应变片式传感器工作原理及特性
1、电阻应变片工作原理

    电阻应变片的工作原理是基于应变效应，即导体或半导体材料在外界力的作用下产生机械变形时，其电阻值相应发生变化，这种现象称为“应变效应”。

2、应变片的种类、材料及粘贴

    金属电阻应变片的种类有丝式和箔式两种。

    1）丝式：直径0．01～0．05mm，材料为胶膜、纸、玻璃纤维布等。


图1　金属电阻应变片的结构

    2）箔式应变片：直径0．003~0．01mm



    原理：它是利用照相制版或光刻腐蚀法将电阻箔材在绝缘基底上制成各种图形的应变片；

    优点：

    1）敏感栅尺寸准确，线条均匀；

    2）其弯头横向效应可以忽略；

    3）可通过较大的电流；

    4）散热性好，寿命长；

    5）生产效率高；

3、电阻应变片的特性

    （一）电阻应变片主要特性：

    1）灵敏系数

    2）横向效应

    3）机械滞后，零漂及蠕变

    4）温度效应

    5）应变极限、疲劳寿命

    6）动态响应特性

    （二）应变片的温度误差及补偿

    由于测量现场环境温度的改变而给测量带来的附加误差，称为应变片的温度误差。

    1）电阻温度系数的影响

    敏感栅的电阻丝阻值随温度变化的关系可用下式表示：

    Rt=R0（1+α0Δt）　　　　　　　ΔRα=Rt-R0=R0α0Δt

    2）试件材料和电阻丝材料的线膨胀系数的影响。试件与电阻丝线膨胀系数不同时，产生附加电阻变化。



    由于温度变化而引起的应变片总电阻相对变化量为：



    可知，因环境温度变化而引起的附加电阻的相对变化量，除了与环境温度有关外，还与应变片自身的性能参数（K0,　α0,　βs）以及被测试件线膨胀系数βg有关。

    通常温度误差补偿方法有两类：

    1）线路补偿法
    　　

    　　

    完全补偿：

    ①R3=R4;

    ②R1和RB相同;

    ③粘贴材料一样;

    ④同一温度场

    2）应变片的自补偿法



    则被测试件的线膨胀系数βg已知时，如果合理选择敏感栅材料,则达到温度自补偿的目的。

    （三）应变片式电阻传感器的测量电路

    直流电桥

    直流电桥平衡条件

    直流电桥电压灵敏度

    电桥的非线性误差

    直流电桥平衡条件：



    交流电桥

    交流电桥的平衡条件

    交流应变电桥的输出特性及平衡调节

    直流电桥输出电压很小，须放大但直流放大器易于产生零漂。



    交流电桥平衡调节：



    （四）电阻应变片的选择、粘贴技术

    1）目测电阻应变片有无折痕．断丝等缺陷，有缺陷的应变片不能粘贴。

    2）用数字万用表测量应变片电阻值大小。同一电桥中各应变片之间阻值相差不得大于0．5欧姆．

    3）试件表面处理：贴片处置用细纱纸打磨干净，用酒精棉球反复擦洗贴处，直到棉球无黑迹为止。

    4）应变片粘贴：在应变片基底上挤一小滴502胶水，轻轻涂抹均匀，立即放在应变贴片位置。

    5）焊线：用电烙铁将应变片的引线焊接到导引线上。

    6）用兆欧表检查应变片与试件之间的绝缘组织，应大于500M欧。

    7）应变片保护：用704硅橡胶覆于应变片上，防止受潮
无线传感器网络的应用范围问题
前些时间在几个地方做了几次关于Sun SPOT的讲座。经常遇到的一个问题就是无线通讯是否可靠的问题，根据我个人的理解，尝试着解答一下吧。

不管是有线通讯还是无线通讯，其基本原理都是一样的。原始信息在发射机端经过调制之后通过某种信号传递介质发送给接收机，接收机端通过解调得到原始信息。无线通讯和有线通讯的根本区别，就在于其信号传递介质。在有线通讯中，这个信号传递介质通常是某种电传导介质（或者是光传导介质），在这种介质上所传递的信号是电信号（或者是光信号）。在无线通讯中，这个信号传递介质通常是大气，在这种介质上所传递的信号是电磁波。从通讯理论上来讲，只要这两种信号传递介质都是导通的，那么其可靠度水平是相当的。说有线通讯比无线通讯更加可靠，其实是觉得看得见摸得着的线缆比看不见摸不着的空气更加实在。再往远处扯一扯，则是“虚”和“实”的本质问题，是可以做一篇哲学论文的。

任何通讯介质，都有其固有的弱点。有线介质不但怕虫吃鼠咬，更怕民工拿锄头乱挖；无线介质虽然怕障碍物阻挡，但是至少不会被虫子咬断。所以，无线和有线，是各自有其应用环境的。在合适的应用环境里，就能够充分体现出其优点来。在不合适的应用环境里，理论上说得再好也没用。

无线传感器网络之所以会在未来有广阔的前景，在于它很好地解决了最后一公里，最后一百米，最后十米，或者是最后一米的问题。举个例子说，我国较近几年建设的高速公路，基本上都有光缆覆盖，其带宽足以支撑实时的视频监控应用。但是，高速公路沿途的各种摄像头和传感器是不能够直接接入光缆的，因为每在光缆上接入一个设备，就需要接入一对昂贵的光栅机。通常的做法，是将光缆作为骨干网，每隔一定的距离部署一对光栅机作为主节点，主节点附近的各种设备通过其他方式组成局部子网进行通讯，局部子网上的各种设备将主节点作为数据池（Data Sink），数据池上的数据通过主节点并入骨干网，并较终传输到远程数据采集、分析、控制终端。如上所述之最后N 米问题，用有线的解决方案往往是不太方便的，譬如说在已经通车的高速公路周边部署新的传感器，就不能够频繁地考虑将高速公路挖开铺设新的线缆这种可能性。

无线传感器网络的另外一个应用范围，是不便搭设有线通讯设备的环境。譬如说隧道施工现场和地下矿井矿山，施工现场的复杂性，以及传感器的数量级，使得搭设可靠的有线通讯环境非常困难。尽管无线通讯确实会由于施工现场中的种种障碍受到干扰，但是由于我们能够轻易地将无线传感器节点部署到施工现场的各个角落，从而构建起一个全面覆盖的无线通讯网络。在施工现场发生变化的时候，我们还能够轻易地通过调整无线传感器节点的物理位置来适应施工现场所发生的各种变化。这样的灵活性，是有线网络所远远不能够相比拟的。