电容式传感器篇1
在高度发达的现代社会中，科学技术的突飞猛进和生产过程的高度自动化已成为社会发展的必然趋势，而它们的共同要求是必须建立在强大的信息工业基础上。人们只有从外界获取大量准确、可靠的信息，再经过一系列的科学分析、处理、加工，才能认识和掌握自然界中的各种现象及其相关发展变化规律，进而促成科学技术的发展。现代信息技术的三大基础是信息采集，信息传输和信息处理，而信息采集用到的便是传感器技术。传感器是信息采集系统的首要部件，是实现现代化测量和自动控制的主要环节。
传感器，Transducer or Sensor，是一种能感受被测量并按一定的规律转换成有用（与之有对应关系的且易于处理和控制）输出信号的器件或装置，它由三部分组成：敏感元件、转换元件和测量电路。传感器的分类方式有多种，其中按照工作原理分类，可分为：电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、压电式传感器、霍尔式传感器、光电式传感器、热敏式传感器。而这里要论述的是电容式传感器。
电容式传感器是一种把非电物理量转换成与之有确定对应关系的电容量，再通过测量电路转换成电压（或电流）信号的一种装置。它在非电量检测中应用十分广泛。
电容式传感器具有温度稳定性好、结构简单、动态响应好、可实现非接触测量等优点；但电容式传感器的泄漏电阻和非线性等缺点也给它的应用带来了一定的局限性。随着材料、工艺、电子集成技术的发展，使电容式传感器的优点得到了发扬，而缺点也在不断的克服中，电容式传感器逐渐成为高灵敏度、高精度的传感器。
一、电容式传感器的工作原理
电容式传感器实质是一种有可变参数的平行板电容器。平行板电容器是由两块相距很近的平行金属板，中间夹上一层绝缘物质构成。其中这两块金属板称为电容器的极板，绝缘物质称为电介质。电容器的电容量与两极板间介质的介电常数、两极板的相对覆盖面积，两极板间距离有关。这三个参数的改变均使电容C发生变化。因此可以固定其中两个参数不变，而使另外一个参数改变。如果变化的参数与被测量之间存在一定的函数关系，那被测量的变化就可以直接由电容的变化反映出来。由此，可以把电容式传感器分为三种类型：
1.变面积式电容传感器――两极板的相对覆盖面积变化，介电常数、极板间距离不变。
2.变极距式电容传感器――极板间距离变化，介电常数、极板的相对覆盖面积不变。
3.变介电常数式电容传感器――介电常数变化，极板的相对覆盖面积、极板间距离不变。
二、电容式传感器的测量电路
电容式传感器的测量电路主要是把电容转换为电压（或电流）输出，常用的测量电路有：普通交流电桥、紧耦合电感臂电桥、变压器电桥、双T电桥电路、运算放大器测量电路、脉冲调制电路、调频电路。
三、电容式传感器在应用中应注意的问题
（一）温度的影响
物质有热胀冷缩的特性，电容器也不例外，当环境温度改变时，电容式传感器的各部件的几何尺寸和相对位置将发生变化，由于电容器因为极板间距很小而对结构尺寸的变化特别敏感。此外电介质的介电常数也会因为温度的变化而发生改变。而要减小温度对测量结果的影响，可采取以下方式：
（1）在设计电容式传感器时，选择合理的极板间距。
（2）在制造电容式传感器时，选用温度膨胀系数小，几何尺寸稳定的材料及电介质。
（3）测量电路采用差动对称结构。
（二）电容电场的边缘效应
所谓电容电场的边缘效应指的是在极板的边缘附近，电场分布是不均匀的，这就相当于传感器并联了一个附加电容，导致传感器的灵敏度下降和非线性增加。为了减小边缘效应对测量结果的影响，可采取以下措施：
（1）在制造电容器时，选择合理的初始电容量。
（2）加装等位环。具体做法为：在极板A的同一平面内，加一个同心环面G。A和G在电气上相互绝缘，二者之间的间隙越小越好。使用时必须保持A和G等电位，故而称G为等位环。这样可使极板边缘处的电场接近匀强电场了。
（三）寄生电容的影响
任何两个彼此绝缘的导体均可构成电容器。电容式传感器除了两个极板间的电容外，还可以与周围导体产生电容联系。这种电容称为寄生电容。有些电容式传感器本身电容很小，那么寄生电容就会使传感器电容量发生明显改变。而且寄生电容极不稳定，从而导致传感器特性的不稳定，对传感器产生严重干扰。
为了克服寄生电容的影响，必须对传感器进行静电屏蔽，即将电容器极板放置在金属壳内，并将壳体良好接地。同时，电极引出线也必须用屏蔽线，且屏蔽线外套也要良好接地。
四、电容式传感器应用举例
（一）电容式接近开关
测量头构成电容器的一个极板，另一个极板是物体本身，当物体移向接近开关时，物体和接近开关的介电常数发生变化，使得和测量头相连的电路状态也随之发生变化，由此便可控制开关的接通和关断，接近开关的检测物体，并不限于是金属导体，也可以是绝缘的液体或粉状物体。
（二）电容式键盘
常用的键盘有两种：机械按键和电容按键两种。电容式键盘是基于电容式开关的键盘，原理是通过按键改变电极间的距离产生电容量的改变，暂时形成震荡脉冲允许通过的条件。这种开关是无触点非接触式的，磨损率小。
（三）电容式指纹传感器
电容式指纹传感器有单触型和划擦型两种，是目前最新型的固态指纹传感器，它们都是通过在触摸过程中电容的变化来进行信息采集的。当指纹中的凸起部分置于传感器电容像素电极上时，电容会有所增加，通过检测增加的电容来进行数据采集。
（四）电容式听诊器
医学上常用的电容式听诊器是一种单电容式压力传感器，一个极板在听诊器的内部，另一极板为听诊器的膜片。当绷紧的膜片受声压作用，极板间距发生变化，从而使电容器的电容发生变化，电容的变化与声压的大小在一定范围内呈线性关系。
电容式传感器篇2
我们所处的时代是信息时代，信息的获取、检测要靠传感器和传感技术来实现。传感器越来越广泛地应用于航空、常规武器、船舶、交通运输、冶金、机械制造、化工等技术领域。电容式压力传感器是一种利用电容敏感元件将被测压力转换成与之成一定关系的电量输出的压力传感器。压力传感器是目前所有传感器种类来说，是使用最多的传感器，它的市场占有量也不不可估量的，那么它的各项技术也得根据市场需要，进行不断的改进和完善，以适应各个领域越来越苛刻的环境。
1.电容式压力传感器工作原理及其数学模型
1.1结构介绍
电容式压力传感器主要由一个膜式动电极和两个在凹形玻璃上电镀成的固定电极组成差动电容器即敏感元件。敏感元件是由隔离膜片、电容固定极板、测量膜片、灌充液组成，以测量膜片为中心线轴对称，测量膜片与两侧的金属模构成一对相等的平行板电容。如图1所示。
图1 敏感元件结构图
1.2工作原理
当被侧压力或压力差作用于膜片并产生位移时，形成的两个电容器的电量一个增大、一个减小。该电容值的变化经测量电路转换成与压力差相对应的电流或电压的变化。
图2 电容式压力传感器工作原理图
1.3压力—电容转换
如图3所示，被测压力通过高压侧隔离膜片，加到灌充液，液体流过瓷心孔进入腔室，将压力加到测量膜片上，膜片受力后发生位移，测量膜面与两侧构成的电容值随之变化，低压侧电容增加，高压侧电容减少。
图3 平行板电容器
厚膜片位移与差压转换关系如下：
d=··P=KP d≤t （ 公式1）
其中：
μ：伯桑系数；R：膜片周边半径；d：膜片中心处位移
t：膜片厚度；P：被测差压；E：膜片材料的杨氏弹性恒量
薄膜片具有初始张紧，其位移与差压转换公式如下：
d=·P=K'P （公式2）
差压作用于室时，中心膜片的位移 与差压成正比。
1.4位移—电容转换
由于固定极板凹面直径很大，可视为平行板电容器，平行板电容C=。
ε为平行板中间介质的介电常数；
A平行板电容的面积；
d平行板电容两端间距。
PH：高压室所受压力；PL：高压室所受压力。
当两边压力相等时即PH=PL，初始电容量C=C=K
当PH>PL，测量膜片位移为d，此时低压侧的电容为C=K（d0-d），高压侧电容为CH=K（d0+d），取=
d·K2=
（公式3）
由公式2、公式3可知P·K·K=
（公式4）
改变结构系数K1即可实现不同量程的测量，将位移量转换成
的变化。
1.5电容比—电流的转换
解调器将流过CL、CH的交流电流解调成直流电流IL、IH，原理图如图4
图4
2.电容式压力传感器的性能
2.1静态特性
当被测量X不随时间变化，或随时间的变化程度远缓慢与传感器固有的最低阶运动模式的变化程度时，传感器的输出量Y与输入量X之间的函数关系。因为这时输入量与输出量都和时间无关，所以他们之间的关系即传感器的静态特性可用一个不含时间变量的代数方程，或以输入量做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。
2.2动态特性
当被测量X随时间变化，而且随时间的变化程度与传感器固有的最低阶运动模式的变化程度相比不是缓慢的变化程度时，传感器的输出量y与输入量X之间的函数关系。
在实际工作中，传感器的动态特性常用它对某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一定的关系，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。
3.影响电容式压力传感器精度的因素
电容式压力传感器直接接触或接近被测对象而获取信息，与被测对象同时都处于扰的环境中，不可避免地受到外界的干扰。压力传感器如果说它的抗干扰能力不过硬，那么在它的价值上，也是个相差很大的，因为的应用范围受了很大的限制，所以市场前景也是得不到扩大的，提高抗体干扰性是不容忽视的问题。
3.1温度影响
由于电容式传感器极间隙很小而对结构尺寸的变化特别敏感。在传感器各零件材料线性膨胀系数不匹配的情况下，温度变化将导致极间隙较大的相对变化，从而产生很大的温度误差。为减小这种误差，应尽量选取温度系数小和温度系数稳定的材料，如电极的支架选用陶瓷材料，电极材料选用铁镍合金。近年来又采用在陶瓷或石英上进行喷镀金或银的工艺。化工冶金锅炉等高温环境下的压力测试还可以通过改善敏感元件电容器的物理特性改变传感器的尺寸进一步提高传感器的工作范围灵敏度等。
3.2静压影响
金属电容两边受压，压力经隔离膜片传递到内部中心膜片上。从图5可以看出传感器内部的压力从中心向四周方向分布，X方向的应力得到全部抵消，但是Y方向的应力q全部加在传感器的外壳上。由于结构尺寸的原因，越靠近中心结构越单薄，传感器的抗压能力越差，尤其是中心膜片处结构强度最为薄弱。在高静压下，中心点处产生一个最大的扰度。在高静压下中心膜片向外的张紧力增加，膜片的紧绷程度相对工作静压为零时得到加强，并且工作静压越大其紧绷程度越大，中心膜片随差压的位移变小，产生误差。并且静压影响绝对误差，工作静压越大其量程的静压误差越大。至于零位的静压误差，则表现为方向的不确定，这主要由焊接应力和传感器的个性相关，不具有规律性。通过提高制造加工精度来减小静压误差。
图5 应力分布和扰度变化图
3.3边缘效应的影响
边缘效应不仅使电容传感器的灵敏度降低，而且产生非线性。为了消除边缘效应的影响，可以采用带有保护环的结构。保护环与定极板同心、电气上绝缘且间隙越小越好，同时始终保持等电位，以保证中间各种区得到均匀的场强分布，从而克服边缘效应影响。为减小极板厚度，往往不用整块金属板做极板，而用石英或陶瓷等非金属材料，蒸涂一层金属膜作为极板。
3.4寄生电容的影响
电容式压力传感器测量系统寄生参数的影响，主要是指传感器电容极板并联的寄生电容的影响。由于电容传感器电容量很小，寄生电容就要相对大得多，往往使传感器不能正常使用。消除和减小寄生电容影响可缩小传感器至测量线路前置极的距离将集成电流的发展、超小型电容器应用于测量电路。可使得部分部件与传感器做成一体，这既减小了寄生电容值，又使寄生电容值也固定不变了。 [科]
【参考文献】
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[2]徐坚.金属电容式传感器的静压影响误差.自动化仪表.TP202.201103.
电容式传感器篇3
一、概述
油水界面探测器具备如下功能：
1. 油水界面探测器可探测气油界面、油水界面的位置。测量探头所处位置的介质（气体、油或水）温度。
2．采用系统“自学习”校正设计方案简化了生产工艺，并提高气油界面、油水界面的位置测量精度及介质温度精度。
3．数字式液面数据处理显示仪表可对系统测量精度进行校正，数据处理，显示、报讯。
4．利用液晶显示器显示各种校正或测量提示信息、测量数值及状态信息。
油水界面探测器由微处理器液面/温度传感器、数字式液面数据处理显示仪表及绝缘卷尺组成。
图1 油水界面探测器的系统组成图
图1中所示, 带微处理器液面/温度传感器主要由电容传感器、温度传感器、测量信号调理电路、放大器、带A/D转换器器的微处理器、串行接口及微型开关电源（图中未示出）组成；数字式液面数据处理显示仪表由串行接口、微处理器、液晶显示屏、Flash存储器及微型开关电源（图中未示出）等组成。
本探测器较之其他现有液位、液面测量仪表，具备以下特长：
1、用高性能的电容量测量及调理集成电路,提高测量精度，而且不受周围环境的影响。
2、用系统“自学习”校正校准方案，提高测量准确性。
3、用双CPU组成测试系统,以数字形式进行传输,提高仪表的可靠性。
传感器配备微处理器对信号进行预处理后,以数字形式进行传输。
主机的微处理器接收到数字信号,进行后处理后再显示和报讯。
4、在传感器中已配备温度传感器以测量温度,同时只需增加极少的硬件开支，如，压力式液位传感器测量液体深度，以实现多参数的同时测量。
5、采用微型高效率开关电源集成电路,提高干电池的电源利用效率。
6、液面传感器可以有继电器输出控制型和串行数据输出型，作为付产品“液位开关”。
二、液面测量原理
本设计的油水界面探测器采用电容传感器作为探头。根据不同介质的相对介电系数不同而引起电容变化的原理以测量介质的界面。假设电容器为两平板结构，作绝缘处理后的电容器两极间浸入不同的介质中，由于电容器极板中的介质相对介电系数不同，电容量是不同的；而当电容器两极板处在两不同介质的界面处，当液体介质的液面发生变化，也将导致电容器的电容量也发生变化。作为界面探测器其重点是后者，即检测电容传感器在气油界面、油水界面位置变化导致电容器的电容量变化情况。
电容传感器极板处在大气中、浸入不同液体或浸入不同液体深度不同，其电容量的变化，本设计采用专用的信号调理电路把电容量转换比例电压输出。在大气中相对介电常数为1，电容传感器的电容量为C0，经调理转换后输出电压为V0，在油品中相对介电常数变大，在水中相对介电常数更大，电容传感器的电容量将随着浸入不同液体深度加大而变大，经调理转换后输出电压也将随之变大。这电压信号再经放大器放大和A/D转换，得到不同的A/D值。A/D值的大小表明传感电容器所处的介质或淹没入油、水介质的深度。
本油水界面探测器采用两通道A/D转换器，其中一通道用于测量传感电容传感器的输出电压，另一通道用于温度信号的测量。微处理器控制数据的采集并进行数据预处理后，以数字形式用一定格式通过串行接口把两个数据传送往显示仪表。
在油水界面探测器中，液面传感器的关键器件是电容信号调理电路CAV414。CAV414是一种专为电容传感器而设计的通用性强、多用途集成电路，该芯片内包含有完整的信号处理单元。（见图2）CAV414芯片内含基准振荡器，其振荡频率可由基准振荡电容Cosc和Rosc来调整，基准振荡器驱动2个同步积分器，而在电阻（Rcx1+W0）和Rcx2值相同时，电容Cx1和（Cx2+Cx）则决定2个被驱动的积分器的积分电压幅度，即积分器的积分电压幅度差别反映了电容Cx1和（Cx2+Cx）的相对容量差。CAV414具有很高的共模抑制比和分辩率。它的差分信号端可由低通滤波器来进行处理和限定，而低通滤波器的角频率和增益也由几个外接元器件来调节，输出信号幅度也可由内部放大器进行预放大，放大倍数可由RL1/RL2及R1/R2确定。
电容式传感器篇4
文献标识码：A
文章编号：1004-373X(2011)09-0190-03
Vehicle Load Detection System Based on Differential Capacitance Sensor
CHEN Mei
(Department of Physics and Information Engineering,Shangqiu Normal University,Shangqiu 476000,China)
Abstract： Aiming at the shortage of present vehicle load detection system,a capacitive vehicle load detection system is introduced. In the system,the load detection sensor used differential structure,which greatly improved the measurement sensitivity and non-linear,the capacitance measurement circuit used differential pulse width modulation integrated circuit,data acquisition and processing used STC89LE516AD single chip which has its own A / D converter,data communication used wireless communication mode. This load detection system has simple structure,low cost,easy installation,reliable performance,simple measurement circuit and good anti-jamming. The system can be used for traffic data collection and portable measurement,and has good application prospects.
Keywords： vehicle load detection; differential capacitance sensor； STC89LE516AD chip; wireless communication
0 引 言
随着公路运输业和商业贸易的不断发展，车辆载荷检测技术已成为测量领域研究的重点。目前比较常用的车辆动态载荷检测传感器主要有弯板、压电轴、单传感器、车载电容传感器及光纤传感器［1-4］。这些载荷检测传感器多适用于固定式安装，对路面情况要求较高，即使一些便携式车辆载荷检测传感器也因为重量过重、体积过大的缺点无法真正实现便携测量。同时，一些传感器测量技术过于复杂，传感器价格过于昂贵。因此，为了减小安装和维护成本，提高车辆动态载荷检测系统的便携性，本文提出了一种电容式车辆载荷检测系统，该系统中载荷检测传感器采用差动式结构，大大提高了测量的灵敏度和非线性，电容测量线路采用差动脉冲宽度调制集成测量电路，数据的采集和处理采用自带A/D转换器的STC89LE516AD单片机芯片，数据通信采用无线通信模式。这种载荷检测系统结构简单，成本低廉，安装方便，差动式电容载荷传感器抗干扰能力强、动态响应好、测量范围宽、灵敏度高、稳定性能好。
1 差动式电容车辆载荷检测系统
差动式电容车辆载荷检测系统如图1所示。
图1 差动式电容车辆载荷检测系统组成框图
车辆载荷检测装置为便携式，使用时铺设在路面上。手持装置为测量系统控制单元，通过无线通信方式对检测装置发出指令和接收数据。载荷检测传感器采用差动式电容载荷传感器［5］，传感器将载荷的变化转变为电容值的变化。电容测量电路采用独特的差动脉冲宽度调制集成电路，将来自于差动式电容载荷传感器的极其微弱的电容信号采集出来，并转化成易于检测的电压信号。数据处理模块采用内部自带8路8位A/D转换器的电压输入型STC89LE516AD单片机芯片。数据处理模块对信号进行A/D转换、数据采集、数据处理，之后，将处理后的载荷结果输出。为了减少线路铺设的麻烦，增加工作人员的安全性，检测系统的数据通信采用无线通信装置。
2 差动式电容载荷传感器结构及工作原理
差动式电容载荷传感器结构示意图如图2所示。它主要由测量头、外壳、敏感元件(弹性体)、定极柱、动极柱、电极、等位环、引出线等构成。其特点为：测量范围宽；灵敏度高，便于拾取信号；极板间不接触、不变形、不磨损，机械损失小、寿命长；电容传感器受温度影响小；动态性能好；结构简单、适应各种恶劣环境和场合。
图2 差动式电容载荷传感器结构示意图
传感器的测量头和壳体为间隙配合，两者之间可相对滑动，并有定位螺钉定位测量头的初始位置，定位螺钉同时也起到测量头滑动时的定向作用，还可使施力物体保持相对稳定。测量头由敏感元件(弹性体)支撑，它受外力作用后把该力传给敏感元件。敏感元件(弹性体)位于测量头和壳体之间，起感受外力并按一定关系转化为机械位移量的作用。动、定极柱为中空圆柱型，其表面镀有电极。动极柱与测量头粘接为一体，随测量头一起滑动。定极柱与壳体粘接为一体，相对固定不动。在动、定极柱电极的两端均设有等位环，以减小电容边缘效应，提高测量精度。
当差动式电容载荷传感器受外力F作用时，测量头把该力传给敏感元件，敏感元件是弹性系数为k的弹性体，在该力作用下发生弹性变形，其变形量d与作用的外力成正比。敏感元件的变形使得测量头以及动极柱上的电极移动同样的距离d。此时，差动电容载荷传感器的电容值将产生相应的变化，其变化量为Δc，测量头移动的距离d与传感器输出电容的变化量Δc成正比。由此可知，被测物体所受外力F与差动式电容载荷传感器的输出电容变化量Δc成正比，即：F=kL2c0Δc(式中，k为敏感元件的弹性系数;L为动极柱与定极柱初始覆盖部分长度;c0为单个电容电极间的初始电容)。只要由测量电路检测出电容的变化量Δc，就可知物体所受的外力F。
3 电容测量电路
差动式电容载荷传感器是将被测载荷的变化转换为电容量的变化输出，而电容传感器所产生的电容量很微小，电容极板引线与地之间产生的杂散电容往往大于被测电容。因此小电容转换测量技术一直被人们所重视。然而，一般的检测电路结构比较复杂，精确度较低，不能满足测量要求。为了提高测量的灵敏度，针对差动式电容载荷传感器，在基于四相检测技术的电荷转移式电容检测电路［6］的基础上，设计采用了差动脉冲宽度调制集成测量电路［7］，该电路具有集成度高、实现了电容传感器头有源化、输出脉冲方波、省去高频激励信号源、功耗低、抗干扰能力强、分辨率高等特点，尤其适合差动式电容传感器的测量。其内部结构框图如图3所示，图中的虚线框内为差动式电容传感器的两个可变电容C1和C2。
图3 差动脉冲宽度调制集成电路内部结构框图
工作原理如下:设直流电源接通时，Q端为高电平，Q端为低电平，则信号控制单元使充放电网络1向电容C1充电，C1上电压渐升，一旦达到电路控制电平值，信号处理单元使Q端立即变为低电平，而Q端为高电平；此时，电容C1上的电压经充放电网络1迅速放电至零，同时信号控制单元使充放电网络2向电容C2充电，C2上电压渐升，一旦达到电路控制电平值，信号处理单元再次使Q端为高电平，Q端为低电平；于是又开始下一周期的C1充电C2放电，……，如此周而复始，在差动脉冲宽度调制集成电路的输出端各产生一串其宽度受C1和C2电容变化量控制的矩形方波。当C1=C2时，Q和Q端电压波形反相对称，从Q端与Q端取出的两个平均值电压之差将等于零。当被检测的载荷使电容C1>C2时，两输出端的电压平均值之差为：V0=ΔddV1 (其中V1为充电网络输入的电压值)，可获得较好的线性度。
4 数据采集与处理
数据的采集与处理单元采用自带A/D转换器的STC89LE516AD单片机芯片，完成数据采集、模数转换、数据处理以及驱动显示单元。当时钟在40 MHz以下时，每17个机器周期可完成一次A/D转换。STC89LE516AD单片机与差动脉冲宽度调制集成电路结合起来，完成电容传感器的检测。其主程序和A/D转换程序流程图如图4,图5所示。
图4 STC89LE516AD芯片主程序
图5 A/D转换子程序
5 数据通信
数据的传输采用无线通信模块。利用nRF401无线收发芯片和控制单片机89C52实现差动式电容车辆载荷检测系统中的无线通信，具有硬件电路简单、成本低廉、编程简便、通信可靠性高等优点［8］。无线通信技术在车辆载荷检测系统中的应用，使执法人员可以方便地通过手持仪器对公路车辆进行不停车载荷检测，大大提高了工作效率。
无线通信装置包括载荷检测装置和手持装置两部分。载荷检测装置接收手持装置的指令，向手持装置输送载荷结果，必要时向手持装置输送车辆类型、车牌号数据，进行误差校正；手持装置中超声波信号发射和数据接收装置向载荷检测装置发出指令，接收来自载荷检测装置的数据；单片机系统接收数据后送给显示装置，并可以与PC机建立数据联系；PC机形成局域网后，可以完成信息收集、显示、查询、检索以及数据分析统计、处理、存储等多项工作。
从图1中可以看出，载荷检测装置对车辆的载荷进行检测和处理，从单片机按照控制命令接收车辆的载荷检测装置的数据，与主机进行数据通信。图6为从单片机构成的显示及收发控制系统的硬件组成框图，主要包括采集与数据处理模块、看门狗、复位电路、电源监控电路、实时时钟电路、无线收发模块、控制单片机、信息输出单元等部分。控制单片机选用Atmel公司的89C52。
图6 从机显示及收发控制系统硬件结构框图
图1中的手持仪器为主机，主机的硬件结构框图如图7所示，由控制单片机、显示电路、看门狗、复位电路、电源监控电路、实时时钟电路、按键、无线收发模块，以及串行通信电路组成。
图7 主机硬件结构框图
当道路管理人员按动手持仪器的控制按键，要求读取数据，主机接到命令后，向从机发送命令，通过无线收发模块接收从机载荷数据，然后在手持仪器的显示屏幕上显示载荷信息和车辆有关信息，并且可以根据需要通过串口通信上传至道路管理部门的计算机。与从机相比，主机多了一个用来与计算机通信的串行口。此串口采用RS 232标准，可用MAX232芯片实现。
6 结 论
基于差动式电容传感器的车辆载荷检测系统，具有机械结构简单、性能可靠、测量电路简单、抗干扰性好、体积小、性价比高等特点。实际的试验测试结果表明，该车辆载荷检测系统对车辆进行动态载荷检测，车辆总载荷的测量误差在10%以内，其精度优于ASTM E131-02给出的Ⅰ类WIM(Weigh-in-Motion)系统精度 (置信95%时总重误差±10% ) ，可用于交通数据采集，尤其适合公路稽查人员进行便携式测量，具有良好的使用前景。
参考文献
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电容式传感器篇5
文章编号：1004-373X(2011)20-0164-03
Study on Detection Method of Lubricating Oil Quality by Parallel Electrode Capacitance Sensor
HOU Xiao-ya, ZHANG Ying-tang, LI Zi-ning
(Ordnance Engineering College, Shijiazhuang 050003, China)
Abstract：The microcosmic cause of dielectric constant changes is analyzed. Based on this principle of dielectric constant measurement, in order to measure lubricating oil quality, considering SNR and other factors, the parallel electrode capacitance sensor was designed. The testing experiments were carried out on the lubricating oil sample in different application period with resonance method. The windage of maximun deviation is 4.8%. The data is processed by using formula which takes axial edge effect into account. The results show that changes of lubricating oil's dielectric constant can be detected effectively without changing the oil tube in the machine, which can provide reference for estimating the state of lubricating oil.
Keywords： lubricant lubricating oil monitoring; dielectric constant; capacitance sensor
油在使用一段时间后，由于外界杂质的侵入和本身的氧化、凝聚、水解和分解等原因［1］，会使油液的介电常数值发生变化。使用电容传感器测量油液的介电常数可以反映油品质、磨损故障等信息。当前的离线油质分析仪不能完全准确地反映整体油液的质量信息，在油液中磨粒较大、分布不均匀的情况下尤为明显。本文设计了一种用于现场快速检测的电容传感器，该传感器成本低廉、使用方便，外接电路后可快速检测油的使用状况。
1 油介电常数测量原理
油是一种复杂的烃类混合物，可以把它作为┮恢值缃橹世纯悸恰K孀湃蠡油使用期的增加，其性能衰变主要体现在以下几个方面：
（1） 油内部组分长期与空气接触发生氧化反应；
（2） 粘度指数改进剂、抗氧剂、抗磨剂等添加剂损耗；
（3） 外部污染，包括水污染、乙二醇污染、固体颗粒污染等。
油被氧化、添加剂损耗会导致分子极性变化；水的进入会产生H+，OH-离子；酸值的变化伴随着H+，RCOOˉ离子的产生；金属磨粒会产生自由电子［2］。以上几种因素均会不同程度地改变油液内部极化成分的数量，从而导致介电常数值的变化，所以介电常数是反映油液老化、被污染以及磨损状况的一个综合参数。
电介质的介电常数大小可通过测量平行板电容器的电容来间接获得。对于如图1所示的平行板电容器，多数文献采用了以下公式表达电容与内部介质的介电常数关系：
ИC=ε0εrS/d（1）И
式中：Е弄r为内部介质的相对介电常数；ε0为真空介电常数；S为极板面积；d为两极板间距。
上述公式是在极板长度a，宽度b远大于极板间距d的情况下推导出的，此时由于边缘效应影响而引起的附加电容可以忽略不计。但在实际应用中，因测量空间的限制，极板不可能为无限大。根据文献［3］的研究成果，有限尺寸的平板电容器，计及边缘效应的电容近似表达式为：
ИC=εabd+εaπ1+ln1+2πbd+ln1+2πbd+
εbπ1+ln1+2πad+ln1+2πad（2）И
又Е=ε0εr，所以上式可改写为：
ИC=Kεr （3）И
由此可以看出电容值C与介质的相对介电常数εr具有理论上的线性关系，通过测量内部充满油的电容器的电容值,就可以确定机油品质的劣化程度。
图1 平板电容器模型
2 电容传感器设计
考虑到现场离线快速检测的便捷性、稳定性要求，传感器采用平行极板式结构，其基本形状示意图如图2所示，主要由一对平行极板、外部固定装置和一个有机玻璃油槽组成。接线柱内嵌铜芯，与极板焊接在一起。由于在下一步的方案规划中，拟加入光电检测模块，所以在传感器左右两侧设计了凹槽，以使激光穿过油液，测量透光率。为避免外界电磁干扰，电极外面加上金属屏蔽罩。
图2 电容传感器示意图
对于传感器材料的选择和尺寸的确定主要考虑以下因素：
（1） 用于电容传感器的电极材料主要有炭材料、金属氧化物和导电聚合物。本文选择成本低廉、导电性好、温度系数低、容易获取和加工的铜作为极板材料，并根据其标准规格和灵敏度要求确定极板厚度P=0.5 mm。
（2） 极板尺寸和间距决定了传感器的大小和被测油量的多少。使用中的油是成分复杂的混合物，尤其是摩擦产生的磨粒，大小和分布并不均匀。为了使测量更加准确，显然取油量越大越好，但现场操作又要求用最少的油样数量获得满意的数据，而且小型化的传感器更利于制成便携式检测系统。为了减弱边缘效应的影响，极板间距要尽量小，但间距的减小势必导致极板被击穿的可能性增加。综上所述并参考文献中的设计经验，初步确定极板长a=50 mm，宽b=30 mm，间距d=20 mm。
（3） 油槽材料选择有机玻璃［3］，化学名称为聚甲基丙烯酸甲酯，这种材料表面光滑度高，不易粘着油液中的污染物，清洗方便；透射率高达92~93%，可透过可见光99%；强度高，韧性好，易于加工；能耐一般的化学腐蚀。根据加工的要求和有机玻璃的标准规格，拟定油槽壁厚为1.5 mm。
（4） 聚四氟乙烯具有较高的机械强度和良好的绝缘性，且成本低、介质损耗小，因此选用该材料加工成固定装置［4］。
3 实验验证
采用谐振法对传感器进行了测试，测试电路由振荡电路、低通滤波放大电路、单片机计数器及显示模块组成，如图3所示。振荡电路将传感器的电容变化转化为频率的变化，此频率信号经滤波放大和分频后送入单片机计数器，由单片机进行数据处理，将得到的电容值显示在LCD上。测量之前要保证油槽的干燥以防混入水分，被测油样分别取自某型号柴油发动机和变速箱。
从表1中数据可看出，实验结果重复性很好，2种不同介质多次测量结果标准差分别为0.207，0.351，最大偏差分别为3.1%，4.8%，说明在确定的实验条件下，测得的数据是可靠的。空气的相对介电常数可视为1，从表中数据也可计算出传感器的杂散电容大约为6.9 pF。对不同使用期的油样进行了测量，每种油样均采用多次测量求平均值的方法得出最终数据，实验结果如表2所示。
根据式(2)计算油样的相对介电常数值，计算时需减去杂散电容［4］。绘制油品相对介电常数与使用期的关系曲线，如图4所示。
4 结 语
本文基于介电常数测量原理研制了一种用于油现场快速检测的电容传感器，该传感器具有以下优点：结构简单，不需要复杂的制造工艺，而且所选择的材料价格低廉；取油方便，不必对机器内部油路进行拆装即可实现现场快速检测；极板间电场强度相对均匀，这就使各种极化成分在检测场内的空间位置对测量结果的影响较小；玻璃油槽将油液与极板隔开，防止对极板造成污染，测量后容易清洗，避免了污染物沉积影响测量精度。实验验证了其稳定性和有效性，对于合理标定换油阈值、实现按需换油，具有重要的应用价值。
参考文献
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［9］肖志红.平板式电容传感器测量电路研究［J］.现代电子技术,2004,27(17):97-99.
电容式传感器篇6
1.1 智能手机屏幕的结构
如图1，最上层为电路保护层，通常为透光性好的玻璃，最下方为LCD（Liquid Crystal Display）液晶显示屏，由于液晶显示屏工作时常产生噪音，故在液晶显示屏与感测层之间存在防干扰层，保护层与防干扰层之间为两个内容相同的核心感测层，这种感测层一般是由一种透明的导电材料制备的，比如真空淀积的锢锡氧化物(Indium-Tin-Oxide,ITO)，感测层通过改变电容值用来响应手指的靠近，其中一层用来确定X方向的位置，另一层确定Y方向，两个感测层使得电路得到两个坐标，进而在二维平面上确定触碰点。
1.2 感测层(ITO)形状以及感测原理
1.2.1形状
如图2，菱形为ITO电极设计的一种常见图案，其最早见于1980年代初，菱形图案可对暴露在手指触摸区域下的电极表面进行优化，同时把X和Y方向电极轨迹的交叉面积降至最小。这些电极的密度越高，触摸的分辨率也越高。当采用菱形图案时，对角线长通常控制在 4 到 6 毫米。电极最终通过光刻、蚀刻工艺形成多个水平和垂直方向的感应电极和驱动电极。
1.2.2感测原理
通常使用交互电容法进行对触电的探测，交互电容法以行列之间的电极耦合为初始条件，当用户触摸屏幕表面时，自身的静电会影响这个耦合电容的值，如图3，当驱动某一行电极时，感应芯片会依次扫描每一根列电极，测出每根列电极与该行电极交叉点处的交互电容。通过计算交互电容的变化值就可以确定每一个手指触摸的精确位置。
2 感应区电容工作原理
电容式传感器实现触摸点定位的工作原理中最主要的是获得每个触摸点所独有的坐标，获得此坐标的方法被称为坐标定位法，从宏观角度分析，电容触摸屏可以等效为一个由电阻组成的电路，根据等效电路可以对电容触摸屏的原理进行分析。下面以坐标与电流信号之间的关系来阐述电容传感器捕捉触点坐标的原理。
对于一维平面触摸屏，通常有两种模式：一种是从四个边引出触摸电流，另一种是从四个角引出触摸电流，其中从四角引出触摸电流的方式，坐标定位的换算方式更为复杂。本文以从四边引出电流的模式为代表性的实例，简要介绍电路工作的情况。如图4所示。
其中矩形为整个电容屏的等效形状，中间相叠的环形为触点位置，整个平面的坐标系以I1、I3交点处为零坐标，I1、I2、I3、I4为四边检测到的电流值，在捕捉触点时，给电路一个高频电压源，四边的电流与X0坐标间的定位方程为：
X0=L1* ；
坐标值可以用电流值的比例来表示，这个结果容易让人联想到电流大小与坐标呈正比例的关系，这可以由等效电路来解释，如图5所示。
其中最上方的电阻丝为整个电容屏在X方向上的等效，T为触点，r1与r2分别为触点左右两边电阻丝的电阻值，i1、i2为电流，ε1、ε2为电源的电压，Z为人体电阻，根据此电路由戴维宁定理可得：
ε1+ i1r1+(i1+i2)z=0
ε2+i2r2+(i1+i2)z=0
两式相减，并由r2=R-r1，并取ε1=ε2
显然可以得到R与任意一个r之间的比例关系与电流的比例之间的对应关系即r1/R=i1(i1+i2)，同时从硬件上又知道对于一个组成均匀的电阻丝来说，阻值与长度成正比即r/R=Xo/L故可得到:
Xo=L*i2/(i1+i2)
同理可得Yo，从两者的坐标算法可以看出，微观与宏观上是一致的，只需要在计算横坐标时在宏观上把坐标所在行看做微观中的电阻丝。
3 结束语
投射式电容屏传感器技术已经相当成熟，任何一个智能手机的开发人员选项中都有能使屏幕坐标可视的功能，人们可以看到智能手机屏幕工作的坐标。智能手机作为便携式设备深入到人们生活之中，有着巨大的发展前景。
参考文献
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[3]陈松生.投射式电容触摸屏探究[D].江苏省:苏州大学,2011.
[4]李兵兵.电容式多点触摸技术的研究与实现[D].成都:电子科技大学,2011.
电容式传感器篇7
加速度传感器是用来将加速度这一物理信号转变成便于测量的电信号的测试仪器。差容式力平衡加速度传感器则把被测的加速度转换为电容器的电容量变化。实现这种功能的方法有变间隙，变面积，变介电常量三种，差容式力平衡加速度传感器利用变间隙，且用差动式的结构，它优点是结构简单，动态响应好，能实现无接触式测量，灵敏度好，分辨率强，能测量0.01um甚至更微小的位移，但是由于本身的电容量一般很小，仅几pF至几百pF，其容抗可高达几MΩ至几百MΩ，所以对绝缘电阻的要求较高，并且寄生电容（引线电容及仪器中各元器件与极板间电容等）不可忽视。近年来由于广泛应用集成电路，使电子线路紧靠传感器的极板，使寄生电容，非线性等缺点不断得到克服。
差容式力平衡加速度传感器的机械部分紧靠电路板，把加速度的变化转变为电容中间极的位移变化，后续电路通过对位移的检测，输出一个对应的电压值，由此即可以求得加速度值。为保证传感器的正常工作.，加在电容两个极板的偏置电压必须由过零比较器的输出方波电压来提供。
2、变间隙电容的基本工作原理
如式2－1所示是以空气为介质，两个平行金属板组成的平行板电容器，当不考虑边缘电场影响时，它的电容量可用下式表示：
由式（2－1）可知，平板电容器的电容量是 、A、 的函数，如果将上极板固定，下极板与被测运动物体相连，当被测运动物体作上、下位移（即 变化）或左右位移（即A变化）时，将引起电容量的变化，通过测量电路将这种电容变化转换为电压、电流、频率等电信号输出根据输出信号的大小，即可测定物体位移的大小，若把这种变化应用到电容式差容式力平衡传感器中，当有加速度信号时，就会引起电容变化 C，然后转换成电压信号输出，根据此电压信号即可计算出加速度的大小。
由式（2－2）可知，极板间电容C与极板间距离 是成反比的双曲线关系。由于这种传感器特性的非线性，所以工作时，一般动极片不能在整个间隙，范围内变化，而是限制在一个较小的 范围内，以使 与 C的关系近似于线性。
它说明单位输入位移能引起输出电容相对变化的大小，所以要提高灵敏度S应减少起始间隙 ,但这受电容器击穿电压的限制，而且增加装配加工的困难。
由式（2－5）可以看出，非线性将随相对位移增加面增加。因此，为了保证一定的线性，应限制极板的相对位移量，若增大起始间隙，又影响传感器的灵敏度，因此在实际应用中，为了提高灵敏度，减小非线性，大都采用差动式结构，在差动式电容传感器中，其中一个电容器C1的电容随位移 增加时，另一个电容器C2的电容则减少，它们的特性方程分别为：
可见，电容式传感器做成差动式之后，非线性大大降低了，灵敏度提高一倍，与此同时，差动电容传感器还能减小静电引力测量带来的影响，并有效地改善由于温度等环境影响所造成的误差。
3、电容式差容式力平衡传感器器的工作原理与结构
3.1工作原理
如图1所示，差容式力平衡加速度传感器原理框图
电路中除了所必须的电容，电阻外，主要由正负电压调节器，四运放放大器LT1058，双运放op270放大器组成。
3.2差容式力平衡传感器机械结构原理
由于差动式电容，在变间隙应用中的灵敏度和线性度得到很大改善，所以得到广泛应用。如图2所示为一种差容式力平衡电容差容式力平衡传感器原理简图。主要由上、下磁钢，电磁铁，磁感应线圈，弹簧片，作电容中间极的质量块，覆铜的上下极板等部分组成。传感器上、下磁钢通过螺钉及弹簧相连，作为传感器的固定部分，上，下极板分别固定在上、下磁钢上。极板之间有一个用弹簧片支撑的质量块，并在此质量块上、下两侧面沉积有金属（铜）电极，形成电容的活动极板。这样，上顶板与质量块的上侧面形成电容C1，下底板与质量块下侧面形成电容C2，弹簧片一端与磁钢相连，另一端与电容中间极相连，以控制其在一个有效的范围内振动。由相应芯片输出的方波信号，经过零比较后输出方波，此方波经电容滤除其中的直流电压，形成对称的方波，该对称的方波加到电容的一个极板上，同时经一次反向后的对称波形加到另一个极板上。
当没有加速度信号时，中间极板处于上、下极板的中间位置C1＝C2，C＝0后续电路没有输出；当有加速度信号时，中间极板（质量块）将偏离中间位置，产生微小位移，传感器的固定部分也将有微小的位移，设加速度为正时，质量块与上顶板距离减小，与下底板距离增大，于是C1＞C2，因此会产生一个电容的变化量C，C由放大电路部分放大，同时，将放大电路的输出电流引入到反馈网络。由于OP270的脚1和16分别与线圈两端相连，当有电流流过线圈时，将产生感应磁场，就会有电磁力产生。因为上、下磁钢之间有弹簧，所以在电磁力的作用下将使磁钢回到没有加速度时的位置，即此时的电容变化完全有加速度的变化引起，同时由于线圈与活动极板通过中心轴线相连，所以在电磁力的作用下，使中间极向产生加速度时的位移的相反的方向运动，即相当于在C的放大电路中引入了负反馈，这样，使传感器的测量范围大大提高。因此，对于任何加速度值，只要检测到合成电容变化量C，便能使活动极板在两固定极板之间对应一个合适的位置，此时后续电路便输出一个与加速度成正比的电压，由此电压值就可以计算出加速度的大小。
4、力平衡传感器实际应用
哈尔滨北奥振动技术是专门从事振动信号测量的专业公司，它们应用这种差容式力平衡原理开发出的力平衡加速度传感器实现的主要性能指标如下：
测量范围：±2.0g，±0.125g，±0.055g
灵敏度：BA-02a:±2.5V/g、±40.0V/g
BA-02b1:±40.0V/g（差动输出）
BA-02b2:±90.0V/g（特定要求，高灵敏度）
频响范围：DC-50Hz（±1dB）
绝对精度：±3％FS
交叉干扰：小于0.3%
线性度：优于1%
噪声：小于10μV
动态范围：大于120dB
温漂：小于0.01%g/g
电容式传感器篇8
1、加速度传感器原理概述
加速度传感器是用来将加速度这一物理信号转变成便于测量的电信号的测试仪器。差容式力平衡加速度传感器则把被测的加速度转换为电容器的电容量变化。实现这种功能的方法有变间隙，变面积，变介电常量三种，差容式力平衡加速度传感器利用变间隙，且用差动式的结构，它优点是结构简单，动态响应好，能实现无接触式测量，灵敏度好，分辨率强，能测量0.01um甚至更微小的位移，但是由于本身的电容量一般很小，仅几pF至几百pF，其容抗可高达几MΩ至几百MΩ，所以对绝缘电阻的要求较高，并且寄生电容（引线电容及仪器中各元器件与极板间电容等）不可忽视。近年来由于广泛应用集成电路，使电子线路紧靠传感器的极板，使寄生电容，非线性等缺点不断得到克服。
差容式力平衡加速度传感器的机械部分紧靠电路板，把加速度的变化转变为电容中间极的位移变化，后续电路通过对位移的检测，输出一个对应的电压值，由此即可以求得加速度值。为保证传感器的正常工作.，加在电容两个极板的偏置电压必须由过零比较器的输出方波电压来提供。
2、变间隙电容的基本工作原理
如式2－1所示是以空气为介质，两个平行金属板组成的平行板电容器，当不考虑边缘电场影响时，它的电容量可用下式表示：
由式（2－1）可知，平板电容器的电容量是、A、的函数，如果将上极板固定，下极板与被测运动物体相连，当被测运动物体作上、下位移（即变化）或左右位移（即A变化）时，将引起电容量的变化，通过测量电路将这种电容变化转换为电压、电流、频率等电信号输出根据输出信号的大小，即可测定物移的大小，若把这种变化应用到电容式差容式力平衡传感器中，当有加速度信号时，就会引起电容变化C，然后转换成电压信号输出，根据此电压信号即可计算出加速度的大小。
由式（2－2）可知，极板间电容C与极板间距离是成反比的双曲线关系。由于这种传感器特性的非线性，所以工作时，一般动极片不能在整个间隙，范围内变化，而是限制在一个较小的范围内，以使与C的关系近似于线性。
它说明单位输入位移能引起输出电容相对变化的大小，所以要提高灵敏度S应减少起始间隙,但这受电容器击穿电压的限制，而且增加装配加工的困难。
由式（2－5）可以看出，非线性将随相对位移增加面增加。因此，为了保证一定的线性，应限制极板的相对位移量，若增大起始间隙，又影响传感器的灵敏度，因此在实际应用中，为了提高灵敏度，减小非线性，大都采用差动式结构，在差动式电容传感器中，其中一个电容器C1的电容随位移增加时，另一个电容器C2的电容则减少，它们的特性方程分别为：
可见，电容式传感器做成差动式之后，非线性大大降低了，灵敏度提高一倍，与此同时，差动电容传感器还能减小静电引力测量带来的影响，并有效地改善由于温度等环境影响所造成的误差。
3、电容式差容式力平衡传感器器的工作原理与结构
3.1工作原理
如图1所示，差容式力平衡加速度传感器原理框图
电路中除了所必须的电容，电阻外，主要由正负电压调节器，四运放放大器LT1058，双运放op270放大器组成。
3.2差容式力平衡传感器机械结构原理
由于差动式电容，在变间隙应用中的灵敏度和线性度得到很大改善，所以得到广泛应用。如图2所示为一种差容式力平衡电容差容式力平衡传感器原理简图。主要由上、下磁钢，电磁铁，磁感应线圈，弹簧片，作电容中间极的质量块，覆铜的上下极板等部分组成。传感器上、下磁钢通过螺钉及弹簧相连，作为传感器的固定部分，上，下极板分别固定在上、下磁钢上。极板之间有一个用弹簧片支撑的质量块，并在此质量块上、下两侧面沉积有金属（铜）电极，形成电容的活动极板。这样，上顶板与质量块的上侧面形成电容C1，下底板与质量块下侧面形成电容C2，弹簧片一端与磁钢相连，另一端与电容中间极相连，以控制其在一个有效的范围内振动。由相应芯片输出的方波信号，经过零比较后输出方波，此方波经电容滤除其中的直流电压，形成对称的方波，该对称的方波加到电容的一个极板上，同时经一次反向后的对称波形加到另一个极板上。
当没有加速度信号时，中间极板处于上、下极板的中间位置C1＝C2，C＝0后续电路没有输出；当有加速度信号时，中间极板（质量块）将偏离中间位置，产生微小位移，传感器的固定部分也将有微小的位移，设加速度为正时，质量块与上顶板距离减小，与下底板距离增大，于是C1＞C2，因此会产生一个电容的变化量C，C由放大电路部分放大，同时，将放大电路的输出电流引入到反馈网络。由于OP270的脚1和16分别与线圈两端相连，当有电流流过线圈时，将产生感应磁场，就会有电磁力产生。因为上、下磁钢之间有弹簧，所以在电磁力的作用下将使磁钢回到没有加速度时的位置，即此时的电容变化完全有加速度的变化引起，同时由于线圈与活动极板通过中心轴线相连，所以在电磁力的作用下，使中间极向产生加速度时的位移的相反的方向运动，即相当于在C的放大电路中引入了负反馈，这样，使传感器的测量范围大大提高。因此，对于任何加速度值，只要检测到合成电容变化量C，便能使活动极板在两固定极板之间对应一个合适的位置，此时后续电路便输出一个与加速度成正比的电压，由此电压值就可以计算出加速度的大小。
4、力平衡传感器实际应用
哈尔滨北奥振动技术是专门从事振动信号测量的专业公司，它们应用这种差容式力平衡原理开发出的力平衡加速度传感器实现的主要性能指标如下：
测量范围：±2.0g，±0.125g，±0.055g
灵敏度：BA-02a:±2.5V/g、±40.0V/g
BA-02b1:±40.0V/g（差动输出）
BA-02b2:±90.0V/g（特定要求，高灵敏度）
频响范围：DC-50Hz（±1dB）
绝对精度：±3％FS
交叉干扰：小于0.3%
线性度：优于1%
噪声：小于10μV
动态范围：大于120dB
温漂：小于0.01%g/g
电容式传感器篇9
目前，智能电网技术快速发展，其已成为全球能源发展和变革中的重大研究课题，其中各类电信号的测量技术及其传感器是实现智能电网监测、控制、分析和决策的基础，也是智能电网发展的关键。电压互感器的准确性、可靠性、便利性和快速性是电能计量和继电保护、电力系统监测诊断、电力系统故障分析中的关键技术要求。
电磁式电压互感器（Potential Transformer，PT）和电容式电压互感器（Capacitive Voltage Transformer，CVT）在电力系统中广泛应用。虽然电网中普遍使用的电容式电压互感器和电磁式电流互感器的技术成熟，而且拥有长期的运行维护经验，但它们的测量线性度较差、瞬变响应速度较慢，且电磁式电流互感器的瞬态误差特性也不理想。
传统的电磁式电压互感器存重量大和体积大的特点，而且随着特超高压电网的发展，其绝缘强度要求难度越来越大，同时由于具有铁芯，可能导致发生铁磁谐振过电压和由铁磁饱和带来的动态范围变小等缺点，已经越来越不适应当前智能化电网的发展趋势。
与电磁式电压互感器相比，电容式电压互感器具有更多的优点，其分压结构可以提高互感器的动态范围，使其更容易提高绝缘强度。但该互感器不能够及时跟踪电压变化，不能满足继保系统中的要求，而且该互感器能够捕捉到高频的过电压波形，也不能满足电力系统故障诊断与在线监测要求，而电容式电压互感器中耦合电容、补偿电抗器以及中间变压器等内部储能元件构成的RLC电路会使得电容式互感器的暂态特性会变差，使得当一次系统发生如电压跌落故障时，电容式电压互感器的输出并不能立即跟随一次侧输入变化，并且在高频过电压下，二次侧输出可能发生由铁磁谐振导致的高频振荡，无法反映一次侧输入波形。在一些不易进行直接测量的场合，如对高压套管、被绝缘层包裹的变压器绕组接头处等进行测量时，电磁式电压互感器和电容式电压互感器的使用也具受到了限制。
1 D-dot传感器测量
3 结 语
D-dot传感器是一种电场耦合的传感器，工作原理上与通过传递能量实现测量的PT和CVT有所不同，可以实现无接触测量，其结构简单、具有较大的测量带宽和动态范围、能够抑制非线性负载的感应电压过冲，为克服上述问题提供了新的途径。但是传统的D-dot传感器由于传递函数限制与积分器、衰减器的使用，其工频与高频响应会存在幅值与相位误差的同时也存在传感器体积与绝缘强度之间的矛盾，限制了其作为电力互感器的使用。通过分析D-dot传感器的工作原理及其影响因素，指出一种通过差动输入和多重电极并联的方式被引入以使互感器工作于自积分模式，使其能够作为无接触式电子式电压互感器应用于电力系统电压测量领域，具有结构简单、便捷的特点，理论上分析其在额定电压范围内线性拟合较高，而且具有很高的动态范围，幅值与相位误差能够达到计量要求，能够快速反应暂态电压变化，是未来的发展方向。
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电容式传感器篇10
中等职业教育国家规划教材配套教学用书《传感器及其应用》第四章第二节讲述了电容式传感器的原理及分类。传感器在测量与控制电路中不可或缺，在现代生产生活中也已被广泛应用。如何使学生更高效的学习，教学过程的优化设计起着极其关键的作用。要提高教学效率，教师必须在教学设计上多下工夫。
一、项目教学过程设计
1.引入项目
水是生命之源。我国水资源总量位居世界前列，可是人均水资源占有量却很少，再加之人们对水的不重视，水资源浪费、污染的情况日益严重。所以，教师要让学生运用所学的知识来保护水资源，减少人为浪费。这样从情感上激励学生，要努力完成这个有意义的项目。
2.明确项目
设计电容感应式水龙头。
3.实施项目
（1）通过实验了解电容性能，引出电容公式及分类。
实验：将两片方形金属片相互靠近，用万用表的电容挡，测量两者之间的电容量。随着两金属片的缓慢靠近，电容量从0pF逐渐变大，最大可以达到30pF。请一名学生，在两金属片之间缓慢地放入塑料薄膜，同时观察万用表。学生们发现电容量逐渐增大至40pF。请另一名学生，在保持两金属片相对距离不变的情况下，沿水平方向将其分开，此时万用表显示的电容值逐渐变小。通过实验，学生们感性地认识到，电容量与两极板间相对的有效面积、介电常数成正比，而与两极板间的相对距离成反比。
根据以上原理，学生们把电容传感器分为三类：变面积式、变极距式、变介电常数式。
（2）分组分类讨论查阅资料，选择变介电常数式电容传感器为设计基础。
①变面积式。变面积式传感器，两极板水平相对，其中一个为定极板，固定不动；另一个为动极板，可以左右直线运动，两极板间的相对位置为原始距离。学生讨论表达式K=-εb/δ，指出变面积式电容传感器，其灵敏度为常数，输出特性为线性，同时明确变面积式电容传感器的应用场合，多用于直线位移、角位移、尺寸等参数的测量。
②变极距式。变极距式电容传感器，被测物连接动极板上下运动，使其两极板之间的距离发生改变，从而电容量也随之改变。初始极距与灵敏度相互矛盾，因此变极距式电容传感器适合测量小位移。为了使灵敏度得到提高，一般采用差动结构。
③变介电常数式。由于不同介质的介电常数差异很大，因此在电容器两极板之间放入不同介质时，电容C是不相同的。根据这种原理制成的电容传感器称为变介电常数式电容传感器。
（3）分析实施。
①教师提出设计要求：当手或物体靠近水龙头时，水龙头会自动定量出水。
②学生通过资料整理讨论设计方案，提出独立电源供电，变介电常数式电容传感器采集信号，通过转换电路将控制信号传给自动水龙头开关电路，同时计时电路开始倒计时，到达设定时间自动切断水源，达到节水目的。
③各小组对提出方案集体讨论并改进，提出自己的想法，使学生的思路得到了开阔。
学生在拓展思考过程中，扩大电容传感器在生活中的应用范围，根据电容传感器的工作原理再提出新的设计项目，从而激发学习积极性和自主学习意识。
二、项目教学评价设计
组织各小组派代表在班级汇报，学生在项目教学过程中，进一步理解非电量到电量的转换概念，了解电容传感器的工作原理及在日常生活中的应用。通过查阅资料，了解当今国内传感器的现状。各组汇报完成后，进行小组互评，班级气氛很活跃。最后教师点评并给各小组打分，激励学生的竞争意识，使学生的学习热情更加高涨。
三、小结
该次课是依据学生的认知规律安排教学的，其引入项目是从珍惜水资源和一个有趣的实验开始的，通过不同的实验现象引导学生思考，增强学生对电容传感器了解的积极性，激发他们自主学习传感器的热情。项目教学主要分成三大块，学生变成学习的主体，很多学生介绍了日常生活中，藏在我们身边的传感器。提出自己的想法，设计了新的传感器应用项目。在项目教学过程中培养了学生的自主、合作、思考的能力，增强了学生的学习能力和科学素养。
参考文献：
[1]沈聿农.传感器及应用技术[M].北京:化学工业出版社,2001.
电容式传感器篇11
Keyword：voltage transformer;ferro-resonance;electronic transformer;optical voltage transformer
引言
随着国民经济的迅速发展，电网规模不断地扩大，输电线路电压等级不断提升。传统的电压互感器为满足绝缘要求，其愈发显得体大质重，不便于运输和维护。同时，随着信息技术手段的发展，数字化微机保护装置和综合自动化设备越来越普及，数字化变电站已经不再是一个虚拟的概念。例如，我们通常规定电压互感器二次电压是57.7V或100V，这么高的电压无法与保护设备直接连接，而且微机保护装置和变电站自动化设备输入负载已经很小，不再需要大功率驱动。因此发展电子式电压互感器，既能解决与保护装置接口的问题，又能降低能源损耗，适应电力系统自动化、数字化的发展要求[1-4]。电子式互感器是未来互感器发展的方向，本文对近年来国内外电子式电压互感器的研究和开发状况作了简要的介绍和讨论。
1.传统电压互感器存在的一些问题
1.1 电磁式电压互感器
电压互感器是电网中重要的电压信号采集装置。目前，在国内、外电网中运行的电压互感器主要以电磁式电压互感器（PT）和电容式电压互感器（CVT）为主。1830年法拉第发现了电磁感应定律，1882年世界上第一台以电磁感应原理为基础的电压互感器问世。电磁式电压互感器是在电网中应用最久的、制造技术最为成熟的电压互感器，并且拥有相当丰富的运行经验。但限于其传感原理，为满足绝缘的要求，一般体积大重量大，且存在铁磁谐振的隐患[5]。随着电网电压等级的攀升，其局限性也愈发暴露出来[6]。图1为电磁式电压互感器产生铁磁谐振的等效电路。
图1 PT铁磁谐振电路
根据等效电路有：
（1）
式中YA、YB、YC为各相对地等效导纳。当互感器铁芯饱和、电感下降时，即有可能诱发铁磁谐振。
1.2 电容式电压互感器
电容式电压互感器采用电容分压原理，将母线高电压通过串联电容器在其低压端抽取一1～2万伏的电压，再经过中间变压器降压，在二次侧得到两组或三组57.7V的相电压和一组100V的开口三角电压如图2所示。在额定工频下，补偿电抗器的电抗与中间变压器的漏抗之和与等值容抗ω（C1+C2）串联谐振，使中间变压器一次侧绕组上的压降等于分压电容器C2上的压降，可使中间变压器的输入电压稳定。与电磁式电压互感器相比，在同一电压等级下的体积和重量有了很大的降低。但由于电容器的特性决定了其动态特性较之电磁式要差[7]，同时它仍然存在铁磁谐振的隐患[8]。
图2 CVT原理图
2.电子式电压互感器分类
2.1 电阻分压型
电阻分压型电子式电压互感器采用精密电阻分压，在低压侧取一个几伏的电压信号，如图3所示。通过屏蔽导线将信号引入处理电路，再经过调相、调幅电路输出二次电压。电阻分压型电子式电压互感器采用精密电阻分压器作为传感元件，其技术成熟，结构简单，具有测量准确度高、体积小、重量轻等优点，但受电阻功率和绝缘的限制主要应用于10kV和35kV等级的电压网络。在国外，ABB、SIEMENS等公司已经研制出了电阻分压型电子式电压互感器产品并投入运行。国内一些科研单位也展开了相应的研究。
图3 电阻分压型电子式电压互感器
图4 电容分压型电子式电压互感器
电阻分压型电子式电压互感器的不足在于：①互感器对分压电阻精度要求高，而电阻受温度影响较大，因此很难保证测量的可靠性。②电阻材料的选择及制造工艺要求高，成本高。③受电阻功率和绝缘的限制，其适用电压等级低。④由于提取的是电压信号，传输导线不能引得太长，以避免因导线压降引起的测量误差。⑤同时，因为引导线不能太长，处理电路与分压器不能距离太远，限制了此类电压互感器的使用范围。⑥虽有保护间隙，但一次侧与二次侧没有有效的电气隔离。
2.2 电容分压型
图4所示的电子互感器是一种典型的电容分压型电子式电压互感器。从分压电容C2处采得一4～6伏的低电压信号经过数字变换器转换成数字信号，再经过电光转化变成光信号，通过光纤传送到保护和测控装置。
由图4知，所取低电压u2与被测高压u1的关系为：
（2）
因此，通过这种形式的电容分压可以反映一次高压。还有一种电容分压形式如图5所示，与上面电路不同在于其在电压电容C2上并联了一个低阻值电阻R，其等效于电容电阻分压。这主要是因为电容C2性能不太稳定，该形式的互感器主要应用于GIS（气体绝缘开关）系统中。
图5 GIS电容分压型电子式电压互感器
由图5知，电压传感器输出电压u2与被测电压u1的关系为：
（3）
若时：
（4）
由式（4）知，只要对处理电路输入电压进行积分即可获得与高压侧电压成线性变化的二次电压信号。在国内已经有多家单位研制出了220kV电压等级的电容分压型互电子式电压感器，但其效果有待进一步检验[9]。
电容分压型电子式电压互感器的不足在于：①由于分取的电压小，分压器高压侧电容值很小，要制作如此小的电容其制作工艺复杂，成本高。②高压侧与处理电路间没有电气隔离。③为减小导线压降，电压传输导线不宜过长，这就限制了处理电路只能在分压器附近，其供电电源的可靠性难保证。④光纤传输系统复杂，且电＼光、光＼电转换繁琐。⑤处理电路置于现场，温度的大幅变化对电子器件的稳定工作有不可忽视的影响。
2.3 Pockels电光效应型
光学电压互感器（OVT）采用光学元件作为传感单元，根据工作的原理可划分为基于Pockels电光效应的OVT和基于逆压电效应的OVT。晶体折射率随外加电压线性变化的现象称为线性电光效应，即Pockels效应，它又分为纵向Pockels效应和横向Pockels效应;图6所示是一种基于纵向效应的OVT。基于Pockels电光效应的 OVT，利用某些晶体（如电光晶体）在外加电场作用下其折射率发生变化，使通过其中的偏振光产生人工双折射，沿感生主轴方向分解的两光束由于折射率不同，导致在晶体内传播的速度不同，从而形成相位差，两光束的相位差通过检偏器等光学元件的变换，可转化为光强变化，从而实现对外施电场（或电压）的测量。
图6 Pockels电光效应原理图
图6中两偏振轴上的光相位差为：
（5）
式中：λ为入射光波长，n0晶体折射率;γ为晶体的电光系数，U为待测电压。
根据马吕斯定律，自然光经过第一块偏振器（起偏器）时，出射的偏振光光强为入射自然光的二分之一。该偏振光经过第二块偏振器（检偏器）后，出射光光强为：
（6）
式中Uπ=λ/2γn03。
因此通过检测出射光的强度，再根据式（6）即可将换算出被测电压值。
Pockels电光效应型电压互感器的不足在于：①对于纵向Pockels效应，在选定好晶体后其半波电压是固定的，因此若要测量更高的电压则还需电容分压后加到晶体的两端。②对于横向Pockels效应，有自然双折射引起的相位延迟，这个附加相位差极易受外界温度变化影响。③对于纵向Pockels效应，电场的不均匀性对测量的准确有很大的影响。④环境温度的变化会引起晶体电光系数γ的变化。
2.4 逆压电效应型
逆压电效应是指当压电晶体受到外加电场作用时，晶体产生极化的同时形状也将产生微小变化，这种现象称为逆压电效应。若将逆压电效应引起的晶体形变转化为光信号的调制并检测光信 号，则可实现电压的光学传感，其原理如图7所示。
图7 逆压电效应型
以压电陶瓷（PZT）和单模光纤作为传感头的OVT为例。将单模光纤固绕在压电陶瓷圆柱上，匝数N，被测电压U施加于圆柱两端，则它的横向应变将引起光纤中传输光的相位移Δφ=KNU，式中K为与光波长、光纤及压电陶瓷有关的常数。由此可知，通过测量 Δφ即可获知被测电压U的大小。它的优点是不需要电光晶体，可以避免一些不利光学效应对传感信号的干扰，而且成本很低。
逆压电效应型电压互感器的不足在于：①制造相应光纤的工艺复杂，一些具体技术问题还未很好的解决。②到目前为止，其测量的精度不高。
2.5 Kerr效应型
Kerr效应是存在于某些光学各向同性介质中的一种二次电光效应，其表达式为：
（7）
式中Δn为介质折射率的变化量，E为外加电场强度，K为常数。介质中Δn的出现将引起通过它的光波偏振状态的变化，故由检测光波偏振态可获知被测电场强度。但Kerr效应很弱，而且Δn与E不是线性关系，因此在电子式电压互感器中应用的还比较少。
3.检测电流型电子式电压互感器
检测电容电流型电子式电压互感器的原理接线框图如图8所示。图8中Up为单相高压母线或单相出线一次电压;C为高压电容器;TA为高精度电流互感器;1为电流变电压运算放大器;2为积分放大器;3为相位校正电路;4为保护间隙;5为工作电源。
TA电流互感器将通过高压电容器的电流信号传送到信号处理电路，从而实现对一次高电压的测量。因此，电压互感器的总变比为：
（8）
式中K1为电流传感器的变比，K3为积分放大倍数，R为TA二次电流转化成电压信号时的取样电阻，C为高压电容。
图8 电子式电压互感器结构图
4.结论
本文针对现有的各类电子式电压互感器作分析和比较，阐述了基于各种原理的电子式电压互感器的结构和特点。
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电容式传感器篇12
随着电力系统输电容量的不断扩大，电网电压等级逐步提高，进行现场校验需用串联或并联谐振升压的测试方法，需要配置升压装置（升压变压器、调谐电感、调谐电容）、测差回路（标准电压互感器、校验仪、电压负载箱）一次及二次导线等设备，测试接线复杂、所需的设备种类繁多、笨重，搬运困难，现场安装不仅费时费力，且存在安全隐患。由于电容式电压互感器（CVT）容性负载大（最大可达几万Pf），所需试验变压器和电源的容量大、电压等级高，故用传统的现场检定试验非常困难，有时甚至无法进行现场校验。所以提出CVT误差现场便携测试装置不需要体积庞大的升压装置、不需要高等级的电压互感器标准、不需要负荷箱等，即可完成现场快速测试CVT的误差测试工作。
2.传统的检定方法
2.1 检定方法
传统的电容互感器检定是高端测差法，电压标准器需要比被检互感器高两个等级或以上的准确度的标准互感器、校验仪、升压装置谐振器、电压负载箱和相应的一次及二次测试线。如图1所示。
图1 高端测差法
2.2 现场设备的要求
在现场进行电容式电压互感器的检定时，由于现场使用的互感器电压体积较大，除互感器校验仪、电压负荷箱与实验室使用的设备基本相同外，标准电压互感器的体积及重量都比较大，而且被测互感器安装在比较高的位置，而且电容式互感器的一次电压值都≥110KV。和其它仪器所连接的一次、二次线都比较长（一次极性端A的线必须是硬线），无意中增加了不确定的负载，因此要求电源的容量、电抗器及标准电压互感器的容量都很大，通常传统校验现场电容式电压互感器的设备的总体重量都非常大。
2.3 传统设备的优点和缺点
用这种传统的测试方法，符合国家计量检定规程的规定，检定数据有效可靠。在现场条件允许的情况下，还广范的采用这种方法。传统方法的缺点是：由于现场电压大、容量高。通常110KV以上的电容式电压互感器一次升不到额定电压值。按照检定电力互感器规程要求，互感器的检测点为80%、100%、120%（115%）额定电压，因此用这种方法只能检定部分测试点。此外，现场检测需要无电状态下测试，接线时间长，并且被测互感器大都安装在高处，在现场需要梯子及吊车的配合才能完成接线及拆线。费大量的人力物力，而且不一定能顺利的完成测试。
用这种检定方法检定一台互感器最快也要1个多小时，需要求停电的时间长，对电力系统的影响比较大。
目前用这种方法检定现场电压互感器对大多数互感器由于上述原因根本无法进行检定，直接影响计量的可靠性、准确性。
3.新型互感器校验装置的检定法
3.1 新型互感器现场检定装置
电容式电压互感器现场检定装置，是一种间接法即外推法的便携式检定装置，可以检定35～500KV的0.2级和0.5级电容式电压互感器。
3.2 新型互感器的工作原理
电容式电压互感器的原理线路如图2所示。图中C1和C2为分压电容器，L为电抗器，PT为电磁式电压互感器。一次电压由AN输入，二次电压分别由1n -1a、2n -2a和da-dn绕组输出。
图2 电容式电压互感器原理线路
在电容式电压互感器中，电容分压是线性的，负荷误差也是线性的，只有电磁式电压互感器的空载误差是非线性的。因此，可以在低压2.2kV下测得电容式电压互感器的空载误差、负荷误差，再通过测二次励磁导纳外推得到80%、100%和120%（115%）额定电压下的空载误差，就可最后得到电容式电压互感器在额定负荷和下限负荷80%、100%和120%（115%）额定电压下的误差。
但是电磁式电压互感器的一次串联有电容器C2和电抗器L，在50Hz下，一次回路的容抗和感抗产生谐振，需要通过变频才能测得二次励磁导纳，并由导纳差外推得到80%、100%和120%（115%）额定电压下的空载误差。
3.3 设备的优点
新型电容式电压互感器检定装置可以检定35KV～500KV的0.2级和0.5级电容式电压互感器。装置体积小;重量轻，接线方便。通常检定一台互感器不超过10分钟，并且只需两个人即可轻松的完成互感器误差测试工作。接线如图3所示：
图3 装置的接线
3.4 存在问题
由于这种检定方法目前国家还没有相应的检定规程出来，所以目前只能采用比对法。
4.用传统法和外推法的数据比对
在山南地区藏木水电站现场用该测试装置和用传统谐振升压方法对同一式品型号为：TYD110√3-0.02GH，一次电压为：110√3KV，二次电压为：100√3V，额定负荷为：50VA.准确等级为：0.2.进行数据比对，结果如表1所示。
从表1测试数据可以看出：用外推法测试的误差数据和用传统方法测试的误差进行对，最大比值差误差为0.043%，相位差误差为：1.3′均未超过0.2级误差限值的1/3，满足要求。
5.结束语
现场电容式电压互感器的准确测量对于电力部门电能的准确计量具有重要的意义。以往由于测试方法和设备的限制，使现场许多电容式电压互感器检定不能按照检定规程进行周期检定。随着计量技术的发展，现场检定电容式互感器检定装置符合计量的检定要求。大大的提高了现场计量的人力、物力。并且通过大量的现场试验，证明该装置能够更加有效、准确的进行现场电容式互感器的误差测试工作。
参考文献
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电容式传感器篇13
1 前言
传感器是测试系统的一部分，其作用类似于人类的感觉器官，也可以认为是人类感官的延伸。人们借助传感器可以去探测那些人们无法用或不便用感官直接感知的事物，如用热电偶可以测量炽热物体的温度；用超声波换能器可以测海水深度；用红外遥感器可从高空探测地面形貌、河流状态及植被的分布等。因此，可以说传感器是人们认识自然界事物的有力工具，是测量仪器与被测量物体之间的接口。通常情况下，传感器处于测试装置的输入端，是测试系统的第一个环节，其性能直接影响着整个测试系统，对测试精度有很大影响。
2 传感器的分类
按被测物理量的不同，可以分为位移、力、温度、流量传感器等；按工作的基础不同，可以分为机械式传感器、电气式传感器、光学式传感器、流体式传感器等；按信号变换特征可以分为物性型传感器和结构型传感器；根据敏感元件与被测对象直接的能量关系，可以分为能量转换型传感器与能量控制型传感器。
3 常见传感器介绍
3.1 电阻应变式传感器
电阻应变式传感器又叫电阻应变计，其敏感元件是电阻应变。应变片是在用苯酚，环氧树脂等绝缘材料浸泡过的玻璃基板上，粘贴直径为0.025mm左右的金属丝或金属箔制成。敏感元件也叫敏感栅。其具有体积小、动态响应快、测量精度高、使用简单等优点。在航空、机械、建筑等各行业获得了广泛应用。电阻应变片的工作原理是基于金属的应变效应，即金属导体在外力作用下产生机械形变，其电阻值随机械变形的变化而变化。其可以分为：金属电阻应变片和半导体应变片式两类。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。它们的主要区别在于：金属电阻应变片式是利用导体形变引起电阻变化，而半导体应变片式则是利用电阻率变化引起电阻的变化。
3.2 电容式传感器
电容式传感器是将被测物理量转换成电容量变化的装置，它实质是一个具有可变参数的电容器。由于电容与极距成反比，与正对面积和介质成正比，因此其可以分为极距变化型、面积变化型和介质变化型三类。极距变化型电容传感器的优点是可进行动态非接触式测量，对被测系统的影响小，灵敏度高，适用于较小位移的测量，但这种传感器有非线性特性，因此使用范围受到一定限制。面积变化型传感器的优点是输出与输入成线性关系，但与极距型传感器相比，灵敏度较低，适用于较大的直线或角位移的测量。介质变化型则多用于测量液体的高度等场合。
3.3 电感式传感器
电感式传感器是将被测物理量，如力、位移等，转换为电感量变换的一种装置，其变换是基于电磁感应原理。电感式传感器种类很多，常见的有自感式，互感式和涡流式三种。
电感式传感器具有以下特点：结构简单，传感器无活动电触点，因此工作可靠寿命长。灵敏度和分辨力高，能测出0.01微米的位移变化。传感器的输出信号强，电压灵敏度一般每毫米的位移可达数百毫伏的输出。线性度和重复性都比较好，在一定位移范围（几十微米至数毫米）内，传感器非线性误差可达0.05%～0.1%。同时，这种传感器能实现信息的远距离传输、记录、显示和控制，它在工业自动控制系统中广泛被采用。但不足的是，它有频率响应较低，不宜快速动态测控等缺点。
3.4 磁电式传感器
磁电式传感器是把被测物理量转换为感应电动势的一种传感器，又称电磁感应式或电动力式传感器。其工作原理是一个匝数为N的线圈，当穿过它的磁通量变化时，线圈产生了感应电动势。磁通量的变化可通过多种方式来实现，如磁铁与线圈做切割磁力线运动、磁路的磁阻变化、恒定磁场中线圈面积的变化，因此可制造出不同类型的传感器用于测量速度、扭矩等。
3.5 压电式传感器
压电式传感器是一种可逆传感器，是利用某些物质的压电效应进行工作的器件。最简单的压电式传感器是在压电晶片的两个工作面上进行金属蒸镀，形成金属膜，构成两个电极。当晶片受压力时，两个极板上聚集数量相等而极性相反的电荷，形成电场。因此压电传感器可以看成是电荷发生器，又可以看作电容器。
4 新型传感器
4.1 生物传感器
生物传感器是用生物活性材料（酶、蛋白质、DNA、抗体、抗原、生物膜等）与物理化学换能器有机结合的一门交叉学科，是发展生物技术必不可少的一种先进的检测方法与监控方法，也是物质分子水平的快速、微量分析方法。各种生物传感器有以下共同的结构：包括一种或数种相关生物活性材料（生物膜）及能把生物活性表达的信号转换为电信号的物理或化学换能器（传感器），二者组合在一起，用现代微电子和自动化仪表技术进行生物信号的再加工，构成各种可以使用的生物传感器分析装置、仪器和系统。生物传感器的原理：待测物质经扩散作用进入生物活性材料，经分子识别，发生生物学反应，产生的信息继而被相应的物理或化学换能器转变成可定量和可处理的电信号，再经二次仪表放大并输出，便可知道待测物浓度。
4.2 激光传感器
激光传感器：利用激光技术进行测量的传感器。它由激光器、激光检测器和测量电路组成。激光传感器是新型测量仪表，它的优点是能实现无接触远距离测量，速度快，精度高，量程大，抗光、电干扰能力强等。激光传感器原理：激光传感器工作时，先由激光发射二极管对准目标发射激光脉冲。经目标反射后激光向各方向散射。部分散射光返回到传感器接收器，被光学系统接收后成像到雪崩光电二极管上。雪崩光电二极管是一种内部具有放大功能的光学传感器，因此它能检测极其微弱的光信号，并将其转化为相应的电信号。
5 结束语
随着科技的飞速发展，人们不断提高着自身认知世界的能力。传感器在获取自然和生产领域中发挥着巨大上的作用。目前，传感器技术在发展经济、推动社会进步方面起到重要的推动作用。相信未来，传感器技术将会出现一个飞跃。
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