中有着广泛的应用，具有很大的应用前景 和研究价值。
Parameters Technical Dataity Frequency Response Non-linearity Noise Supply Voltage Operating temperature dimensions
测磁范围 灵敏度 响应频率 非线性度 噪声 电源电压 工作温度 模块尺寸
GMI传感器的性能优势
Superior Sensing Performance
(2) Fast Response，Frequencies up to 1MHz are possible.
GMI传感器的性能优势
Superior Sensing Performance
(3) Excellent TemperatureStability
GMI传感器材料——GMI效应
CHARACTERIZATION OF MAGNETO-IMPEDANCE THIN FILM MICROSTRUCTURES
现代检测技术复习资料整理
答：用四种表进行测量可能产生的最大绝对误差为：
A表：
第四章 阻抗型传感器
1.电位器主要是把机械位移转换为与其成一定函数关系的电阻（或电压）输出。
2.电位器传感器的工作原理:电位器式传感器是由电阻器和电刷组成，当电刷触点C在电阻器 上移动时，A、C间的电阻就会发生变化，而且阻值 与触点的位移或角位移x成一定的函数关系。
3.按输入-输出特性，电位器传感器可分为线性电位器和非线性电位器两类。按结构形式，可分为线绕电位器和非线绕电位器两类。在线绕式电位器的电阻器与电刷相接处的部分，将导线表面的绝缘层去掉，然后加以抛光，形成一个电刷可在其上滑动的光滑而平整的接触道。
4.绕线电位器的优点：精度高、性能稳定、易于达到较高的线性度和实现各种非线性特性。缺点：如阶梯误差、分辨力低、耐磨性差、寿命较低等。
传感器和敏感器虽然都是对被测非电量进行转换，但敏感器是把被测非电量转换为可用非电量，而传感器是把非电量转换成电量。
5.常见的测量仪表有哪几种类型？画出其框图，简述其工作原理？
答：常见的测量仪表有三种类型：普通模拟式检测仪表a、普通数字式检测仪表b、微机化检测系统c。
框图及（工作原理）：a、模拟式传感器、模拟测量电阻、模拟显示器。（在整个过程中，只是模数之间发生转换。测量结果用指针相对标尺的位置来表示。）b、（模数转换式）模拟式传感器、模拟测量电路、A/D转换器、数字显示器。（模拟测量电路传感器输出的电量转换成直流电压信号，模数转换器把直流电压转换成数字量，最后由数字显示器显示测量结果。）或（脉冲计数式）数字式传感器、放大整形电路、计数器、数字显示器（准数字式传感器输出的频率或时间信号，放大整形后，由计数器进行计数，计数结果由数字显示器显示出来）.c、传感器、测量通道、微机、（数字显示器、数据记录仪、报警器）。（微机化检测系统通常为多路数据采集系统，能巡回检测多个测量点或多种被测参数的静态量或动态量。每个测量对象都通过一路传感器和测量通道与微机相连，测量通道由模拟量电路和数字测量电路组成。[传感器将被测非电量转换成电量，测量通道对传感器信号进行信号调理和数据采集，转换成数字信号，送入微机进行必要的处理后，由显示器显示出来，并由记录仪记录下来。]）
A表：
第四章 阻抗型传感器
1.电位器主要是把机械位移转换为与其成一定函数关系的电阻（或电压）输出。
2.电位器传感器的工作原理:电位器式传感器是由电阻器和电刷组成，当电刷触点C在电阻器 上移动时，A、C间的电阻就会发生变化，而且阻值 与触点的位移或角位移x成一定的函数关系。
3.按输入-输出特性，电位器传感器可分为线性电位器和非线性电位器两类。按结构形式，可分为线绕电位器和非线绕电位器两类。在线绕式电位器的电阻器与电刷相接处的部分，将导线表面的绝缘层去掉，然后加以抛光，形成一个电刷可在其上滑动的光滑而平整的接触道。
4.绕线电位器的优点：精度高、性能稳定、易于达到较高的线性度和实现各种非线性特性。缺点：如阶梯误差、分辨力低、耐磨性差、寿命较低等。
传感器和敏感器虽然都是对被测非电量进行转换，但敏感器是把被测非电量转换为可用非电量，而传感器是把非电量转换成电量。
5.常见的测量仪表有哪几种类型？画出其框图，简述其工作原理？
答：常见的测量仪表有三种类型：普通模拟式检测仪表a、普通数字式检测仪表b、微机化检测系统c。
框图及（工作原理）：a、模拟式传感器、模拟测量电阻、模拟显示器。（在整个过程中，只是模数之间发生转换。测量结果用指针相对标尺的位置来表示。）b、（模数转换式）模拟式传感器、模拟测量电路、A/D转换器、数字显示器。（模拟测量电路传感器输出的电量转换成直流电压信号，模数转换器把直流电压转换成数字量，最后由数字显示器显示测量结果。）或（脉冲计数式）数字式传感器、放大整形电路、计数器、数字显示器（准数字式传感器输出的频率或时间信号，放大整形后，由计数器进行计数，计数结果由数字显示器显示出来）.c、传感器、测量通道、微机、（数字显示器、数据记录仪、报警器）。（微机化检测系统通常为多路数据采集系统，能巡回检测多个测量点或多种被测参数的静态量或动态量。每个测量对象都通过一路传感器和测量通道与微机相连，测量通道由模拟量电路和数字测量电路组成。[传感器将被测非电量转换成电量，测量通道对传感器信号进行信号调理和数据采集，转换成数字信号，送入微机进行必要的处理后，由显示器显示出来，并由记录仪记录下来。]）
巨磁阻抗(GMI)效应在电流传感器领域的研究
总第 ４ ７卷
２１ ０ ０年
第 ５５期 ３
电测与仪表
Ｅｌ ｃ ｒｃ ｅ ｓ ｒ ｍ ｅ ｔ＆ Ｉ ｓ ｒ ｅ ｔ ｉａＩＭ ａ ｕ ｅ ｎ ｎ ｔ ｕｍｅ ｔ ｉ ｎ ａｔ ｏｎ
ＶＯ＿７ＮＯ５ ５ ｌ ．３ ４
第 Ｏ ７期
Ｊ１ ００ ｕ．２ １
巨磁 阻抗 （ ＭＩ效应在 电流传感器领 域 的研究 Ｇ ）
ａ ｌ ｅ，ｒｃｉｅ ｎ ｍｐｉｅ ｉ ｅｏ ａｊｓ ｈ ｎ ｕ ｏ ｅ － ｍｐｉｅ ｏ ｎ ｃ ｏ ｂ ｔ ｎ ｓ ｏ ｈ ｍｐｉ ｒ ｅｔ ｒ ａ ｄ Ａ ｌ ｒ ｗｔ ｚｒ － ｄｕｔ ｅ ｉｐ ｔ ｆ ｐ ｒ ａ ｌ ｒ ｃ ｎ ｅｔ ｔ ｏ ｅ ｄ ｆｔｅ ｉ ｆ ｉ ｆ ｉ ｆ ｈ ．Ｔ ｉ ｆ ｓ ｈ
ｍｅ ｈ ｄｓ ｉ ｅ ｅ ｒ ｈ ｎ ｔ ｏ ｎ ｒ ｓ ａ ｃ ｉ ｇ ＧＭＩ ｅ ｆ ｃ． ｅ ｄｅ ｉ ｎ ｄ ｔ ｕｒｅ ｅ ｓ ｒ ｂ ｓ ｄ ｏ ｆｅ ｔＷ ｓｇ ｅ ｈｅ ｃ ｒ ｎｔｓ ｎ ｏ ａ ｅ ｎ ＧＭＩ ｅ ｆ ｅ，ｔ ｍｏ ｐ ｕｓ ｍａｅ ｉ ｌ ｆｅ ｔ ｈｅ ａ ｒ ｈｏ ｔ ｒａ ｓ ｓ ｃ ａ Ｃｏ Ｂ ｒ ｕ ｅ ｔ ｄ ｖ ｌｐ ｐ ｒ ｌ ｔｕｃｕ ｅ ｒ ｂ ．Ｔ ｓ ｎ ｏ ｉ ｃ ｎｓｓｉ ｏ ｏｐｉ ｓ ｓ ｉｌｔ ｒ ｅ — ｕｈ ｓ Ｚｒ ａ ｅ ｓ ｄ ｏ ｅ ｅ ｏ ｓ ｉａ ｓｒ ｔ ｒ ｐ ｏ ｅ ｈｅ ｅ ｓ ｒ ｓ ｏ ｉｔｎｇ ｆ ｃ ｌ ｔ ｏ ｃ ｌａｏ ，ｐ ｒ ｔ
宁棵 ， 任欢 ， 李玉莲
（ 阳计 量测 试 院 ， 阳 １０ ７ ） 沈 沈 １ １ ９
摘要 ： 回顾 了巨磁 阻抗 （ ＭＩ效 应 发展 的历 史 ， 绍 了巨磁 阻抗 （ ＭＩ效应 起 源 、 论方 法 ， 计 制作 了一种 基 Ｇ ） 介 Ｇ ） 理 设
２１ ０ ０年
第 ５５期 ３
电测与仪表
Ｅｌ ｃ ｒｃ ｅ ｓ ｒ ｍ ｅ ｔ＆ Ｉ ｓ ｒ ｅ ｔ ｉａＩＭ ａ ｕ ｅ ｎ ｎ ｔ ｕｍｅ ｔ ｉ ｎ ａｔ ｏｎ
ＶＯ＿７ＮＯ５ ５ ｌ ．３ ４
第 Ｏ ７期
Ｊ１ ００ ｕ．２ １
巨磁 阻抗 （ ＭＩ效应在 电流传感器领 域 的研究 Ｇ ）
ａ ｌ ｅ，ｒｃｉｅ ｎ ｍｐｉｅ ｉ ｅｏ ａｊｓ ｈ ｎ ｕ ｏ ｅ － ｍｐｉｅ ｏ ｎ ｃ ｏ ｂ ｔ ｎ ｓ ｏ ｈ ｍｐｉ ｒ ｅｔ ｒ ａ ｄ Ａ ｌ ｒ ｗｔ ｚｒ － ｄｕｔ ｅ ｉｐ ｔ ｆ ｐ ｒ ａ ｌ ｒ ｃ ｎ ｅｔ ｔ ｏ ｅ ｄ ｆｔｅ ｉ ｆ ｉ ｆ ｉ ｆ ｈ ．Ｔ ｉ ｆ ｓ ｈ
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宁棵 ， 任欢 ， 李玉莲
（ 阳计 量测 试 院 ， 阳 １０ ７ ） 沈 沈 １ １ ９
摘要 ： 回顾 了巨磁 阻抗 （ ＭＩ效 应 发展 的历 史 ， 绍 了巨磁 阻抗 （ ＭＩ效应 起 源 、 论方 法 ， 计 制作 了一种 基 Ｇ ） 介 Ｇ ） 理 设
电化学传感器的研究与应用
电化学传感器的研究与应用电化学传感器是一种基于电化学现象的传感器，其实现原理是利用电化学反应的特性来检测被测物体的浓度或者传感器与被检测物质的相互作用。
在实际生活中，电化学传感器的应用场景十分广泛，如环境监测、化学分析、医疗诊断等领域都有它的身影。
本文将介绍电化学传感器的研究与应用情况。
一、电化学传感器的分类电化学传感器包括电位型、电流型、阻抗型等多种类型。
其中电位型传感器常用的有玻色电位法、离子选择电极法和振荡电位法等。
电流型传感器常用的有阴极保护法和极谱法等。
阻抗型传感器则包括交流阻抗法和电子阻抗法等。
不同的传感器类型适用于不同的被检测物质。
例如，离子选择电极法适用于检测离子浓度，交流阻抗法适用于检测生物分子。
二、电化学传感器的研究现状目前，电化学传感器的研究主要集中在以下几个方面：（一）材料研究。
电化学传感器的基本组成是电极、电解质和待测物。
因此，材料的选择对传感器的灵敏度、选择性和响应速度有很大影响。
目前，研究人员在传统材料的基础上，引入纳米材料和生物材料等新型材料，改善了传感器的性能表现。
（二）检测技术。
为了提高传感器的检测灵敏度和选择性，研究人员不断探索新的检测技术。
如光电化学检测、电化学放大等技术的引入为实现高灵敏度的检测提供了契机。
（三）传感器芯片化。
目前，传感器的芯片化趋势明显。
传感器芯片化不仅可以减小体积、提高灵敏度，还可以实现小型化、集成化和智能化。
因此，芯片传感器是未来电化学传感器的发展方向。
三、电化学传感器的应用场景（一）环境监测。
电化学传感器可以用于检测水、空气和土壤中的重金属、有机物等污染物质。
例如，用电位型传感器检测水中的氯离子和铝离子、用电流型传感器检测空气中的有害气体浓度、用阻抗型传感器检测土壤中的电导率。
（二）化学分析。
电化学传感器可以用于实现药品、食品、化妆品等化学物品的检测。
例如，用电位型传感器检测抗氧化剂的含量、用电流型传感器检测食品中的微量元素含量、用阻抗型传感器检测化妆品中的电导率。
基于巨磁阻抗效应的新型高灵敏度磁敏传感器
ｅ ｐ ｒ ｅ ｔ ｒ ｒ ｓ ｎｅ ． ｘ ｅ ｍ ｎ ｅ ｐ ｅ ｅ ｔ ｄ ｉ ｗｅ
Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ： ｇ ｅ ｃｓｎ ｏ ； ａ ｒ ｈ ｕ ｒ ； ｇａ ｔ ｇ ｅｏｉ ｅ ｄ ｃ ； ｓｎ ｉ ｖｔ ｄｓ ｍａ ｎ ｔ ｅ ｓｒ ｉ ｍｏｐ ｏ ｓ ｅ ｗｉ ｉ ｎ ｔ— ｎ ｍａ ｍｐ ａ ｅ ｎ ｅ ｓｔ ｉ ｉ ｙ
维普资讯
基于 巨磁 阻抗效应 的新型 高灵敏度磁敏传感器
陈世 元 １ ，张 ， ２ 亮 ２，李德仁 ２ ，卢志超 ２ ，滕 功清
（ ．北京信 息科技 大 学 基础 部 ，北 京 １０ ８； １ ００５
２ 安泰科技股份有 限公 司 研发 中心，北京 １０ ８ ） ． ００ ９
摘 要 ：结合材料 学与微 电子学 ，利用信号的调制 与解调技 术 ，设计制作 出一种基 于非晶材料 巨磁 阻抗效
应 的新型 高灵敏度磁敏传感 器。该传感 器尺 寸小，为 ２ ｍｍ ×１ｍ × ｍ ８ ５ ｍ ４ ｍ；灵敏度 高，达到 ６５ ／ｔ；非线 ． ｍＶ Ｉ ． Ｔ
性度 小于 ０ ８ Ｅ 。文 中介绍 了非晶丝的特性、传感器的 电路设计和 实验数据 分析 。 ．％ Ｓ ７
传感 器 的研 究报道 较少 。本 文着 眼 于 ＧＭＩ效 应 的 应用 方面 ， 用 非 晶丝 Ｇ 效应 和 电磁感 应原 理 ， 利 ＭＩ 设 计 制 作 出 一 种 新 型 磁 敏 传 感 器 ，灵 敏 度 达 到
６５ ／Ｔ，功耗 为 ０２ Ｗ ，非线性 度 为 ０７ ％ ＥＳ ． ｍＶ ．５ ．８ ，
ＣＨＥＮ ｈ ． ｕ ｎ ， Ｓ ｉ ａ ＺＨＡＮＧ ｉ ｎ ＬＩ ．ｅ Ｌ Ｚ ｉｃ ａ Ｔ ｙ Ｌ ａ ｇ ， ｒ ｎ ， Ｕ ｈ — ｈ ｏ ， ＥＮＧ ｎ ． ｉ ｇ Ｄｅ Ｇｏ ｇ ｑ ｎ
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维普资讯
基于 巨磁 阻抗效应 的新型 高灵敏度磁敏传感器
陈世 元 １ ，张 ， ２ 亮 ２，李德仁 ２ ，卢志超 ２ ，滕 功清
（ ．北京信 息科技 大 学 基础 部 ，北 京 １０ ８； １ ００５
２ 安泰科技股份有 限公 司 研发 中心，北京 １０ ８ ） ． ００ ９
摘 要 ：结合材料 学与微 电子学 ，利用信号的调制 与解调技 术 ，设计制作 出一种基 于非晶材料 巨磁 阻抗效
应 的新型 高灵敏度磁敏传感 器。该传感 器尺 寸小，为 ２ ｍｍ ×１ｍ × ｍ ８ ５ ｍ ４ ｍ；灵敏度 高，达到 ６５ ／ｔ；非线 ． ｍＶ Ｉ ． Ｔ
性度 小于 ０ ８ Ｅ 。文 中介绍 了非晶丝的特性、传感器的 电路设计和 实验数据 分析 。 ．％ Ｓ ７
传感 器 的研 究报道 较少 。本 文着 眼 于 ＧＭＩ效 应 的 应用 方面 ， 用 非 晶丝 Ｇ 效应 和 电磁感 应原 理 ， 利 ＭＩ 设 计 制 作 出 一 种 新 型 磁 敏 传 感 器 ，灵 敏 度 达 到
６５ ／Ｔ，功耗 为 ０２ Ｗ ，非线性 度 为 ０７ ％ ＥＳ ． ｍＶ ．５ ．８ ，
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变阻抗式传感器原理与应用
3-28
只能确定衔铁位移的大小，不能判断位移的方向。
为了判断位移的方向，要在后续电路中配置相敏检
波器。
3.1 自感式传感器
(2) 相敏检波电路
C
A
B
D
图3-7 相敏检波电路
电路作用：辨别衔铁位移方向。 U0的大小反映位移
的大小，U0的极性反映位移的方向。
消除零点残余电压。使x=0时，U0=0。
3.1 自感式传感器
L L0 0
3-11
3-12
L 1 L0 K0 0
3-13
3.1 自感式传感器 差动变隙式电感传感器
1-铁芯； 2-线圈； 3-衔铁
3-3差动式变间隙式电感传感器
当衔铁向上移动时，两个线圈的电感变化量Δ L1、Δ L2
3.1 自感式传感器
衔铁上移
3-22
L1
r 2 0W 2
l
rc 1 r 1 r
2
l c x l
每只线圈的灵敏度为
dL1 dL2 0W 2 r 1rc2 k1 k2 dx dx l2
则此时输出电感为L = L0－ΔL。 2 L L0 [1 ( ) ( ) ...]
3-10
（2）当衔铁下移Δδ时, 传感器气隙增大Δδ, 即δ=δ0＋Δδ,
0 0 0 L 2 [1 ( )( ) ...] L0 0 0 0
图3-16变间隙差动变压器等效电路 两个初级绕组的同名端顺向串联， 而两个次级绕组的同名端则反向串联。
3.2 差动变压器
可推导 . . W a 2 b U U1 2 b a W1 如果被测体带动衔铁移动
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• 电位器式传感器常用来测量位移、压力、加速度 等。
电位计式压力传感器
案例：玩具机器人
原理 直接将关节驱动电机的转动角 度变化转换为电阻器阻值变化
总结
原始 输入量
位移 等
变换 原理 欧姆 定律
物理 现象
结构型
输出量 电阻或电压
4.1.2 电阻应变式传感器--应变片
• 利用电阻应变片将应变转换为电阻 变化的传感器。电阻应变片是电阻应 变式传感器中的传感元件，简称应变 片。
（1）金属材料的应变电阻效应 dR d (1 2u) R
d C dV
V
而 dV dl dA (1 2u)
V lA
金属丝材的
dR [(1 2u) C(1 2u)] Km 应变灵敏系数
R
—— 金属材料的电阻相对变化与线应变成正比
（2）半导体材料的应变压阻效应
d E
F E
4.1.1 电位器式传感器
▪ 电位器式传感器是由电阻元件及电刷(活动触点) 两个基本部分组成。
▪ 利用电位器为传感元件可制成电位器式传感器， 可以测量线位移或角位移;
▪ 还可测量一切可以转换为位移的物理量参数，如 压力、加速度等。
电位器式传感器
机械位移信号
精密电位器
转换元件
电信号
位移
一、组成原理
Km=1.8 ~ 4.8
半导体 K 0 Ks (1 2u) E
几何尺寸变化
压阻效
应
半导体材料的应变电阻效应主要基于压阻效应
KS (50 ~ 80)Km
二、电阻应变片
1.组成结构
盖片
敏感栅金属丝 基底
引线
敏感栅（金属丝）：是应变片内实现应变-电阻转换的敏感元件。 基底：为了保持敏感栅固定的形状、尺寸和位置，通过粘合剂将其固定在基底上。 引线：起着敏感栅与测量电路之间的连接作用。 盖片：覆盖在敏感栅上的保护层。 粘合剂：用粘合剂将盖片、敏感栅和基底牢固地粘合在一起。
• 应变片一种是金属导体材料，另一种是半导体 材料。
• 工作原理是基于金属导体的应变效应，或者是 基于半导体材料的压阻效应。
• 应变效应：金属导体在外力的作用下产生机械 形变时，它的电阻值随着所受机械形变（伸长 或缩短）的变化而变化的物理现象。
• 压阻效应：半导体受到应力时，其电阻率发生 变化的物理现象。
若变阻器式：
x
Rx
R l
x
若分x l
U l
x
2．非线性特性——非线性电位器
Rx f (x)
Ux
U R
f ( x)
例：一电位计式位移传感器及接线图如图所示，变 阻器有效长度为L，总电阻R ，读数仪表电阻RL， 活动触点位置x=L/5。
求：读数仪表的指示值U？ab
四、电位器式传感器的应用
把电位器作为变阻器用，(c)图有：
Rx RAC f (x)
把电位器作为变压器用，(d)图有：
Ux
U AC
U R AB
f (x) U R
f (x)
二、电位计分类及特点
线性电位计
按输出-输入特性 非线性电位计
电位计分类 按结构形式
线绕式—在传感器中应用较多
薄膜式—具有较高的精度和线 性特性
光电式—无摩擦和磨损，分辨 率高
x
应变片灵敏系数k小于制作应变片的应变电阻材料 灵敏系数 K0, 主要原因就是存在横向效应。
横向效应
敏感栅通常是呈栅状，由轴向纵栅和圆弧横栅两部分。
横栅 r
纵栅 l0
εy
横栅 r
εy
σ
εx 轴向应变
εx
σ
εx
εx
εy 横向应变
εy
➢试件承受单向应力σ时，表面处于平面应变状态，即轴向（拉伸）应 变εx 和横向（收缩）应变εy 。
光电电位器
无接触式电位器 光电导层 暗电阻:绝缘体
明电阻:良导体
105 ~ 108
优点：精度、寿命、分辨率、可靠性高、阻值范围宽 缺点：温度范围窄、输出电流小、输出阻抗较高
结构复杂、体积和重量大
三、输入—输出特性
1. 线性特性——线性电位器
假定全长为 的电位器的阻值为 ，电阻沿长 均匀分布，则当电刷由A向B移动 后，则：
(1)金属丝式应变片： 敏感栅由直径0.015mm～0.05mm的金属丝 绕成栅状。
(2)金属箔式应变片：
敏感栅由金属箔经光刻腐蚀成栅状，具有横向效应小， 精度高，散热好等优点。
(3)薄膜应变片
•其厚度在0.1m以下。
•采用真空蒸发或真空沉积等方法，将电阻材料在基底上制成 一层各种形式敏感栅而形成应变片。
A
其中 ：压阻系数； ：作用于材料的轴向应力； E ：半导体材料的弹性模量
dR [(1 2u) E] KS
R
半导体材料的 应变灵敏系数
—— 半导体材料的电阻相对变化与线应成正比
（3）导电丝材的应变电阻效应
金属
dR K 0
R
几何尺寸变
电阻率变
化
化
金属丝材的应变电阻效应以结构尺寸变化为主，
应变式传感 金属或半
器
导体
热电阻式传 金属或半
感器
导体
气敏电阻 半导体
湿敏电阻
金属或半 导体
变阻
应变-电阻 效应
电阻-温度 特性
电阻-气体 特性
电阻-湿度 特性
阻值随输出端的位 置变换而变化
阻值随材料的变形 而改变
阻值随材料温度的 变化而改变
阻值随气体浓度变 化而变化
阻值随材料表面的 湿度变化而变化
➢纵栅主要感受轴向应变εx（纵栅受拉伸）、横栅主要感受横向应变εy （横栅受压缩），从而引起应变片总电阻的变化为：
一、 导电材料的应变电阻效应
R l
A(r)
A(r) r2
dR d dl dA R l A
dR d dl dA R l A 其中， ( dl ) 轴向线应变
l
( dA) 2( dr ) 2u
A
r
轴向 线应变
径向 线应变
泊淞比
dr / r
dl / l
dR d (1 2u) R
•灵敏系数高，易实现工业化生产，是一种很有前途的新型应 变片。
•实际使用中的主要问题，是尚难控制其电阻对温度和时间的 变化关系。
3.安装
• 应变片粘贴在被测试件表面（应使应变片轴向与 所测应变方向一致）
• 将应变片贴于弹性元件上，与弹性元件一起构成 应变式传感器。
4、应变片灵敏系数
• 应变片电阻相对变化与试件表面上安装应变片区 域的轴向应变之比 R / R k
第四章 阻抗型传感器
基本要求：
• 了解阻抗型传感器的常见类型 • 理解常见阻抗型传感器的基本工作原理 • 掌握常见阻抗型传感器的测量电路
4.1电阻式传感器
非电量 电阻元件 电阻变化
将被测量如位移、形变、力、加速度、湿 度、温度等物理量转换式成电阻值这样的一 种器件。
类别
材料
原理
输出特性
电位器式传 感器
电位计式压力传感器
案例：玩具机器人
原理 直接将关节驱动电机的转动角 度变化转换为电阻器阻值变化
总结
原始 输入量
位移 等
变换 原理 欧姆 定律
物理 现象
结构型
输出量 电阻或电压
4.1.2 电阻应变式传感器--应变片
• 利用电阻应变片将应变转换为电阻 变化的传感器。电阻应变片是电阻应 变式传感器中的传感元件，简称应变 片。
（1）金属材料的应变电阻效应 dR d (1 2u) R
d C dV
V
而 dV dl dA (1 2u)
V lA
金属丝材的
dR [(1 2u) C(1 2u)] Km 应变灵敏系数
R
—— 金属材料的电阻相对变化与线应变成正比
（2）半导体材料的应变压阻效应
d E
F E
4.1.1 电位器式传感器
▪ 电位器式传感器是由电阻元件及电刷(活动触点) 两个基本部分组成。
▪ 利用电位器为传感元件可制成电位器式传感器， 可以测量线位移或角位移;
▪ 还可测量一切可以转换为位移的物理量参数，如 压力、加速度等。
电位器式传感器
机械位移信号
精密电位器
转换元件
电信号
位移
一、组成原理
Km=1.8 ~ 4.8
半导体 K 0 Ks (1 2u) E
几何尺寸变化
压阻效
应
半导体材料的应变电阻效应主要基于压阻效应
KS (50 ~ 80)Km
二、电阻应变片
1.组成结构
盖片
敏感栅金属丝 基底
引线
敏感栅（金属丝）：是应变片内实现应变-电阻转换的敏感元件。 基底：为了保持敏感栅固定的形状、尺寸和位置，通过粘合剂将其固定在基底上。 引线：起着敏感栅与测量电路之间的连接作用。 盖片：覆盖在敏感栅上的保护层。 粘合剂：用粘合剂将盖片、敏感栅和基底牢固地粘合在一起。
• 应变片一种是金属导体材料，另一种是半导体 材料。
• 工作原理是基于金属导体的应变效应，或者是 基于半导体材料的压阻效应。
• 应变效应：金属导体在外力的作用下产生机械 形变时，它的电阻值随着所受机械形变（伸长 或缩短）的变化而变化的物理现象。
• 压阻效应：半导体受到应力时，其电阻率发生 变化的物理现象。
若变阻器式：
x
Rx
R l
x
若分x l
U l
x
2．非线性特性——非线性电位器
Rx f (x)
Ux
U R
f ( x)
例：一电位计式位移传感器及接线图如图所示，变 阻器有效长度为L，总电阻R ，读数仪表电阻RL， 活动触点位置x=L/5。
求：读数仪表的指示值U？ab
四、电位器式传感器的应用
把电位器作为变阻器用，(c)图有：
Rx RAC f (x)
把电位器作为变压器用，(d)图有：
Ux
U AC
U R AB
f (x) U R
f (x)
二、电位计分类及特点
线性电位计
按输出-输入特性 非线性电位计
电位计分类 按结构形式
线绕式—在传感器中应用较多
薄膜式—具有较高的精度和线 性特性
光电式—无摩擦和磨损，分辨 率高
x
应变片灵敏系数k小于制作应变片的应变电阻材料 灵敏系数 K0, 主要原因就是存在横向效应。
横向效应
敏感栅通常是呈栅状，由轴向纵栅和圆弧横栅两部分。
横栅 r
纵栅 l0
εy
横栅 r
εy
σ
εx 轴向应变
εx
σ
εx
εx
εy 横向应变
εy
➢试件承受单向应力σ时，表面处于平面应变状态，即轴向（拉伸）应 变εx 和横向（收缩）应变εy 。
光电电位器
无接触式电位器 光电导层 暗电阻:绝缘体
明电阻:良导体
105 ~ 108
优点：精度、寿命、分辨率、可靠性高、阻值范围宽 缺点：温度范围窄、输出电流小、输出阻抗较高
结构复杂、体积和重量大
三、输入—输出特性
1. 线性特性——线性电位器
假定全长为 的电位器的阻值为 ，电阻沿长 均匀分布，则当电刷由A向B移动 后，则：
(1)金属丝式应变片： 敏感栅由直径0.015mm～0.05mm的金属丝 绕成栅状。
(2)金属箔式应变片：
敏感栅由金属箔经光刻腐蚀成栅状，具有横向效应小， 精度高，散热好等优点。
(3)薄膜应变片
•其厚度在0.1m以下。
•采用真空蒸发或真空沉积等方法，将电阻材料在基底上制成 一层各种形式敏感栅而形成应变片。
A
其中 ：压阻系数； ：作用于材料的轴向应力； E ：半导体材料的弹性模量
dR [(1 2u) E] KS
R
半导体材料的 应变灵敏系数
—— 半导体材料的电阻相对变化与线应成正比
（3）导电丝材的应变电阻效应
金属
dR K 0
R
几何尺寸变
电阻率变
化
化
金属丝材的应变电阻效应以结构尺寸变化为主，
应变式传感 金属或半
器
导体
热电阻式传 金属或半
感器
导体
气敏电阻 半导体
湿敏电阻
金属或半 导体
变阻
应变-电阻 效应
电阻-温度 特性
电阻-气体 特性
电阻-湿度 特性
阻值随输出端的位 置变换而变化
阻值随材料的变形 而改变
阻值随材料温度的 变化而改变
阻值随气体浓度变 化而变化
阻值随材料表面的 湿度变化而变化
➢纵栅主要感受轴向应变εx（纵栅受拉伸）、横栅主要感受横向应变εy （横栅受压缩），从而引起应变片总电阻的变化为：
一、 导电材料的应变电阻效应
R l
A(r)
A(r) r2
dR d dl dA R l A
dR d dl dA R l A 其中， ( dl ) 轴向线应变
l
( dA) 2( dr ) 2u
A
r
轴向 线应变
径向 线应变
泊淞比
dr / r
dl / l
dR d (1 2u) R
•灵敏系数高，易实现工业化生产，是一种很有前途的新型应 变片。
•实际使用中的主要问题，是尚难控制其电阻对温度和时间的 变化关系。
3.安装
• 应变片粘贴在被测试件表面（应使应变片轴向与 所测应变方向一致）
• 将应变片贴于弹性元件上，与弹性元件一起构成 应变式传感器。
4、应变片灵敏系数
• 应变片电阻相对变化与试件表面上安装应变片区 域的轴向应变之比 R / R k
第四章 阻抗型传感器
基本要求：
• 了解阻抗型传感器的常见类型 • 理解常见阻抗型传感器的基本工作原理 • 掌握常见阻抗型传感器的测量电路
4.1电阻式传感器
非电量 电阻元件 电阻变化
将被测量如位移、形变、力、加速度、湿 度、温度等物理量转换式成电阻值这样的一 种器件。
类别
材料
原理
输出特性
电位器式传 感器