但在高精度测量条件下，如电子分析天平，则必需采用闭环控制引入反馈环节，提高测量精度。本论文设计了种用于高精度测量的反馈式力传感器。通过对位移量的处理输出反馈控制信号，使系统达到平衡状态。系统结构由前向通道和反馈控制两部分组成。本文给出了反馈控制模块设计制作方案，主要完成了单片机控制系统显示模块控制算法设计系统电源电路的设计，并给出了具体参数分析过程和调试结果及相应的实物图。整个控制系统设计简洁，集成度较高，控制效果较好，达到了设计要求。关键词传感器，设计第章传感器的基本知识传感器的定义传感器的分类传感器的特性传感器的线性度，灵敏度，分辨力电阻式，电阻应变式，压阻式，热电阻传感器，传感器的迟滞特性介绍第章对温度传感器的设计模拟输出传感器和数字输出传感器之间有什么差别使用温度传感器时必须考虑哪些因素温度传感器与热敏电阻有何不同什么是自动风扇转速控制第章光纤光栅传感器的应用光纤光栅传感器的优势光纤光栅的传感应用传感器设计方案第章对霍尔传感器的设计参考文献第章传感器的基本知识传感器的定义国家标准对传感器下的定义是能感受规定的被测量并按照定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。传感器是种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输处理存储显示记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。传感器的分类目前对传感器尚无个统的分类方法，但比较常用的有如下三种按传感器的物理量分类，可分为位移力速度温度流量气体成份等传感器按传感器工作原理分类，可分为电阻电容电感电压霍尔光电光栅热电偶等传感器。按传感器输出信号的性质分类，可分为输出为开关量和或开和关的开关型传感器输出为模拟型传感器输出为脉冲或代码的数字型传感器。传感器的特性传感器的特征包括静态特征和动态特征。传感器的静态特性是指对静态的输入信号，传感器的输出量与输入量之间所具有相互关系。因为这时输入量和输出量都和时间无关，所以它们之间的关系，即传感器的静态特性可用个不含时间变量的代数方程，或以输入量作横坐标，把与其对应的输出量作纵坐标而画出的特性曲线来描述。表征传感器静态特性的主要参数有线性度灵敏度分辨力和迟滞等。所谓动态特性，是指传感器在输入变化时，它的输出的特性。在实际工作中，传感器的动态特性常用它对些标准输入信号的响应来表示。这是因为传感器对标准输入信号的响应容易用实验方法求得，并且它对标准输入信号的响应与它对任意输入信号的响应之间存在定的关系，往往知道了前者就能推定后者。最常用的标准输入信号有阶跃信号和正弦信号两种，所以传感器的动态特性也常用阶跃响应和频率响应来表示。传感器的线性度，灵敏度，分辨力通常情况下，传感器的实际静态特性输出是条曲线而非直线。在实际工作中，为使仪表具有均匀刻度的读数，常用条拟合直线近似地代表实际的特性曲线线性度非线性误差就是这个近似程度的个性能指标。拟合直线的选取有多种方法。如将零输入和满量程输出点相连的理论直线作为拟合直线或将与特性曲线上各点偏差的平方和为最小的理论直线作为拟合直线，此拟合直线称为最小二乘法拟合直线。灵敏度是指传感器在稳态工作情况下输出量变化对输入量变化的比值。它是输出输入特性曲线的斜率。如果传感器的输出和输入之间显线性关系，则灵敏度是个常数。否则，它将随输入量的变化而变化。灵敏度的量纲是输出输入量的量纲之比。例如，位移传感器，在位移变化时，输出电压变化为，则其灵敏度应表示为。当传感器的输出输入量的量纲相同时，灵敏度可理解为放大倍数。提高灵敏度，可得到较高的测量精度。但灵敏度愈高，测量范围愈窄，稳定性也往往愈差。分辨力是指传感器可能感受到的被测量的最小变化的能力。也就是说，如果输入量从非零值缓慢地变化。当输入变化值未超过数值时，传感器的输出不会发生变化，即传感器对此输入量的变化是分辨不出来的。只有当输入量的变化超过分辨力时，其输出才会发生变化。通常传感器在满量程范围内各点的分辨力并不相同，因此常用满量程中能使输出量产生阶跃变化的输入量中的最大变化值作为衡量分辨力的指标。上述指标若用满量程的百分比表示，则称为分辨率。电阻式，电阻应变式，压阻式，热电阻传感器，传感器的迟滞特性介绍电阻式传感器是将被测量，如位移形变力加速度湿度温度等这些物理量转换式成电阻值这样的种器件。主要有电阻应变式压阻式热电阻热敏气敏湿敏等电阻式传感器件。传感器中的电阻应变片具有金属的应变效应，即在外力作用下产生机械形变，从而使电阻值随之发生相应的变化。电阻应变片主要有金属和半导体两类，金属应变片有金属丝式箔式薄膜式之分。半导体应变片具有灵敏度高通常是丝式箔式的几十倍横向效应小等优点。压阻式传感器是根据半导体材料的压阻效应在半导体材料的基片上经扩散电阻而制成的器件。其基片可直接作为测量传感元件，扩散电阻在基片内接成电桥形式。当基片受到外力作用而产生形变时，各电阻值将发生变化，电桥就会产生相应的不平衡输出。用作压阻式传感器的基片或称膜片材料主要为硅片和锗片，硅片为敏感材料而制成的硅压阻传感器越来越受到人们的重视，尤其是以测量压力和速度的固态压阻式传感器应用最为普遍。热电阻传感器主要是利用电阻值随温度变化而变化这特性来测量温度及与温度有关的参数。在温度检测精度要求比较高的场合，这种传感器比较适用。目前较为广泛的热电阻材料为铂铜镍等，它们具有电阻温度系数大线性好性能稳定使用温度范围宽加工容易等特点。用于测量范围内的温度。迟滞特性表征传感器在正向输入量增大和反向输入量减小行程间输出输入特性曲线不致的程度，通常用这两条曲线之间的最大差值与满量程输出的百分比表示。第章对温度传感器的设计温度传感器有四种主要类型热电偶热敏电阻电阻温度检测器和温度传感器见下表。温度传感器又包括模拟输出和数字输出两种类型。热电偶应用很广泛，因为它们非常坚固而且不太贵。热电偶有多种类型，它们覆盖非常宽的温度范围，从到。它们的特点是低灵敏度低稳定性中等精度响应速度慢高温下容易老化和有漂移，以及非线性。另外，热电偶需要外部参考端。精度极高且具有中等线性度。它们特别稳定，并有许多种配置。但它们的最高工作温度只能达到左右。它们也有很大的，且价格昂贵是热电偶的倍，并且需要个外部参考源。模拟输出温度传感器具有很高的线性度如果配合个模数转换器或可产生数字输出低成本高精度大约小尺寸和高分辨率。它们的不足之处在于温度范围有限，并且需要个外部参考源。数字输出温度传感器带有个内置参考源，它们的响应速度也相当慢数量级。虽然它们固有地会自身发热，但可以采用自动关闭和单次转换模式使其在需要测量之前将设置为低功耗状态，从而将自身发热降到最低。与热敏电阻和热电偶传感器相比，温度传感器具有很高的线性，低系统成本，集成复杂的功能，能够提供个数字输出，并能够在个相当有用的范围内进行温度测量。温度测量传感器比较。模拟输出传感器和数字输出传感器之间有什么差别模拟输出传感器输出与温度成正比的电压或电流，而数字输出传感器通过其内置的将将传感器的模拟输出转换为数字信号。温度传感器的实际检测是采用个简单的晶体管结，通过测量其基极发射极结电压检测温度变化。结两端的电压具有大约的固有温度依赖关系见图。这也被称为二极管温度传感器。通过内置对传感器的模拟输出进行数字化，可以得到其数字输出。图本图示出硅二极管的电阻响应特性与温度的关系曲线。使用温度传感器时必须考虑哪些因素有两个主要考虑因素需要测量什么和必须以多高的精度进行测量。这两个因素受使用的传感器类型和它与温度测量点的相对位置即传感器的安装位置的影响。这点对于像传感器这样的固有自身发热传感器很重要，因为它测量的温度实质上是晶体管结二极管本身的温度。对于温度测量，如本地温度，温度测量并不那么直接。精确的测量方法是使用个集成在之内的温度二极管监测器见图。图可将温度二极管测量电路集成到在上的本地温度传感器，或在印制电路板上作为个分立二极管连接晶体管。温度传感器与热敏电阻有何不同尽管这两种传感器都具备小外形尺寸并且提供模拟输出，但传感器具有更高的线性和更宽的工作温度范围。它可以集成其它的内置功能，例如提供数字输出的，数模转换器参考电压源和风扇控制电路。传感器集成复杂电路的能力意味着比热敏电阻的总系统成本低热敏电阻需要许多附加的外部元件，并且随着制造线宽的进步缩小，传感器的封装尺寸也将减小。数字输出温度传感器比模拟输出温度传感器有哪些优势与其它三种主要类型温度传感器热电偶和热敏电阻不同，数字输出温度传感器不需要外部线性化电路转换。此外，由于其集成特性，它们自然会降低成本。它们可与常见的计算机总线例如总线总线和等连接。而且，它们允许与远端其它传感器进行通信，以完成些控制任务例如风扇转速控制和总体系统温度控制。什么是自动风扇转速控制自动风扇转速控制实际上是使用个本地数字输出温度传感器来检测的实际管芯温度。将传感器的输出馈送给个控制散热风扇转速的脉冲宽度调制器或。这样可将的温度保持在设计要求之内见图。风扇转度控制在消费电子产品中正变得越来越重要，在此类应用中，减小风扇声学噪音降低功耗和提高可靠性都是重要改进因素。图这简单的低成本驱动电路控制散热风扇的转速。第章光纤光栅传感器的应用光纤光栅传感器的优势与传统的传感器相比，光纤光栅传感器具有自己独特的优点传感头结构简单体积小重量轻外形可变，适合埋入大型结构中，可测量结构内部的应力应变及结构损伤等，稳定性重复性好与光纤之间存在天然的兼容性，易与光纤连接低损耗光谱特性好可靠性高具有非传导性，对被测介质影响小，又具有抗腐蚀抗电磁干扰的特点，适合在恶劣环境中工作轻巧柔软，可以在根光纤中