6、常见物理量传感器的原理与应用

常见物理量传感器的原理与应用

在物理量的测量中，传感器起着至关重要的作用。不同类型的传感器能够精确地测量各种物理量，如机械应力、压力、振动等。下面将详细介绍几种常见传感器的工作原理和特点。

1. 机械应力和力传感器

• 表面声波（SAW）谐振传感器 ：转换器齿间距(d)对应半波长(\lambda/2)。将该传感器连接到放大器反馈并进行相移(\phi)，满足振荡条件时可创建一个机电谐波发生器，其频率为：
  [f_{osc}=\frac{v_{SAW}}{2\lambda}(1 - \frac{\phi}{\pi})]
  其中(v_{SAW})是波的速度，(\lambda = v_{SAW}/f)是其波长。SAW传感器的振荡频率由机电谐振器基频的整数倍(n)决定。
• 微机械共振传感器 ：有多种形式，如硅棱镜、双梁或隔膜形状。使用压电致动器激发振荡，通过压电、应变计和电容式压力传感器进行振荡检测。硅结构的波传播速度约为(10^3 m/s)，使用硅膜微机械传感器时，波传播速度与密度(\rho)成反比：
  [v = \frac{\alpha}{\rho}]
  其中(\alpha)是膜的形状常数，由其直径和厚度决定。
• 扭矩和传输功率传感器
  • 经典测量方法 ：通过测量发动机和负载（制动器）之间插入的变形部件的变形来测量扭矩和传输功率。
  • 应力分析 ：轴或变形部件上的机械应力切线分量与轴