《传感器原理》第4章 力敏传感器.pptVIP

振膜式压力传感器具有很好的稳定性、重复性和较高的分辨率（一般可达0.3～0.5 kPa/Hz），精度可达0.01%，长期稳定性可达每年0.01%～0.02%，重复性可达十万分之几的数量级，它的这些优异性能是一般模拟输出的压力传感器所不能比拟的。因此，在航空航天技术中常用振膜式压力传感器来测量大气参数（静压及动压），并通过计算机可求出飞行速度、飞行高度等飞行参数。它还常用来作为标准计量仪器，标定其他压力传感器或压力仪表。此外，它也可用来测量液体密度、液位等参数。 图4-45是一种振膜式压力传感器的结构。 1—拾振线圈 2—振膜 3—激励线圈 4—振荡放大电路 5—压力膜片 6—空腔 图4-45 振膜式压力传感器 3．振筒式压力传感器 振筒式压力传感器其结构原理如图4-46所示。 1—引线 2—底座 3—支柱 4—磁心 5—激振线圈 6—保护罩 7—内振荡筒 8—拾振线圈 9—永磁棒 10—压力入口 4．石英音叉谐振传感器 图4-46 振筒式压力传感器原理结构 它是利用石英晶体的压电效应和谐振特性而构成的，其基本结构如图4-47所示。 图4-47 音叉谐振器 光纤力学传感器 1．采用弹性元件的光纤压力传感器 图4-48 光纤压力传感器 这类形式的光纤压力传感器都是利用弹性休的受压变形，将压力信号转换成位移信号，从而对光强进行调制的。因此，只要设计好合理的弹性元件及结构，就可以实现压力的检测。在图4-48所示为简单地利用Y形光纤束的光纤压力传感器。 4.6 2．光纤微弯传感器 图4-49 光纤微弯传感器示意图 微弯损耗微弯器是属于内强度调制器。微弯调制形式中光纤的光路是完全密封的，因此更适合在腐蚀性介质及污染等恶劣环境下进行测量。图4-49为光纤微弯传感器示意图。 3．光弹性式光纤压力传感器 图4-50 光弹性式光纤压力传感器结构 晶体在受压后其折射率发生变化，从而呈现双折射现象，这种效应称为光弹性效应。利用光弹性效应来测量压力的原理及传感器结构如图4-50所示 为了提高传感器的精度和稳定性，图4-51所示为另一种检测方法的结构。 1—光纤 2—起偏器 3—光弹性元件 4—1/4波长板 5—偏振分光镜 6—反射位 图4-51 光弹性式光纤压力传感器的另一种结构 压电涂层压力传感器 1．压电涂层传感器 图4-52 压电涂层传感器 压电涂层传感器的基本构成是把压电陶瓷PZT粉末作为填料，与环氧树脂胶液一起做充分搅拌，形成压电/环氧树脂融合涂料，涂刷在结构表面上，根据实际需要在涂层表面印制极化电极和传输信号导线，经极化处理就可实现振动传感器，如图4-52所示。 4.7 2．压电涂层传感器的性能 （1）压电效率。 由于压电涂层传感器是一种压电混合物，所以压电效率就成为其主要技术指标。压电效率是指结构产生单位应变所能感应出的电荷多少。 （2）阈值体积。 一般令其所占有体积大于某个阀值VPZT，当PZT填料组分小于该阈值时，由于微观上PZT颗粒是相互隔离的，所以，即使外加很强的极化电场也很难使其极化，压电效率很低。对给定组分的压电涂层，其厚度对压电效率的影响如图4-53所示。 图4-53 涂层厚度对压电效率的影响 力敏Z-元件及触觉传感器 1．力敏Z-元件的伏安特性 图4-54 力敏Z-元件的伏安特性 力敏Z-元件也是一种其N区被重掺杂补偿的改性PN结。力敏Z-元件的半导体结构如图4-54(a)所示。按企业标准电路符号如图4-54(b)所示，图中“+”表示PN结P区，即在PN结发生正偏时接电源正极。图4-54(c)所示为正向型伏安特性。 4.8 2．力敏Z-元件在触觉传感器中的应用 图4-55 触觉传感器结构示意图 由于Z-元件很薄，也很脆，其能够承受的力有限，很容易碎裂，其传力机构的设计必须保证它的安全性。触觉传感器的结构如图4-55所示。 陶