⑴ 光速是怎樣測出來的
光速的測量，首先在天文學上獲得成功，這是因為宇宙廣闊的空間提供了測量光速所需要的足夠大的距離．早在1676年丹麥天文學家羅默（1644—1710）首先測量了光速．由於任何周期性的變化過程都可當作時鍾，他成功地找到了離觀察者非常遙遠而相當准確的「時鍾」，羅默在觀察時所用的是木星每隔一定周期所出現的一次衛星蝕．他在觀察時注意到：連續兩次衛星蝕相隔的時間，當地球背離木星運動時，要比地球迎向木星運動時要長一些，他用光的傳播速度是有限的來解釋這個現象．光從木星發出（實際上是木星的衛星發出），當地球離開木星運動時，光必須追上地球，因而從地面上觀察木星的兩次衛星蝕相隔的時間，要比實際相隔的時間長一些；當地球迎向木星運動時，這個時間就短一些．因為衛星繞木星的周期不大（約為1.75天），所以上述時間差數，在最合適的時間（上圖中地球運行到軌道上的A和A』兩點時）不致超過15秒（地球的公轉軌道速度約為30千米/秒）．因此，為了取得可靠的結果，當時的觀察曾在整年中連續地進行．羅默通過觀察從衛星蝕的時間變化和地球軌道直徑求出了光速．由於當時只知道地球軌道半徑的近似值，故求出的光速只有214300km/s．這個光速值盡管離光速的准確值相差甚遠，但它卻是測定光速歷史上的第一個記錄．後來人們用照相方法測量木星衛星蝕的時間，並在地球軌道半徑測量准確度提高後，用羅默法求得的光速為299840±60km/s．[2]
2．布萊德雷的光行差法
觀察恆星1728年，英國天文學家布萊德雷（1693—1762）採用恆星的光行差法，再一次得出光速是一有限的物理量．布萊德雷在地球上觀察恆星時，發現恆星的視位置在不斷地變化，在一年之內，所有恆星似乎都在天頂上繞著半長軸相等的橢圓運行了一周．他認為這種現象的產生是由於恆星發出的光傳到地面時需要一定的時間，而在此時間內，地球已因公轉而發生了位置的變化．他由此測得光速為：C=299930千米/秒
這一數值與實際值比較接近．
以上僅是利用天文學的現象和觀察數值對光速的測定，而在實驗室內限於當時的條件，測定光速尚不能實現．[3]
二、光速測定的大地測量方法
光速的測定包含著對光所通過的距離和所需時間的量度，由於光速很大，所以必須測量一個很長的距離和一個很短的時間，大地測量法就是圍繞著如何准確測定距離和時間而設計的各種方法．
1．伽利略測定光速的方法
物理學發展史上，最早提出測量光速的是義大利物理學家伽利略．1607年在他的實驗中，讓相距甚遠的兩個觀察者，各執一盞能遮閉的燈，如圖所示：觀察者A打開燈光，經過一定時間後，光到達觀察者B，B立即打開自己的燈光，過了某一時間後，此信號回到A，於是A可以記下從他自己開燈的一瞬間，到信號從B返回到A的一瞬間所經過的時間間隔t．若兩觀察者的距離為S，則光的速度為c=2s/t
因為光速很大，加之觀察者還要有一定的反應時間，所以伽利略的嘗試沒有成功．如果用反射鏡來代替B，那麼情況有所改善，這樣就可以避免觀察者所引入的誤差．這種測量原理長遠地保留在後來的一切測定光速的實驗方法之中．甚至在現代測定光速的實驗中仍然採用．但在信號接收上和時間測量上，要採用可靠的方法．使用這些方法甚至能在不太長的距離上測定光速，並達到足夠高的精確度．
2．旋轉齒輪法
用實驗方法測定光速首先是在1849年由斐索實驗．他用定期遮斷光線的方法（旋轉齒輪法）進行自動記錄．實驗示意圖如下．從光源s發出的光經會聚透鏡L1射到半鍍銀的鏡面A，由此反射後在齒輪W的齒a和a』之間的空隙內會聚，再經透鏡L2和L3而達到反射鏡M，然後再反射回來．又通過半鍍鏡A由L4集聚後射入觀察者的眼睛E．如使齒輪轉動，那麼在光達到M鏡後再反射回來時所經過的時間△t內，齒輪將轉過一個角度．如果這時a與a』之間的空隙為齒a（或a』）所佔據，則反射回來的光將被遮斷，因而觀察者將看不到光．但如齒輪轉到這樣一個角度，使由M鏡反射回來的光從另一齒間空隙通過，那麼觀察者會重新看到光，當齒輪轉動得更快，反射光又被另一個齒遮斷時，光又消失．這樣，當齒輪轉速由零而逐漸加快時，在E處將看到閃光．由齒輪轉速v、齒數n與齒輪和M的間距L可推得光速c=4nvL．
在斐索所做的實驗中，當具有720齒的齒輪，一秒鍾內轉動12.67次時，光將首次被擋住而消失，空隙與輪齒交替所需時間為1/12.67s
在這一時間內，光所經過的光程為2×8633米，所以光速c=2×8633×18244（m/s)≈315×108(km/s)
在對信號的發出和返回接收時刻能作自動記錄的遮斷法除旋轉齒輪法外，在現代還採用克爾盒法．1941年安德孫用克爾盒法測得：c=299776±6km/s，1951年貝格斯格蘭又用克爾盒法測得c=299793.1±0.3km/s．
3．旋轉鏡法科學家傅科對光速的測量旋轉鏡法的主要特點是能對信號的傳播時間作精確測量．1851年傅科成功地運用此法測定了光速．旋轉鏡法的原理早在1834年1838年就已為惠更斯和阿拉果提出過，它主要用一個高速均勻轉動的鏡面來代替齒輪裝置．由於光源較強，而且聚焦得較好．因此能極其精密地測量很短的時間間隔．實驗裝置如圖所示．從光源s所發出的光通過半鍍銀的鏡面M1後，經過透鏡L射在繞O軸旋轉的平面反射鏡M2上O軸與圖面垂直．光從M2反射而會聚到凹面反射鏡M3上，M3的曲率中心恰在O軸上，所以光線由M3對稱地反射，並在s′點產生光源的像．當M2的轉速足夠快時，像S′的位置將改變到s〃，相對於可視M2為不轉時的位置移動了△s的距離可以推導出光速值。式中w為M2轉動的角速度．l0為M2到M3的間距，l為透鏡L到光源S的間距，△s為s的像移動的距離．因此直接測量w、l、l0、△s，便可求得光速。
在傅科的實驗中：L=4米，L0=20米，△s=0.0007米，W=800×2π弧度/秒，他求得光速值c=298000±500km/s．
另外，傅科還利用這個實驗的基本原理，首次測出了光在介質（水）中的速度v＜c，這是對波動說的有力證據．[4]
3．旋轉棱鏡法
邁克爾遜干涉儀美國的邁克爾遜把齒輪法和旋轉鏡法結合起來，創造了旋轉棱鏡法裝置．因為齒輪法之所以不夠准確，是由於不僅當齒的中央將光遮斷時變暗，而且當齒的邊緣遮斷光時也是如此．因此不能精確地測定象消失的瞬時．旋轉鏡法也不夠精確，因為在該法中象的位移△s太小，只有0.7毫米，不易測准．邁克耳遜的旋轉鏡法克服了這些缺點．他用一個正八面鋼質棱鏡代替了旋轉鏡法中的旋轉平面鏡，從而光路大大的增長，並利用精確地測定棱鏡的轉動速度代替測齒輪法中的齒輪轉速測出光走完整個路程所需的時間，從而減少了測量誤差．從1879年至1926年，邁克耳遜曾前後從事光速的測量工作近五十年，在這方面付出了極大的勞動．1926年他的最後一個光速測定值為
c=299796km/s
這是當時最精確的測定值，很快成為當時光速的公認值．[5]
三、光速測定的實驗室方法（高中課本有）
光速測定的天文學方法和大地測量方法，都是採用測定光信號的傳播距離和傳播時間來確定光速的．這就要求要盡可能地增加光程，改進時間測量的准確性．這在實驗室里一般是受時空限制的，而只能在大地野外進行，如斐索的旋輪齒輪法當時是在巴黎的蘇冷與達蒙瑪特勒相距8633米的兩地進行的．傅科的旋轉鏡法當時也是在野外，邁克耳遜當時是在相距35373．21米的兩個山峰上完成的．現代科學技術的發展，使人們可以使用更小更精確地實驗儀器在實驗室中進行光速的測量．
1．微波諧振腔法
1950年埃森最先採用測定微波波長和頻率的方法來確定光速．在他的實驗中，將微波輸入到圓柱形的諧振腔中，當微波波長和諧振腔的幾何尺寸匹配時，諧振腔的圓周長πD和波長之比有如下的關系：πD=2.404825λ，因此可以通過諧振腔直徑的測定來確定波長，而直徑則用干涉法測量；頻率用逐級差頻法測定．測量精度達10-7．在埃森的實驗中，所用微波的波長為10厘米，所得光速的結果為299792.5±1km/s．
2．激光測速法（大學課本）
1970年美國國家標准局和美國國立物理實驗室最先運用激光測定光速．這個方法的原理是同時測定激光的波長和頻率來確定光速（c=νλ）．由於激光的頻率和波長的測量精確度已大大提高，所以用激光測速法的測量精度可達10-9，比以前已有最精密的實驗方法提高精度約100倍．
除了以上介紹的幾種測量光速的方法外，還有許多十分精確的測定光速的方法．
根據1975年第十五屆國際計量大會的決議，現代真空中光速的最可靠值是：
c=299792.458±0.001km/s
接近光速時的速度合成
接近光速情況下，笛卡爾坐標系不再適用。同樣測量光線離開自己的速度，一個快速追光的人與一個靜止的人會測得相同的速度（光速）。這與日常生活中對速度的概念有異。兩車以50km/h的速度迎面飛馳，司機會感覺對方的車以50 + 50 = 100km/h行駛，即與自己靜止而對方以100km/h迎面駛來的情況無異。但當速度接近光速時，實驗證明簡單加法計算速度不再奏效。當兩飛船以90%光速的速度（對第三者來說）迎面飛行時，船上的人不會感覺對方的飛船以90%c+90%c=180%c光速速度迎面飛來，而只是以稍低於99.5%的光速速度行駛。結果可從愛因斯坦計算速度的算式得出：
v和w是對第三者來說飛船的速度，u是感受的速度，c是光速。
不同介質中的光速
目前的光速測量是不完善的！
當今科技告訴我們，光是以一種粒子波形式存在的。同時告訴我們，光是電磁波的一種。而當今科技一種將光作為一種直線來測量，得到的數據自然不正確！
如果想要測量光速，除了用當今常用的物理方法測得的光速後還應該代入使用的光源的波長與振幅！
當今世界無數的計算都以光速為基準。如果想要得到真實的結果，就必須得到真正的光速！
光也好，電磁波也好，可以肯定的說他們都是以波狀進行傳播的！而波狀傳播的距離肯定要比直線傳播的距離要遠的多的多！因為本人沒有合適的工具和條件，無法測量光的真正速度。但是光速必然要比當今世界大多數人公認的速度要快得多！
一個波長內包含兩個振幅，一般來說兩個振幅可以組成一個圓（或橢圓）。那麼為求光速應該把實際測得的距離作為直徑後求周長！而最後獲得的周長才是光真正的速度！
[編輯本段]真空中的光速
⑵ 距離問題
光年顧名思義就是光走一年的路程，光年的路程是光速乘以一年的時間算出來的。那麼光速是怎麼測量出來的呢？
以下是測量光速的方法來源。
1．羅默的衛星蝕法
光速的測量，首先在天文學上獲得成功，這是因為宇宙廣闊的空間提供了測量光速所需要的足夠大的距離．早在1676年丹麥天文學家羅默（1644— 1710）首先測量了光速．由於任何周期性的變化過程都可當作時鍾，他成功地找到了離觀察者非常遙遠而相當准確的「時鍾」，羅默在觀察時所用的是木星每隔一定周期所出現的一次衛星蝕．他在觀察時注意到：連續兩次衛星蝕相隔的時間，當地球背離木星運動時，要比地球迎向木星運動時要長一些，他用光的傳播速度是有限的來解釋這個現象．光從木星發出（實際上是木星的衛星發出），當地球離開木星運動時，光必須追上地球，因而從地面上觀察木星的兩次衛星蝕相隔的時間，要比實際相隔的時間長一些；當地球迎向木星運動時，這個時間就短一些．因為衛星繞木星的周期不大（約為1.75天），所以上述時間差數，在最合適的時間（上圖中地球運行到軌道上的A和A』兩點時）不致超過15秒（地球的公轉軌道速度約為30千米/秒）．因此，為了取得可靠的結果，當時的觀察曾在整年中連續地進行．羅默通過觀察從衛星蝕的時間變化和地球軌道直徑求出了光速．由於當時只知道地球軌道半徑的近似值，故求出的光速只有214300km/s．這個光速值盡管離光速的准確值相差甚遠，但它卻是測定光速歷史上的第一個記錄．後來人們用照相方法測量木星衛星蝕的時間，並在地球軌道半徑測量准確度提高後，用羅默法求得的光速為299840±60km/s．
2．布萊德雷的光行差法
1728年，英國天文學家布萊德雷（1693—1762）採用恆星的光行差法，再一次得出光速是一有限的物理量．布萊德雷在地球上觀察恆星時，發現恆星的視位置在不斷地變化，在一年之內，所有恆星似乎都在天頂上繞著半長軸相等的橢圓運行了一周．他認為這種現象的產生是由於恆星發出的光傳到地面時需要一定的時間，而在此時間內，地球已因公轉而發生了位置的變化．他由此測得光速為：
C=299930千米/秒
這一數值與實際值比較接近．
以上僅是利用天文學的現象和觀察數值對光速的測定，而在實驗室內限於當時的條件，測定光速尚不能實現．
二、光速測定的大地測量方法
光速的測定包含著對光所通過的距離和所需時間的量度，由於光速很大，所以必須測量一個很長的距離和一個很短的時間，大地測量法就是圍繞著如何准確測定距離和時間而設計的各種方法．
1．伽利略測定光速的方法
物理學發展史上，最早提出測量光速的是義大利物理學家伽利略．1607年在他的實驗中，讓相距甚遠的兩個觀察者，各執一盞能遮閉的燈，如圖所示：觀察者A打開燈光，經過一定時間後，光到達觀察者B，B立即打開自己的燈光，過了某一時間後，此信號回到A，於是A可以記下從他自己開燈的一瞬間，到信號從B返回到A的一瞬間所經過的時間間隔t．若兩觀察者的距離為S，則光的速度為
c=2s/t
因為光速很大，加之觀察者還要有一定的反應時間，所以伽利略的嘗試沒有成功．如果用反射鏡來代替B，那麼情況有所改善，這樣就可以避免觀察者所引入的誤差．這種測量原理長遠地保留在後來的一切測定光速的實驗方法之中．甚至在現代測定光速的實驗中仍然採用．但在信號接收上和時間測量上，要採用可靠的方法．使用這些方法甚至能在不太長的距離上測定光速，並達到足夠高的精確度．
2．旋轉齒輪法
用實驗方法測定光速首先是在1849年由斐索實驗．他用定期遮斷光線的方法（旋轉齒輪法）進行自動記錄．實驗示意圖如下．從光源s發出的光經會聚透鏡L1射到半鍍銀的鏡面A，由此反射後在齒輪W的齒a和a』之間的空隙內會聚，再經透鏡L2和L3而達到反射鏡M，然後再反射回來．又通過半鍍鏡A由 L4集聚後射入觀察者的眼睛E．如使齒輪轉動，那麼在光達到M鏡後再反射回來時所經過的時間△t內，齒輪將轉過一個角度．如果這時a與a』之間的空隙為齒 a（或a』）所佔據，則反射回來的光將被遮斷，因而觀察者將看不到光．但如齒輪轉到這樣一個角度，使由M鏡反射回來的光從另一齒間空隙通過，那麼觀察者會重新看到光，當齒輪轉動得更快，反射光又被另一個齒遮斷時，光又消失．這樣，當齒輪轉速由零而逐漸加快時，在E處將看到閃光．由齒輪轉速v、齒數n與齒輪和M的間距L可推得光速c=4nvL．
在斐索所做的實驗中，當具有720齒的齒輪，一秒鍾內轉動12.67次時，光將首次被擋住而消失，空隙與輪齒交替所需時間為
在這一時間內，光所經過的光程為2×8633米，所以光速c=2×8633×18244=3.15×108（m/s）．
在對信號的發出和返回接收時刻能作自動記錄的遮斷法除旋轉齒輪法外，在現代還採用克爾盒法．1941年安德孫用克爾盒法測得：c=299776±6km/s，1951年貝格斯格蘭又用克爾盒法測得c=299793.1±0.3km/s．
3．旋轉鏡法
旋轉鏡法的主要特點是能對信號的傳播時間作精確測量．1851年傅科成功地運用此法測定了光速．旋轉鏡法的原理早在1834年1838年就已為惠更斯和阿拉果提出過，它主要用一個高速均勻轉動的鏡面來代替齒輪裝置．由於光源較強，而且聚焦得較好．因此能極其精密地測量很短的時間間隔．實驗裝置如圖所示．從光源s所發出的光通過半鍍銀的鏡面M1後，經過透鏡L射在繞O軸旋轉的平面反射鏡M2上O軸與圖面垂直．光從M2反射而會聚到凹面反射鏡M3上， M3的曲率中心恰在O軸上，所以光線由M3對稱地反射，並在s′點產生光源的像．當M2的轉速足夠快時，像S′的位置將改變到s〃，相對於可視M2為不轉時的位置移動了△s的距離可以推導出光速值：
式中w為M2轉動的角速度．l0為M2到M3的間距，l為透鏡L到光源S的間距，△s為s的像移動的距離．因此直接測量w、l、l0、△s，便可求得光速．
在傅科的實驗中：L=4米，L0=20米，△s=0.0007米，W=800×2π弧度/秒，他求得光速值c=298000±500km/s．
另外，傅科還利用這個實驗的基本原理，首次測出了光在介質（水）中的速度v＜c，這是對波動說的有力證據．
3．旋轉棱鏡法
邁克耳遜把齒輪法和旋轉鏡法結合起來，創造了旋轉棱鏡法裝置．因為齒輪法之所以不夠准確，是由於不僅當齒的中央將光遮斷時變暗，而且當齒的邊緣遮斷光時也是如此．因此不能精確地測定象消失的瞬時．旋轉鏡法也不夠精確，因為在該法中象的位移△s太小，只有0.7毫米，不易測准．邁克耳遜的旋轉鏡法克服了這些缺點．他用一個正八面鋼質棱鏡代替了旋轉鏡法中的旋轉平面鏡，從而光路大大的增長，並利用精確地測定棱鏡的轉動速度代替測齒輪法中的齒輪轉速測出光走完整個路程所需的時間，從而減少了測量誤差．從1879年至1926年，邁克耳遜曾前後從事光速的測量工作近五十年，在這方面付出了極大的勞動． 1926年他的最後一個光速測定值為
c=299796km/s
這是當時最精確的測定值，很快成為當時光速的公認值．
三、光速測定的實驗室方法
光速測定的天文學方法和大地測量方法，都是採用測定光信號的傳播距離和傳播時間來確定光速的．這就要求要盡可能地增加光程，改進時間測量的准確性．這在實驗室里一般是受時空限制的，而只能在大地野外進行，如斐索的旋輪齒輪法當時是在巴黎的蘇冷與達蒙瑪特勒相距8633米的兩地進行的．傅科的旋轉鏡法當時也是在野外，邁克耳遜當時是在相距35373．21米的兩個山峰上完成的．現代科學技術的發展，使人們可以使用更小更精確地實驗儀器在實驗室中進行光速的測量．
1．微波諧振腔法
1950年埃森最先採用測定微波波長和頻率的方法來確定光速．在他的實驗中，將微波輸入到圓柱形的諧振腔中，當微波波長和諧振腔的幾何尺寸匹配時，諧振腔的圓周長πD和波長之比有如下的關系：πD=2.404825λ，因此可以通過諧振腔直徑的測定來確定波長，而直徑則用干涉法測量；頻率用逐級差頻法測定．測量精度達10-7．在埃森的實驗中，所用微波的波長為10厘米，所得光速的結果為299792.5±1km/s．
2．激光測速法
1790年美國國家標准局和美國國立物理實驗室最先運用激光測定光速．這個方法的原理是同時測定激光的波長和頻率來確定光速（c=νλ）．由於激光的頻率和波長的測量精確度已大大提高，所以用激光測速法的測量精度可達10-9，比以前已有最精密的實驗方法提高精度約100倍．
四、光速測量方法一覽表
除了以上介紹的幾種測量光速的方法外，還有許多十分精確的測定光速的方法．現將不同方法測定的光速值列為「光速測量一覽表」供參考．
根據1975年第十五屆國際計量大會的決議，現代真空中光速的最可靠值是：
c=299792.458±0.001km/s
聲速測量儀必須配上示波器和信號發生器才能完成測量聲速的任務。實驗中產生超聲波的裝置如圖所示。它由壓電陶瓷管或稱超聲壓電換能器與變幅桿組成；當有交變電壓加在壓電陶瓷管上時，由於壓電體的逆壓電效應，使其產生機械振動。此壓電陶瓷管粘接在鋁合金製成的變幅桿上，經過電子線路的放大，即成為超聲波發生器，由於壓電陶瓷管的周期性振動，帶動變幅桿也做周期軸向振動。當所加交變電壓的頻率與壓電陶瓷的固有頻率相同時，壓電陶瓷的振幅最大，這使得變幅桿的振幅也最大。變幅桿的端面在空氣中激發出縱波，即超聲波。本儀器的壓電陶瓷的振盪頻率在40kHz以上，相應的超聲波波長約為幾毫米，由於他的波長短，定向發射性能好，本超聲波發射器是比較理想的波源。由於變幅桿的端面直徑一般在20mm左右，比此波長大很多，因此可以近似認為離開發射器一定距離處的聲波是平面波。超聲波的接受器則是利用壓電體的正壓電效應，將接收的機械振動，轉化成電振動，為使此電振動增強。特加一選頻放大器加以放大，再經屏蔽線輸給示波器觀測。接收器安裝在可移動的機構上，這個機構包擴支架、絲桿、可移動底座（其上裝有指針，並通過定位螺母套在絲桿上，有絲桿帶動作平移）、帶刻度的手輪等。接收器的位置由主、尺刻度手輪的位置決定。主尺位於底座上面；最小方尺位於底坐上面；最小分尺為1mm，手輪與絲桿相連上分為100分格，每轉一周，接收器平移1mm，故手每一小格為0.01mm，可估到0.001mm。
⑶ [測試技術動態壓力感測器設計]微型動態壓力感測器
測 試 技 術
感測器設計（動態壓力）
設計作品名稱：電團岩子式水流壓力感測器 作品設計人員：王思雲（[1**********]）王劍峰（[1**********]）
組員：王世斌（[1**********]）餘光林（[1**********]） 王澤青（[1**********]）
課程名稱：測試技術
學院：機械與交通學院
專業：交通運輸
設計時間：2013年11月26日-2013年12月1日
電子式水流壓力感測器的設計
有關壓力感測器簡介—帶或耐—壓力感測器是工業實踐中最為常用的一種感測器，而我們通常使用的壓力感測器主要是利用壓電效應製造而成的，這樣的感測器也稱為壓電感測器。
我們知道，晶體是各向異性的，非晶體是各向同性的。某些晶體介質，當沿著一定方向受到機械力作用發生變形時，就產生了極化效應；當機械力撤掉之後，又會重新回到不帶電的狀態，也就是受到壓力的時候，某些晶體可能產生出電的效應，這就是所謂的極化效應。科學家就是根據這個效應研製出了壓電感測器。
壓電效應是壓電感測器的主要工作原理，壓電感測器不能用於靜態測量，因為經過外力作用後的電荷，只有在迴路具有無限大的輸入阻抗時才得到保存。實際的情況不是這樣的，所以這決定了壓電感測器只能夠測量動態的應力。諸如空氣流動壓力，液體流動壓力，接下來我們設計的動態壓力感測器就是利用水流壓力來測量各種數據的感測器——水流壓力感測器
目 錄
緒論......................................................................................
1.1 背景....................................................................................................
1.2 應用實例..........................................................................................
原理分析..............................................................................
2.1 工作原理...........................................................................................
實現過程..............................................................................
3.1 電路圖設計.......................................................................................
3.2 電路模擬...........................................................................................
心得體會 ...............................................................................
緒 論
1.1 背景
水流壓力感測器中主要使用的壓電材料包括有石英、酒石酸蠢春鉀鈉和磷酸二氫胺。其中石英（二氧化硅）是一種天然晶體，壓電效應就是在這種晶體中發現的，在一定的溫度范圍之內，壓電性質一直存在，但溫度超過這個范圍之後，壓電性質完全消失（這個高溫就是所謂的「居里點」）。由於隨著應力的變化電場變化微小，壓電系數比較低，所以石英逐漸被其他的壓電晶體所替代。而酒石酸鉀鈉具有很大的壓電靈敏度和壓電系數，但是它只能在室溫和濕度比較低的環境下才能夠應用。磷酸二氫胺屬於人造晶體，能夠承受高溫和相當高的濕度，所以已經得到了廣泛的應用。
這種壓電電阻效應是由於應力的作用，引起導體與價電子帶能量狀態的變化，以及載流子數量與遷移率變化所產生的一種現象。日本從1970年開始研究開發，首先應用在血壓計上，之後在過程式控制制領域及轎車發動機控制部分都獲得了廣泛的應用。最近幾年在家用電器、家用水表、等應用領域普遍採用電子壓力感測器作為壓力控制、流量監控的效果。
圖1 電子壓力感測器模型
1.2 應用實例
圖2 水流壓力感測器在全自動洗衣機中的應用
圖3 水流壓力感測器結構圖
圖4 水流壓力感測器在水表中的應用 測量流量
圖2是水流壓力感測器在全自動洗衣機中的應用實例。如圖所示，利用氣室，將在不同水位情況下水壓的變化，作為空氣壓力的變化檢測出來，從而可以在設定的水位上自動停止向洗衣機注水。圖3是水流壓力感測器在水表當中的應用實例，利用管道當中的水流壓力壓迫管壁上的流量感測器，將壓力信號轉換成數字信號顯示在水表上。
第2章 原理分析
2.1 工作原理
圖1為PS水流壓力感測器的截面結構圖，圖2為其感測器部分的結構。如圖所示，在壓力感測器半導體矽片上有一層擴散電阻體，如果對這一電阻體施加壓力，由於壓電電阻效應，其電阻值將發生變化。受到應變的部分，即膜片由於容易感壓而變薄，為了減緩來自感測器底座應力的影響，將壓力感測器片安裝在玻璃基座上。
如圖2，圖3所示，當向空腔部分加上一定的壓力時，膜片受到一定程度的拉伸或收縮而產生形變。壓電電阻的排列方法如圖3所示，受到拉伸的電阻R2和R4的阻值增加；受到壓縮的電阻R1和R3阻值減小。圖4由於各壓電電阻如圖4那樣組成橋路結構，如果將它們連接到恆流源上，則由於壓力的增減，將在輸出端獲得輸出電壓ΔV，當壓力為零時的ΔV等於偏置電壓Voffset,在理想狀態下我們希望Voffset=0V，實際上在生成擴散電阻體時，由於所形成的擴散電阻體尺寸大小的不同和存在雜質濃度的微小差異，因此總是有某個電壓值存在。壓力為零時，R1=R2=R3=R4=R，我們把加上一定壓力時R1、R2電阻的變化部分記作ΔR；相應R3、R4電阻的變化部分記作-ΔR，於是ΔV=ΔRI 。這個ΔV相對壓力呈現幾乎完全線性的特性，只是隨著溫度的變化而有所改變。
第3章 實現過程
3.1 電路圖設計
圖5是PS壓水流壓力感測器的外圍電路設計實例，圖中用恆流源來驅動壓力感測器。
圖5 水流壓力感測器設計電路
由於橋路失衡時的輸出電壓比較小，所以必須用運放IC1b和IC1C來進行放大。圖中VR1為偏置調整，VR2為壓力靈敏度調整，VR3為沒有加壓時輸出電壓調整，C1、C2用於去除雜訊。另外，如果電源電壓波動的話，將引起輸出電壓的變化，所以必須給電路提供一個穩定的電源。
3.2 電路模擬
心得體會
測試技術（感測器技術）是一門理論性和實踐性都很強的專業基礎課，也是一門綜合性的技術基礎學科，它需要數學、物理學、電子學、力學、機械等知識，同時還要掌握各種物理量的變換原理、各種靜態和動態物理量（如力、振動、雜訊、壓力和溫度等）的測定，以及實驗裝置的設計和數據分析等方面所涉及的基礎理論。在做此次設計前，我把老師所講的測試技術教材通讀了一遍，對測試技術有了一定得了解。因為在這之前，沒有接觸過類似的課程設計，所以這次實驗，我們感覺有些困難。 感測技術是一門綜合性的課程知識，想做好這次實驗，必須要有較好的理論知識，例如：電路，模電，還有畫圖時，也要用軟體畫圖multisim模擬軟體的使用。只有熟悉了這些們課程才能真正的完成這次實驗。首先，是電路圖的設計，要明白感測器的原理及在電路中的作用是什麼。雖然最終設計出的電路圖不是很復雜，但是也是幾經周折。其次，是在multisim中連接電路元件，讓我們進一步得熟悉了這個軟體的功能，並能運用自如。最後，是電路的模擬，可以說是最關鍵的一部了，前面所有的工作都是在為它打基礎，一旦模擬失敗就意味著所有得努力可能全部白費。模擬的結果雖然顯示出數字來了，但是和是要得要求相差很遠。因此，就一次一次的調試，改變電阻的阻值，以及滑動變阻器的阻值，最終把結果調試出來了。
通過這次感測器的設計,使我們學到了不少實用的知識,更重
要的是,做設計的過程,思考問題的方法,這與做其他的設計是通用的,真正使我們受益匪淺.在這次設計的過程中我們要培養自己的獨立分析問題，和解決問題的能力。在調試電路圖的過程中，要自己學會思考。最後，通過這次設計我們不但對理論知識有了更加深刻的理解，更加增強了我們的綜合能力，希望以後能多有這樣的作業，使我們能把所學的專業知識實踐運用。使我們整體對各個方面都得到了不少的提高讓我們得到更好的鍛煉。
⑷ 壓力感測器的作用有哪些
壓電感測器中主要使用的壓電材料包括有石英、酒石酸鉀鈉和磷酸二氫胺。其中石英（二氧化硅）是一種天然晶體，壓電效應就是在這種晶體中發現的， 在一定的溫度范圍之內，壓電性質一直存在，但溫度超過這個范圍之後，壓電性質完全消失（這個高溫就是所謂的「居里點」）。由於隨著應力的變化電場變化微小 （也就說壓電系數比較低），所以石英逐漸被其他的壓電晶體所替代。而酒石酸鉀鈉具有很大的壓電靈敏度和壓電系數，但是它只能在室溫和濕度比較低的環境下才 能夠應用。磷酸二氫胺屬於人造晶體，能夠承受高溫和相當高的濕度，所以已經得到了廣泛的應用。
在現在壓電效應也應用在多晶體上，比如現在的壓電陶瓷，包括鈦酸鋇壓電陶瓷、PZT、鈮酸鹽系壓電陶瓷、鈮鎂酸鉛壓電陶瓷等等。
壓電效應是壓電感測器的主要工作原理，壓電感測器不能用於靜態測量，因為經過外力作用後的電荷，只有在迴路具有無限大的輸入阻抗時才得到保存。實際的情況不是這樣的，所以這決定了壓電感測器只能夠測量動態的應力。
壓電感測器主要應用在加速度、壓力和力等的測量中。壓電式加速度感測器是一種常用的加速度計。它具有結構簡單、體積小、重量輕、使用壽命長等優 異的特點。壓電式加速度感測器在飛機、汽車、船舶、橋梁和建築的振動和沖擊測量中已經得到了廣泛的應用，特別是航空和宇航領域中更有它的特殊地位。壓電式 感測器也可以用來測量發動機內部燃燒壓力的測量與真空度的測量。也可以用於軍事工業，例如用它來測量槍炮子彈在膛中擊發的一瞬間的膛壓的變化和炮口的沖擊 波壓力。它既可以用來測量大的壓力，也可以用來測量微小的壓力。
壓電式感測器也廣泛應用在生物醫學測量中，比如說心室導管式微音器就是由壓電感測器製成的，因為測量動態壓力是如此普遍，所以壓電感測器的應用就非常廣。
除了壓電感測器之外，還有利用壓阻效應製造出來的壓阻感測器，利用應變效應的應變式感測器等，這些不同的壓力感測器利用不同的效應和不同的材料，在不同的場合能夠發揮它們獨特的用途。