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无线压力传感器是如何将压力转化为电信号的?

张茹雪 来源:jf_41426726 作者:jf_41426726 2024-12-11 11:15 次阅读
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压阻式原理

压力感知与形变传感器内部有一个由半导体材料或金属材料制成的力敏元件,当外界压力作用于力敏元件时,它会发生形变。例如在一些工业压力测量中,当管道内压力变化施加在力敏元件上,使其产生压缩或拉伸等形变。

电阻变化:力敏元件表面通常粘贴有电阻应变片,应变片会随力敏元件的形变而发生拉伸或压缩,从而导致其电阻值发生改变 。而且这种电阻值的变化与所受到的压力大小成一定的比例关系。

电桥电路转换:一般采用惠斯通电桥电路,将电阻应变片接入电桥中。当应变片电阻变化时,电桥的平衡被打破,输出电压也随之发生变化,这个输出电压就是与压力对应的电信号。随后该电信号再经过放大、滤波等信号处理电路,进一步提高准确性和稳定性,以便于后续的测量、传输与应用。

电容式原理

电容结构与压力作用:传感器内部有两个相互绝缘的电极,形成一个电容结构,其中一个电极是可动的。当压力作用在传感器上时,可动电极会发生位移,使两极板间的距离、相对面积或介质发生变化。例如在某些高精度压力测量场景中,微小的压力变化就能使可动电极产生位移。

电容值改变:根据电容的计算公式,两极板间距离、相对面积或介质的变化会导致电容值发生改变,且电容值的变化与压力大小存在特定的函数关系。

电路转换电信号:通过配套的检测电路将电容值的变化转换为电信号。通常是将电容变化转化为电压或电流的变化,进而实现压力到电信号的转换,最后经过信号调理电路对电信号进行处理,以满足实际应用的需求。

压电式原理

压电材料的特性:利用某些晶体材料(如石英、压电陶瓷等)的压电效应,这些材料在受到压力作用时,内部会产生极化现象,从而在其表面产生电荷。比如在一些振动压力测量或动态压力测量的场合,压力变化会使压电材料产生相应的电荷变化。

电荷收集与转换:在压电材料的表面设置电极来收集产生的电荷,由于电荷的多少与压力大小成正比,所以收集到的电荷就代表了压力的大小。然后通过电荷放大器等电路将电荷信号转换为电压或电流信号,以便于后续的测量和处理 ,最终完成压力到电信号的转化。

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