传感器实验报告(A4大小).doc

《传感技术》实验指导书
前言
《传感技术》实验通过信号的拾取、转换、分析，加强对书本知识的理解，并掌握非电量转换为电信号的方法。实验仪器是教学传感器，但其结构与线路是工业应用的基础，做实验需要严谨、细心、勤于动脑。希望在这个过程中，能学会作为一个未来的科技工作者应具有的动手能力、操作技能及分析与解决问题的能力。
预习笔记

1、 实验名称与实验日期
2、 实验目的
3、 实验原理简述（包括公式、电路图）
4、 记录表格

实验要求：
1、 按时上课。有特殊情况不能做
实验请及时与老师沟通消息。
2、 实验前预习并写出预习笔记。
3、 实验时先请老师检查预习笔记，
并等待老师讲解要点之后再做实验。
实验报告
实验名称

学号 姓名 同组人 班级 天气 日期
1、 实验目的
2、 实验仪器（名称、型号、规格）
3、 实验原理（包括公式、电路图等）
4、 实验内容及步骤（包括原始记录）
5、 数据处理（做图、计算公式、计算过程、整理后的表格、最后结果等）
6、 回答问题
7、 总结及体会

4、 按设备要求操作，轻拿轻放配件，
插拔联线要细心，要爱护设备。
5、 保持安静。有问题需要请教或讨
论时请将音量放小。
6、 保持整洁。做完实验将仪器及
附件整理，并归位到初始状态。
7、 实验完毕请老师检查仪器和预习
笔记上记录的数据、，并在设备
使用登记本上签名。
8、 写实验报告，记录有原始数据的
预习笔记附在后面。要求用16开纸
或A4大小的纸写报告，装订好或粘
贴好，避免把散张纸交上来。

本实验课使用CSY系列传感器系统实验仪。其特点是集被测体、各种传感器、信号激励、处理电路和显示器于一体，可以组成一个完整的测试系统。能完成包含光、磁、电、温度、位移、振动、转移等内容的测试实验。通过这些实验，实验者可对各种不同的传感器及测量电路原理和组成有直观的感性认识。

实验一、金属箔式应变片性能—单臂电桥

（预习内容：电桥电路的组成电桥电路的平衡条件、测量原理。复习螺旋测微计的读数方法。）
实验目的：
了解金属箔式应变片及单臂电桥的工作原理和工作情况。
实验原理：

应变片是最常用的测力传感元件。当应变片测试时，应变片要牢固地粘贴在测视体表面，当测件受力发生形变，应变片的敏感栅随同变形，其电阻也随之发生相应变化，通过测量电路，转换成电信号输出。电阻应变效应的关系式为：
△R/R＝Kε
△R/R为电阻丝电阻相对变化，
K为应变灵敏系数，
电桥电路
ε=Δl/l 为电阻丝长度相对变化。
电桥电路是最常用的非电量电测电路中的一种，
当电桥平衡时，桥路对臂电阻乘积相等，电桥输出
电压V为零桥臂四个电阻的相对变化率分别为
△R1/R1、△R2/R2、△R3/R3 、△R4/R4，
当使用一个应变片时为单臂电桥（将R4换为应变片），
R1= R2= R3= R4= R时，输出电压V=（E/4）×△R/R，即V（=E/4） Kε ，输出电压与应变呈线性关系。

所需单元及部件：
直流稳压电源、电桥、差动放大器、双平行梁、测微头、应变片、F/V表、主、副电源。
实验步骤：
（1）了解所需单元、部件在实验仪上的所在位置，观察梁上的应变片，应变片为棕色衬底箔式结构小方薄片。上下二片梁的外表面各贴二片受力应变片和一片补偿应变片，测微头在双平行梁前面的支座上，可以上、下、前、后、左、右调节。直流稳压电源打到±2V档，F/V表打到2V档。
（2）将差动放大器调零：用连线将差动放大器的正（+）、负（-）、地短接。将差动放大器的输出端与F/V表的输入插口Vi相连；开启主、副电源；调节差动放大器的增益到最大位置，然后调整差动放大器的调零旋钮使F/V表显示为零。然后关闭主、副电源，拆去联线。
（3）按照下图连接线路。R1、R2、R3为电桥单元的固定电阻；Rx=R4为应变片。将稳压电源的切换开关置±4V档，F/V表置20V档。调节测微头脱离双平行梁，开启主、副电源，调节电桥平衡网络中的W1，使F/V表显示为零，然后将F/V表置2V档，再调电桥W1（慢慢地调），使F/V表显示为零。
(4)将测微头转动到10mm刻度附近，再安装到双平行梁的自由端（与自由端磁钢吸合），调节测微头支柱的高度（梁的自由端跟随变化）使F/V表显示最小，再旋动测微头，使F/V表显示为零（细调零），这时的测微头刻度为零位的相应刻度。
（5）旋动测微头使梁受到压力，当梁的自由端产生位移X，记下F/V表显示的电压值V 。建议每旋动测微头一周（0.5mm）记一组数值
（6）重复步骤4，旋动测微头使梁受到拉力，当梁的自由端产生位移X，记下F/V表显示

的电压值V 。
记录表格如下：
位移X（mm）

……
压力电压V（mv）

拉力电压V（mv）

数据处理:
根据所得结果计算灵敏度S （S=△V/△X）
（8）实验完毕，关闭主、副电源，所有旋钮转到初始位置。
注意事项：
（1）开机时先开主电源，后开副电源。关机时先关副电源，后关主电源。
（2）在更换应变片时应关闭电源。
（3）转动测微头测量时应始终沿一个方向旋转，防止回程误差。
（4）直流稳压电源不能打的过大，以免损坏应变片。
问 题：
（1） 应变片受力方向不同，对本实验有何影响？
（2） 如果在桥路中使用两个应变片（将R3、R4换成应变片）输出电压将增大还是减小？

实验二、电涡流传感器的静态标定

（预习内容：涡流传感器的原理，示波器的使用。要求带铅笔、尺、橡皮，做图用。）
实验目的：
了解涡流传感器的原理及工作性能。
实验原理：
电涡流传感器是由平面线圈和金属涡流片组成，当线圈中通以高频交变电流后，金属片上产生电涡流，电涡流的大小影响线圈的阻抗，而涡流的大小与金属涡流片的电阻率、导磁率、厚度、温度以及线圈的距离有关。将阻抗变化经涡流变换成电压输出， 当平面线圈、金属涡流片、激励源已确定，环境温度不变，阻抗只与距离X有关，则输出电压V是距离X的单值函数。

所需单元及部件：
涡流传感器 涡流变换器 F/V表 示波器 测微头 带涡流片的振动平台 主、副电源。
实验步骤：
（1）了解所需单元、部件在实验仪上的所在位置，观察传感器的结构，传感器（平面线圈）是固定在Z形安装架上的。涡流片在振动台上，装好测微头（使之与振动台吸合）。

（2） 按照右图联结线路。
直流稳压电源置于±4V档，
F/V表置20V档。
然后开启主、副电源。
（3）调节测微头的刻度适当
（约8mm）。再调节Z形架把
传感器（平面线圈）对准涡流
片安装，使传感器平面线圈与被测涡流片接触（X=0），这时固定Z形架。
当涡流片完全紧贴线圈时输出电压为零。
转动测微头，用测微仪带动涡流片（铁测片）向下移动，渐渐远离平面线圈。记录不同距离X下相应的输出电压值。
记录表格如下：
X（mm）
0.25
0.50
0.75
1.00
…
…

V（v）

每隔0.25mm记一组数值,直到线性严重变坏为止（约记20-30组数据）。
(4) 打开示波器并调节示波器至正常工作状态，用示波器观察涡流变换器输入端（即涡流传感器输出端）波形。示波器输入端正负分别为红、黑色的夹子，黑色夹子接地，红色夹子

接涡流传感器输出端。
（5）参考步骤3记录不同距离X下的波形峰—峰值Vp-p及频率f （从有波形开始），描录波形图，
X（mm）

Vp-p(V)

f(HZ)

（6）将铁测片换成铝测片再测。
数据处理:
做V-X图。参考V-X图找出线性范围，在图上标出。
在线性范围内求灵敏度S(S=△V/△X)
(实验完毕，关闭主、副电源，所有旋钮转到初始位置。)
注意事项：
被测体与涡流传感器测试头平面线圈的距离X=0时为测量起始点，这一点要细心调好，并将测试头尽量对准被测体中间，以减少涡流损失。传感器在初始阶段可能会出现一段死区。
问 题：
（1）最佳初始工作点在哪里？（参考V-X图）
（2）说明此涡流传感器是哪种类型。（恒定频率调幅式？变频调幅式？调频式？）
（3） 被测体材料不同对电涡流传感器有什么影响？

实验三、(1)光纤位移传感器静态实验
（预习内容：了解光纤传感器的测量基础、测量原理。复习螺旋测微计的读数方法。要求带铅笔、尺、橡皮，做图用。）
实验目的：
了解光纤位移传感器的原理结构、性能。
实验原理：
光纤采用Y形结构，两束多膜光纤一端组成光纤探头，另一端分为两束，分别作为光源光纤和接受光纤，光纤起传输信号的作用，当发射器发出的红外光，经光源光纤照射至反射面，

被反射的光经接受光纤至光电转换器转换为电信号。其输出的光强决定于反射体距光纤探头的距离X。

所需单元及部件：
主副电源、差动放大器、F/V表、光纤传感器。
实验步骤
（1）观察光纤位移传感器结构，它由两束光纤混合后，组成Y形光纤，探头固定在Z型安装架上，外表为螺丝的端面为半圆分布的光纤探头。了解反射体在实验仪上的位置（实验仪台面上右边的圆盘，在振动台上有反射体）。
（２）按照下图接线，因光电转换器内部已安装好，所以可将电信号直接经差动放大器放大。直流稳压电源置于±2V档，F/V表的切换开关置2V档。开启主、副电源。

（3）调节测微头的刻度适当（约10mm），再调节Z形架使光纤探头与反射体接触（X=0），输出V≈0，此时固定Z形架。调节差动放大器增益适当，调节差动放大器零位旋钮使电压表读数尽量为零。旋转测微头，带动有反射面的被测体慢慢离开探头，观察电压读数由小-大-小的变化，注意增益调节，输出最大信号以2V左右为宜。
（4）旋转测微头使F/V表指示重新回零，即X=0从此开始读数；旋转测微头使距离X逐渐增大，每隔0.10mm读出电压表的读数，约记30-40组数据。

记录表格如下：
X（mm）

V（V）

数据处理:
作出V-X曲线，找出线性范围（通常在曲线前沿），在线性范围内计算灵敏度S（S=△V/△X）。
注意事项：
（1）光纤请勿弯折成锐角，以免造成断裂，端面尤要注意保护，否则会造成灵敏度下降。
（2）装上光纤探头时探头应垂直对准反射片中央，实验过程中避免触碰Y形光纤，以防止误差。
问题：
（1） 本实验中光纤起什么作用？
实验三、(2)光纤位移传感动态实验
实验目的：
了解光纤位移传感器的测速应用。
实验原理：
电机转速n等于脉冲信号的频率f除以电机上反光片的数目N。
所需单元及部件：

电机控制、小电机、差动放大器、F/V表（频率表）、光纤传感器、主副电源、示波器、直流稳压电源。
实验步骤：
（1） 了解电机及控制单元在
实验仪上所在的位置。
按照右图接线。
差动放大器增益置适当位置，

F/V表的切换开关置2V档，开启主、副电源。

（2） 调节Z形架将光纤探头移至小电机上方（小电机端面上贴有两张反射纸），对准反光纸中心。调节Z形架（光纤探头）的高度，使F/V表显示最大，这时固定Z形架（光纤探头）的高度。
再用手稍微转动电机，让反光面避开光纤探头。调节差动放大器的调零使F/V表接近零。关闭副、主电源。
（3）连接直流稳压电源与电机控制单元：
将直流稳压电源置±10 V挡，用两条插线输入到电机控制单元。
F/V表置2K档，此时F/V表显示的是频率。
（4）打开示波器并调节示波器至正常工作状态。将F/V表的 f。处输到示波器

（5）开启主、副电源。慢慢调节电机转速旋纽，使电机运转。观察并记录示波器上的脉冲信号Vp-p及频率f。
数据处理:
根据脉冲信号的频率f及电机上反光片的数目N换算电机转速n(n的单位：转/秒)。
实验完毕，关闭主、副电源，所有旋钮转到初始位置。
注意事项：
示波器输入端正负分别为红、黑色的夹子，避免两夹子接触。
问题：
（1）如果要求电机转速n的单位为弧度/秒时，如何计算。
（2）脉冲信号的波形与反光片的数目有什么关系？

实验安排时间表(实验大楼2-204)

实验一
实验二
实验三
12电子1班
11周三14:40-16:00
13周三14:40-16:00
14周三14:40-16:00
12电子2班
11周三16:00-17:20
13周三16:00-17:20
14周三16:00-17:20
12电气1班
10周四14:40-16:00
12周四14:40-16:00
14周四14:40-16:00
12电气2班
10周四16:00-17:20
12周四16:00-17:20
14周四16:00-17:20
12电气3班
10周一10:00-11:20
12周一10:00-11:20
14周一10:00-11:20
12电气4班
9周四14:40-16:00
11周四14:40-16:00
13周四14:40-16:00
(遇突出时间改期提前通知)
实验指导教师：陈永建
电话：[phone]