同济大学土木工程2传感器

2023/9/2土木工程概念：把被测量转化为电阻变化的一种传感器。按工作原理分类：

电阻应变式（核心为：电阻应变片）

电位计式压阻式§2-2电阻式传感器2023/9/2土木工程△X△ρ△L△A△R基本原理§2-2电阻式传感器1电阻应变式传感器：应变片＋弹性元件＋附件工作原理：基于电阻应变效应2023/9/2土木工程2

电位计：精度0.05～0.025mm电位计的使用－变阻器与分压器RxxUABUUxxUAB§2-2电阻式传感器2023/9/2土木工程3、压阻式传感器△F→△R压阻效应：单晶半导体材料在沿某一轴向受外力作用时，其电阻率发生很大变化的现象§2-2电阻式传感器2023/9/2土木工程

电感式传感器是基于电磁感应原理，它是把被测量转化为电感量的一种装置。分类:电感式传感器自感型可变磁阻型涡流式互感型§2-3电感式传感器2023/9/2土木工程1自感型--可变磁阻式可变导磁面积型原理:电磁感应§2-3电感式传感器2023/9/2土木工程1自感型：（2）涡流式金属板置于变化磁场中或在磁场中运动时，在金属板种产生感应电流高频反射式涡流传感器低频透射式涡流传感器§2-3电感式传感器2023/9/2土木工程2互感型--差动变压器WW1W2Esx-x工作原理:互感现象.EwEout§2-3电感式传感器2023/9/2土木工程1工作原理传感器可等效成一个两端固定绷紧的均匀弦。钢弦内应力的变化转变为钢弦振动频率的变化。§2-4

钢弦式传感器基本原理发出脉冲信号输入压力盒的电磁线路，激励钢弦产生振动，钢弦的振动在电磁线路内产生交变电动势，输入频率仪放大器后，示波，得到频率。2023/9/2土木工程§2-5

电容式、压电式、压磁式传感器1电容式传感器：将被测量（尺寸、压力等）的变化转换成电容量变化的传感器。工作原理+++

A

δ、A或ε发生变化时，都会引起电容的变化。2023/9/2土木工程2压电式传感器基本原理：压电效应（外力作用下激起晶体表面荷电的现象，逆压电效应）压电材料：压电单晶体（石英）、多晶体压电陶瓷（钛酸钡）常用结构形式＋串联＋并联F+q=DF§2-5

电容式、压电式、压磁式传感器并联时间常数大，适宜用在测量慢变信号；串联适于电路输入阻抗很高的时候。2023/9/2土木工程2压电式传感器（1）加速度传感器（2）测力传感器§2-5

电容式、压电式、压磁式传感器2023/9/2土木工程3压磁式传感器基本原理：压磁效应（铁磁材料受机械力作用，内部产生机械效应力，从而引起导磁系数发生变化）§2-5

电容式、压电式、压磁式传感器2023/9/2土木工程3压磁式传感器基本元件：应用举例§2-5

电容式、压电式、压磁式传感器2023/9/2土木工程§2-7其它传感器1磁电式传感器基本原理：电磁感应，产生感应电动势2023/9/2土木工程§2-6其它传感器1磁电式传感器（2）霍尔传感器基本原理：霍尔元件基于霍尔效应，产生感应电动势金属或半导体材料置于磁场中，通过电流时，垂直于电流和磁场方向，产生感应电动势2023/9/2土木工程§2-6其它传感器1磁电式传感器（2）霍尔传感器应用举例位移传感器霍尔乘法器2023/9/2土木工程§2-6其它传感器1磁电式传感器（3）磁阻效应传感器基本原理：磁阻效应沿电流方向电阻的变化2023/9/2土木工程§2-6其它传感器2光电式传感器（1）外光电效应（在光线作用下，物质内的电子逸出物体表面向外发射的现象）（2）内光电效应（受光照物体电导率发生变化或产生光电动势的效应）2023/9/2土木工程§2-7其它传感器2光电式传感器主要形式2023/9/2土木工程§2-7其它传感器3气敏传感器基本原理半导体气敏元件同气体接触后，造成半导体性质发生变化，测量特定气体的成分或者浓度将成分和浓度转变为电信号，进行监测和报警。例：二氧化锡气敏元件测酒精含量2023/9/2土木工程§2-7其它传感器4湿度传感器基本原理利用湿敏元件进行湿度测量和控制。湿敏元件利用湿敏材料吸收空气中的水分而导致本身电阻值发生变化。2023/9/2土木工程§2-7其它传感器5水分传感器基本原理将水分含量转换成电信号进行测定和表示高分子物质的电阻与含水率有关2023/9/2土木工程§2-7其它传感器6光纤传感器基本原理外界因素（温度、压力、电场、磁场等）变化时，传光特性（相位和光强）会发生变化。2023/9/2土木工程§2-8传感器的选择和标定1传感器的选择输入输出线性好，灵敏度高滞后、偏移误差小动态特性好功耗小对测试对象影响小抗干扰能力强重复性好，有互换性抗腐蚀性好，能长期使用易维修和校准2023/9/2土木工程§2-7传感器的选择和标定2压力盒的选择和埋设要求静力匹配弹性模量泊松比密度2023/9/2土木工程§2-7传感器的选择和标定2压力盒的选择和埋设要求结构参数的选择教材P43埋设要求教材P442023/9/2土木工程§2-7传感器的选择和标定3传感器的标定定义：通过试验建立传感器输入量和输出量之间的关系，求出传感器输出特性曲线（标定曲线）标定方法标准输出设备→非电量标准值标准测试系统→未知的非电量要求(1)传感器的标定应该在其使用条件相似的状态下进行；(2)被测对象的f＜30Hz时，可只作静标定。

(3)重复标定的次数和提高测试精度，减小偶然误差。2023/9/2土木工程§2-7传感器的选择和标定4压力传感器的标定确定压力传感器或压力测量系统的灵敏度及误差，（1）油压标定2023/9/2土木