电阻式传感器应用与发展

合肥学院电子信息与电气工程系电阻式传感器应用与发展 系别： 电子信息与电气工程系 专业： 自动化 班级： 10级自动化（1）班 姓名： 钱超 马小俊 李翔宇 指导老师： 储忠 成绩： 2012年 09月27 日电阻式传感器应用与发展摘要：电阻式传感器：把位移、力、压力、加速度、扭矩等非电物理量转换为电阻值变化的传感器。电阻式传感器又有电阻应变片式传感器，固态圧阻式传感器，热电阻式传感器，气敏电阻，和湿敏电阻，其中热电阻式传感器又有热电阻和热敏电阻。关键词：电阻式 传感器 原理 应用 发展电阻式传感器的基本原理 电阻式传感器的基本原理是将被测量转化成为传感元件电阻值的变化再经过转换电路变成电信号输出。电阻应变式传感器是利用导体或半导体材料在外力作用下产生机械形变时，其电阻值发生变化的物理现象检测的。固态压阻式传感器是利用单晶硅材料在受到力得作用后，其电阻率将随作用力而变化的物理现象检测的；热电阻式是利用导体的电阻率随温度而变化这一物理现象来测量温度的；气敏电阻是利用气体的吸附而使半导体本身的电导率发生变化这一机理来检测的；湿敏电阻则是通过湿敏材料吸收空气中的水分而导致本身电阻值发生变化这一原理而制成的。电阻式传感器的一般种类应变电阻传感器，用来测量拉压应力，以及基于此的其它物理量。热敏电阻传感器，用来测量温度。滑臂式电阻传感器，用来测量几何位置（角度，位移）。磁敏电阻传感器，用来测量磁场。光敏电阻传感器，用来测量光的强度。吸湿媒质电阻传感器，用来测量湿度。液体电阻率传感器，用来测量水溶离子浓度。电阻式传感器的应用行业电阻应变式传感器主要应用在大坝、桥梁、航天飞机、船舶结构，发电设备等工程结构的应力测量和健康监测。如美国波音767飞机静力结构试验中就采用了2000多个电阻应变片和1000多个应变花来测量飞机结构大量部位的应变。我国的泰山核电站运行前对核反应堆安全壳结构整体试验中，采用了100多个电阻应变片测量混凝土和钢筋中的应力、钢束力以及安全壳的变形情况，历时11昼夜；由于固态圧阻式传感器具有频率响应高、体积小、精度高、灵敏度高等优点，所以它广泛应用于航海、石油、化工、动力机械、兵器工业以及医学等方面；热敏电阻几乎在每个行业都有使用，如家用电器、制造行业、医疗设备、运输、通信、保护报警装置和科研等；气敏电阻较广泛的用于防灾报警，如可制成野花石油气、天然气、城市煤气、煤矿瓦斯以及有毒气体等方面的报警器，也可用于大气污染的监测以及医疗上用于对氧气、二氧化碳等气体的测量。生活中则可用于空调机、烹调装置、酒精浓度探测等方面。电阻式传感器在具体工程中的应用电阻式触摸屏在手机中使用的触摸传感器（touch sensor）就是平时我们俗称的触摸屏（Touch panel）,又称为触控面板，触摸传感器的使用使人机交互更加方便和直观，增加了人机交流的乐趣。触摸传感器的使用减少了手机菜单按键，操作更加简单、便捷。电阻式触摸屏是一种传感器，它将矩形区域中触摸点(X,Y)的物理位置转换为代表X坐标和Y坐标的电压。很多LCD模块都采用了电阻式触摸屏，这种屏幕可以用四线、五线、七线或八线来产生屏幕偏置电压，同时读回触摸点的电压。电阻式触摸屏基本上是薄膜加上玻璃的结构，薄膜和玻璃相邻的一面上均涂有ITO(纳米铟锡金属氧化物)涂层，ITO具有很好的导电性和透明性。当触摸操作时，薄膜下层的ITO会接触到玻璃上层的ITO，经由感应器传出相应的电信号，经过转换电路送到处理器，通过运算转化为屏幕上的X、Y值，而完成点选的动作，并呈现在屏幕上。 1、电阻式触摸屏的工作原理触摸屏包含上下叠合的两个透明层，四线和八线触摸屏由两层具有相同表面电阻的透明阻性材料组成，五线和七线触摸屏由一个阻性层和一个导电层组成，通常还要用一种弹性材料来将两层隔开。触摸屏的结构如图所示。触摸屏的结构当触摸屏表面受到的压力(如通过笔尖或手指进行按压)足够大时，顶层与底层之间会产生接触。所有的电阻式触摸屏都采用分压器原理来产生代表X坐标和Y坐标的电压。如图3，分压器是通过将两个电阻进行串联来实现的。上面的电阻(R1)连接正参考电压(VREF)，下面的电阻(R2)接地。两个电阻连接点处的电压测量值与下面那个电阻的阻值成正比。触摸屏的分压原理为了在电阻式触摸屏上的特定方向测量一个坐标，需要对一个阻性层进行偏置：将它的一边接VREF，另一边接地。同时，将未偏置的那一层连接到一个ADC的高阻抗输入端。当触摸屏上的压力足够大，使两层之间发生接触时，电阻性表面被分隔为两个电阻。它们的阻值与触摸点到偏置边缘的距离成正比。触摸点与接地边之间的电阻相当于分压器中下面的那个电阻。因此，在未偏置层上测得的电压与触摸点到接地边之间的距离成正比。2、四线电阻式触摸屏在手机中使用电阻式触摸屏几乎全部都是四线触摸屏。触摸屏管理芯片触摸屏四线电阻式触摸屏工作原理四线触摸屏包含两个阻性层。其中一层在屏幕的左右边缘各有一条垂直总线，另一层在屏幕的底部和顶部各有一条水平总线，。在触摸屏幕后，起到电压计作用的触摸管理芯片首先在X+点上施加电压梯度VDD，在X-点上施加接地电压GND。然后，检测Y轴电阻上的模拟电压，并把模拟电压转化成数值，用模数转换器计算X坐标。在这种情况下，Y-轴变成感应线。同样地，在Y+和Y-点分施加电压梯度，可以测量Y轴坐标。3、电阻式触摸屏的外观及结构电阻式触摸屏是覆盖在LCD上面一层玻璃结构的透明的材料，它与LCD是可以分离的，可以单独进行更换，有些手机的触摸屏和LCD做在一起，如果触摸屏损坏的时候只能一起更换。部分手机会在触摸屏上面加一个屏幕面板，用来保护触摸屏和LCD。触摸屏的外形结构如图所示。电阻式触摸屏外形结构4、电阻式触摸屏电路详解下图是是一款手机的电阻式触摸屏电路，电路由触摸检测部件、触摸屏控制芯片、CPU组成，触摸屏安装在LCD的前面，用户检测用户的触摸位置，当手指触摸图标或菜单位置时，触摸屏将检测的信息送入触摸屏控制芯片，触摸屏控制器的主要作用是从触摸点检测装置上接收触摸信息，并将它转换成触点坐标，再送给CPU，它同时能接收CPU发来的命令并加以执行。触摸屏控制芯片将检测信息送入CPU，并执行。触摸屏及触摸屏接口手机的电阻式触摸屏电路电阻式传感器的发展趋势1、 集成化、多功能化、智能化随着集成化技术的发展，各类混合集成和单片集成式压力传感器相继出现，有的已经成为商品。集成化压力传感器有压阻式、电容式、等类型，其中压阻式集成化传感器发展快、应用广。传感器的多功能化也是其发展方向之一。把多个功能不同的传感元件集成在一起，除可同时进行多种参数的测量外，还可对这些参数的测量结果进行综合处理和评价，可反映出被测系统的整体状态。由上还可以看出，集成化对固态传感器带来了许多新的机会，同时它也是多功能化的基础。传感器的智能化指传感器与微处理机相结合，使之不仅具有检测功能，还具有信息处理、逻辑判断、自诊断、以及“思维”等人工智能，借助于半导体集成化技术把传感器部分与信号预处理电路、输入输出接口、微处理器等制作在同一块芯片上，即成为大规模集成智能传感器。可以说智能传感器是传感器技术与大规模集成电路技术相结合的产物，它的实现将取决于传感技术与半导体集成化工艺水平的提高与发展。这类传感器具有多能、高性能、体积小、适宜大批量生产和使用方便等优点，可以肯定地说，是传感器重要的方向之一。2、 新材料开发传感器材料是传感器技术的重要基础,是传感器技术升级的重要支撑。随着材料科学的进步,传感器技术日臻成熟,其种类越来越多,除了早期使用的半导体材料、陶瓷材料以外,光导纤维以及超导材料的开发,为传感器的发展提供了物质基础。例如,根据以硅为基体的许多半导体材料易于微型化、集成化、多功能化、智能化,以及半导体光热探测器具有灵敏度高、精度高、非接触性等特点,发展红外传感器、激光传感器、光纤传感器等现代传感器;在敏感材料中,陶瓷材料、有机材料发展很快,可采用不同的配方混合原料,在精密调配化学成分的基础上,经过高精度成型烧结,得到对某一种或某几种气体具有识别功能的敏感材料,用于制成新型气体传感器。此外,高分子有机敏感材料,是近几年人们极为关注的具有应用潜力的新型敏感材料,可制成热敏、光敏、气敏、湿敏、力敏、离子敏和生物敏等传感器。传感器技术的不断发展,也促进了更新型材料的开发,如纳米材料等。3、 新工艺的采用在发展新型传感器中，离不开新工艺的采用。新工艺的含义范围很广，这里主要指与发展新兴传感器联系特别密切的微细加工技术。该技术又称微机械加工技术，是近年来随着集成电路工艺发展起来的，它是离子束、电子束、分子束、激光束和化学刻蚀等用于微电子加工的技术，目前已越来越多地用于传感器领域，例如溅射、蒸镀、等离子体刻蚀、化学气体淀积(CVD)、外延、扩散、腐蚀、光刻等，迄今已有大量采用上述工艺制成的传感器的国内外报道。参考文献马西秦，自动检测技术第三版 北京 机械工业出版社 2011 /view/485285.htm 百度百科 电阻式传感器/view/969e331bb7360b4c2e3f6475.html?from_page=view&from_mod=download 百度文库 电阻式传感器的应用与发展http:/wenku.b