【正文】 電場方式 ? 石英： (a)Y向壓力，上負(fù)下正 (b)Y向拉力，上正下負(fù) q1=d12F2A1/A2 =d11F2A1/A2 A1x方向的面積 A2y方向的受力面積 A3z方向的面積 ? 陶瓷： (c)Y向壓力，上正下負(fù) (d)Y向拉力，上負(fù)下正 q3=d31F2A3/A2 ?可以等效為一個(gè) 電荷發(fā)生器 （上） 也可等效為一個(gè) 電壓源發(fā)生器 （下） ?由于其結(jié)構(gòu)特性很像電容，因此常用電容來等效壓電傳感器： Ct＝ ?A/h A電極面積 h電極間距 ?壓電材料的介電常數(shù) ?壓電傳感器內(nèi)阻 Rt很高，輸出信號(hào)幅度很小，因此要求其負(fù)載 RL盡可能大。 ?2）血壓傳感器 ? 使用 復(fù)合壓電材料 制作 ，包括：負(fù)荷壓電材料換能元件 、 金屬和鍍金屬的塑料外殼 、 低噪聲引出線 、維持薄膜張力的彈性體等 。為獲得合適的阻尼 ， 殼體內(nèi)充硅油和橡膠 。 ?5）空氣傳導(dǎo)型脈搏波傳感器 ? 脈搏播引起空氣振動(dòng) ， 通過空氣室傳播到受壓膜 ， 使受壓膜產(chǎn)生位移 ， 作用到壓電元件上 ， 產(chǎn)生反映壓力大小的電量 ， 輸出 。 ?例如，只受剪切應(yīng)力，有 ?1= ?2=?3=0 ?例如，一塊矩形板受液體壓力 p的作用，則 ?1= ?2=?3= p， 且 ?4= ?5=?6= 0 ?為簡化符號(hào) ,可對(duì) i， j進(jìn)行如下合并： 11 ? 1 22 ? 2 33 ? 3 23 ? 4 13 ? 5 12 ? 6 （ 32 ? 4 31 ? 5 21 ? 6） 于是 π ijm 就成為 π nm, n,m=1,2,3,… ,6 ?單晶硅只有 3個(gè)獨(dú)立的壓阻系數(shù)，因此其壓阻系數(shù)矩陣就為： π 11 π 12 π 12 0 0 0 π 12 π 11 π 12 0 0 0 π 12 π 12 π 11 0 0 0 0 0 0 π 44 0 0 0 0 0 0 π 44 0 0 0 0 0 0 π 44 π 11 – 縱向壓阻系數(shù) π 12 – 橫向壓阻系數(shù) π 44 – 切向壓阻系數(shù) ?指定晶面內(nèi)的壓阻系數(shù)隨晶體的取向而變，因此在制作傳感器，選取電阻條的方向時(shí)，應(yīng)充分利用這個(gè)性質(zhì)，以獲得最佳的元件特性 。 ? 集成型 ， 可在 P型基片上擴(kuò)散進(jìn)相反的 N型材料 ， 或反過來 ， N基片擴(kuò)散進(jìn) P型材料 。 ? 如圖將四個(gè)用擴(kuò)散法通過在硅片上制作的壓阻元件構(gòu)成橋臂電阻 ， 一個(gè)對(duì)邊上是兩個(gè)增加電阻 ，另一個(gè)對(duì)邊上是兩個(gè)減少的電阻 。 ?為獲得正確的測量結(jié)果 ， 常需要在壓阻傳感器（ 以及其他一些半導(dǎo)體材料制作的傳感器 ） 測量電路中增加 溫度補(bǔ)償電路 和 非線性補(bǔ)償電路 。 ? 或者說： 沿一均勻?qū)Ь€的溫度梯度不影響熱電勢 。 針狀熱電偶 鎧裝熱電偶 BME用 熱電偶的特點(diǎn)： ?受熱點(diǎn)面積小，熱容量小，可測任一點(diǎn)溫度（最小的直徑12?m）； ?響應(yīng)時(shí)間小于 1ms； ?容易制造，可做在注射針管內(nèi)； ?采用在石英纖維上真空沉淀兩種金屬可制成能測細(xì)胞內(nèi)瞬時(shí)溫度的 微型熱電偶 ，時(shí)間常數(shù) ?s級(jí)； ?缺點(diǎn)： 輸出電壓小，靈敏度低，需要準(zhǔn)確的參考溫度。 三、 熱釋電傳感器 ? ?某些晶體在溫度變化時(shí)會(huì)發(fā)生電極化。 ?當(dāng) f1/?時(shí) ， 晶體內(nèi)的自由電荷來不及中和面束縛電荷的變化 ， 在垂直于 Ps的兩端面間出現(xiàn)交流電壓 。 ? 醫(yī)療儀器中將熱釋電探測器用于 非接觸測溫和熱成像 ，已經(jīng)制成 熱光導(dǎo)攝像管 。 ?它們是在熱敏電阻工作于很小的功率以致可略去自熱情況下測出的 ，稱為 零功率電阻 。 5） 熱時(shí)間常數(shù) ?表示在零功率條件下 ， 環(huán)境溫度發(fā)生階躍變化時(shí) ,熱 敏電阻的阻值在初始溫度和終止溫度間變化 %所需要的時(shí)間 。例如： ? 用體表溫度鑒定 休克 ， 因循環(huán)休克而使血壓降低 ， 導(dǎo)致外周血流不足 ， 體溫下降 。 時(shí)誤差小于 177。 。 Ci ?測量血流和呼吸氣流速度 ? 測量原理： 將一個(gè)熱敏電阻置于流速場 （ 如血流 ， 呼吸氣流等 ） 中 ， 在熱敏電阻上通過電流 ， 對(duì)其加熱 。 vbaT l og?????流速測量傳感器 Ru測量熱敏傳感器 Rt溫度補(bǔ)償熱敏電阻 方式 1：只能測量流速 方式 2：辨別方向方案之一 方式 3：辨別方向方案之二 。 ?優(yōu)點(diǎn)： ? 不必刺破動(dòng)脈 。 ? 設(shè)血液的比重為 ?B， 比熱 CB， 溫度 TB， 則生理鹽水從 Ti加熱到 TB所需要的熱量為 Q= Vi ?系統(tǒng)在 0－ 40C176。 1） 惠斯登電橋 ?常用于差溫電橋測量電路 ， 以測量兩個(gè)器官或同一器官上不同位置處的微小溫差 。 ? 注意：線性化后合成的有效電阻的溫度系數(shù)會(huì)下降 。 ?在 55－ 150C176。 球狀熱敏電阻 安裝在注射針端的熱敏電阻 1）電阻溫度特性 ?常用的 負(fù)溫度系數(shù) 熱敏電阻的電阻－溫度特性近似為： 性 能 ?一組典型的熱敏電阻 R－ T特性曲線如右 。 ?缺點(diǎn)： 容易受振動(dòng)影響 ， 不能對(duì)直流信號(hào)工作 。只有溫度變化引起的電矩不能被補(bǔ)償時(shí)，晶體兩端才表現(xiàn)出電荷。 BEuBEu晶體管傳感器特點(diǎn)： 體積小、穩(wěn)定性好、價(jià)格低廉。 ?測量溫差電動(dòng)勢來確定兩接觸點(diǎn)的溫度差。 ?熱電靈敏度： 的基本定則 ?1） 均質(zhì)回路定則 ? 由相同成分的材料組成回路 ， 若只受溫度作用 ， 則不論其導(dǎo)體的直徑和長度如何 ， 均不產(chǎn)生熱電勢 。 ? 源極跟隨器： 由結(jié)型場效應(yīng)管 T5， T6與 R4，R5構(gòu)成高輸入阻抗的源極跟隨器 ， 將測量電橋與放大器 A隔離 ， 避免傳感器的輸出阻抗變化對(duì)放大器的閉環(huán)增益產(chǎn)生影響 。cm）： ?R/R = 110(?L/L)+ 10000(?L/L)2 ?N型非線性大 ， 但有負(fù)的應(yīng)變靈敏度 ， 因此本身就有溫度補(bǔ)償特性 ， 再加上惠斯頓電橋可以有效消除平方項(xiàng)的非線性 。 盡管這樣 ， 它們?nèi)匀怀蔀閭鞲衅黝I(lǐng)域中的重要成員 ， 促進(jìn)了傳感技術(shù)的發(fā)展 ?？赏瑫r(shí)受到三個(gè)正應(yīng)力和三個(gè)切應(yīng)力 。 ? 可用橡皮膠布把它貼在手指上 （ 通常為拇指球部 ） 。 ?3)加速度型心音傳感器 ? 這類傳感器的結(jié)構(gòu)形式很多 ， 均根據(jù)慣性原理來測量振動(dòng)或者加速度 ， 采用壓電元件是常用的一種方法 。 若滿足 Cf(1+K)Cc+Ca+Ct ? 輸入阻抗： 1010－ 12? 輸出阻抗 100? 靈敏度與電纜長度無關(guān) （主要用于聲學(xué)量的測量） ?1）心內(nèi)導(dǎo)管微音器 ? 可采集心臟內(nèi)血壓的動(dòng)態(tài)波形 ? 壓電陶瓷做懸臂梁雙疊片，中間有金屬片，壓力作用在膜片上，通過頂子將作用力傳到懸臂梁。 ?廣泛用來設(shè)計(jì)測量 心音的微音器 、 血壓傳感器 、壓電聽診器 、 胎兒心音和子宮收縮監(jiān)視換能器 、測微震顫的加速度計(jì) 等 。 END LOGO 壓電傳感器 一、壓電效應(yīng) ?： ?某些電介質(zhì)（晶體，極化的陶瓷，高分子聚合物和負(fù)合材料等），當(dāng)在它的適當(dāng)方向施加作用力時(shí)，內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生電極化狀態(tài)的變化，同時(shí)在電介質(zhì)的兩端表面出現(xiàn)符號(hào)相反、與外力成正比的束縛電荷。 ?最后到達(dá)陽極 ， 并在 RL上形成大約 1?a的電流 。 ?遵循兩條定律： ? 1） 斯托列夫定律： 當(dāng)入射光頻率不變時(shí) ， 飽和光電流（ 單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的光電子數(shù)目的飽和值 ） 正比于入射光強(qiáng) 。無光照時(shí)管子截止 ， RD上流反向電流 ， 光照后光生電動(dòng)勢產(chǎn)生柵流 IG， 在 RG上形成 VG， 在 RL上產(chǎn)生輸出電壓 。 ? 光照產(chǎn)生空穴－電子對(duì) ， 形成光電流 ， 它與入射光照度成線性關(guān)系 。 2）光電池 ?短路電流 ISC在很大光照范圍內(nèi)與輻照度成正比 。 ? 貝克勒效應(yīng)： 電解質(zhì)中的兩個(gè)相同電極 ， 當(dāng)其中一個(gè)受光照后 ， 會(huì)在電極間產(chǎn)生電勢 。 ?用有光導(dǎo)效應(yīng)材料制成的光敏器件成為 光敏電阻或 光導(dǎo)管 。 ?在磁芯的每邊上都相對(duì)繞了繞組 ， 上部的開口可以滑過血管而不切傷血管 。 空氣傳導(dǎo)型電磁式心音傳感器 ? 圓柱形永久磁鐵與導(dǎo)磁環(huán)組成 E形截面結(jié)構(gòu) 。 ?還可以采取圖 b所示緊耦合的電感固定臂電橋的結(jié)構(gòu)形式，其靈敏度較高，電橋也容易平衡。 ?在 10V電壓下 ， 具有 ?G1的 靈敏度 ， 量程177。 差動(dòng)式電感傳感器 ?為了改善線性在實(shí)際中大都采用差動(dòng)式， 采用兩個(gè)相同的傳感線圈共用一個(gè)銜鐵。由于氣隙磁阻的變化，導(dǎo)致了線圈電感量的變化 。 ?左 )電容傳聲器： 聲波作用于彈性膜上，使其與固定電極間的距離改變，即 C改變。 工作原理 0 r SSCdd????? S —— 極板相對(duì)覆蓋面積； d —— 極板間距離； εr—— 相對(duì)介電常數(shù)； ε0—— 真空介電常數(shù)，； ε —— 電容極板間介質(zhì)的介電常數(shù)。 －脈象傳感器 ?脈搏波經(jīng)傳感頂子作用于等強(qiáng)度懸臂梁的自由端，使之彎曲變形。 時(shí)， 上式可近似為： LLUU ????2o交流電橋的輸出電壓與傳感器線圈的電感相對(duì)變化量成正比。 略去分母中的 ΔR1/R1項(xiàng) ,假設(shè) ΔR1/R11 理想的線性關(guān)系： 實(shí)際輸出電壓： RRUU ???439。在傳感器的應(yīng)用中主要是不平衡電橋。 ?通過滑動(dòng)觸點(diǎn)把位移轉(zhuǎn)換為電阻絲的長度變化 ，從而改變電阻值大小 ， 進(jìn)而再將這種變化值轉(zhuǎn)換成電壓或電流的變化值 。 工作原理 ?電阻式傳感器 測量原理 : 被測的非電量 Δ R 電量輸出 ?其 基本 原理為： 設(shè)有一根長度為 L， 截面積為 A，電阻率為 ρ 的金屬絲 ， 則它的電阻值 R可用下式表示： AlR ?? ALR ?? 三個(gè)參數(shù)：長度 L，截面積 A，電阻率 ρ ，如果發(fā)生變化，則它的電阻值 R隨之發(fā)生變化，構(gòu)成不同電阻傳感器： 長度 L發(fā)生變化 —— 電位器式傳感器； 截面積 A、 長度 L發(fā)生變化 —— 電阻應(yīng)變片傳感器； 電阻率 ρ 發(fā)生變化 —— 熱敏電阻、光導(dǎo)性光檢測器等。 電橋電路按其所采用的激 勵(lì)電源類型