電子傳感器實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)

1、傳感器實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)應(yīng)用電子技術(shù)教研室 郝娜20099實(shí)驗(yàn)一 應(yīng)變式傳感器特性測(cè)試一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握金屬箔式應(yīng)變片的應(yīng)變效應(yīng)，單臂電橋工作原理和性能；2、了解學(xué)習(xí)全橋測(cè)量電路的構(gòu)成及其特點(diǎn)、優(yōu)點(diǎn)；3、比較單臂電橋與全橋的不同性能、了解其特點(diǎn)；二、 實(shí)驗(yàn)用器件與設(shè)備1、傳感器實(shí)驗(yàn)箱；2、直流穩(wěn)壓電源、箔式應(yīng)變片、螺旋測(cè)微儀、數(shù)字電壓表三、 實(shí)驗(yàn)原理電阻應(yīng)變（即電阻應(yīng)變片）是一種能將被測(cè)試件的應(yīng)變變化轉(zhuǎn)換成電阻變化的傳感元件，工作原理基于應(yīng)變電阻效應(yīng)（即當(dāng)電阻敏感柵感受應(yīng)變時(shí)，其電阻發(fā)生相應(yīng)變化的物理現(xiàn)象）。應(yīng)變片分類(lèi)：金屬式應(yīng)變計(jì)、箔式應(yīng)變計(jì)、半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)、金屬薄膜應(yīng)變計(jì)等。使用應(yīng)變片測(cè)量應(yīng)變或

2、應(yīng)力時(shí)，將應(yīng)變片牢固地粘貼在被測(cè)彈性試件上，當(dāng)試件受力變形時(shí)，應(yīng)變片的金屬柵隨之產(chǎn)生相應(yīng)變形，從而引起應(yīng)變片電阻的變化。圖1、電橋電路四、 實(shí)驗(yàn)步驟1、了解所需元件、部件在實(shí)驗(yàn)儀上的所在位置，觀察梁上的應(yīng)變片，應(yīng)變片為棕色襯底箔式結(jié)構(gòu)小方薄片。上下二片梁的外表面各貼二片受力應(yīng)變片。2、將差動(dòng)放大器調(diào)零：將差動(dòng)放大器的正（+）、負(fù)（）輸入端與地短接。將差動(dòng)放大器的輸出端與F/V表（即電壓/頻率表）的輸入插口Vi相連；差動(dòng)放大器的地與F/V表的地相連；調(diào)節(jié)差動(dòng)放大器的增益到最大位置（右旋到底），然后調(diào)整差動(dòng)放大器的調(diào)零旋扭使F/V表顯示為零。3、根據(jù)圖1接線，R1、R2、R3為電橋單元的固定電阻；

3、R4=Rx為應(yīng)變片。測(cè)微儀使得懸臂梁基本處于水平位置。將穩(wěn)壓電源的切換開(kāi)關(guān)置±4V檔。將F/V表置20V檔，開(kāi)啟主、副電源，調(diào)節(jié)電橋平衡網(wǎng)絡(luò)中的W1,使F/V表顯示為零，然后將F/V表置2V檔，再調(diào)電橋W1，使F/V表顯示為零。5、用螺旋測(cè)微儀帶動(dòng)懸臂梁分別向上和向下各唯一5mm，每位移1mm記錄一個(gè)輸出電壓值，并記錄。位移（mm）電壓（v） 根據(jù)表中所測(cè)數(shù)據(jù)在坐標(biāo)圖上作出V-X曲線，計(jì)算靈敏度S=6、依次將圖1中的固定電阻R1換接成板橋、全橋。用螺旋測(cè)微儀帶動(dòng)懸臂梁分別向上和向下各唯一5mm，每位移1mm記錄一個(gè)輸出電壓值，并記錄。位移（mm）電壓（v）位移（mm）電壓（v）7、

4、在同一坐標(biāo)圖上作出V-X曲線，比較三種橋路的靈敏度，作出結(jié)論實(shí)驗(yàn)二 電容式傳感器一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、驗(yàn)證差動(dòng)平行變面積式電容傳感器的工作原理；2、掌握差動(dòng)平行變面積式電容傳感器的位移實(shí)驗(yàn)技術(shù)；3、觀察和了解差動(dòng)平行變面積式電容傳感器的動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)；二、 實(shí)驗(yàn)用器件與設(shè)備1、傳感器實(shí)驗(yàn)箱；2、電容傳感器、測(cè)微儀三、 實(shí)驗(yàn)原理變面積型電容傳感器測(cè)量位移有3種方式：平面直線位移型，角位移型，圓柱（或圓角）形線位移型。四、 實(shí)驗(yàn)步驟1、觀察電容傳感器的機(jī)構(gòu)：傳感器由一組動(dòng)片和兩組動(dòng)片組成，連接主機(jī)與實(shí)驗(yàn)?zāi)K的電源線及傳感器接口，將差放增益調(diào)至一半。2、打開(kāi)主機(jī)電源，涌測(cè)微儀帶動(dòng)傳感器動(dòng)片位移至兩組動(dòng)片之間，

5、此時(shí)模塊電路輸出為零。3、向上和向下轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微頭，每次0.5mm，記下此時(shí)測(cè)微頭讀數(shù)及電壓表的讀數(shù)，直至電容動(dòng)片與上（或下）靜片覆蓋面積最大為止，記錄數(shù)據(jù)，作出V-XX（mm）V（V）4、計(jì)算系統(tǒng)靈敏度S，給出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。實(shí)驗(yàn)三 電感式傳感器一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解差動(dòng)變壓器原理及工作情況；二、 實(shí)驗(yàn)用器件與設(shè)備1、傳感器實(shí)驗(yàn)箱；2、電感傳感器、測(cè)微儀、音頻振蕩器、示波器；三、 實(shí)驗(yàn)原理根據(jù)變壓器原理：次級(jí)線圈感應(yīng)電勢(shì)分別：輸出電勢(shì)：當(dāng)銜鐵在中間位置時(shí)若兩次線圈及參數(shù)磁路尺寸相等則M1=M2=M，所以E2=0當(dāng)銜鐵偏離中間位置時(shí)M1M2，由于差動(dòng)工作，所以M1=M+M1，M2=M-M2，在一定的范圍

6、內(nèi)M1=M+M1其差值（M1-M2）與銜鐵位移成正比例，在負(fù)載開(kāi)路情況下輸出電勢(shì)為：E2=-jw(M1-M2)I1當(dāng)沒(méi)有信號(hào)輸入時(shí)，鐵心處于中間位置，輸出電壓為零點(diǎn)殘余電壓。當(dāng)有信號(hào)輸入時(shí)，鐵心移上或移下，其輸出電壓經(jīng)交流放大，相敏檢波濾波后得到直流輸出，可以指示輸入位移量的大小和方向。本試驗(yàn)用示波器讀取零點(diǎn)殘余電壓值和位移量的大小。四、 實(shí)驗(yàn)步驟1、觀察試驗(yàn)臺(tái)上差動(dòng)變壓器式傳感器的結(jié)構(gòu)。裝上測(cè)微頭調(diào)整，使差動(dòng)變壓器鐵芯處于線圈中段位置。2、開(kāi)啟主副電源，調(diào)整音頻振蕩器幅度旋扭，利用示波器觀察，使音頻振蕩 器輸出激勵(lì)電壓峰峰值為2V。按圖接線。利用示波器觀察，調(diào)整測(cè)微頭，使示波器指示電壓逐漸減

7、小至近似為零。3、旋轉(zhuǎn)測(cè)微頭（使示波器讀數(shù)減小的方向），每隔0.1mm讀數(shù)（即轉(zhuǎn)過(guò)10個(gè)小格），記錄示波器讀數(shù)，填入下表。反復(fù)測(cè)量三次，求出平均值。作VX曲線，并求出靈敏度。X（mm）V（mv）思考：用測(cè)微頭調(diào)節(jié)振動(dòng)平臺(tái)位置，使示波器上觀察到的差動(dòng)變壓器的輸出端信號(hào)為最小，這個(gè)最小電壓稱(chēng)作什么？大小是多少？由于什么原因造成？實(shí)驗(yàn)四 電渦流式傳感器一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解電渦流式傳感器測(cè)量振動(dòng)的原理和方法。二、 實(shí)驗(yàn)用器件與設(shè)備1、傳感器實(shí)驗(yàn)箱；2、電渦流傳感器、渦流變換器、差動(dòng)放大器、電橋、鐵測(cè)片、直流穩(wěn)壓電源、低頻振蕩器、激振線圈、FV表、示波器、主副電源。三、 實(shí)驗(yàn)原理一個(gè)扁平線圈置于金屬導(dǎo)

8、體附近，當(dāng)線圈中通以正弦交流電時(shí)，線圈的周?chē)a(chǎn)生正弦交變磁場(chǎng)H，此磁場(chǎng)中的金屬導(dǎo)體產(chǎn)生電渦流，而電渦流也產(chǎn)生交變磁場(chǎng)H2，H3與H1方向相反，由于磁場(chǎng)H2的反使用使通電線圈的有效阻抗發(fā)生變化，這種線圈阻抗的變化完整地反映渦流效應(yīng)。顯然，線圈阻抗的變化與金屬導(dǎo)體的電導(dǎo)率磁導(dǎo)率幾何形狀，線圈幾何參數(shù)，激勵(lì)電流頻率以及線圈到金屬導(dǎo)體的距離等參數(shù)有關(guān)，線圈金屬導(dǎo)體系統(tǒng)的物理性質(zhì)通?？捎纱艑?dǎo)率u，電導(dǎo)率尺寸因子 x激勵(lì)電流強(qiáng)度I和頻率W等參數(shù)來(lái)描述線圈的阻抗Z可用如下函數(shù)表示：Z=F（u x I W）若u x I W恒定不變時(shí)，阻抗Z就成為距離X的單調(diào)函數(shù)即Z=f(x)四、實(shí)驗(yàn)步驟1、轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微器，將振動(dòng)

9、平臺(tái)中間的磁鐵與測(cè)微頭分離，使梁振動(dòng)時(shí)不至于再被吸住（這時(shí)振動(dòng)臺(tái)處于自由靜止?fàn)顟B(tài)），適當(dāng)調(diào)節(jié)渦流傳感器頭的高低位置（目測(cè)），以線性范圍的中點(diǎn)附近為參考點(diǎn)。2、根據(jù)下圖的電路結(jié)構(gòu)接線，將渦流傳感器探頭、渦流變換器、電橋平衡網(wǎng)絡(luò)、差動(dòng)放大器、 FV表、直流穩(wěn)壓電源連接起來(lái)，組成一個(gè)測(cè)量線路（這時(shí)直流穩(wěn)壓電源應(yīng)置于±4V檔），F(xiàn)V表置20V檔,開(kāi)啟主、副電源。3、調(diào)節(jié)電橋網(wǎng)絡(luò)，使電壓表讀數(shù)為零。去除差動(dòng)放大器與電壓表連線，將差動(dòng)放大器的輸出與示波器連起來(lái)，將FV表置2V檔，并將低頻振蕩器的輸出端與頻率表的輸入端相連。4、固定低頻振蕩器的幅度旋鈕至某一位置（以振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)時(shí)不碰撞其他部件為好）

10、，調(diào)節(jié)頻率，調(diào)節(jié)時(shí)用頻率表監(jiān)測(cè)頻率，用示波器讀出峰峰值填入下表，關(guān)閉主、副電源。f（Hz）325V（p-p）五、思考根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，振動(dòng)臺(tái)的自振頻率大致為多少？為什么？ 實(shí)驗(yàn)五 氣敏電阻的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)酒精探測(cè)儀一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解氣敏傳感器的工作原理及應(yīng)用。2、利用氣敏傳感器MQ-3型傳感器進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，要求進(jìn)行檢測(cè)酒精中氣體的濃度。二、 實(shí)驗(yàn)用器件MQ-3氣敏傳感器、15K、180K滑動(dòng)變阻器、2.4K電阻、發(fā)光二極管、10UF/25V電容、LM3914三、實(shí)驗(yàn)原理本探測(cè)儀采用酒精氣體敏感元件作為探頭，由一塊集成電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行比較放大，并驅(qū)動(dòng)一排發(fā)光二極管按信號(hào)電壓高低依次顯示。對(duì)剛飲過(guò)酒的人，

11、只要向探頭吹一口氣，探測(cè)儀就能顯示出酒精氣體的濃度高低。若把探頭靠近酒瓶口，它也能輕而易舉地識(shí)別出瓶?jī)?nèi)盛的是白酒還是黃酒，能相對(duì)地區(qū)分出酒精含量的高低。電路原理如下圖所示：氣敏傳感器的輸出信號(hào)送至IC2的輸入端(5腳)，通過(guò)比較放大，驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管依次發(fā)光。10個(gè)發(fā)光二極管按IC2的引腳按(1018、1)次序排成一條，對(duì)輸入電壓作線性10級(jí)顯示。輸入靈敏度可以通過(guò)電位器RP調(diào)節(jié)，即對(duì)“地”電阻調(diào)小時(shí)靈敏度下降；反之，靈敏度增加。IC2的6腳與7腳互為短接，且串聯(lián)電阻R1接地。改變R1阻值可以調(diào)整發(fā)光二極管的顯示亮度，當(dāng)阻值增加時(shí)亮度減弱，反之更亮。IC2的2腳、4腳、8腳均接地。3腳、9腳接電

12、源+5 V(集成穩(wěn)壓器ICl的輸出端)。分別并聯(lián)在ICl輸入與輸出端的電容C1、C2防止雜波干擾，使IC1輸出的直流電壓保持平穩(wěn)。五、思考1，MQ-3型氣敏傳感器是如何工作的？主要對(duì)哪些氣體敏感？2，環(huán)境不同時(shí)傳感器的使用會(huì)出現(xiàn)什么情況？實(shí)驗(yàn)六 光控開(kāi)關(guān)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解光敏電阻的特性及應(yīng)用二、 實(shí)驗(yàn)用器件光敏電阻，NPN三極管，電阻，發(fā)光二極管三、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 根據(jù)所給元件，自行設(shè)計(jì)電路，要求通過(guò)光線明暗的變化，控制發(fā)光二極管的亮滅，繪制電路圖，焊接，并調(diào)試。四、 實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)七 光纖傳感器測(cè)位移和轉(zhuǎn)速實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解光纖傳感器的結(jié)構(gòu)、原理和性能。2、了解光纖傳感器測(cè)轉(zhuǎn)速的原理及

13、運(yùn)用。二、 實(shí)驗(yàn)用器件與設(shè)備電機(jī)控制單元、小電機(jī)、F/V表、光纖傳感器、5V電源、可調(diào)±2V±10V直流穩(wěn)壓電源、主副電源、示波器三、實(shí)驗(yàn)原理反射式光纖傳感器工作原理如圖1所示，光纖采用Y型結(jié)構(gòu)，兩束多模光纖合并于一端組成光纖探頭，一束作為接收，另一束為光源反射，由紅外發(fā)射二極管發(fā)出的紅外光經(jīng)光源光纖照射至被測(cè)物，由被測(cè)物反射的光信號(hào)經(jīng)接收光纖傳輸至光電轉(zhuǎn)換器件轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，反射光的強(qiáng)弱與反射物與光纖探頭的距離成一定的比例關(guān)系，通過(guò)對(duì)光強(qiáng)的檢測(cè)就可得知位置量的變化。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、觀察光纖位移傳感器結(jié)構(gòu)，它由兩束光纖混合后，組成Y形光纖，一端為光源光纖，一端為接收光纖，探頭

14、固定在Z型安裝架上，外表為螺絲的端面為半圓分布。連接主機(jī)和實(shí)驗(yàn)?zāi)K電源線及光纖變換器探頭接口，光纖探頭裝上通用支架（原裝電渦流探頭），探頭垂直對(duì)準(zhǔn)反射片中央（鍍鉻圓鐵片），螺旋測(cè)微儀帶動(dòng)反射鏡片位移。2、如下圖接線：因光/電轉(zhuǎn)換器內(nèi)部已按裝好，所以可將電信號(hào)直接經(jīng)差動(dòng)放大器放大。F/V顯示表的切換開(kāi)關(guān)置2V檔，開(kāi)啟主、副電源。3、開(kāi)啟主機(jī)電源，光電變換器V0端接電壓表，首先旋動(dòng)測(cè)微儀使探頭緊貼反射鏡片，此時(shí)V0為0，然后旋動(dòng)測(cè)微儀，使反射鏡片離開(kāi)探頭，每隔0.2mm記錄一數(shù)值。XmmV4、了解電機(jī)控制，小電機(jī)（小電機(jī)端面上貼有兩張反射紙）在實(shí)驗(yàn)儀上所在的位置，小電機(jī)在振動(dòng)臺(tái)的左邊。按下圖接線，

15、將差動(dòng)放大器的增益置最大，F(xiàn)/V表的切換開(kāi)關(guān)置2V，開(kāi)啟主、副電源。5、 將光纖探頭移至電機(jī)上方對(duì)準(zhǔn)電機(jī)上的反光紙，調(diào)節(jié)光纖傳感器的高度，使F/V表顯示最大。再用手稍微轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)，讓反光面避開(kāi)光纖探頭。調(diào)節(jié)差動(dòng)放大器的調(diào)零，使F/V表顯示接近零。將直流穩(wěn)壓電源置±10V檔，在電機(jī)控制單元的V+處接入+10V電壓，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速旋鈕使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn) 。6、F/V表置2K檔顯示頻率，用示波器觀察F。輸出端的轉(zhuǎn)速脈沖信號(hào)。(Vp-p=4V)；根據(jù)脈沖信號(hào)的頻率及電機(jī)上反光片的數(shù)目換算出此時(shí)的電機(jī)轉(zhuǎn)速。實(shí)驗(yàn)八 霍爾傳感器直流激勵(lì)特性一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解霍爾傳感器的結(jié)構(gòu)、原理和性能。2、了解霍爾傳感器測(cè)靜

16、態(tài)位移的方法，分析其特性。二、 實(shí)驗(yàn)用器件與設(shè)備霍爾片、磁路系統(tǒng)、電橋、差動(dòng)放大器、FV表、直流穩(wěn)壓電源、測(cè)微頭、振動(dòng)平臺(tái)、主副電源。三、實(shí)驗(yàn)原理霍爾片在磁路中有位移,改變了霍爾元件所感受到的磁場(chǎng)大小和方向,引起霍爾電勢(shì)的大小和極性的變化.保持霍爾元件的控制電流恒定，而使霍爾元件在一個(gè)均勻梯度的磁場(chǎng)中沿X方向移動(dòng)，輸出霍爾電動(dòng)勢(shì)為UH=kx，霍爾電動(dòng)勢(shì)極性表示位移的方向。磁場(chǎng)梯度越大，靈敏度越高，磁場(chǎng)梯度越均勻輸出線性度越好。四、實(shí)驗(yàn)步驟 1、實(shí)驗(yàn)儀的振動(dòng)圓盤(pán)上，兩個(gè)半圓永久磁鋼固定在實(shí)驗(yàn)儀的頂板上，二者組合成霍爾傳感器。開(kāi)啟主、副電源，將差動(dòng)放大器調(diào)零后，關(guān)閉主電源，根據(jù)上圖接線，W1、r為電橋單元的直流電橋平衡網(wǎng)絡(luò)。2、裝好測(cè)微頭，調(diào)節(jié)測(cè)微頭與振動(dòng)臺(tái)吸合并使霍爾片置于半圓磁鋼上下正中位置。開(kāi)啟主、副電源，調(diào)整W1使電壓表指