ADXL320 双轴加速度传感器可用于手机和平板电脑屏幕的横竖显示方向自动转换，称为手机和平板电脑的G-Sensor 重力感应功能。其电路如图3-46 所示。

当纵向(X 方向)拿着手机时，XOUT端口和YOUT端口的输出电压分别为XOUT=1.500V和YOUT=1.326V，分别接比较器A 的正相输入端和反相输入端，比较器A 输出高电平，送入微处理器中，以控制扫描电路进行X 方向扫描和信号显示。

将手机转为横向(Y 方向)时，XOUT端口和YOUT端口的输出电压变为XOUT=1.326V 和YOUT=1.500V，比较器A 输出变为低电平，送入微处理器中，微处理器控制扫描电路改为Y 方向扫描和信号显示。

平板电脑的侧面有屏幕旋转锁，起动时，重力感应功能不起作用，横竖方向旋转将不改变屏幕显示方式。

图3-46　手机和平板电脑屏幕的横竖显示方向自动转换电路

1. 电阻应变片力传感器的装配与调试

(1)查阅《传感器手册》，了解力传感器的种类，熟悉力传感器的性能技术指标及其表示的意义。

(2)利用应变片组成圆柱式、圆筒式力传感器，如图3-47 所示，将应变片对称地粘贴在弹性体外壁应力分布均匀的中间部分，以减小使用时顶端载荷偏心和弯矩的影响。应变片贴在圆柱或圆筒面展开图及其电桥电路连接图分别如图3-47(c)和图3-47(d)所示，R1和R3串接，R2和R4串接，并置于电桥电路对臂上，以减小弯矩影响，横向贴片做温度补偿用。

图3-47　圆柱(筒)式力传感器

(a)圆柱形；(b)圆筒形；(c)圆柱(筒)面展开图；(d)电桥电路连接图

制作印制电路板或利用面包板装调该力传感器及电路，过程如下。

①准备电路板和元器件，认识元器件。

②力传感器和电路装配。

③顶端加力前后电桥电路输出测量。

④记录实验过程和结果。

(3)思考：若用题中的传感器和电路做成电子秤，则如何定标。

2. LED 条图显示压力计电路的装配与调试

LED 条图显示器是把一串发光二极管排列成条状，旁边再配以刻度尺，根据发光线段的长度或发光点在刻度尺上的位置，来确定被测压力的大小和变化趋势。它具有亮度高、响应速度快、色彩绚丽以及便于晚上观察等优点。

LM3914 是美国国家半导体公司生产的LED 条图驱动器，采用DIP-18 封装，电源电压范围为3 ～25V。其内部电路组成如图3-48 所示，包括+1.25V 基准电压源E0、10 个电压比较器、由10 个1 kΩ 电阻组成的分压器以及缓冲放大器和模式选择放大器等电路。1.25V 的基准电压E0分压为参考电压U1～U10，电压值依次为0.125V、0.25V……1.25V，依次相差0.125V，加于电压比较器同相输入端，作为比较电压。

MPX5100 为压力传感器，压力测量电压由UIN端输入，经缓冲放大器放大后加于电压比较器的反相输入端，与电压比较器所加的参考电压进行比较，高于参考电压时，电压比较器输出电压为低电平，外接的LED 被点亮。

图3-48　LM3914LED 条图驱动器内部电路组成(www.daowen.com)

模式选择器用于选择显示模式，9 脚接电源电压U+时为条图显示模式，电压比较器输出电压为负的一串LED 被点亮；9 脚开路时为单点显示模式，仅仅最上面的一只LED 被点亮。

如图3-49 所示为10 段LED 条图显示压力计电路，测量范围是0 ～100kPa，分辨率为10kPa。LM3914 的UREF+端与基准电压源高端RHI 连接，基准低端RLO 接电位器RP1。RP1上有+5V 产生的电压降，由此将基准UREF+端电压抬高，高于1.25V；将基准UREF-端电压抬高，高于0V。抬高电压量由电位器RP1确定，起到压力测量零点调节的作用。

图3-49　10 段LED 条图显示压力计电路

当被测压力为0 时，调RP1使第1 个电压比较器的输出为高电平，LED 全部不亮。RP2用于满量程调节，当被测压力为100kPa 时，调RP2使第10 个电压比较器的输出为低电平，LED 全部被点亮。

(1)备齐元器件和多功能电路板，进行电路装配。

(2)检查电路装配无误后，加上电源电压，调RP1使LED 全部不亮。

(3)给MPX5100 压力传感器加压力100kPa，调RP2使LED 全部被点亮。

(4)给MPX5100 压力传感器加不同的压力，观察LED 被点亮情况。

(1)弹性敏感元器件的作用是什么? 有哪些弹性敏感元器件? 如何使用?

(2)电阻应变片是根据什么基本原理来测量应力的? 简述如图3-9 所示的不同类型应变片传感器的特点。

(3)根据如图3-11(d)所示的应变片的全桥测量电路，试推导其输出电压U0的表达式。

(4)利用图3-12 分析石英晶体的压电效应。

(5)MPX4100A 型集成硅压力传感器由哪几部分电路组成? 单晶硅压电传感器单元是如何工作的? 为什么需要加温度补偿和放大电路?

(6)压电元器件在使用时常采用多片串联或并联的结构形式。试问：不同接法的输出电压、电流或电荷有什么不同? 它们分别适合哪一种应用场合?

(7)电容式传感器分为几种类型? 各有什么特点? 适用于什么场合?

(8)已知变面积型电容式传感器两极板间的距离为10mm，介电常数ε=50μF/m，两极板几何尺寸一样，均为30mm×20mm×5mm，在外力作用下，动极板向外移动了10mm，试求电容量变化ΔC 和灵敏度Kx。

(9)如图3-22 所示，分析差动式电容传感器提高灵敏度的原理。

(10)如图3-29 所示的交流电桥测量电路，静态时，Z1=Z2，电感量都是100mH，u0=0V；动态时，电感最大变化量ΔL=10mH，若UAC=2sinωt(单位为V)，求动态最大输出电压Uo。

(11)差动变隙式电感传感器是如何工作的? 差动变压器式传感器又是如何工作的? 两种电感传感器工作原理有什么异同?

(12)如何用两个测力单元(重力传感器)组成加速度传感器? 如何用加速度传感器测物体的垂直运动加速度和水平运动加速度?

(13)手机和平板电脑的重力感应屏幕横竖显示方向转换是如何实现的?

(14)用2S5M 压力传感器和运算放大器设计一个压力测量电路。