【正文】 科學(xué)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要標(biāo)志。測(cè)力傳感器用途廣泛，它們?cè)诠I(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防、航空航天、醫(yī)學(xué)等眾多領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用，是傳感器家族中極為重要的一個(gè)部分 [3]。它的輸入量是某一被測(cè)量，可能是物理量，也可能是化學(xué)量、生物量等，它的輸出量是某種物理量，這種量應(yīng)便于傳輸、轉(zhuǎn)換、處理、顯示等，它可以是氣、光、電，但主要是電量。敏感元件是指?jìng)鞲衅髦心苤苯痈惺芑蝽憫?yīng)被測(cè)量的部分，轉(zhuǎn)換元件是指?jìng)鞲衅髦心軐⒚舾性惺芑蝽憫?yīng)出的信息轉(zhuǎn)換成適于傳輸或測(cè)量的電信號(hào)的部分。在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)等活動(dòng)中，人們主要是對(duì)信息進(jìn)行獲取、開發(fā)、傳輸和處理，而傳感器正處于測(cè)試的接口位置，是研究的主要對(duì)象，是感知、獲取和檢測(cè)信息的窗口，提供給系統(tǒng)進(jìn)行決策和處理所必需的原始數(shù)據(jù)。本題目在已有一款組合型壓力傳感器的基礎(chǔ)上， 對(duì)其中的大量程傳感器。這些應(yīng)用對(duì)測(cè)力傳感器的測(cè)量范圍以及測(cè)量精度提出了更高的要求。目前，越來越多的測(cè)力傳感器已應(yīng)用到工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防、航空航天、醫(yī)學(xué)等眾多領(lǐng)域。上述三個(gè)參數(shù)的合理選擇對(duì)其動(dòng)態(tài)力測(cè)量的品質(zhì)有著至關(guān)重要的影響。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文 目 錄 第一章 緒 論 ..................................................... 1 傳感器介紹 ................................................ 1 課題的意義 ................................................ 2 本課題的研究背景 .......................................... 2 傳感器發(fā)展概況 ...................................... 2 壓力傳感器國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r ............................ 3 傳感器的性能指標(biāo) .......................................... 5 實(shí)驗(yàn)測(cè)試軟件介紹 .......................................... 6 本課題研究的主要內(nèi)容 ...................................... 6 第二章 壓力傳感器介紹 ............................................. 7 應(yīng)變式力傳感器的概述 ...................................... 7 電阻應(yīng)變式傳感器工作原理 .................................. 7 應(yīng)變式測(cè)力傳感器結(jié)構(gòu) ...................................... 8 傳感器的測(cè)量電路 ......................................... 10 第三章 MATLAB 簡(jiǎn)介 ............................................... 12 第四章 實(shí)驗(yàn)過程及結(jié)果處理 ........................................ 14 實(shí)驗(yàn)器材： ............................................... 14 實(shí) 驗(yàn)說明 ................................................. 14 實(shí)驗(yàn)過程及結(jié)果分析 ....................................... 16 第五章 結(jié)論與展望 ................................................ 35 結(jié)論 ..................................................... 35 展望 ..................................................... 35 參 考 文 獻(xiàn) ................................................... 36 謝 辭 ........................................................... 38 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文 1 第一章 緒 論 傳感 器介紹 現(xiàn)代社會(huì)的科學(xué)技術(shù)高度發(fā)達(dá)，人類已進(jìn)入瞬息萬(wàn)變的信息時(shí)代。但是總的來說，傳感器應(yīng)由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和其他輔助部件組成，如圖 11所示。 敏 感 元 件 轉(zhuǎn) 換 元 件信 號(hào) 調(diào) 節(jié) 電路輔 助 電 路被 測(cè) 信 息輸 出 信 息 圖 11 傳感器的組成框圖 在實(shí)際工程應(yīng)用中，以一定的精確度把被測(cè)量轉(zhuǎn)換為與之有確定對(duì)應(yīng)關(guān)系的另一種量的測(cè)量裝置稱作是傳感器。無論是從國(guó)際或國(guó)內(nèi)的角度來看，復(fù)蘇和繼續(xù)發(fā)展傳感器產(chǎn)業(yè)的一條重要途徑就是開發(fā)各種測(cè)量范圍的傳感器，提高傳感器的性能，擴(kuò)大其功能和應(yīng)用領(lǐng)域。上述三個(gè)參數(shù)的合理選擇對(duì)其動(dòng)態(tài)力測(cè)量的品質(zhì)有著至關(guān)重要的影響。 美國(guó)二十世紀(jì)八十年代早期就宣稱世界已經(jīng)進(jìn)入傳感器時(shí)代，日本則把傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)、通信、半導(dǎo)體、激光、超導(dǎo)技術(shù)并列為世界六大核心技術(shù)，因而就有了支配了傳感器技術(shù)就能夠支配新時(shí)代這一說法。但由于經(jīng)濟(jì)水平和生產(chǎn)、研發(fā)資金等條件的限制，我國(guó)傳感器技術(shù)總體水平還是相對(duì)比較落后，規(guī)模和應(yīng)用領(lǐng)域都比較小。 壓力傳感器國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 從壓力傳感器的發(fā)展來看，大致可分為三個(gè)階段 [14]。此階段最小尺寸大約為 1cm[4]。圖 12（ a） PPM225LS1 拉壓力傳感器是 S 型的，其抗側(cè)向力和抗沖擊力系性要比圖 12（ b）圖的 PPM226LS2 拉壓力傳感器好很多，而且 S1 型的安裝方便，互換性也好。其優(yōu)點(diǎn)是分辨率高、尺寸小、滯后和蠕變小，響應(yīng)頻率高，適合動(dòng)態(tài)測(cè)量。缺點(diǎn)是測(cè)量精度不很高、頻響較低 [18]。隨著電荷放大器的成功研制與應(yīng)用 ，壓電傳感器逐漸地被應(yīng)用于機(jī)械量的測(cè)量之中。 在國(guó)外，由于對(duì)固態(tài)壓阻式壓力傳感器的溫度性能處理得較好，可以采用靈敏度高、體積小的固態(tài)壓阻式壓力傳感器測(cè)量大量程范圍和小量程范圍。 動(dòng)態(tài)特性是指檢測(cè)系統(tǒng)的輸入為隨時(shí)間變化的信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)的輸出與輸入之間的關(guān)系。 2 熟練掌握 MATLAB 軟件平臺(tái)中的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真模塊。應(yīng)變式傳感器能夠用來測(cè)量力、壓力及加速度等量。目前這種傳感器占負(fù)荷傳感器的 95%以上。這種關(guān)系可以用下式表示，即 ?0KRR?? （ 21） 式中的 K0為材料的應(yīng)變系數(shù)， ? 為應(yīng)變片的應(yīng)變值。在應(yīng)變式傳感器中，經(jīng)常是將四個(gè)應(yīng)變片成對(duì)的橫向或者縱向粘貼在彈性元件上，這樣應(yīng)變就可以感受到彈性元件上的壓縮和拉伸變形。它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工方便、應(yīng)變和位移較大。近年來，由于工藝成熟，板環(huán)結(jié)構(gòu)被用于壓式傳感 器。結(jié)構(gòu)本身并不具有抗偏、抗扭的能力，但這種傳感器有很高的抗沖擊能力，而且這種柱式結(jié)構(gòu)在國(guó)內(nèi)來說，工藝成熟、加工方便、重復(fù)誤差、滯后誤差小等優(yōu)點(diǎn) [28][29]。 輪輻式力傳感器與傳統(tǒng)的拉壓式傳感器相比 ,具有精度高、滯后小、重復(fù)性好、抗偏心載荷能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)高度最小、重量輕等優(yōu)點(diǎn) ,因此這種傳感器在大、中量程測(cè)量方面有著廣泛的應(yīng)用 ， 并具有良好的市場(chǎng)前景。因?yàn)榛菟沟请姌螂娐肪哂锌梢种茰仄挠绊懞鸵种聘蓴_等優(yōu)點(diǎn)，被 各種應(yīng)變式傳感器所應(yīng)用。 R 2R 1R 4R 3R ZR IR S調(diào)零R S接 地42135 圖 26 傳感器測(cè)量電路圖 MCL 拉壓力傳感器采用彈性體作為敏感元件，高精度電阻應(yīng)變片作為轉(zhuǎn)換元件，將應(yīng)變片粘帖在被測(cè)彈性體上。在測(cè)量應(yīng)力的時(shí)候，當(dāng)試件受力變形時(shí)，電橋失去平衡，從輸出端獲得一個(gè)與外力成正比的電壓信號(hào) 。它在數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中在 數(shù)值計(jì)算 方面首屈一指?？梢灾苯诱{(diào)用 ,用戶也可以將自己編寫的實(shí)用程序?qū)氲?MATLAB 函數(shù)庫(kù)中方便自己以后調(diào)用，此外許多的MATLAB 愛好者都編寫了一些經(jīng)典的程序，用戶可以直接進(jìn)行下載就可以用。 S 滯 后 : ～ % F S 激勵(lì)電壓 : 10V 或 12V,15V,24V(DC) 工作溫度 : 20～ 80℃ 過載能力 : 150% F ? 通稱為系統(tǒng)的品質(zhì)因數(shù)， ? 值越大，阻尼越小。 (48) M1 ..X q1 +C1 .X q1 +K1 Xq1 =[? ]T F(t) (49) M2 ..X q+C2 .X q2 +K2 Xq2 =[? ]T F(t)2 (410) [M]=[30M03M] ? =[11 11? ] 式中 ? =[11 11? ]是根據(jù)此系統(tǒng)為二階二自由度系統(tǒng)相關(guān)理論得出的 將 m 裝換成主坐標(biāo)系下的 [M]得到 M1= M2= 根據(jù)測(cè)量得到 Δ ω = ω 0= 根據(jù)公式 （ 43） 得到 Q1= 根據(jù)公式（ 41）得到 k1= 根據(jù)公式（ 42）得到 c1= 同理得到 Q,彈簧彈性系數(shù) k，阻尼 c： Q1= k1= c1= Q2=60 k2= c2= 第一組第 二次 ： 時(shí)間頻域圖 圖 4