电阻应变式传感器的工作原理及应用

２０１２年第１期　福建　电脑　１５９　电阻应变式传感器的工作原理及应用　付晓鸥　（本溪市机电工程学校辽宁本溪１１７０００）　【摘　要】：本文阐述了应变效应、电阻应变式传感器工作原理及其应用。　【关键词】：应变效应；电阻应变式传感器；应用。　在日常生活中。我们大量的使用传感器．例如：电　ｆ如载荷，位移，压力等１能够在弹性元件上产生弹性变形　视机的遥控器利用红外光发射接收传感器控制电视：　ｆ应变１。而粘贴在弹性元件表面的电阻应变计可以将感　麦克风是一种把声音信号转换成电信号的传感器。传　受到弹性变形转变成电阻值的变化．这样电阻应变式　感器亦称换能器，是利用各种物理、化学及生物效应实　传感器就将被测物理量的变化转换成电信号的变化　现非电量按一定的规律转换成便于处理和传输的电量　量．再通过电桥电路及补偿电路输出电信号　通过测量　的装置。电阻应变式传感器是将压力这个物理量转换　此电量值达到测量非电量值的目的。　成电信号输出的一种传感器。随着加工工艺，粘贴工艺　三、电阻应变式传感器的应用　等的技术进步。电阻应变式压力传感器的准确度。可靠　在工程结构的强度分析中，了解和掌握力，力矩，位　性大大提高．在自动检测与控制技术领域里得到了广　移．速度．加速度以及流体的压力等物理量的大小及其　泛应用。　变化规律是十分重要的．而这些数据的获取常常是通　一、应变效应　过工程测量．应用较为普遍的是电测法．　导体或半导体材料因受外力作用．电阻值随其机　１、测力传感器　械变形而发生变化的物理现象称之为应变效应。金属　测力传感器根据测量的对象不同．习惯上又称为　丝电阻Ｒ可表达为Ｒ＝ｐＶＡ＝ｐ　Ｖｎ７．式中Ｐ为电阻率．１　力传感器，载荷传感器，荷重传感器等。　为电阻丝长度．Ａ为电阻丝横截面积。当沿电阻丝长度　２、扭矩传感器　方向施加均匀力时，式中ｌ、ｐ，ｒ都将发生变化。导致电　在扭矩测量中．电阻应变式扭矩传感器是最常用的　阻值发生变化。即得到以下结论：当金属丝受外力作用　一种，其弹性元件有圆轴，杆和板等多种形式．圆轴式扭　而伸长时长度增加，截面积减小，电阻值增大；当金属　矩传感器的弹性元件感受扭转变形．杆和板式扭矩传　丝受外力作用压缩时。长度减小。截面积增加，电阻值　感器是将扭转变形转为弯曲变形．其弹性元件感受弯　减小。电阻值变化通常较小。　曲变形　实验证明：电阻应变片的电阻应变ｅｒ＝ＡＲ／Ｒ与电　３、压力传感器　阻应变片的纵向应变８ｘ在很大范围内是线性的．即：　工程测试中的压力测量．主要是指测量液体或气　岛＝△彤Ｒ＝ｋｅｘ式中ＡＲ／Ｒ为电阻应变片的电阻应变，ｋ　体在单位面积上作用的压力，即液体或气体的压强。所　为电阻丝的灵敏度。８，为被测件在电阻应变片上产生　以习惯上说的压力传感器．实际上是压强传感器．它不　的应变。　仅可以测量气体和流体的压力．还可以用来制造测量　康铜丝是目前应用最广泛的金属丝式应变材料．　高度、密度、速度等仪表。压力传感器按其结构形式可　这是因为它的灵敏度系数稳定。电阻温度系数较小。加　以分为膜片式、圆筒式和组合式等几种。　工工艺性能好易于焊接．为此国内外多以康铜丝作为　４、位移传感器　金属应变式应变片材料。　电阻应变式位移传感器与测力传感器的原理相同．　二、电阻应变式传感器的工作原理　但要求不同。位移传感器弹性元件的要求是刚度小，弹　传感器一般由敏感元件。传感元件和测量电路３部　性元件变形时．将对被测构件形成一个反力．影响被测　分组成．以电阻应变计为转换元件的电阻应变式传感　构件的位移数值　位移传感器中与弹性元件相连接的　器，主要由弹性元件、粘贴于其上的电阻应变片、输出　触点直接感受被测的位移．从而引起弹性元件的变形．　电信号的电桥电路及补偿电路构成。其中感受被测物　为了保证测量精度．触点的位移与应变计感受的应变　理量的弹性元件是其关键部分．结构形式有多样。旨在　之间应保持线性关系。位移传感器的弹性元件可以采　提高感受被测物理量的灵敏性和稳定性。　用不同的形式，常用的是梁式和弹簧组合式。　电阻应变式传感器工作原理是：由于被测物理量　５、加速度传感器　ｆ下转第１３３页１　２０１２年第１期　福建　电脑　１３３　惯的。例如句子“中国矿业大学的人”，采用正向最大匹　正向最大匹配算法的改进前后主要是结束条件的　配算法时。其切分结果为“中国矿业大学／的人”。　差别。其中，改进前，结束条件是一定要遍历到下一个　４．２基于词库的正向最大匹配算法的改进　Ｓｔａｔｅ＝１或者规定的最大遍历深度。而改进后，结束条　（１）正向最大匹配算法的设计　件得到了一定优化．减小了遍历的深度。从而减轻了算　’　ｖａｌｕｅ　ｓ【ａｔｃ　法的负担，提高了效率。这样，就达到了改进此算法的　目的。有效的降低内存消耗。　图３一般正向匹配算法　从图３可以看出：正向最大匹配是在已经匹配到　ｓｒａｔｅ＝１的词时。继续向Ｔｉｌｅ树下遍历有限深度（其深　图４改进后的正向匹配算法　．　度由参数给出）。如果此时落在ｓｔａｔｅ＝０的Ｔｉｌｅ树结点　５、结束语　上，向上回溯直到ｓｔａｒｅ＝１。将词输出。如果直接落在　本文中建立的全文检索系统是一个对于各种文档　ｓｔａｔｅ＝１结点。那么直接输出此词。其继续遍历深度＝５，　为用户提供信息搜索服务．文档不限格式，可以适应多　当遍历到ｓｔａｔｅ＝１的“州”字时，继续向下遍历５次，到　种格式文档的录人，创建索引。从而为用户提供更多，　“大”字，因其ｓｔａｔｅ＝０。回溯到“国”字。输出“徐州中国”　更好的信息。　．其直接限制是受到参数遍历深度的限制。那有的朋友　在参阅了相关文档的基础上．本文进行了在　可能会说。把参数改大不就解决问题了。不过这样就引　Ｌｕｃｅｎｅ的基础上功能扩展．开发出实用的全文检索系　入了效率问题．很多词只需要向下遍历２。３次就可以　统模型开始进一步的研究。　最大化匹配　（２）改进后的正向最大匹配算法　参考文献：　图４是经过改进后的正向匹配．解决了上述的问　【１】赖茂生等编著．计算机情报检索【Ｍ】．北京：北京大学出版社，　题。　１９９８．２　图４中．其继续遍历深度同样也为５但是当回溯　［２】周登朋、谢康林．Ｌｕｃｅｎｅ搜索引擎Ⅱ］．计算机工程，２００７，３３　到词“徐州中国”时．以“国”字结点继续遍历。直到其下　（１８）：９５—９７　面５个结点的ｓｔａｔｅ都为０时结束．很明显。这是一个　【３】周宁、谷宏群．基于Ｌｕｃｅｎｅ＿ＸＭＬ的全文检索机制研究Ⅱ】．图书　情报知识，２００５．６，１０５期　递归的过程。　『４１赵汀、孟祥武．基于ＬＵＣＥＮＥＡＰＩ的中文全文数据库设计与实　（３）改进前后算法的比较　现Ⅱ］．计算机工程与应用，２００３，１２：１７９—１８１　（上接第１５９页）　电阻应变式加速度传感器通常由质量块．弹性元件　金、机械制造、化工、轻工、生物医学工程、自动检测与　和基座组成。测量时．将基座固定在被测对象上，当被测　计量、称重等技术领域，而且也正在逐步引入人们的日　物体以加速度ａ运动时．质量块受到一个与加速度方　常生活中。　向相反的惯性力。该惯性力使弹性元件产生变形，此时，　安装在弹性元件上的应变计将感受粘贴处的应变．如　参考文献：　果把应变计组成电桥则有电压输出。　［１】于彤《传感器原理及应用》机械工业出版社２０１０　如今．信息处理技术。微处理器和计算机技术的快　［２］刘灿军《实用传感器》国防工业出版社２００４　速发展和广泛应用．都需要在传感器的开发方面有相　［３］刘伟《传感器原理及实用技术》电子工业出版社２００９年　应的进展．非电物理量的测试与控制技术．已越来越广　［４］中学物理教学参考２００５年　泛地应用于航天、航空、常规武器、船舶、交通运输、冶