如何理解传感器的建模

1. 建模是什么

■ 针对传感器中的弹性敏感元件，研究其在被测量作用下的力学行为：包括位移、应变、应力或者振动特性；

■ 建立包括传感器敏感单元几何结构参数、物理参数、边界条件在内的，传感器弹性敏感元件的位移、应变、应力或者振动特性与被测量之间的函数关系，即敏感结构的力学和数学模型；

■ 不同于第二部分中的传感器特性（针对输入输出特性，相当于把传感器整体作为一个“黑匣子”，用来评估传感器总体性能。它不能告诉我们传感器敏感结构的几何参数、物理参数以及边界条件如何影响传感器的性能，自然也不会提供从传感器敏感结构的细节方面来改善其性能的办法。

2. 建模的重要性

■ 定量研究传感器敏感机理的理论基础；在传感器原理分析、结构设计、样机研制中有重要作用

■ 能充分、准确地揭示出传感器的工作机理

■ 能有效地指导传感器，特别是敏感结构几何参数、边界结构的优化设计过程

■ 提高针对性，缩短样机研制过程和利于处理不同物理量之间的耦合等

3. 建模的复杂性

■ 一方面，传感器是多学科的密集技术，涉及的知识内容遍及许多基础科学和技术科学。各种敏感效应的传感器种类繁多，被测参数、测量范围千差万别，敏感元件结构复杂多样

■ 另一方面，传感器的研究工作本身还具有很强的工程性，实用性。这要求传感器的建模也要充分体现这一点

4. 建模的过程

■ 第一个阶段：由实际问题本质特征建立传感器物理模型。此阶段主要针对传感器的基本工作原理进行。其特点是简洁、明确、反映了传感器的物理本质，模型中的每一项都具有鲜明的物理意义。

■ 第二个阶段：由传感器的物理模型建立其数学模型。此阶段主要根据传感器的基本工作原理，针对传感器的敏感元件进行。其特点是包含了传感器的几何结构参数、物理参数、边界条件及其他约束条件；物理特征含蓄，具有较强的抽象性。

■ 第三个阶段：求解数学模型。物理模型的建立对传感器整个建模工作至关重要，它既依赖于对传感器工作机理的理解，又依赖于已有的实际工作经验；数学模型的建立主要取决于传感器相关的技术基础和数学基础，它是保证模型准确、可靠的关键；数学模型的求解直接影响到整个建模工作的成效和应用价值。

■ 上述三个阶段在传感器的建模工作中缺一不可，应紧紧围绕着实际传感器的工作机理进行。

第一个阶段：传感器物理模型