第三章应变式传感器

1什么叫应变效应？用应变效应解释了金属电阻应变计的工作原理。

答：导体或半导体材料在外力作用下产生机械变形，引起材料电阻值相应变化，称为应变效应。式中k为材料的应变敏感系数，k为金属或合金应变材料的弹性极限内的常数。

金属电阻应变片的电阻相对变化量与金属材料的轴向应变成正比，因此，利用电阻应变片，可以将被测物体的应变转换成与之成正比关系的电阻相对变化量，这就是金属电阻应变片的工作原理。

2。讨论了应变片温度误差的概念、产生原因及补偿方法。

答：由测量现场环境温度与应变计校准温度的偏差引起的附加误差称为应变计温度误差。

应变片温度误差的主要原因是：（1）电阻温度系数的影响；（2）试样材料和电阻丝材料的线膨胀系数的影响。

电阻应变片的温度补偿方法有两种：线补偿法和应变片自补偿法。桥梁补偿法是最常用、最有效的线路补偿方法。应变片自补偿法采用温度自补偿应变片或双金属栅应变片代替一般应变片，使其考虑了温度补偿效应。

3什么是直流电桥？若按桥臂工作方式不同，可分为哪几种？各自的输出电压如何计算？

答：如题图3-3所示电路为电桥电路。如果电桥电路的工作电源e是直流电源，则该电桥称为直流电桥。

根据应变所处桥梁的不同工作臂，桥梁可分为：

（1） 单臂电桥，r是电阻应变计，r，r是电桥的固定电阻。其输出压为

（2） 对于差分半桥电路，r和r是应变方向相反的两个应变计，r和r是电桥的固定电阻。其输出电压为：

（3） 差动全桥电路中，r1、r2、r3、r4均为电阻应变片，相邻两桥臂应变片应变方向相反。其输出电压为：

四。建议在同一截面的悬臂梁上粘贴四个相同的电阻应变片，形成差动全桥电路

（1） 四个应变片应怎样粘贴在悬臂梁上？

（2） 画出相应的电桥电路图。

答：①如图3-4（a）所示，悬臂在外力作用下变形，梁上表面受拉应变，梁下表面受压应变。当选择四个相同的电阻应变计组成差动全桥电路时，如图3-4（b）所示粘贴应变计。

图3-4（a）等截面悬臂梁（b）应变片粘贴法（c）测量电路

② 由电阻应变计组成的差动全桥电路接线如图3-4（c）所示，应变方向相同，应变方向相同，但应变方向相反。

5. 图示为一直流应变电桥。图中e=4v，====，试求：

第四章：4-5差动变压器式传感器零残压的原因是什么？怎样减小和消除它的影响？

答：差动电压装置在零位移时的输出电压称为零残压。对零点残余电压进行频谱分析，发现其频谱主要由基波和三次谐波组成，基波产生的主要原因是传感器两个次级绕组的电气参数与几何尺寸不对称，三次谐波产生的原因主要是磁性材料磁化曲线的非线性（磁饱和，磁滞）所造成的。

消除或降低零点残余电压的主要方法有：①尽量保证传感器的几何尺寸、线圈和磁路点残数的相互对称。② 必要时传感器应设置良好的磁屏蔽和静电屏蔽。

4-6简述相敏检测电路的工作原理，以及保证其可靠工作的条件是什么？

4-10

10.电涡流的形成范围包括哪些内容？它们的主要特点是什么？

答：涡流的形成范围包括涡流的径向形成范围、涡流强度与距离的关系、涡流的轴向穿透深度。

电涡流的径向形成范围的特点为：①金属导体上的电涡流分布在以线圈轴线为同心，以（1.8～2.

5） 在半径（线圈半径）内且分布不均匀。② **环轴（即短路环中心）的涡流密度为零。③ 最大涡流密度位于附近的狭窄区域。

电涡流强度与距离呈非线性关系。且随着的增加，电涡流强度迅速减小。用电涡流传感器测量位移时，只有在0.05～0.15范围内，线性度好，灵敏度高。

涡流的轴向穿透深度按指数规律分布，即涡流密度在被测物体表面最大，随深度的增加按指数规律衰减。

第52章。如何改善单极变极距传感器的非线性？

a： 微分结构能使非线性误差减小一个数量级。

5-5问题5-5图为电容式传感器双t桥测量电路。众所周知，，，，，，。求的表达式及对于上述已知参数的值。

解：第六章压电式传感器

1.什么叫正压电效应和逆压电效应？什么叫纵向压电效应和横向压电效应？

答：有些电介质在一定方向受外力变形时，内部会发生极化，同时在其表面产生电荷。当外力被消除后，它们将回到不带电的状态，这就是所谓的压电效应。这种机械能转化成电能的现象，称为“顺压电效应”。

反之，在电介质的极化方向上施加交变电场或电压，它会产生机械变形，当去掉外加电场时，电介质变形随之消失，这种现象称为“逆压电效应”。在石英晶体中，通常把沿电轴x方向的力作用下产生电荷的压电效应称为“纵向压电效应”， 而把沿机械轴y方向的力作用下产生电荷的压电效应称为“横向压电效应”。

2.压电式加速度传感器的工作原理？

答：原理是压电晶体的电荷输出与力成正比，当敏感质量一定时，力与加速度成正比。在一定条件下，压电晶体产生的电荷量与加速度成正比。

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摘 要 无线传感器网络(WSN)与计算机网络有着巨大的差异，但是又广泛的应用于现代社会的各行各业。

现有的网络管理技术并不能满足WSN的运行，亟待解决各方面的问题。

本文在介绍WSN管理技术的基础上，集合WSN自身特性，介绍了现有的WSN管理技术需要具备的技术性能。

希望能够为WSN管理技术发展提供一定的启发。

无线传感器网络(简称传感器网络WSN)由大量的微传感器构成，在传感器安装区域完成信息收集、处理与流通功能，被越来越多的用于交通、医疗、工业自动化等智能领域，近年来随着信息化进程的深入和物联网相关技术的成熟，无线传感器网络技术的技术研究也突飞猛进;和普通计算机网络不同，传感器网络被用于特定的应用中、要求部署巨大数量的微传感器等特征，这就需要传感器网络的管理技术具有高效、灵活、安全的特性，传统计算机网络的管理技术不再适用于传感器网络管理，因此近年来传感器网络管理技术的理论和应用研究不断的取得突破性进展。

无线传感器网络与计算机网络的不同特点使得传感器网络管理技术也具有自身特点，具体表现在轻量级、开放性、自治性、高容忍、可伸缩等方面。

由于无线传感器有很多位传感器构成，其内部电量较少、存储量和通信距离有限。

每个传感器的体积都比较小、电池更换困难、成本和功耗较低、计算和存储能力较弱，这就使得传感器网络管理技术也要具备符合上述特点的轻量级特征。

传感器网络有着和计算机网络不同的软、硬件系统和通信协议，同时不同的应用环境、任务需求和任务目标也会使传感器网络有巨大差异;为了保证传感器网络与互联网和移动网络的相互连通，就要保证传感器网络管理技术具有开放性，能够与其他软硬件系统无缝联通。

传感器网络在建设和使用的过程中，单独的某个传感器是随机布置在某个位置的，如果人工对其进行运维，会消耗巨大的人力物力，这就需要传感器网络技术满足其自身智能决策的需求，保证传感器形成自适应的分布式网络，无需人工参与即可可靠运行。

无线传感器的应用环境多种多样，其低成本特性导致节点有易损坏、抗干扰弱、稳定性差等问题，这就要求传感器网络管理技术能够识别和容忍这种故障，并且保证网络信息感知和传输的可靠性。

未来的传感器网络将会覆盖非常的区域，数量差异巨大的传感器节点将会上传巨量的信息，这就要求传感器网络管理技术在应对不同数量的节点和信息时具有良好的可伸缩性能。

通过配置管理功能获取传感器网络中的数据，并通过数据来控制每个传感器的配置信息和传感器网络内的节点状态及其连接关系等网络状态。

通过配置管理功能可以让网络管理员对传感器网络的控制变得更强;由于无线传感器网络节点的电量、通信、存储等方面能力有限，配置管理就要在网络拓扑控制和重编程技术中实现。

节点通信和感知的基础就是拓扑控制，拓扑控制在WSN管理中有三个方面：拓扑发现、成簇管理和睡眠周期管理。

WSN重编程技术，WSN首次配置完成后对网络进行远程的软件升级、任务下达和功能再配置的过程。

由于WSN的工作环境多样，其性能和功能需求需要动态变化，不能可能事先生成其所有可能需要的运行条件和对应的系统配置，这就要求WSN管理系统具有自我重新编程配置功能。

WSN大多需要在无人管理的环境中长时间顺利运行，而传感器的自身质量和性能缺陷导致WSN中随时有可能会有节点出现故障。

如果传感器节点出现故障，将会把采集到的错误信息不断地上传至网络，最终导致网络管理出现问题;还有些故障会导致节点通信受阻，数据传输终端等问题。

目前，WSN故障管理可分为集中式、分布式、基于移动装置和层次式集中结构。

集中式结构中的管理者要得到整个网络的信息才能进行精准的故障管理，这种管理技术消耗了节点的很多能量;分布式管理则有更低的能量消耗，但是会消耗较多的存储空降;层次式则是集中式和分布式的混合结构，兼顾了二者特点;由于基于移动装置的结构使用环境较为特殊，可以预测分布式和层次式的管理结构是未来WSN故障管理的发展方向。

安全管理指的是通过安全管理和技术手段，保障WSN资源的保密、完整、可用性等，不会由于设备、通信协议、网络管理或者环境因素受到破坏。

安全管理的基本原则就是通过合适的技术和管理措施来确保网络资源的基本安全，从而满足传感器网络开展的安全需求。

传感器网络不同于传统网络，但又需要参考普通网络的安全管理经验，这就导致WSN网络完全在密码算法、数据完整性、数据保密性、秘钥管理技术、网络认证等方面存在不可忽视的技术难题需要突破。

性能管理功能即通过考察WSN运行情况和通信速度等参数来对传感器网络性能进行评估。

性能管理要分析和监视网络及网络提供的功能是否顺利运行，其分析结果会触发网络的自身诊断机制或引导网络开启自我重配置等。

WSN包括数据收集、分析、上传等应用功能的专门网络，其性能管理还会包括以下几个方面：

(1)使用周期管理，即网络部署到网络能力耗尽的时间;

(2)数据传输性能，包括数据传输可靠性、数据传输速度等;

(3)上述性能，才能更好的完成性能管理，促进WSN网络的高效运行。

目前，WSN的应用还只是应用于专门领域的闭合网络，对计费系统的需求没有很急迫，但是随着WSN的进一步发展和市场商业化深入，计费问题将会变得极为关键，并且伴随而来的数据安全、真实、可靠等问题也会越来越多。

WSN管理技术和理论还处在初级阶段，但是随着社会需求和相关领域的发展，WSN技术及其相关研究必将成为热点。

在WSN设计的通用性和有效性问题方面、分布式和层次式结构设计、主动网络技术、网络状态和性能的监测与优化等方面都需要进一步深入研究，对新技术进行推广，促进WSN技术的应用和发展。

[1]刘丹，钱志鸿，刘影.ZigBee网络树路由改进算法[J].吉林大学学报(工学版)，2010，40(5)：1392-1396.

[2]皇甫伟，周新运，陈灿峰.基于多层抽样反馈的传感器网络时间同步算法[J].通信学报，2009，30(3)：59-65.

【摘要】 传感器被越来越多地布置到实际的网络环境中，用于实现某些应用。

无线传感器网络已经成为了科学研究领域最前沿的课题之一，引起了工业界和学术界众多研究者的关注。

通过总结相关方面的工作，综述在不同领域中无线传感器网络的实际应用，并对具体应用的一些重要特性进行分析，在此基础上提出若干值得继续研究的方面。

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为了解决疲劳传感器在结构疲劳监测时,模拟信号传输噪声大、热输出大等引起的检测精度不高等问题,设计了一种数字疲劳传感器,此传感器采用片上系统ADuC845完成数据的'采集与处理,传感器自带稳压,高精度、低温漂供桥与参考电路.传感器能实现温度补偿、非线性校正及数字信号传输.试验证明:传感器实际分辨力达0.001Ω,时间漂移小于0.002Ω/h,抗干扰能力强,测试精度与可靠性高,完全能满足工程疲劳检测的要求.

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《传感器技术》课程涉及机械、物理、化学，光学、材料、电子、生物、半导体、信息处理等众多学科领域，属于交叉学科，是一门理论性强、与工程实践紧密结合的课程。它在本专业的职业能力培养中起着承前启后的重要作用。在教学过程中，一方面要求学生具有扎实的基础理论和专业知识，另一方面也要求教师引导学生从各种繁多的被测量和测量仪器中归纳出检测技术的一些基本原理和特性，以便举一反三、灵活应用，培养学生的综合运用能力。目前传感器技术课程的教学主要有两种方式：一为传统的按测量原理分类介绍传感器知识并基于理论假设项目教学，这种分类方法侧重于传感器的原理性知识掌握和传感器改革，这跟学生走上工作岗位后对传感器技术的应用需求不一致，且跟当前传感器的集成化、智能化等发展趋势相矛盾；二为以项目为载体进行教学，但是传感器本身种类繁多，单纯的以项目为载体进行教学涉及到的传感器太少，不足以涵盖传感器的整体状况，缺乏知识的系统性，不利于学生从整体上理解和掌握传感器技术知识。因此，结合职业院校以行业为先导、以能力为本位以及工学结合等特点，本课程改革结合以上两种方式的优点和当前传感器技术发展趋势来调整课程体系架构和教学方式。

以教育部16号文件精神为基准，根据我院自动化系电气自动化专业职业岗位的能力要求来改革课程，突出电气自动化专业学生的传感器选型与应用的职业能力培养。本课程的课程目标为培养学生传感器选型能力、典型测量转换电路设计制作能力、常见传感器安装、检测和维护能力；根据传感器技术的特点和发展趋势调整课程知识体系架构；根据该专业职业岗位的工作内容改革课程内容和能力达成项目；根据该专业职业岗位的典型工作项目来改革课程教学方法和手段。

根据我院自动化系《电气自动化专业人才培养方案》确定的职业岗位群，面向西部电气电子电器产业，本课程改革采用工学结合的方式，注重学生素质培养，主要作了以下几方面的思考与改变：

（一）课程目标的改变。从传统的着重讲解传感器结构、原理与应用向培养选型、改革和制作具体传感检测电路的能力上转变。

（二）课程体系的改变。从传统的通过按测量原理分类介绍传感器以及前些年的纯粹以项目为导向学习传感器转变为按被测量（即功能）来实施传感器的教学，以使学生在了解传感器工作原理、特性的基础上，容易根据测量对象来选择传感器；引入典型的实际工程应用项目，指导学生应用选择的传感器进行信号处理电路改革和应用。

采用系统性知识教学与模块化教学相结合的方式，真实产品作引导、任务驱动组织教学工作，以学生为中心，小组合作为基础，在真实的环境下完成传感器技术的学习性工作任务，培养学生适应职业岗位的'工作能力，实现与工作岗位零距离接触。

在典型传感器工程应用学习项目中，每个都是一个完整的工作过程，学生都会经历“资讯（信息收集）→决策（拟定方案）→计划（制定实施细则）→实施→检查→评估总结分析提高）”六个阶段，老师带着学生完成六个阶段的工作任务，手把手教学生怎样做，让学生体会每一阶段具体工作任务，为走向工作岗位、参加工作积累经验。在具体的理论、实训教学中，引入多媒体教学手段，讨论法、演讲法和反思法等微观教学法的交替使用，使教学过程丰富多彩，并且充分运用引导文等行动导向教学法，使得学生学习主动性、进取心大大增强。

本课程改革秉承“以行业为先导、以能力为本位、以学生为中心、根据实际工作所需确定教学内容”的理念，以服务为宗旨，以就业为导向，走产学结合发展道路，融“教、学、做”为一体，强化学生职业岗位能力的培养开发。整个课程以传感器的典型技术、典型应用为主线，建立了按被测量（即功能）介绍传感器技术知识和以具体工程应用项目为单元、以典型控制项目为载体的课程内容相结合的结构。理论教学方法与实训锻炼相结合激发了学生学习的兴趣，提高了教学效果，使学生掌握了传感器技术的基本理论同时，学习锻炼了根据要求实施传感器选型、典型测量转换电路设计制作、常见传感器安装、检测和维护等能力。

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从力学的观点,将被测对象混凝土构件和埋入其中的光纤光栅传感器看成是一种复合材料或复合体,首次将剪滞法理论(shear lag theory)应用于分析光栅传感器埋入混凝土构件时的应力传递规律,得到了光栅传感器的应力传递公式和应力传递系数.利用得到的`光栅传感器的应力传递公式,计算了混凝土实验构件的应力变化情况,实验证明,理论计算结果和实测数据基本吻合.

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