传感器技术论文精编4篇

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传感器论文范文【第一篇】

1.弹性元件的虚拟模型根据导体材料的应变电阻效应，电阻的相对变化与应变之间的关系。为了获得电桥输出与载荷的关系，需要构建弹性元件的数学模型。电阻式传感器的弹性元件结构有圆筒式、柱环式、悬梁式和轮辐式四种基本类型，各种不同的结构型式的弹性元件应变ε与载荷F的关系如下所示。（1）柱筒式弹性元件其中E为弹性模量，A为横截面积。（2）柱环式弹性元件其中R0为内环半径，b为柱环宽度，h为柱环厚度，E为弹性模量。（3）悬梁式弹性元件其中l为有效长度，b为悬梁宽度，h为悬梁厚度，E为弹性模量。（4）轮辐式弹性元件其中b为轮辐条厚度，h为轮辐条宽度，G为剪切模量。将四种弹性元件类型设计在一个子VI中，通过操作“弹性元件类型”下拉列表进行选择。

2.虚拟电桥模型电桥是目前常用的电阻式传感器测量电路，整个电桥电路由四个桥臂组成，当桥臂接入应变电阻时则成为应变电桥。当有一个臂被接入应变电阻时，被称为单臂电桥；两个臂被接入应变电阻时则为双臂电桥（也称半桥）；四个臂均被接入应变电阻时则称为全桥。在桥路中均未接入应变电阻时。

3.电阻属性和接桥方式设计前面板（如图1所示）上电桥部分的电阻属性分为固定电阻、应变电阻和平衡电阻三种，应变电阻的贴片方式分为受拉应力和受压应力。（1）电阻属性。图1中的电阻R1的属性只有两种：应变电阻和固定电阻。该属性通过操作“R1”设置开关进行选择。若R1为应变电阻属性，其阻值会随载荷F的增减而产生相应的ΔR1以及因温度变化产生的ΔR1t。电阻R2的属性与R1相同。通过操作“R2”设置开关可以选择R2的属性。若R2作为应变电阻，则会随载荷F的增减而产生相应的ΔR2以及因温度变化产生的ΔR2t。若操作“差动设置”开关，则可使R2的受力方式为受压应力，从而会随载荷F的增减而产生相应的-ΔR2以及因温度变化产生的ΔR2t。R3，R4需要参与调平电路的设计，因此接线也会相对复杂。通过操作“R3”和“R4”设置开关对该电阻进行属性操作。图中出现的Rr显示框为调零电路中的R5的右半部分与R6串联然后再与R3并联后的阻值。Rl显示框为R5的左半部分与R6串联后再与R4并联后的阻值。（2）接桥方式的设计。虚拟前面板上的电桥工作方式分别为：不工作、单臂工作，半桥工作和全电桥工作方式四大类型。对于半桥和全桥方式，其中应变片又分为差动和非差动两种布片方式。不工作方式指的是R1，R2，R3和R4都设置成固定电阻。该方式无论怎样施加外力，输出始终为零。单臂工作时将R1设置为应变电阻，R2、R3、R4设置为固定电阻。此时，按“R1”按钮，“R1”按钮变绿，图中应变电阻R1如果显示向上的箭头，表明该应变电阻受拉应力，对应电阻值增大；如果应变电阻R1显示向下的箭头，表明该应变电阻受压应力，对应电阻值减小。半桥非差动工作时，R1、R2设置为应变电阻，R3、R4设置为固定电阻。按下“R1”、“R2”两个按钮，两者均变绿表示接入工作臂，同时电阻R1、R2上的箭头方向一致，表示应变片受到相同性质的应力，此时电桥输出基本为零。半桥差动工作时，R1、R2设置为应变电阻，R3、R4设置为固定电阻。按下“R1”、“R2”两个按钮，两者均变绿表示接入工作臂，同时电阻R1显示向上箭头，R2显示向下的箭头，表示对应的应变片受到拉应力和压应力。全桥非差动工作时R1、R2、R3、R4属性均为应变电阻，此时，按下“R1”、“R2”、“R3”、“R4”按钮，均变为绿色。四个电阻上的箭头方向一致，表明四个电阻受相同性质的应力，此时电桥输出基本为零。全桥差动工作时，“R1”、“R3”电阻箭头向上，表示受拉应力；“R2”“R4”箭头向下，表示受压应力。

4.温度误差计算及补偿在讨论应变计的工作特性时通常是以温度恒定为前提的，但在实际应用过程中，工作温度可能会发生变化，从而导致应变电阻的阻值发生变化。设工作温度变化为Δt℃，则由此引起粘贴在试件上的应变电阻的相对变化为。将公式（11）代入公式（7）-（10），即可以计算出温度变化时的电桥输出，该输出即为温度误差。单臂工作时，采用补偿块法进行温度误差补偿，该方法利用两块参数相同的应变计R1、R2，R1贴于试件上并接入工作臂，R2贴于与试件材料相同温度环境的补偿块上，但该补偿块不参与机械应变，同时接入电桥相邻臂作为补偿臂。当接通电源并施加负载时，补偿臂产生的热输出与工作臂产生的热输出相同，则可达到温度误差补偿的目的。对于半桥差动和全桥差动工作方式，根据公式（10）的和差特性即能进行温度误差补偿。5.非线性误差计算及补偿公式（10）是对公式（9）进行线性化后的输出。对于单臂工作时，非线性误差可以通过在电路中加入补偿臂（该臂不受外加应力作用）。对于半桥差动和全桥差动工作方式，不需要外接补偿电路，因为差动工作方式具有很好的非线性补偿作用。

二、虚拟操作面板的设计

用LabVIEW软件开发虚拟仪器，用户能“量身定制”仪器的操作面板。本实验根据真实的电阻式传感器实验电路接线图作为虚拟仪器的操作面板，能直观地阐述电阻式传感器实验原理及操作方式，虚拟面板如图1所示，主要包括虚拟弹性元件选择、应变电阻布片方式选择、电桥接法选择、电桥调零模块、差动放大模块、直流电源模块。此外前面板还包括电阻、外力、温度的赋值等。

三、远程虚拟实验的演示步骤

电阻式传感器实验的远程操作分别由DataSocket技术与Web网络工具来实现。DataSocket技术以及网络化技术的结合使虚拟仪器的远程控制成为可能，可在若干计算机上对传感器虚拟实验进行操作及数据处理。这为传感器虚拟实验的互动教学提升了便捷性。电阻式传感器虚拟实验的远程操作过程如下：第一步，打开服务器网页。第二步，输入R1、R2、R3、R4的阻值。第三步，选择弹性元件类型。第四步，设置接桥和布片方式。第五步，打开电源开关。第六步，调节调零电位计，直至电桥近似达到初始平衡状态。第七步，点击“施力F”按钮。第八步，查看客户端网页，查看电桥输出曲线。第十步，点击服务器面板中的“复位键”，使所有选项、开关及输入数据均清零和初始化。第十一步，关闭电源开关。

四、结束语

传感器论文范文【第二篇】

Abstract： The words pay more attention to the error source and compensation processing of the magnetic sensors. The importance parts provide the information about the unvertical error， vertical axis effect error， sensitivity error， and the zero error. Also the compensation methods are given to enhance the precision. It is very necessary to research this item.

关键词： 磁阻传感器；误差；补偿

Key words： magnetic sensors；error；compensation

中图分类号： 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）01-0309-02

0 引言

系统在工程应用中应当充分考虑各种误差的影响，特别是理论研究和工程实践，使理论与实践做的最好的结合。由于制造原因和环境因素的影响，进行刚体滚转姿态测量过程中不可避免会出现各种误差，根据各种误差的特点和性质的不同，本文将重点就磁阻传感器测量过程中产生误差的来源进行分析，并对其进行定量的描述，借鉴当前地磁场应用的实际，利用已有的各种方法对误差进行补偿，尽量消除误差带来的影响。

作为地磁场的敏感器，磁阻传感器的相关误差直接影响接下来的各项系统运行过程，是数据的起点，如果传感器的误差偏大，将对数据处理带来更大的误差。下面主要是从磁阻传感器自身出发，其误差来源可以分为以下几个方面。

1 非正交误差

选用HMC1002传感器为两轴磁阻传感器，且沿刚体横截面方向与轴垂直，假定两轴分别为Y轴和Z轴方向，则由于传感器制造工艺等方面的影响，Y轴和Z轴不可能完全的垂直，实际的正交关系并不是完全成立，有一定的误差角度，如图1所示。

以Y轴为基准轴，即Y轴是方向准确的，而Z轴方向发生了偏差。根据探测原理，理论上，两轴的地磁分量在同一平面，当Y轴最大时，Z轴输出为零；当Z轴最大时，Y轴输出为零。此时，由于误差角度α的原因，极限条件下，两轴的输出都不为零。

根据位置关系可得，极限位置处分别有，

Bzmin=Bymax*sinαz

Bymin=Bzmax*sinαy （1）

则有，

α=（αz+αy）/2 （2）

对磁阻传感器的输出进行补偿为，

Bz=Bzcout－Bycout*sinα （3）

式中，

By、Bz，磁阻传感器的输出信号，Bymax、Bymin、Bzmax、Bzmin分别其相应轴的极大和极小值；

Bzcout、Bycout，磁阻传感器的原始输出信号（未处理）。

2 垂直轴效应误差

磁传感器一般对轴向外加磁场比较敏感这类传感器还会根据横向或垂直轴方向的外加磁场，这就是垂直轴磁场效应。而由于传感器自身制作工艺所引起的正交偏差，其中X轴对Y轴的偏差为°，也从另一方面加强了垂直轴效应的影响。假如在传感器的一轴上外加一磁场Had，由于横轴的影响会产生一附加磁场Hcad如下图2所示。

磁传感器电桥的输出电压可用公式表示

V=a*H/（Hs+Hca） （4）

式中，

V：表示输出电压（除去零点偏移）；

a：常数比例因子，与各向异性磁阻恒成正比；

Hs：磁场比例常数；

Hcad：垂直轴方向上的外加磁场强度；

H：敏感方向上的外加磁场强度

公式（4）在HMC1002微电路上通过实验的得出测试值：

a≈22mV/V，Hs=8Oe

如果两个传感器相互垂直的放在yoz平面上则两个传感器的输出将彼此耦合，Y轴的输出将会受到Z轴的影响，同样，Z轴的输出也会受到Y轴的影响。假定表示两个传感器的特性参数是（ay，Bsy），（az，Bsz）则传感器的输出可用表示为：

By=ay*Bycout/（Bsy+Bzcout）

Bz=az*Bzcout/（Bsz+Bycout） （5）

如果在磁阻传器测量过程中使用置位/复位电路，则可以极大地降低垂直轴误差的影响。也就是说将置位脉冲施加到传感器上后其读数将存储为V置位。在复位脉冲后，读数将存储为B复位。最终读数将为，

Bout=（Bset-Breset）/2 （6）

从而可以得倒改善后的Y轴和Z轴输出，

By=ay*Bsy*Bycout/（Bsy2-Bsz2）

Bz=az*Bsz*Bzcout/（Bsz2-Bsy2）（7）

3 灵敏度误差

制造工艺以及材料的不一致性导致了磁阻传感器的两轴不可能完全的一致，从而也使两条敏感轴的灵敏度不一致，产生了灵敏度误差。

理论条件下，磁阻传感器的两轴输出曲线是一个圆，但由于灵敏度的误差，此时两轴输出的曲线就是一个椭圆，如图3所示。假定Y轴的输出为基准，可以通过确定一个比例系数λ来调整Z轴的输出进行简单的补偿，减小误差带来的影响。

由图可得，在极值条件下两轴的输出具有一定的可比性，即，

比例系数可根据

λ=（Bymax-Bymin）/（ Bzmax-Bzmin） （8）

从而可得补偿后的两轴输出为，

By=Bycout

Bz=λ*Bzcout （9）

此外，也可以通过调整放大电路中两个敏感轴的放大倍数来使得两条敏感轴的输出灵敏度一致。

4 零位误差

理想情况下，当磁阻传感器两敏感轴上的强度分量为零时传感器的输出应当为零，如果不为零则会带来零位误差，如图4所示。具体体现在输出曲线上就是，输出点位的圆心不在圆心，而在偏离圆心的位置。

从零位误差的基本原理和原因上分析，可以得出其零位偏差为ΔY、ΔZ，如图所示其对应关系为，

ΔBy=（Bymax-Bymin）/2

ΔBz=（Bzmax-Bzmin）/2 （10）

利用偏差值对实际测量值进行补偿可得输出值，

By=Bycout-ΔBy

Bz=Bzcout-ΔBz （11）

5 其它误差来源

对于安装误差一般通过精密安装、精心调节，可将其消除在较小的范围内，它主要反映在传感器的零位偏差上，以及对软磁干扰的贡献上。

因此，对于安装误差，一方面提高制造工艺，减小误差来源；另一方面，可以将其影响化解到零位误差源和软磁误差源上。

在刚体的飞行过程中，由于外界环境的影响以及内部元器件工作发热的缘故，内部的磁阻传感器工作温度就会不断变化，一般会不断升高。

根据磁阻传感器的原理，随着温度的变化，电路中的电阻将会发生变化，进而影响到整个磁阻传感器的测量精度，主要是影响到传感器的零点和灵敏度。温度变化导致电阻等元器件时变，会导致零点的变化，产生额外的零点漂移；温度变化与灵敏度的变化。

6 结论

本章主要对系统的各种误差逐一进行分析，对磁阻传感器本身的误差重点分析了非正交误差、垂直轴效应误差、灵敏度误差以及零位误差，阐述了误差产生的机理，并对误差的补偿方法进行了论述；除了上述几类误差外，最后对安装误差、以及温度变化带来的影响进行了简单的分析论述。通过对磁阻传感器应用过程中的误差进行分析，为下一步的其在实际应用中提高精度作出了理论支持，具有重要的现实意义和应用研究价值。

参考文献：

[1]王广龙，祖静，张文栋。地磁场传感器及其在飞行体姿态测量中的应用[J].北京理工大学学报，1999，19（3）：361-364.

[2]任剡，许端，孙学艳。微型无人机磁航向测量系统的设计与实现[J].西安航空技术高等专科学校，2011，29（1）：19-21.

[3]金海红，吴东升，田柳等。倾斜补偿式地磁传感器的设计与误差补偿方法[J].传感器与微系统，2010，29（7）：33-36.

传感器技术论文范文【第三篇】

关键词：CBM；车辆；维修

中图分类号：U472文献标识码：A

CBM是随着状态监控和故障诊断技术的不断发展而逐步出现的，通过内置传感器或便携式外部检测设备进行测试，获取装备运行的特征量信息，借助各种智能推理算法（如物理模型、神经网络、数据融合、模糊逻辑、专家系统等）实时评估装备的技术状态，在装备故障发生前对其剩余寿命进行预测，并根据各种可利用的资源信息结合不同的决策目标实施决策的维修过程。

在CBM理论研究方面，主要是以状态监测和故障诊断为主，对维修决策研究不够。特别是对状态模型、维修决策模型的建立、求解以及应用都缺乏深入系统的研究。但仍然取得了一些成绩，如唐红芳对汽轮机转子和汽缸的二维模型进行了分析，建立了有限元模型，并采用C++语言编制了汽轮机以及缸体的温度场实时在线监测程序[1]；张秀斌、王广伟等应用比例风险模型（PHM）建立系统运行状态与故障率之间的关系，并给出了维修状态阈值[2]；袁志坚提出了一种电力变压器状态维修策略的模糊多属性群决策方法，并通过某一变压器状态维修方案的决策过程，采用折衷型群决策方法具体探讨了模糊多属性群决策方法在变压器状态维修决策中的应用[3]；董玉亮提出了多状态特征参数变权模糊综合状态评价方法，利用设备的监测诊断、维修历史数据等信息，使状态评价的结果更贴近设备的实际运行状态，并利用这些结果建立了维修任务决策及优化模型[4]；吕文元、杨远涛等利用滤波理论建立设备预测维修的优化模型[5]；北京航空航天大学曾声奎结合故障预测与健康管理（PHM）的技术发展过程，阐述了PHM的应用价值[6]；邱立鹏在其硕士论文中阐述了基于各种指标的预测分析技术，并使用C++开发了一套完整的基于Microsoft Window9x对设备剩余寿命进行分析和预测的软件[7]。

1先进传感器技术

精确、及时、高效的数据是应用CBM的基础，而传感器作为获取装备状态数据的一种有效工具，在CBM系统中具有重要的作用。传感器技术作为一门专项技术，是以传感器为核心，涉及测量技术、功能材料、微电子技术、精密与微细加工技术、信息处理技术和计算机技术等相互融合的技术密集型综合技术，其发展趋势主要体现在：发现新效应，开发新材料、新功能；向多功能集成化和微型化发展；传感器的数字化、智能化和网络化发展趋势日益明显。

目前有很多先进的传感器技术被应用于CBM系统中，如光纤传感器、压电传感器、碳纳米管、微电子机械系统等，这些新型的传感器具有精度高、使用范围广、工作温度范围大、智能化程度高等特点。在CBM系统中应用传感器主要涉及两个问题：

传感器的选择

传感器的选择是获取装备状态数据的首要环节，这是因为传感器一旦确定，与之相匹配的数据处理、故障诊断及其相关仪器设备也就确定。因此测试结果的好坏，在很大程度上取决于传感器的选取是否恰当。传感器选择的一般步骤如图1所示。

传感器的安装与使用

传感器作为一种精密器件，只有正确的安装与使用才能发挥其应有的工作性能，因而在其安装与使用过程中，除了要遵循精密器件一般安装使用规定外，还需要特别遵守如下注意事项：1）选择合适的测试点并正确安装传感器；2）为确保被测信号的有效、准确传输，传感器的电源电缆、数据传输线要符合规定，正确安装；3）传感器的定期标定与校准是保证数据采集系统正常功能的必要步骤。

2数据传输与预处理技术

数据传输技术

目前主要有两种数据传输方式，即有线传输和无线传输。有线传输是较为成熟的一种传输方式，主要是通过各种有线数据总线和各种网络如Internet、Ethernet LAN（local area network）等进行数据的传输，并且大多都有各种通信标准、网络协议如TCP/IP、UDP/IP等可以遵循。其数据传输的一般过程是，首先通过各种线缆将传感器的数据采集并存储在部件级的监测系统中，然后通过特定的有线网络将部件级的监测数据传输到中央级存储和监测处理系统。图2为两种数据传输方式的简单系统构成。

数据预处理技术

由于不同的状态监测、健康评估和故障预测方法要求不同的数据类型，需要对采集的原始数据信息进行各种预处理，以使数据格式满足后续处理的要求，同时也将便于传输和存储。预处理包括数据的模数转换、去噪声、高通滤波、压缩、信号自相关等。数据处理方式和技术要根据不同的目的进行选择，如特征提取技术是为了进行故障识别和故障隔离；数据简化是为了剔除不必要冗余的原始数据便于进一步处理；循环计数方法则是为了便于将连续的数据信息转化为离散的数据信息等。

3信息融合技术

传统的信息/数据融合是指多传感器的信息/数据在一定准则下加以自动分析、综合以完成所需的决策和评估而进行的信息处理过程。

信息融合系统的结构目前尚无形成统一的分类形式，从信息融合的功能角度，可将信息融合过程分为5层，即：检测级（判决）融合、状态级（跟踪）融合、属性级（目标识别）融合、态势评估和威胁估计，如图3所示，其中状态评估和威胁估计主要用于军事领域。

检测级融合的功能主要是判断目标的有无；状态级融合的功能是估计目标的状态（距离、运动速度等）；属性级融合的目的是确定目标的身份。这3个层次的融合各有特点。在具体的应用中应根据融合的目的和条件选用。

4结论

本文贯穿车辆CBM应用流程的整个环节，利用RCM分析方法确定CBM的实施对象，明确了CBM在车辆维修中的关键技术，分析了关键技术的具体内容，为车辆开展状态维修提供了技术支持。

参考文献：

[1] 唐红芳。 汽轮机寿命在线监测与管理技术研究[D]. 保定：华北电力大学（硕士论文），2004.

[2] 张秀斌，王广伟。 应用比例故障率模型进行基于状态的视情维修决策[J]. 电子产品可靠性与环境试验，2002(4):19-22.

[3] 袁志坚，孙才新，袁张渝，等。 变压器健康状态评估的灰色聚类决策方法[J]. 重庆大学学报，2005,28(3):22-25.

[4] 董玉亮。 发电设备运行与维修决策支持系统研究[D]. 北京：华北电力大学（博士论文），2005.

[5] 吕文元，杨远涛，方淑芬。 利用滤波理论建立设备预测维修的优化模型[J]. 东北电力学院学报，2000,20(1):22-24.

传感器技术论文【第四篇】

Proceedings of the 12th

Italian Conference Sensors

and Microsystems

2008, 563pp.

Hardcover

ISBN 9789812833587

G Di Francia等著

本书为第12届意大利传感器与微系统会议论文集。这次会议由意大利传感器与微系统协会于2007年2月12-14日在Napoli城镇举行。本书收录了本次会议上的近80篇论文，为传感器与微系统及其相关技术领域的发展提供了一个独特的视角。

传感器与微系统是一门多学科交叉的综合性学科，它涉及材料科学、化学、应用物理、电子工程、生物技术等许多领域。本书将收录的79篇论文依据其所属的不同领域共分为9个部分：1.生物传感器，包含用于血糖生物传感器的敏感元件的制备与特性等10篇文章；2.生理参数监测，包含了对一种用于糖尿病人呼吸标志物检测的氧化铟传感器的研究等4篇文章；3.气体传感器，包含用多孔硅推动硅技术的极限：一种CMOS气体敏感芯片、用基于碳纳米管的纳米复合层涂覆的薄膜体声波谐振器制成的蒸汽传感器、饮水机中水和酒精蒸发速率的检测等15篇文章；4.液相传感器，包括用于水和空气环境化学检测的基于二氧化锡颗粒层的光纤传感器等4篇文章；5.化学传感器阵列和网络，包含了一个用于易挥发性有机化合物分析的多通道的石英晶体微天平、一种用于酒质量分析的新型便携式微系统的发展等9篇文章；6.微制造与微系统，包括通过实验研究湿多孔硅的拉曼散射现象、多孔硅上高流速渗透膜在氢过滤装置中的应用等13篇文章；7.光学传感器与微系统，包括金属包层的漏波导化学和生化传感应用、结构光纤布拉格栅传感器：前景与挑战等14篇文章；8.物理传感器，包括通过多像素的光子计数快速闪烁读出等6篇文章；9.系统和电子接口，包括能够估计并联电容值的非校准的高动态范围电阻传感器前端等4篇文章。

本书介绍了传感器与微系统在意大利的发展状况与趋势，对于从事传感器与微系统方面的研究人员及工程师们，它是一本十分有价值的参考读物。

孙方敏，

博士生

(中国科学院电子学研究所)

Sun Fangmin, Doctoral Candidate