几种常见生物医学传感器原理ppt课件.ppt

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1、2.5几种常见传感器原理2.5.1RLC传感器一、电阻应变式传感器位移或应变能够引起某些材料的电阻值变化，因此可用它们构成电阻应变式传感器。特点：分辨率高(<1m)，误差小(<±1%),重量轻，量程大，尺寸小，价格低，可用来测动态和静态量。工作原理电阻式传感器测量原理:被测的非电量ΔR电量输出其基本原理为：设有一根长度为L，截面积为A，电阻率为ρ的金属丝，则它的电阻值R可用下式表示：三个参数：长度L，截面积A，电阻率ρ，如果发生变化，则它的电阻值R随之发生变化，构成不同电阻传感器：1、长度L发生变化——电位

2、器式传感器；2、截面积A、长度L发生变化——电阻应变片传感器；3、电阻率ρ发生变化——热敏电阻、光导性光检测器等。1.电位器式传感器通过滑动触点把位移转换为电阻丝的长度变化，从而改变电阻值大小，进而再将这种变化值转换成电压或电流的变化值。电位器式传感器分为直线位移型、角位移型和非线性型等，如图所示。电位器式传感器一般采用电阻分压电路，将电参量R转换为电压输出给后续电路，如图所示。当触头移动时，输出电压为：2.电阻应变片片状电阻元件贴在构件上构成。有丝绕式，短接式，泊式，半导体，还可用硅条做成产品。典型结构康铜

3、应用最广；半导体电阻温度系数大，要进行温度补偿；半导体有很高的压阻效应，灵敏度是康铜的70－90倍，但非线性也比较大。电桥电路又叫惠斯登电桥，它是将电阻、电容、电感等参数的变化转换为电压或电流输出的一种测量电路。电桥电路按其所采用的激励电源类型直流电桥交流电桥工作方式有两种：平衡电桥（零检测器）和不平衡电桥。在传感器的应用中主要是不平衡电桥。3传感器测量电路直流电桥直流电桥桥路输出（1）平衡电桥：IL=0时平衡条件:R1R4=R2R3R1/R2=R3/R4R1+⊿R1R2R4R3UILRL（2）不平衡直流电桥

4、当电桥后面接放大器时,电桥输出端看成开路.电桥的输出式为：应变片工作时，其电阻变化ΔR采用等臂电桥，即R1=R2=R3=R4=R。此时有：当ΔRi<

5、的电流也大，若超过电阻应变片所允许通过的最大工作电流，传感器就会出现蠕变和零漂。⑤增大电阻应变片的灵敏系数K，可提高电桥的输出电压。略去分母中的ΔR1/R1项,假设ΔR1/R1<<1理想的线性关系：实际输出电压：电桥的相对非线性误差：单臂电桥：即R1桥臂变化ΔR半桥差动电桥R1R2FU0R1＋⊿R1R4R3UR2－⊿R2R1＝R2＝R3＝R4=R，ΔR1＝ΔR2=ΔR严格的线性关系电桥灵敏度比单臂时提高一倍温度补偿作用输出电压为：U0R1＋⊿R1UR2－⊿R2R4＋⊿R4R3－⊿R3全桥差动电路恒流源供电电桥

6、假设ΔRT为温度引起的电阻变化电桥的输出为电桥的输出电压与电阻变化成正比，与恒流源电流成正比，但与温度无关，因此测量不受温度的影响。交流电桥如果电桥的供电电源为交流电压时，这种电桥称为交流电桥。为适应电感、电容式传感器的需要交流电桥通常采用正弦交流电压供电，在频率较高的情况下需要考虑分布电感和分布电容的影响。（1）交流电桥的平衡条件交流电桥的四臂可以为：电阻、电容、电感或变压器的两个次级线圈交流电桥的四个桥臂分别用阻抗、、、表示交流电桥的平衡条件为：电阻交流电桥电感电桥电容电桥变压器电桥电路电阻交流电桥1、单

7、臂电阻；2、等臂差动电桥；3、全桥交流电桥。电感电桥两相邻桥臂为电感L1和L2，另两臂为纯电阻R1和R2，其中和为电感线圈的有功电阻。若设Z1、Z2为传感器阻抗且则有另有由于电桥是双臂工作，所以接入的是差动电感式传感器的两差动电感，工作时：电桥的输出电压为：当ωL＞＞R'时，上式可近似为：交流电桥的输出电压与传感器线圈的电感相对变化量成正比。电容电桥两相邻桥臂为电容C1和C2，另两臂为纯电阻R1和R2，其中和为电容介质损耗电阻。设Z1、Z2为传感器阻抗，且有由于电桥是双臂工作，所以接入的是差动电容式传感器的两

8、差动电容，电桥的输出电压为：当ωC＞＞R'时，上式可近似为：交流电桥的输出电压与传感器的电容相对变化量成正比。变压器电桥电路电感式传感器和电容式传感器的转换电路还常采用变压器电桥它的平衡臂为变压器的两个二次侧绕组，差动传感器的两差动电容或差动电感分别接在另两个臂设其阻抗分别为Z1和Z2，(由于被测量使传感器的阻抗发生变化)电桥的输出电压为：实际测量中，4个阻抗难于达到真正平衡，为此常采用下面的电桥平