第3章力傳感器

1、第第3章章 力傳感器力傳感器 3.1 彈性敏感元器件彈性敏感元器件 3.2 電阻應(yīng)變片傳感器電阻應(yīng)變片傳感器 3.3 壓電傳感器壓電傳感器 3.4 電容式傳感器電容式傳感器 3.5 電感式傳感器電感式傳感器 3.6 加速度傳感器加速度傳感器 3.7 力傳感器應(yīng)用實(shí)例力傳感器應(yīng)用實(shí)例 3.8 實(shí)訓(xùn)實(shí)訓(xùn)3.1 彈性敏感元器件彈性敏感元器件 力是物理基本量之一，因此各種動態(tài)、靜態(tài)力的大小的測量十分重要。 力的測量需要通過力傳感器間接完成，力傳感器是將各種力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電信號的器件。 力敏感元件轉(zhuǎn)換元件顯示設(shè)備F圖3-1 力傳感器的測量示意圖 彈性敏感元件把力或壓力轉(zhuǎn)換成了應(yīng)變或位移，然后再由傳感器將應(yīng)

2、變或位移轉(zhuǎn)換成電信號。 彈性敏感元件是一個非常重要的傳感器部件，應(yīng)具有： 良好的彈性、 足夠的精度， 長期使用和溫度變化時的穩(wěn)定性。 3.1.1 彈性敏感元件的特性彈性敏感元件的特性 1. 剛度 剛度是彈性元件在外力作用下變形大小的量度。 dxdFk 2. 靈敏度 靈敏度是指彈性敏感元件在單位力作用下產(chǎn)生變形的大小。它是剛度的倒數(shù)。 dFdxK 3. 彈性滯后 實(shí)際的彈性元件在加載卸載的正反行程中變形曲線是不重合的，這種現(xiàn)象稱為彈性滯后現(xiàn)象,它會給測量帶來誤差。 4. 彈性后效 當(dāng)載荷從某一數(shù)值變化到另一數(shù)值時,彈性元件變形不是立即完成相應(yīng)的變形，而是經(jīng)一定的時間間隔逐漸完成變形，這種現(xiàn)象稱為

3、彈性后效。 5. 固有振蕩頻率 彈性敏感元件都有自己的固有振蕩頻率f0，它將影響傳感器的動態(tài)特性。 傳感器的工作頻率應(yīng)避開彈性敏感元件的固有振蕩頻率。 往往希望f0較高。 3.1.2 彈性敏感元件的分類彈性敏感元件的分類 彈性敏感元件在形式上可分為兩大類： 變換力的彈性敏感元件。 變換壓力的彈性敏感元件。 1.變換力的彈性敏感元件 如圖3-2所示。有： （1）等截面圓柱式 （2）圓環(huán)式 （3）等截面薄板式 （4）懸臂梁式 （5）扭轉(zhuǎn)軸圖3-2 一些變換力的彈性敏感元件形狀 2 .變換壓力的彈性敏感元件（1）彈簧管圖3-3 彈簧管的結(jié)構(gòu) （2）波紋管波紋管是有許多同心環(huán)狀皺紋的薄壁圓管。圖3-4

4、 波紋管的外形 （3）波紋膜片和膜盒平膜片在壓力或力作用下位移量小，因而常把平膜片加工制成具有環(huán)狀同心波紋的圓形薄膜。 圖3-5 波紋膜片波紋的形狀 （4）薄壁圓筒圓筒的壁厚一般小于圓筒直徑的二十分之一。薄壁圓筒彈性敏感元件的靈敏度取決于圓筒的半徑和壁厚，與圓筒長度無關(guān)。 圖3-6 薄壁圓筒彈性敏感元件的結(jié)構(gòu) 3.2 電阻應(yīng)變片傳感器電阻應(yīng)變片傳感器 電阻應(yīng)變片（簡稱應(yīng)變片）的作用是把導(dǎo)體的機(jī)械應(yīng)變轉(zhuǎn)換成電阻應(yīng)變，以便進(jìn)一步電測。電阻應(yīng)變片的典型結(jié)構(gòu)如圖3-7 所示。圖3-7 金屬電阻應(yīng)變片結(jié)構(gòu) 3.2.1 電阻應(yīng)變片工作原理電阻應(yīng)變片工作原理 電阻應(yīng)變片式傳感器是利用了金屬和半導(dǎo)體材料的“應(yīng)

5、變效應(yīng)”。 金屬和半導(dǎo)體材料的電阻值隨它承受的機(jī)械變形大小而發(fā)生變化的現(xiàn)象就稱為“應(yīng)變效應(yīng)”。圖3-8 金屬電阻絲應(yīng)變效應(yīng) 設(shè)電阻絲長度為L，截面積為S，電阻率為，則電阻值為 SLR 當(dāng)電阻絲受到拉力F時，一是受力后材料幾何尺寸L、S變化； 二是受力后材料的電阻率也發(fā)生了變化，則其阻值發(fā)生變化。 3.2.2 電阻應(yīng)變片的分類電阻應(yīng)變片的分類 電阻應(yīng)變片主要分為金屬電阻應(yīng)變片和半導(dǎo)體應(yīng)變片兩類。 金屬電阻應(yīng)變片分體型和薄膜型。屬于體型的有電阻絲柵應(yīng)變片、箔式應(yīng)變片、應(yīng)變花等。 半導(dǎo)體應(yīng)變片是用鍺或硅等半導(dǎo)體材料作為敏感柵。 a絲繞式（u型）；b短接式（H型）；c箔式；d半導(dǎo)體應(yīng)變式 圖3-9 應(yīng)

6、變片的類型 在平面力場中，為測量某一點(diǎn)上主應(yīng)力的大小和方向，常需測量該點(diǎn)上兩個或三個方向的應(yīng)變。 為此需要把兩個或三個應(yīng)變片逐個粘結(jié)成應(yīng)變花，或直接通過光刻技術(shù)制成。 應(yīng)變花分互成45的直角形應(yīng)變花和互成60的等角形應(yīng)變花兩種基本形式。a絲式應(yīng)變花；b箔式應(yīng)變花圖3-10 應(yīng)變花的基本形式 3.2.3 電阻應(yīng)變片的測量電路電阻應(yīng)變片的測量電路 彈性元件表面的應(yīng)變傳遞給電阻應(yīng)變片敏感絲柵，使其電阻變化。測量出電阻變化，便可知應(yīng)變（被測量）大小。 圖3-11（a）、（b）為半橋測量電路 圖（a）中，無應(yīng)變時，R1=R2=R3=R4=R，則橋路輸出電壓為 0434211RRRuRRRuuiioa-半

7、橋式(單臂工作);b-半橋式(雙臂工作);c-全橋式(雙臂工作);d-全橋式(四臂工作) 圖3-11 基本測量電路 有應(yīng)變時，111RRR43421111)(RRRuRRRRRuuiio代入 RRRRR4321121RR 由 可得RR44111iiouuku 在圖（b）中，R1、R2均為相同應(yīng)變測量片，又互為補(bǔ)償片。 有應(yīng)變時，一片受拉，另 一片受壓， 此時阻值為R1+R1和R2-R2， 按上述同樣的方法，可以計(jì)算輸出電壓為 RRuuio12 在圖（c）中，R1、R3為相同應(yīng)變測量片，有應(yīng)變時，兩片同時受拉或同時受壓。R2、R4為補(bǔ)償片。可以計(jì)算輸出電壓為 RRuuio12 圖（d）是四個橋臂

8、均為測量片的電路，且互為補(bǔ)償，有應(yīng)變時，必須使相鄰兩個橋臂上的應(yīng)變片一個受拉，另一個受壓?？梢杂?jì)算輸出電壓為 RRuuio1 3.3 壓電傳感器壓電傳感器 某些晶體，受一定方向外力作用而發(fā)生機(jī)械變形時，相應(yīng)地在一定的晶體表面產(chǎn)生符號相反的電荷，外力去掉后，電荷消失； 力的方向改變時，電荷的符號也隨之改變。 這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)或正壓電效應(yīng)。 當(dāng)晶體帶電或處于電場中時，晶體的體積將產(chǎn)生伸長或縮短的變化。 這種現(xiàn)象稱為電致伸縮效應(yīng)或逆壓電效應(yīng)。 3.3.1 石英晶體的壓電效應(yīng)石英晶體的壓電效應(yīng) 石英晶體成正六邊形棱柱體。a石英晶體結(jié)構(gòu)；b、c、d、e壓電效應(yīng)示意圖 圖3-12 石英晶體結(jié)構(gòu)及壓電效

9、應(yīng) 晶體沿軸線切下的薄片稱“晶體切片”。 圖3-13所示是垂直于電軸切割的石英片，在與軸垂直的兩面覆以金屬。 沿方向施加作用力x時，在與電軸垂直的表面上產(chǎn)生電荷xx為 XXXFdQ11 在覆以金屬極面間產(chǎn)生的電壓為XXXXXXXCFdCQu11 圖3-13 垂直于電軸X切割的石英晶體切片 如果在同一切片上，沿機(jī)械軸Y方向施加作用力Fy時，則在與X軸垂直的平面上產(chǎn)生電荷為YXYFbadQ12 d12為石英晶體的橫向壓電系數(shù)。由石英晶體的軸對稱條件得d12=-d11,所以 YXYFbadQ11 產(chǎn)生電壓為 xYxXYXYCFbadCQu11 3.3.2 壓電陶瓷的壓電效應(yīng)壓電陶瓷的壓電效應(yīng) 壓電陶

10、瓷具有鐵磁材料磁疇結(jié)構(gòu)類似的電疇結(jié)構(gòu)。 當(dāng)壓電陶瓷極化處理后，陶瓷材料內(nèi)部存有很強(qiáng)的剩余場極化。 當(dāng)陶瓷材料受到外力作用時，電疇的界限發(fā)生移動，引起極化強(qiáng)度變化，產(chǎn)生了壓電效應(yīng)。 具有非常高的壓電系數(shù)，約為石英晶體的幾百倍，但機(jī)械強(qiáng)度較石英晶體差。 aZ向施力；bX向施力 圖3-14 壓電陶瓷的壓電效應(yīng) 當(dāng)壓電陶瓷在極化面上受到沿極化方向（Z向）的作用力Fz時（作用力垂直于極化面）。 則在兩個鍍銀（或金）的極化面上分別出現(xiàn)正負(fù)電荷，電荷量Qzz與力Fz成比例，即 ：ZZZZZFdQ dzz為壓電陶瓷的縱向壓電系數(shù)。輸出電壓為ZZZZZZFCdu 當(dāng)沿X軸方向施加作用力Fx時，在鍍銀極化面上產(chǎn)生

11、電荷Qzx為 XXZZZXFSSdQ1 同理 YYZZZYFSSdQ2 dz1、dz2是壓電陶瓷在橫向力作用時的壓電系數(shù)，且均為負(fù)值；電荷除以壓電陶瓷片電容Cz可得電壓輸出。 3.3.3 壓電元器件的串聯(lián)和并聯(lián)壓電元器件的串聯(lián)和并聯(lián) (a)并聯(lián) (b)串聯(lián)圖3-15 壓電元器件的串聯(lián)與并聯(lián) 3.3.4 壓電測力傳感器結(jié)構(gòu)壓電測力傳感器結(jié)構(gòu) 通常為荷重墊圈式。圖3-16所示為YDS-781型壓電式單向傳感器結(jié)構(gòu)，它由 底座、傳力上蓋、片式電極、石英晶片、絕緣件及電極引出插座等組成。 當(dāng)外力作用時， 上蓋將力傳遞到石英晶片，石英晶片實(shí)現(xiàn)力電轉(zhuǎn)換。 電信號由電極傳送到插座后輸出。 1-傳力上蓋；2-

12、壓電片；3-片式電極；4-電極引出插頭； 5-絕緣材料；6-底座 圖3-16 YDS-781型壓電式單向力傳感器結(jié)構(gòu) 3.3.5 單片集成硅壓力傳感器單片集成硅壓力傳感器 采用單晶硅晶體制成，英文縮寫為ISP（integrated silicon pressure）。 其內(nèi)部除傳感器單元外，還有信號放大、溫度補(bǔ)償和壓力修正電路。 美國Motorola公司生產(chǎn)的單片集成硅壓力傳感器，有MPX2100、MPX4100A、MPX5100和MPX5700等型號。圖3-17 MPX4100A封裝形式 MPX4100A測量壓力范圍為15115kPa，溫度補(bǔ)償范圍為40125。 MPX4100A有多種封裝形

13、式。 6個引腳從左到右依次為輸出端（UO）、公共地（GND）、電源（US），其余為空腳。 內(nèi)部電路由3個部分組成，如圖3-18所示。圖3-18 MPX4100A電路組成 單晶硅壓電傳感器單元如圖3-19所示。 當(dāng)它受到垂直方向上的壓力p時，該壓力進(jìn)入熱塑殼體，作用于單晶硅壓電傳感器管芯，與密封真空室的參考壓力相比較，使輸出電壓大小與壓力p成正比，為 UOUS（0.01059p0.01518p） 經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，可由微處理器計(jì)算出被測壓力值。 圖3-19 MPX4100A型集成硅壓力傳感器結(jié)構(gòu) 3.4 電容式傳感器電容式傳感器 當(dāng)S、d或改變，則電容量c也隨之改變。 若保持其中兩個參數(shù)不

14、變，通過被測量的變化改變其中一個參數(shù)，就可以把被測量的變化轉(zhuǎn)換為電容量的變化。 電容式傳感器結(jié)構(gòu)簡單，可用于力、壓力、壓差、振動、位移、加速度、液位、粒位、成分含量等測量。 平行板電容器如圖3-20所示 ，電容量為dSC = 圖3-20 平行板電容器圖 3.4.1 變極距式電容傳感器變極距式電容傳感器 平行板電容器的和S不變，只改變電容器兩極板間距離d，為變極距型電容傳感器，常用于壓力的測量。圖3-21 變極距式傳感元件原理圖 初始狀極距為d0時，電容器容量C0為： 00dSC 電容器受外力作用，極距減小d，則電容器容量改變?yōu)?0001ddCCCCC 電容值相對變化量為 00ddCC此時C1與

15、d的關(guān)系呈線性關(guān)系。 實(shí)際應(yīng)用中大都采用差動式結(jié)構(gòu)。 如圖3-22所示，中間電極若受力向上位移d，則C1容量增加，C2容量減小，兩電容差值為 00000020021=+-+=-=ddCddCddCCCCCC 002=ddCC 電容傳感器做成差動式之后，靈敏度提高一倍。 得到：圖3-22 差動式電容傳感元件 為消除極板的邊緣效應(yīng)的影響,可采用保護(hù)環(huán)。保護(hù)環(huán)與極板具有同一電位，把電極板間的邊緣效應(yīng)移到了保護(hù)環(huán)與極板2的邊緣，極板1與極板2之間的場強(qiáng)分布變得均勻了。 圖3-23 加保護(hù)環(huán)消除極板邊沿電場的不均勻性 3.4.2 變面積式電容傳感器變面積式電容傳感器 如圖3-24所示。 圖（a）所示平板

16、形位移x后，電容量由初始值變?yōu)?0)-()-1 (=CCaxdbxax 電容量變化： 00-=-=CCCCaxx 靈敏度為 dbxCx-k= a平板形電容；b旋轉(zhuǎn)形電容；c圓柱形電容 圖3-24 變面積式電容結(jié)構(gòu)原理圖 圖（b）所示為角位移傳感器，設(shè)兩片極板全重合（=0）時的電容量為C0，動片轉(zhuǎn)動角度后，電容量變?yōu)?0C-C=C 電容量變化：0-=CC 靈敏度為 CCk0-= 圖（c）為圓柱形電容式位移傳感器，設(shè)內(nèi)外電極長度為L，起始電容量為C0，動極向上位移y后，電容量變?yōu)?00-CCCLyy 電容量變化 ：0-=CCLyy 靈敏度為 LCyCyyk0-=a平板形差動電容；b旋轉(zhuǎn)形差動電容；

17、c圓柱形差動電容 圖3-25 變面積差動電容結(jié)構(gòu)原理圖 圖3-25所示是變面積式差動電容結(jié)構(gòu)，傳感器輸出和靈敏度均提高一倍。 3.4.3 變介電常數(shù)式電容傳感器變介電常數(shù)式電容傳感器 如圖3-26所示。介質(zhì)沒進(jìn)入電容器時（x=0），電容量為100+=ddaboC 介質(zhì)進(jìn)入電容x后，電容量為 BAXCCC+= 整理可得： xoCdodoooCxC111+- 1+=圖3-26 變介質(zhì)位移式傳感電容結(jié)構(gòu)原理圖 3.5 電感式傳感器電感式傳感器 電感傳感器利用電磁感應(yīng)將被測非電量（如壓力、位移等）轉(zhuǎn)換成電感量的變化輸出。 常用的有自感式和互感式兩類。 電感式壓力傳感器大都采用變隙式電感做為檢測元件，它

18、和彈性敏感元件組合在一起構(gòu)成電感式壓力傳感器。 3.5.1 自感式傳感器自感式傳感器 圖3-27所示為閉磁路式自感傳感器。1-線圈；2-鐵芯（定鐵芯）；3-銜鐵（動鐵芯）圖3-27 閉磁路式自感傳感器原理結(jié)構(gòu)圖 電感量L為： 00022=SNL 當(dāng)銜鐵受外力作用使氣隙厚度減小，則線圈電感變化為： )-(20002=SNxL 電感的相對變化為： 0=LL 氣隙變化量越小，非線性失真越?。粴庀秓越小，靈敏度越高。常用差動變隙式。1-線圈；2-鐵芯；3-銜鐵；4-導(dǎo)桿 圖3-28 差動變隙式電感傳感器 圖3-29所示為交流電橋測量電路 把傳感器的兩個線圈作為電橋的兩個橋臂Z1和Z2,另外二個相鄰的橋

19、臂用純電阻代替。 對于高Q值(Q=L/R)的差動式電感傳感器，其輸出電壓； 圖3-29 交流電橋測量電路 3.5.2 互感式傳感器互感式傳感器 互感傳感器有初級線圈和次級線圈。初級接入激勵電源后，次級將因互感而產(chǎn)生電壓輸出。 當(dāng)線圈間互感隨被測量變化時，輸出電壓將產(chǎn)生相應(yīng)的變化。 次級線圈一般有兩個，接線方式又是差動的，故又稱為差動變壓器。 差動變壓器結(jié)構(gòu)形式較多，有變隙式、變面積式和螺線管式等。 1.工作原理 非電量測量中，應(yīng)用最多的是螺線管式差動變壓器。 如圖3-30所示，由初級線圈、兩個次級線圈和插入線圈中央的圓柱形鐵芯等組成。 可以測量1100mm范圍內(nèi)的機(jī)械位移，具有： 測量精度高，

20、靈敏度高，結(jié)構(gòu)簡單，性能可靠等優(yōu)點(diǎn)。1-活動銜鐵；2-導(dǎo)磁外殼；3-骨架；4-匝數(shù)為n1的初級繞組；5-匝數(shù)為n2a的次級繞組；6-匝數(shù)為n2b的次級繞組 圖3-30 螺線管式差動變壓器結(jié)構(gòu) 螺線管式差動變壓器按線圈繞組排列方式的不同，可分為一節(jié)、二節(jié)、三節(jié)、四節(jié)和五節(jié)式等類型。(a)一節(jié)式；(b)二節(jié)式；(c)三節(jié)式；(d)四節(jié)式；(e)五節(jié)式 圖3-31 線圈排列方式 差動變壓器即傳感器中兩個次級線圈反向串聯(lián)。 圖3-32 差動變壓器等效電路 2.差動變壓器輸出電壓 二次側(cè)開路時有： 111+1=LjrUI 二次連通后分三種情況： 活動銜鐵處于中間位置時 ，M1=M2=M，故： 2U0 活

21、動銜鐵向上移動，M1=M+M M2=M-M ，故：2/1212112)(+/2=LrUMU， aE2 與同極性 活動銜鐵向下移動， M1=M-M M2=M+M故：2/1212112)(/2LrUMU， bE2 與同極性。3.6 加速度傳感器加速度傳感器 3.6.1 加速度傳感器組成加速度傳感器組成 加速度傳感器可應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)視、工程測振、地質(zhì)勘探等儀器儀表中，也可以用于物體移動和傾倒的報(bào)警和保護(hù)。 加速度傳感器有多種型式，用電容傳感器做成的加速度傳感器結(jié)構(gòu)如圖3-33所示。圖3-33 加速度傳感器物理結(jié)構(gòu)組成 a）結(jié)構(gòu)組成 b）等效電路 加速度傳感器有兩個測力單元（也叫重力傳感器）。 測力單元

22、為差動式結(jié)構(gòu)的變極距電容傳感器。 上下兩塊極板a、b為固定極板，與加速度傳感器殼體固定成一體。中間極板c是活動的，與活動框連成一體，經(jīng)彈簧錨定在殼體上。 加速度傳感器殼體可以水平方向固定在被測設(shè)備上，測被測設(shè)備的水平方向加速度； 也可以豎直方向固定在被測設(shè)備上，測被測設(shè)備的豎直方向加速度（重力加速度以外）或靜止時受到地球引力（重力）。 圖3-33（b)為加速度傳感器殼體豎直方向固定在被測設(shè)備上時，一個測力單元的等效電路。 被測設(shè)備豎直方向加速度（重力加速度以外）或靜止時受到地球引力（重力），會使活動框連帶中間極板上下移動。 向下移動時，C2電容量增大，C1減??；向上移動時，C1電容量增大，C2

23、減小。 C1、C2與外接電阻R1、R2組成電橋測量電路，如圖3-34所示，可測出加速度（重力加速度以外）或靜止時地球引力。圖3-34 差動式電容傳感器電橋電路 加速度傳感器有單軸和雙軸兩種。 單軸加速度傳感器的兩個測力單元是同方向的，兩個測力單元電容變化相疊加，可增加輸出信號強(qiáng)度。 雙軸加速度傳感器的兩個測力單元分別為X和Y方向，兩個測力單元電容變化量相減，不僅可以測出加速度或靜止時地球引力的大小，還可以測出方向。 3.6.2 ADXL320雙軸加速度傳感器雙軸加速度傳感器 為美國ANALOG DEVICES公司生產(chǎn)，超小型5g雙軸加速度傳感器，體積為4mm4mm1.45mm。 它可以檢測到X

24、、Y軸兩個方向的加速度或靜止時的地球引力（重力）。 引腳功能如表3-1所示。1NC空腳9NC空腳2STSelf-test10YOUTY軸電壓輸出3COM接地11N.C.空腳4NC空腳12XOUTX軸電壓輸出5COM接地13NC空腳6COM接地14VS電源7COM接地15VS電源8NC空腳16NC空腳表3-1 雙軸加速度傳感器ADXL320 引腳功能 ADXL320集成電路平面處水平方向時，XOUT1.500V， YOUT1.500V。 集成電路平面處垂直方向作360內(nèi)旋轉(zhuǎn)時，受地球引力（重力）作用，XOUT和YOUT輸出電壓 在1.326V1.674V之間變化。 電壓值如圖3-35所示。圖3-

25、35 ADXL320受地球引力作用端口輸出電壓 3.6.3 物體移動和傾倒報(bào)警電路物體移動和傾倒報(bào)警電路圖3-36 用ADXL320設(shè)計(jì)的物體移動報(bào)警電路 ADXL320按圖中所示方向放置時，XOUT1.500V， YOUT1.674V，分別接電壓比較器A1、A2。 Va、Vb電壓可設(shè)為1.550V和1.650V。 物體移動和傾倒時，XOUT和YOUT端口輸出電壓變化。 一旦高于Va或低于Vb時，A1、A2就會輸出高電平，經(jīng)VD1、VD2隔離，A3放大后，輸出高電平啟動報(bào)警器報(bào)警。 3.6.4 MMA1220D單軸加速度傳感器單軸加速度傳感器 為Motorola公司生產(chǎn)的單軸加速度傳感器，由一

26、個測力單元（重力傳感器）和放大器、濾波器組成，16腳SOIC（減小空間的表面貼片）封裝。 加速度靈敏度為250mV/g，響應(yīng)時間2ms，最大工作加速度為11g，最高工作頻率為200Hz。 電路連接如圖3-37所示。 圖337 MMA1220D加速度傳感器電路連接 MMA1220D在靜止?fàn)顟B(tài)下，向左或向右放置，重力加速度都為0g，輸出為2.5V； 向上放置，受到1g重力加速度，輸出為2.75V； 向下放置，受到1g重力加速度，輸出為2.25V。 如圖338所示。圖338 MMA1220D靜止?fàn)顟B(tài)放置輸出電壓 3.6.5 手機(jī)跌落關(guān)機(jī)保護(hù)手機(jī)跌落關(guān)機(jī)保護(hù) MMA1220D加速度傳感器可以用于手機(jī)跌

27、落關(guān)機(jī)保護(hù)。 在手機(jī)發(fā)生跌落時，加速度傳感器處于自由落體狀態(tài)（失重），上下左右4個方向都沒有重力作用，輸出電壓為2.5V。 該輸出電壓送入比較器，與2.5V電壓相減，為0時，產(chǎn)生觸發(fā)信號送入微處理器，進(jìn)入關(guān)機(jī)程序，及時關(guān)機(jī)，以保護(hù)手機(jī)軟硬件不受損壞。3.7 力傳感器應(yīng)用實(shí)例力傳感器應(yīng)用實(shí)例 3.7.1 煤氣灶電子點(diǎn)火器煤氣灶電子點(diǎn)火器 如圖3-39所示，讓高壓跳火來點(diǎn)燃?xì)狻?當(dāng)使用者將開關(guān)往里壓時，把氣閥打開； 將開關(guān)旋轉(zhuǎn)，則使彈簧往左壓，此時，彈簧有一個很大的力撞擊壓電晶體。 產(chǎn)生高壓放電，導(dǎo)致燃燒盤點(diǎn)火。 圖3-39 煤氣灶電子點(diǎn)火裝置 3.7.2 壓電式玻璃破碎報(bào)警器壓電式玻璃破碎報(bào)警器

28、 BS-D2壓電式玻璃破碎傳感器的外形及內(nèi)部電路如圖3-40所示。 傳感器把振動波轉(zhuǎn)換成電壓輸出，輸出電壓經(jīng)放大、濾波、比較等處理后提供給報(bào)警系統(tǒng)。 傳感器的最小輸出電壓為100mV，內(nèi)阻抗為1520K。 報(bào)警器的電路框圖如圖3-41所示。 圖3-40 BS-D2壓電式玻璃破碎傳感器 (a)外形；(b)內(nèi)部電路圖3-41 壓電式玻璃破碎報(bào)警器電路框圖 3.7.3 帶溫度補(bǔ)償?shù)膲毫﹄娮娱_關(guān)帶溫度補(bǔ)償?shù)膲毫﹄娮娱_關(guān) 用壓力傳感器MPX2100P和NTC熱敏電阻構(gòu)成的帶溫度補(bǔ)償?shù)膲毫﹄娮娱_關(guān)如圖3-42所示。 壓力傳感器MPX2100P將壓力轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)A1、A2兩級放大，輸出信號送比較器A3反

29、相輸入端。 由NTC熱敏電阻降壓后的參考電壓加到比較器A3同相輸入端。圖3-42 帶溫度補(bǔ)償?shù)膲毫﹄娮娱_關(guān) 當(dāng)壓力傳感電壓大于參考電壓時，A3輸出低電平，觸發(fā)執(zhí)行器電路工作。 當(dāng)溫度降低時，壓力傳感電壓減小。 由于溫度降低NTC熱敏電阻值增大，降壓增大，參考電壓降低，保持A3輸出低電平，起了溫度補(bǔ)償?shù)淖饔谩?3.7.4 電阻應(yīng)變片稱重傳感器電阻應(yīng)變片稱重傳感器 如圖3-43所示，主要由彈性元件、電阻應(yīng)變片、測量電路和傳輸電纜部分組成。 電阻應(yīng)變片貼在彈性元件上，彈性元件受力變形時，電阻應(yīng)變片隨之變形，并導(dǎo)致電阻值改變。 測量電路測出電阻值的變化并轉(zhuǎn)換為電信號輸出。圖3-43 電阻應(yīng)變片稱重傳感

30、器結(jié)構(gòu) 校準(zhǔn)電阻器用來調(diào)整輸出電信號的大小。 電信號經(jīng)處理后以數(shù)字形式顯示出被測物體的重量。 電阻應(yīng)變片稱重傳感器有柱形、箱形、懸臂梁形、剪切梁形、圓環(huán)形和輪幅形等多種類型。 3.7.5 指套式電子血壓計(jì)指套式電子血壓計(jì) 指套式電子血壓計(jì)是利用放在指套上的壓力傳感器，把手指的血壓變?yōu)殡娦盘?，由電子檢測電路處理后，直接顯示出血壓值的一種微型測量血壓裝置。 圖3-44是指套式血壓計(jì)的外形圖，它由指套、電子電路及壓力源三部分組成。 圖3-44 指套式電子血壓計(jì)外形圖 指套的外圈為硬性指環(huán)，中間為柔性氣囊。它直接和壓力源相連。 旋動調(diào)節(jié)閥門時，柔性氣囊便會被充入氣體，使產(chǎn)生的壓力作用到手指的動脈上。

31、電子血壓計(jì)電路框圖如圖3-45所示。 手臂式電子血壓計(jì)原理與指套式類似。圖3-45 指套式電子血壓計(jì)電路框圖 時鐘放大器壓電傳感器門控觸發(fā)移位寄存器幅值比較器移位寄存器幅值比較器A/D轉(zhuǎn)換器譯碼驅(qū)動顯示器顯示器譯碼驅(qū)動S 3.7.6 CL-YZ-320型力敏傳感器型力敏傳感器 以金屬棒為彈性梁的測力傳感器。 在彈性梁的圓柱面上沿軸向均勻粘貼4只半導(dǎo)體應(yīng)變片，兩個對臂分別組成半橋，兩個半橋分別用于每個軸向的分力測量。 當(dāng)外力作用于彈性梁的承載部位時，彈性梁將產(chǎn)生一個應(yīng)變值，通過半導(dǎo)體應(yīng)變片將此應(yīng)變值轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電阻變化量，傳感器隨之輸出相應(yīng)的電信號。圖3-46力敏傳感器外形 圖3-47力敏傳感器結(jié)構(gòu) 3.7.7 手機(jī)和平板電腦的橫豎顯示轉(zhuǎn)換手機(jī)和平板電腦的橫豎顯示轉(zhuǎn)換 ADXL320