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  • 电阻应变式测力压力称重传感器工作原理
    千次阅读
    2021-07-26 15:58:44

    测力传感器的种类繁多,如电阻应变片感应器、谐振式压力传感器、半导体应变片测力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、压阻式压力传感器、及电容式加速度传感器等。?在认识压阻式力传感器时,我们应该提前认识一下电阻应变片这些元件。电阻应变片是一种将被测件上的应变力变动转换成为一种电信号的敏感器件。它是压阻式应变力传感器的主要组成部分之一。电阻应变片应用多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种。金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。通常情况下是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在发生力学应变力基体上,当基体载荷发生应力变动时,电阻应变片也一起发生形变,使应变片的电阻值发生变化,所以使加上电阻上的电压发生变化。这些应变片在载荷时发生的电阻值变动通常情况下较小,一般这些应变片都组成应变力电桥,并通过后续的仪表或变送器进行放大,再传输数据给处理电路(通常情况下是A/D转换和处理桥臂阻?)力值显示或信号输出机构。

    1.加载受力变化
    2.弹性体形状发生变化
    3.应变片长度发生变化(附着弹性体上的)
    4.应变片电阻值发生变化
    5.惠斯通电桥桥臂值发生变化
    6.传感器输出发生变

    简单一点说:传感器→前置放大→滤波器→多路或单路模拟开关→S/H(取样和保持)→A/D(计算模拟数字)→计算机系统。

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    在电子技术和信息技术的推进下,应变仪系统也向数字化和计算机网络化的方向发展,成为自动数据采集系统,不仅大幅度提高了称重系统的速度和精度,还把应变称重技术推进到了新的发展阶段,应变电测和传感器技术测量系统通常由应变仪、传感器和测试仪器三部分组成,当被测量物产生应变时,电阻应变仪的电阻值发生变化,电阻应变仪测量应变是基于该原理,通常在电阻应变仪测量应变时成为桥接方式,因此能够消除共模信号,消除温度系数的影响,增大灵敏度电阻,应变计属于敏感元件,由基底、敏感栅、复盖层和导线等4个部分构成,工作中,将电阻应变仪附着在被测量部件或结构表面,部件表面受到力而变形时,电阻应变仪的基底立即取得应变信息,向传感器网格传递信息,传感器网格感到应变后,根据部件的变化状况产生相同的变形量,将应变仪的电阻值产生电信息转化为数据显示到电子汽车衡上,电阻值的变化与部件的变形量成正比。

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    一.称重传感器的分类

    称重传感器分为5类:

    (1)电阻应变式传感器

    电阻应变式使用宽测压元件,利用电阻应变计变形时电阻也变化的原理进行工作,主要由弹性元件、电阻应变计、测量电路和传输电缆4部分组成。

    (2)液压式传感器

    液压式传感器结构简单牢固测量范围广,但精度很低一般不超过百分之一。

    (3)静电容量式传感器

    利用电容器振荡电路的振荡频率f与极板间距d的正比关系进行动作,电容式传感器功耗低,成本低,精度为1/200到1/500。

    (4)数字传感器

    数字称重传感器是将重力转换为电信号的转换装置,是主要集电阻应变式称重传感器,电子放大器,模数转换技术,微处理器于一体的新型称重传感器。

    数字称重传感器和数字称重计技术的发展成为称重技术领域的新宠,具有调整简单、适应现场能力强等优势,在传感器领域备受瞩目。

    (5)板环式传感器

    板环式称重传感器结构具有明确的应力流线分布,输出灵敏度高,结构简单和受力状态稳定、易加工等优点。目前,传感器的生产中数字称重传感器还是占有很大比例的,但该结构传感器的设计方式尚不成熟,很少使用。

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    以上就是关于称重传感器相关知识介绍感谢大家收看!

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    对于手机发烧友来说,对手机加速传感器肯定不会感到陌生,它能在手机上体验在3D游戏上增加体验使用效果。但是你了解它们是如何工作的吗?其实手机加速传感器属于加速度传感器的一种,在下面的文章中将介绍加速度传感器的工作原理及应用,希望大家对加速度传感器有个更全面的了解。

    什么是加速度传感器

    加速度传感器是一种能够测量加速力的电子设备。加速力就是当物体在加速过程中作用在物体上的力,就好比地球引力,也就是重力。加速力可以是个常量,比如g,也可以是变量。

    加速度传感器分类与工作原理

    1、压电式

    压电式加速度传感器又称压电加速度计。它也属于惯性式传感器。

    压电式加速度传感器的原理是利用压电陶瓷或石英晶体的压电效应,在加速度计受振时,质量块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。原文地址:http://www.pikacn.com/news/20155/2789.html

    2、压阻式

    基于世界领先的MEMS硅微加工技术,压阻式加速度传感器具有体积小、低功耗等特点,易于集成在各种模拟和数字电路中,广泛应用于汽车碰撞实验、测试仪器、设备振动监测等领域。

    3、电容式

    容式加速度传感器是基于电容原理的极距变化型的电容传感器。电容式加速度传感器/电容式加速度计是对比较通用的加速度传感器。在某些领域无可替代,如安全气囊,手机移动设备等。电容式加速度传感器/电容式加速度计采用了微机电系统(MEMS)工艺,在大量生产时变得经济,从而保证了较低的成本。

    4、伺服式

    伺服式加速度传感器是一种闭环测试系统,具有动态性 能好、动态范围大和线性度好等特点。

    工作原理:传感器的振动系统由 "m-k”系统组成,与一般加速度计相同,但质量m上还接着一个电磁线圈,当基座上有 加速度输入时,质量块偏离平衡位置,该位移大小由位移传感器检测出来,经伺服放大器 放大后转换为电流输出,该电流流过电磁线圈,在永久磁铁的磁场中产生电磁恢复力,力图使质量块保持在仪表壳体中原来的平衡位置上,所以伺服加速度传感器在闭环状态下工作。

    由于有反馈作用,增强了抗干扰的能力,提高测量精度,扩大了测量范围,伺服加速度 测量技术广泛地应用于惯性导航和惯性制导系统中,在高精度的振动测量和标定中也有应用。

    加速度传感器应用

    1、游戏控制

    加速度传感器可以检测上下左右的倾角的变化,因此通过前后倾斜手持设备来实现对游戏中物体的前后左右的方向控制,就变得很简单。

    2、图像自动翻转

    用加速度传感器检测手持设备的旋转动作及方向,实现所要显示图像的转正。

    3、汽车安全

    加速度传感器主要用于汽车安全气囊、防抱死系统、牵引控制系统等安全性能方面。

    4、盘保护

    利用加速度传感器检测自由落体状态,从而对迷你硬盘实施必要的保护。由于外界的轻微振动就会对硬盘产生很坏的后果,使数据丢失。而利用加速度传感器可以检测自由落体状态。当检测到自由落体状态时,让磁头复位,以减少硬盘的受损程度。

    5、闪信功能

    通过挥动手持设备实现在空中显示文字,用户可以自己编写显示的文字。这个闪信功能是利用人们的视觉残留现象,用加速度传感器检测挥动的周期,实现所显示文字的准确定位。

    6、防手抖功能

    用加速度传感器检测手持设备的振动/晃动幅度,当振动/晃动幅度过大时锁住照相快门,使所拍摄的图像永远是清晰的。

    7、计步器功能

    加速度传感器可以检测交流信号以及物体的振动,人在走动的时候会产生一定规律性的振动,而加速度传感器可以检测振动的过零点,从而计算出人所走的步或跑步所走的步数,从而计算出人所移动的位移。并且利用一定的公式可以计算出卡路里的消耗。

    8、智能产品

    加速度传感器在微信功能中的创新功能突破了电子产品的千遍一律,这个功能的实现来源传感器的方向、加速表、光线、磁场、临近性、温度等参数的特性。

    9、设备或终端姿态检测

    加速度传感器和陀螺仪通常称为惯性传感器,常用于各种设备或终端中实现姿态检测,运动检测等,也就很适合玩体感游戏的人群。加速度传感器利用重力加速度,可以用于检测设备的倾斜角度,但是它会受到运动加速度的影响,使倾角测量不够准确,所以通常需利用陀螺仪和磁传感器补偿。

    10、GPS导航系统死角的补偿

    在一些特殊的场合和地貌,如遂道、高楼林立、丛林地带,GPS信号会变弱甚至完全失去,这也就是所谓的死角。而通过加装加速度传感器及以前我们所通用的惯性导航,便可以进行系统死区的测量。对加速度传感器进行一次积分,就变成了单位时间里的速度变化量,从而测出在死区内物体的移动。

    常见加速度传感器

    1、手机加速传感器

    手机加速传感器的工作原理是由敏感元件将测点的加速度信号转换为相应的电信号,进入前置放大电路,经过信号调理电路改善信号的信噪比,再进行模数转换得到数字信号,最后送入计算机,计算机再进行数据存储和显示。

    2、重力加速度传感器

    重力加速度传感器能够感知到加速力的变化,加速力就是当物体在加速过程中作用在物体上的力,比如晃动、跌落、上升、下降等各种移动变化都能被G-sensor转化为电信号,然后通过微处理器的计算分析后,就能够完成程序设计好的功能,内置了G-sensor的MP3播放器就能根据使用者的甩动方向,前后更换歌曲,放进衣袋的时候也能够计算出使用者的前进步伐。

    个别高端笔记本例如IBM高端系列也内置了G-sensor,在感知发生剧烈加速度时(如开始跌落),立即保护硬盘,避免硬盘损害。

    3、压电式加速度传感器

    压电式加速度传感器又称压电加速度计。它也属于惯性式传感器。它是利用某些物质如石英晶体的压电效应,在加速度计受振时,质量块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。

    压电式加速度传感器具有动态范围大、频率范围宽、坚固耐用、受外界干扰小以及压电材料受力自产生电荷信号不需要任何外界电源等特点,是被最为广泛使用的振动测量传感器。与压阻和电容式相比,其最大的缺点是压电式加速度传感器不能测量零频率的信号。

    在现代生产生活中,压电式加速度传感器应用在很多数码产品中,比如摄像机、数码相机以及汽车安全气囊、防抱死系统、牵引控制系统等安全性能方面。

    结语:随着微电子机械系统技术在传感器领域中的广泛应用,使得加速度传感器的体积变得更加轻便、性能得到明显提升,这无疑促进了它在消费电子领域中的应用,在市场中的份额也在不断提升。

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  • 加速度、陀螺仪传感器工作原理

    千次阅读 2021-08-12 17:39:17
    G-sensor(Gravity sensor),重力传感器,又名加速度传感器(accelerometer),是能感知加速度大小的MEMS传感器。 工作原理 如图中的模型, 一个质量块两端通过弹簧进行固定。在没有加速度的情况下,弹簧不会发生...

    加速度传感器

    G-sensor(Gravity sensor),重力传感器,又名加速度传感器(accelerometer),是能感知加速度大小的MEMS传感器。
    在这里插入图片描述

    工作原理

    如图中的模型, 一个质量块两端通过弹簧进行固定。在没有加速度的情况下,弹簧不会发生形变,质量块静止。当产生加速度时,弹簧发生形变,质量块的位置会发生变化。 弹簧的形变量随着加速度的增大而增大。在弹簧的劲度系统 k 和质量块的质量 m已知的情况下,只要测量出弹簧的形变量,就可以求出系统的加速度。
    在这里插入图片描述
    G-sensor内部有 finger sets, 用来测量产生加速度读时质量块的位移。 每一个finger set 相当两个电容极板, 当有加速度时质量块会产生相对运动,而位移的变化会导致差分电容的变化。
    具体的差分电容检测和计算加速度过程由G-sensor内部完成,我们只需要直接读取其转化后的值即可。G-sensor输出值也不是直接的加速度值,它的计量单位是通常用g表示,1g代表一个重力加速度,即9.8m/s^2。1g=1000mg。
    这里用一个例子再次强调一下G-sensor的输出值是根据其内部质量块的位移计算得出的:
    将G-sensor的Z轴垂直向地,静止放置在水平桌面上,此时G-sensor芯片是静止的,虽然芯片整体加速度为0g,但是读取其输出值,X/Y轴输出为0g,Z轴输出为1g。因为内部质量块在重力加速度的作用下,产生了位移。

    G-sensor重要参数

    测量范围 Measurement Rang
    测量范围是传感器可以支持的输出加速度范围,通常用±g 表示。这就是G-sensor可以测量并准确输出的最大加速度。例如,一个测量范围是±8g G-sensor,它的输出一直到加速度达到±8g 时是线性的。
    灵敏度 Sensitivity
    灵敏度表示传感器输出随加速度(输入)变化的比例,它定义理想情况下加速度和传感器输出的直线关系。数字输出的传感器的灵敏度通常使用 LSB/g 或mg/LSB 表示。例如,一个灵敏度为4mg/LSB的G-sensor,若其Z轴输出为100,则可计算出Z轴加速度为400mg。
    0g偏移 0g-offset
    0g 偏移置表示在没有加速度(零输入)时输出的测量值。模拟输出的传感器通常使用伏特或毫伏表示,数字输出的传感器使用码字表示。
    不同型号的G-sensor的 0g-offset 不同,同一型号的不同芯片的 0g-offset 也不同,甚至同一颗芯片中不同轴的 0g-offset 也不同,是否需要校正要视具体应用而定。如果应用中只关心加速度的相对变化,而不关心加速度的具体数值,则不需要校正。如果是关心加速度的具体数值,而所选器件的 0g-offset 又比较大,则必须要校正。
    某些G-sensor本身有 offset 寄存器,这是只需要把待校准的轴沿水平方向静止放置,测量其 0g 时的输出,并把这个值乘以-1 写入 offset 寄存器即可。如果G-sensor本身没有 offset 寄存器,则需要用户在自己的处理器中记录这个数值,并在实际的测量结果中减去这个 offset。
    输出速率 ODR
    *ODR(Output Data Rate),表示G-sensor的输出数据的刷新频率。*ODR越高,输出数据更新越快,功耗越高。G-sensor的ODR往往都是可以配置的。

    工作模式

    陀螺仪传感器的原理

    首先了解一下MEMS加速度计的原理,简图如下图所示,其中质量块mass被弹簧springs支撑,使得其只能沿着预定方向位移,从而检测特定方向的加速度;绿的部分是固定的电极板Fixed plates。检测原理是当质量块感受到加速度时,会在相应方向产生位移,从而使得固定电极板构成的两个平行板电容器C1,C2的电容大小发生改变,检测其电容值大小即可换算成相应的加速度
    在这里插入图片描述
    **陀螺仪工作原理简介:**MEMS陀螺仪的检测原理与MEMS加速度计类似,它基于科里奥利效应(Coriolis Effect)所产生的科里奥利力(Coriolis Force)而设计的。
    如下图所示,MEMS陀螺仪的核心是一个微加工机械单元,其讯号调节电路可以分为马达驱动和加速度计感测电路两个部分。其中,马达驱动部分是透过静电引动方法,产生一个音叉机制共振运动,为机械元件提供激励;科里奥利力把角速率转换成一个特定感测结构的位移,通过位移产生电容变化,感测部分透过测量电容变化来测量科氏力在感测质量上产生的位移。因为位移大小与所施加的角速率大小成正比,以此可以获得角速度和角加速度量

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重力传感器工作原理

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