傳感器與檢測(cè)技術(shù)-實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書2012

《檢測(cè)與轉(zhuǎn)換》實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書《檢測(cè)與轉(zhuǎn)換》實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書PAGEPAGE2《傳感器與檢測(cè)技術(shù)》實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書適用專業(yè): 測(cè)控、信息工程課程代碼: 6001369總學(xué)時(shí): 總學(xué):編寫單位:測(cè)控技術(shù)與儀器系編寫人: 林艷::批準(zhǔn)時(shí)間: 年 月 日目 錄實(shí)驗(yàn)一箔式金屬應(yīng)變片性能及單臂、半橋、全橋性能比較與半導(dǎo)體應(yīng)變片性能比較試驗(yàn)（實(shí)驗(yàn)代碼1）????????????3（2）?????6（3）?????9LABVIEW（4）??12實(shí)驗(yàn)五數(shù)字存儲(chǔ)示波器原理和應(yīng)用（5）?????????????15（6）???????????19附錄123附錄2：推薦教材、參考書?23《檢測(cè)與轉(zhuǎn)換》實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書《檢測(cè)與轉(zhuǎn)換》實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書PAGEPAGE9實(shí)驗(yàn)一箔式應(yīng)變片性能及單臂、半橋、全橋性能比較與半導(dǎo)體應(yīng)變片性能比較試驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮腿蝿?wù)觀察了解箔式應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)及粘貼方式；測(cè)試應(yīng)變梁變形的應(yīng)變輸出；比較各橋路間的輸出關(guān)系；比較金屬應(yīng)變片與半導(dǎo)體應(yīng)變片的各種的特點(diǎn)。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容測(cè)量直流單臂，半橋和全橋的輸出特性；比較溫度對(duì)單臂，半橋和全橋性能的影響；對(duì)單臂、半橋和全橋的靈敏度，線性度進(jìn)行比較；采用單臂電橋進(jìn)行測(cè)量，對(duì)金屬應(yīng)變片、半導(dǎo)體應(yīng)變片進(jìn)行靈敏度的比較。三、實(shí)驗(yàn)儀器、設(shè)備及材料直流穩(wěn)壓電源（±4V檔（砝碼、電壓表。四、實(shí)驗(yàn)原理金屬箔式應(yīng)變片性能及單臂、半橋、全橋性能本實(shí)驗(yàn)說明箔式應(yīng)變片及單臂直流電橋的原理和工作情況。應(yīng)變片是最常用的測(cè)力傳感元件。當(dāng)用應(yīng)變片測(cè)試時(shí)，應(yīng)變片要牢固地粘貼在測(cè)試體表面，當(dāng)測(cè)件受力發(fā)生形變，應(yīng)變片的敏感柵隨同變形，其電阻值也隨之發(fā)生相應(yīng)的變化。通過測(cè)量電路，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出顯示。優(yōu)點(diǎn): 穩(wěn)定性和溫度特性好；缺點(diǎn): 靈敏度系數(shù)小。電橋電路是最常用的非電量電測(cè)電路中的一種，當(dāng)電橋平衡時(shí)，橋路對(duì)臂電阻乘積相等，電橋輸出為零，在橋臂四個(gè)電阻R

、R、R、R1 2 3

中，電阻的相對(duì)變化率分別為△R／R1

、△R／R、1 2 2△R／R3

、△R／R3 4

，當(dāng)使用一個(gè)應(yīng)變片時(shí)，RΔ；當(dāng)二個(gè)應(yīng)變片組成差動(dòng)狀態(tài)工作，則有4 RVRRVRR2WD＋－V－4VR3R1圖圖1.1 單臂電橋測(cè)試原理圖RRRR 1

＝R＝R2 3

＝R，R4

RR 。由此可知，單臂，半橋，全橋電路的靈敏度依次增大。單臂電橋測(cè)試原理如圖1.1所示。如果R＝R＝R＝R，則U U 0U4( 1 2 3 4)RRRRURUR1R2R3R44R1 K41從上式中可以看出電橋中相鄰兩臂的應(yīng)變片受力應(yīng)相反。半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)對(duì)于長(zhǎng)l，截面積Sρ的條形半導(dǎo)體應(yīng)變片，在軸向力F作用下：R12E應(yīng)變靈敏系數(shù)

R L LK R/R2/EB L式中，E—半導(dǎo)體應(yīng)變片材料的彈性模量；πL—半導(dǎo)體晶體材料的縱向壓阻系數(shù)，與晶向有關(guān)。特點(diǎn)：靈敏系數(shù)高（其靈敏度是金屬應(yīng)變片的幾十倍），可測(cè)微小應(yīng)變，機(jī)械遲滯和橫向效應(yīng)小，體積小。但溫度穩(wěn)定性差，靈敏系數(shù)非線性大，需補(bǔ)償。五、主要技術(shù)重點(diǎn)、難點(diǎn)測(cè)試方法的理解和運(yùn)用。六、實(shí)驗(yàn)步驟調(diào)零。開啟儀器電源，差動(dòng)放大器增益置100倍（順時(shí)針方向旋到底用實(shí)驗(yàn)線對(duì)地短路。輸出端接數(shù)字電壓表，用“調(diào)零”電位器調(diào)整差動(dòng)放大器輸出電壓為零，然后拔掉實(shí)驗(yàn)線。調(diào)零后電位器位置不要變化，調(diào)零后關(guān)閉儀器電源。1 2 3 1.1將實(shí)驗(yàn)部件用實(shí)驗(yàn)線連接成測(cè)試橋路。橋路中R、R、RW為電橋中的固R為金屬箔式應(yīng)變片（可任選上、下梁中的一片工作片）電源為±4V1 2 3 D調(diào)節(jié)使應(yīng)變梁處于基本水平狀態(tài)。調(diào)整電橋W電位器，使測(cè)試系統(tǒng)輸出為零。D旋動(dòng)測(cè)微頭，帶動(dòng)懸臂梁分別作向上和向下的運(yùn)動(dòng)，以懸臂梁水平狀態(tài)下電路輸出電壓為5mm0.5mm表。位移mm電壓V1.11.1位移mm電壓VR2換成與應(yīng)變片R（若R拉伸，換上去的應(yīng)為壓縮片）形成半橋。重復(fù)單臂電橋的步驟；7R1換成與應(yīng)變片R（若R拉伸，換上去的應(yīng)為壓縮片，將R3換成與應(yīng)變片R變片，形成全橋。重復(fù)單臂電橋的步驟。七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求用表格形式列出金屬箔式應(yīng)變片單臂、半橋、全橋?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù)；分別在坐標(biāo)紙上繪出三種情況下的輸出特性曲線曲線）曲線，討論三種情況下的線性誤差，靈敏度；曲線）曲線，以便比較靈敏度，討論這二種情況下的線性誤差，靈敏度。例：直流單臂電橋1、數(shù)據(jù)表2、X-V曲線3、最大線性誤差式中 為非線性誤差。

V MAX100% VFSMAX F－LH︱V ︱輸出值與理論直線的最大偏差絕對(duì)值。此處理論曲線取兩端點(diǎn)的連線MAX F－LH程輸出4

F

＝V

︱?yàn)樯舷孪迾?biāo)稱值之差的絕對(duì)值，此處下限VL＝0所以V

F

＝VH。靈敏度某一位移下的輸出電壓該位移此處近似為輸出特性曲線兩端點(diǎn)連接直線的斜率。最后在同一坐標(biāo)紙上作出三種情況下的輸出特性曲線。通過以上比較可以得出什么樣的結(jié)論？并回答為什么應(yīng)變片傳感器常采用半橋式或全橋形式？5八、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)擾；穩(wěn)壓電源不要對(duì)地短路；則就無(wú)可比性。九、思考題為什么需要將放大器增益放到最大后再進(jìn)行調(diào)零？應(yīng)變片的安裝位置如何？半導(dǎo)體應(yīng)變片的特點(diǎn)是什么？增益放在什麼位置好？你怎樣確定零點(diǎn)、量程和測(cè)量范圍？實(shí)驗(yàn)二熱電式傳感器——熱電偶、熱敏電阻測(cè)溫試驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮腿蝿?wù)1、觀察了解熱電偶的結(jié)構(gòu)；2、熟悉熱電偶的工作特性；3、學(xué)會(huì)查閱熱電偶分度表；4、了解熱敏電阻的特性；5、比較熱電偶和熱敏電阻的特性。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容K型熱電偶進(jìn)行測(cè)溫并通過計(jì)算算出環(huán)境溫度對(duì)溫度測(cè)量的影響；采用熱敏電阻進(jìn)行測(cè)溫；比較熱電偶和熱敏電阻的測(cè)溫特點(diǎn)、三、實(shí)驗(yàn)儀器、設(shè)備及材料T熱電偶、熱敏電阻R、溫度變換器、加熱器、差動(dòng)放大器、電壓表、溫度計(jì)（自備）。T四、 實(shí)驗(yàn)原理1、熱電偶測(cè)溫：熱電偶是熱電式傳感器的一種，它可將溫度變化轉(zhuǎn)化成電勢(shì)的變化，其工作原不同，回路中將產(chǎn)生一定的電流（電勢(shì)，其大小與材料的性質(zhì)和結(jié)點(diǎn)的溫度有關(guān)。因此只要保持冷t不變，當(dāng)加熱結(jié)點(diǎn)時(shí)，熱電偶的輸出電勢(shì)Et變化，通過測(cè)量此電勢(shì)即可知道兩端0溫差，從而實(shí)現(xiàn)溫度的測(cè)量。本儀器中熱電偶為銅—康銅熱電偶。2、熱敏電阻測(cè)溫：熱敏電阻是熱電式傳感器的一種，它可將溫度變化轉(zhuǎn)化為電阻變化以達(dá)到測(cè)量溫度的目的。熱敏電阻是利用半導(dǎo)體材料制成的熱敏元件，它具有靈敏度高，可以應(yīng)用于各領(lǐng)域的優(yōu)點(diǎn)。熱電偶一般測(cè)高溫線性較好，熱敏電阻則用于200℃以下溫度較為方便。T本實(shí)驗(yàn)中所用熱敏電阻為負(fù)溫度系數(shù)。其定義為熱敏電阻在其自身溫度變化1℃時(shí)，電阻值的相對(duì)變化量，可用下式表示為：TT

1dR

B TR dT T2T式中B為熱敏電阻常數(shù)。本實(shí)驗(yàn)所用的熱敏電阻B=3200K。負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻其特性可以表示為：

RR

B(11)e TT0式中R、R 分別為溫度T和T時(shí)的電阻值。T T0 0因此當(dāng)溫度變化時(shí)，熱敏電阻阻值的變化將導(dǎo)致由運(yùn)放組成的壓/阻變換電路的輸出電壓變化，其關(guān)系可表示為：

U0TR R

U R0 U RT T T式中UU 分別為溫度T和T時(shí)的/阻變換電路的輸出電壓值。T T0 01 1 R 1 1 1 U 1

BlnRTT

TBlnUTTT 0 T 00 0五、主要技術(shù)重點(diǎn)、難點(diǎn)熱電偶的冷端處理，所測(cè)溫度的計(jì)算與修正。六、實(shí)驗(yàn)步驟1、熱電偶的測(cè)溫試驗(yàn)步驟電源開關(guān)置于“開”的位100倍（順時(shí)針方向旋到底）+、后，差動(dòng)放大器的兩個(gè)電位器的位置不要變化；將熱電偶接入差動(dòng)放大器的雙端輸入，記錄數(shù)字表顯示的電壓值Ut；打開加熱開關(guān)，觀察差動(dòng)放大器輸出電壓的變化，每隔1-2上升時(shí)（達(dá)到相對(duì)的熱穩(wěn)定狀態(tài)，記錄電壓表讀數(shù)，并求出溫度值；本儀器上熱電偶是由兩支銅－康銅熱電偶串接而成，熱電偶的冷端溫度為室溫，放大器的增益為100倍，計(jì)算熱電勢(shì)時(shí)均應(yīng)考慮進(jìn)去。用溫度計(jì)讀出熱電偶參考端所處的室溫t；1E（t,to）= E（t, t） + E（t,to）1 1實(shí)際電動(dòng)勢(shì) 測(cè)量所得電勢(shì) 溫度修止電動(dòng)勢(shì)式中E為熱電偶的電動(dòng)勢(shì)，t為熱電偶熱端溫度，to為熱電偶參考端溫度為0℃，t為熱電偶1參考端所處的溫度。查閱銅－康銅熱電偶分度表，求出加熱端溫度t；2、熱敏電阻的測(cè)溫試驗(yàn)步驟

圖2.1熱電偶測(cè)溫電路RtRt測(cè)溫電橋放大電路VFT度變換器RT

端口，調(diào)節(jié)“增益”旋鈕，使加熱前電壓輸出U端的輸出電壓值盡可能大但不超量程，記錄UR 值；0 T0用溫度計(jì)測(cè)出環(huán)境溫度，記錄T（用國(guó)際溫標(biāo)；0圖2.2 熱敏電阻測(cè)溫電路圖2.2 熱敏電阻測(cè)溫電路根據(jù)計(jì)算熱電偶的穩(wěn)定溫度值T,5T1。1 1 U 1七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求

T1

BlnURT1TRT1234測(cè)量值序號(hào)UE/V5VETUR/VVRT1VRT計(jì)算值熱電偶計(jì)算最后的穩(wěn)定溫度值T熱敏電阻1234測(cè)量值序號(hào)UE/V5VETUR/VVRT1VRT計(jì)算值熱電偶計(jì)算最后的穩(wěn)定溫度值T熱敏電阻T12、畫出測(cè)溫的電路并進(jìn)行相關(guān)說明，本試驗(yàn)將兩熱電偶串聯(lián)使用，說明所測(cè)的溫度的特點(diǎn)；3、算出熱電偶所處的穩(wěn)定狀態(tài)溫度，詳細(xì)列出所有算法并說明理由；4、說明環(huán)境溫度對(duì)熱電偶測(cè)溫的影響，提出對(duì)冷端的處理方法；5、說明負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻的電阻溫度特性，說明其測(cè)溫的特點(diǎn)。八、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)100倍，計(jì)算熱電勢(shì)時(shí)應(yīng)考慮進(jìn)去。100確，因此查表所得到的熱端溫度也為近似值。思考題1、熱電偶分度表是如何做出回來(lái)的？2、為何將兩熱電偶串聯(lián)使用？3、熱敏電阻有什么特點(diǎn)？實(shí)驗(yàn)三基于上位機(jī)檢測(cè)的光電測(cè)速、測(cè)頻率綜合實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮腿蝿?wù)在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，轉(zhuǎn)速測(cè)量是一個(gè)很重要的問題。通過該試驗(yàn)，達(dá)到以下綜合目的：1、了解光電轉(zhuǎn)速傳感器的工作原理；2、掌握光電測(cè)速的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；3、學(xué)會(huì)通過測(cè)量脈沖計(jì)算轉(zhuǎn)速；4、了解計(jì)算機(jī)測(cè)速的基本環(huán)節(jié)；5、了解光電轉(zhuǎn)速中環(huán)境光對(duì)測(cè)速的影響。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容采用光電轉(zhuǎn)速傳感器進(jìn)行測(cè)速；采用頻率計(jì)通過測(cè)量光電轉(zhuǎn)速傳感器的脈沖計(jì)算轉(zhuǎn)速；采用示波器通過測(cè)量光電轉(zhuǎn)速傳感器的脈沖計(jì)算轉(zhuǎn)速；RS232與計(jì)算機(jī)通信進(jìn)行速度的測(cè)量與顯示。采用人為干擾的方法，觀察環(huán)境光對(duì)光電測(cè)速的影響。三、實(shí)驗(yàn)儀器、設(shè)備及材料/2KHZ算機(jī)。四、實(shí)驗(yàn)原理光電轉(zhuǎn)速傳感器是根據(jù)光敏二極管工作原理制造的一種感應(yīng)接收光強(qiáng)度變化的電子器件，當(dāng)它發(fā)出的光被目標(biāo)反射或阻4.1示。光電式傳感器由獨(dú)立且相對(duì)放置的光發(fā)射器和收光器組 圖3.1 光電傳感器（光電耦合器）成，通過光發(fā)射器和收光器之間并阻斷光線時(shí)，傳感器輸出信號(hào)。3.223.2采用頻率計(jì)的測(cè)量系統(tǒng)安裝在一起，使其隨電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)；傳感器固定在支架上，垂直于轉(zhuǎn)速213.23.2采用頻率計(jì)的測(cè)量系統(tǒng)圖圖3.3 采用示波器的測(cè)量系統(tǒng)光敏晶體管的特性：圖3.4 硅光敏管的伏安特性（）（b）硅光敏三極管《檢測(cè)與轉(zhuǎn)換》實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書《檢測(cè)與轉(zhuǎn)換》實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書圖3.5硅和鍺光敏管的光譜特性光電信號(hào)的轉(zhuǎn)換：光電耦合器（如圖3.6中虛線所示）將速度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電脈沖，再進(jìn)行放大和整形，光電脈沖轉(zhuǎn)換電路如圖3.6所示。圖圖3.6 光電脈轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)速的計(jì)算：在固定的測(cè)量時(shí)間內(nèi)，計(jì)取轉(zhuǎn)速傳感器發(fā)生的脈沖個(gè)數(shù)(即頻率)，從而算出實(shí)際轉(zhuǎn)速。設(shè)固定T(minm，假定脈沖發(fā)生器每轉(zhuǎn)輸出pN(r／min)，則f-=pN／60，際轉(zhuǎn)速值N=60。計(jì)算機(jī)測(cè)試：CSY型傳感器實(shí)驗(yàn)儀數(shù)據(jù)采RS232集卡PC機(jī)（測(cè)試平臺(tái)）CSYCSY型傳感器實(shí)驗(yàn)儀數(shù)據(jù)采RS232集卡PC機(jī)（測(cè)試平臺(tái)）圖3.7 基于PC機(jī)的測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖數(shù)據(jù)采集卡已安裝于儀器內(nèi)部，其信號(hào)輸入端即為儀器上電壓/頻率表的VI端。十二位A/D轉(zhuǎn)換，精度為1/2048，量程分200Mv、1V、10V三檔，可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)采集電壓范圍選擇量程，以獲得較高精度。采集速度分單次和連續(xù)兩種模式，連續(xù)采集主要是對(duì)動(dòng)態(tài)信號(hào)，速度 1-7檔從20000次/秒—100次/秒，用戶可以根據(jù)動(dòng)態(tài)信號(hào)的頻率選定采集速度。通訊約定（串行口RS232：波率2400，1位停止位，無(wú)奇偶校驗(yàn)。安裝：數(shù)據(jù)采集卡使用計(jì)算機(jī)的COM1～4口進(jìn)行通訊，故計(jì)算機(jī)上的其他串行設(shè)備的安裝必須做到：BIOS中的設(shè)置正確，中斷號(hào)不能和通信口所占用的中斷號(hào)相沖突。“轉(zhuǎn)速”測(cè)試最低轉(zhuǎn)速為7.62轉(zhuǎn)/秒，信號(hào)頻率（脈沖信號(hào)）均要通過“轉(zhuǎn)速”插口送入采集卡中。圖圖3.8 基于虛擬示波器的上位測(cè)試界面10《檢測(cè)與轉(zhuǎn)換》實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書《檢測(cè)與轉(zhuǎn)換》實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書PAGEPAGE23五、主要技術(shù)重點(diǎn)、難點(diǎn)對(duì)測(cè)試系統(tǒng)的整體把握。六、實(shí)驗(yàn)步驟1、光電傳感器“光電”端接光電變換器 端，VF

端接示波器和電壓/頻率表2KHZ；2、注意安裝好光電傳感器位置，勿與信號(hào)盤盤面相擦；3、開啟電源，打開電機(jī)開關(guān)，調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，采用頻率法和周期法進(jìn)行測(cè)速：采用頻率測(cè)量法：將VF

端接電壓/頻率表2KHZ，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速n1,測(cè)得頻率f1；調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速n2,測(cè)得頻率f2,分別算出相應(yīng)的轉(zhuǎn)速；采用周期法：將VF

端接示波器，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速n1,測(cè)得具有一定周期T1的方波；調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速n2,測(cè)得具有一定周期T2的方波,分別算出相應(yīng)的轉(zhuǎn)速,并測(cè)出方波的幅值。注意：步驟1）和2）可同時(shí)進(jìn)行，用示波器觀察光電轉(zhuǎn)換器VF

端，讀出波形頻率，與頻率表所示頻率比較；4、觀察老師做微機(jī)檢測(cè)與轉(zhuǎn)換的演示試驗(yàn)：將CSY實(shí)驗(yàn)儀器的通信電纜與PC機(jī)的COM口相連PCVF

端接電壓/頻率表2KHZ，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速n1,觀察PC機(jī)所測(cè)得頻率f1；調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速n2,觀察PC機(jī)所測(cè)得頻率f2,與前兩種測(cè)試的方法相對(duì)比；5、人為干擾：通過手電將一較強(qiáng)光源照射儀器轉(zhuǎn)盤上方，觀察測(cè)試方波是否正常。低速 中速 高速 脈沖幅值頻率測(cè)試法測(cè)試周期測(cè)試測(cè)試七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1沖的幅值，比較波器與頻率表的測(cè)試結(jié)果，說明測(cè)量差別的原因；2、說明微機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成以及測(cè)試原理；3、說明人為干擾產(chǎn)生的現(xiàn)象，從光敏晶體管的頻譜特性入手分析其原因，說明光電傳感器在一般的環(huán)境下測(cè)量不受日光影響的原因；4、說明本測(cè)試系統(tǒng)對(duì)速度的分辨力，并提出提高其分辨力的方法。八、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)光電傳感器勿與信號(hào)盤盤面相擦，否則易使電機(jī)堵轉(zhuǎn)。九、思考題1、CSY實(shí)驗(yàn)儀器的速度信號(hào)是如何提供的？2、微機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)是如何構(gòu)成的？通信的速度對(duì)測(cè)試有何影響？3、如果要想提高測(cè)試的分辨率，應(yīng)采用什么樣的措施？實(shí)驗(yàn)四基LABVIEW的霍爾式傳感器的直流激勵(lì)特性綜合實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮腿蝿?wù)了解霍爾式傳感器的工作原理；熟悉霍爾式傳感器的結(jié)構(gòu)；學(xué)會(huì)用霍爾傳感器做靜態(tài)位移測(cè)試；LABVIEW的測(cè)試系統(tǒng)構(gòu)成。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容測(cè)量霍爾式傳感器的直流激勵(lì)特性；通過霍爾式傳感器進(jìn)行位移的測(cè)量；練習(xí)如果確定測(cè)試范圍；進(jìn)行LABVIEW的測(cè)試系統(tǒng)的演示實(shí)驗(yàn)。三、實(shí)驗(yàn)儀器、設(shè)備及材料直流穩(wěn)壓電源、電橋、霍爾傳感器、差動(dòng)放大器、電壓表、測(cè)微頭。四、實(shí)驗(yàn)原理在一塊通電的半導(dǎo)體薄片上，加上和片子表面垂直的磁場(chǎng)B，在薄片的橫向兩側(cè)會(huì)出現(xiàn)一個(gè)電壓VH，這種現(xiàn)象就是霍爾效應(yīng)，VH稱為霍爾電壓：VH＝KHIB霍爾元件一旦制成，KH為常數(shù)?；魻柶骷且环N磁傳感器。用它們可以檢測(cè)磁場(chǎng)及其變化，可在各種與磁場(chǎng)有關(guān)的場(chǎng)合中使用?；魻柶骷曰魻栃?yīng)為其工作基礎(chǔ)。恒定的電流時(shí)，霍爾元件就有電勢(shì)輸出。如圖4.1元件置于中間，其磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，這個(gè)位置可以作為位移的零點(diǎn)。當(dāng)霍爾器件在ZZU9-20(b)U值，即可得到位移的數(shù)H H值。位移傳感器的靈敏度與兩塊磁鋼間距離有關(guān)，距離越小，靈敏度越高。一般要求其磁場(chǎng)梯度大于0.03T／mm，這種位移傳感器的分辨率優(yōu)于106m。如果浮力、壓力等參數(shù)的變化能轉(zhuǎn)化為位移的變化，便可測(cè)出液位、壓力等參數(shù)。本設(shè)計(jì)中通過調(diào)節(jié)測(cè)微頭來(lái)調(diào)節(jié)霍爾器件在磁場(chǎng)中的位移。其測(cè)量推導(dǎo)如下：VH＝KHIBB=kBxVH＝KHIkBK=KHIkBVH=Kx圖4.1 霍爾位移測(cè)量測(cè)量原理圖如圖4.2所示。2V差放2V差放電壓表－＋RD圖圖4.2 測(cè)量原理圖基于LABVIEW的測(cè)試：所謂虛擬儀器就是以計(jì)算機(jī)作為儀器統(tǒng)一的硬件平臺(tái)，充分利用計(jì)算機(jī)的運(yùn)算、存儲(chǔ)、回放、調(diào)用、顯示及文件管理等智能化功能，同時(shí)把傳統(tǒng)儀器的專業(yè)化功能和面板控件軟件化，使之與計(jì)算機(jī)結(jié)合構(gòu)成一臺(tái)從外觀到功能都完全與傳統(tǒng)硬件儀器相同，同時(shí)又充分享用了計(jì)算機(jī)智能資源的全新儀器系統(tǒng)，其中最有代表性的圖形化編程軟件就是美國(guó)NI公司推出的Labview(laboratoryvirtualinstrumentengineeringworkbench即實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器工作平臺(tái))。CSYCSY系列傳感器實(shí)驗(yàn)儀，通過串口與計(jì)算機(jī)通信，并在LabVIEW軟件環(huán)境下實(shí)現(xiàn)傳感器信號(hào)采集與顯示，并可將MATLABLabVIEW相CSYA/DRS232CSYLabVIEW下開發(fā)的程序稱為虛擬儀器，通過編制軟件可以在有限的設(shè)備基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)虛擬儀器VI(VirtualInstrument)的各種自定義功能，大大擴(kuò)展了儀器的功能。測(cè)試系統(tǒng)3.7CSYCSY型傳感器實(shí)驗(yàn)儀RS232數(shù)據(jù)采集卡PC機(jī)（LABVIEW測(cè)試平臺(tái)）圖4.3 基于LABVIEW的測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖測(cè)試所設(shè)計(jì)的虛擬電壓表如圖4.4所示。圖4.4 虛擬電壓表前面板 五、主要技術(shù)重點(diǎn)、難點(diǎn)零點(diǎn)和測(cè)試范圍的確定。六、實(shí)驗(yàn)步驟調(diào)零。開啟儀器電源，差動(dòng)放大器增益置100倍（順時(shí)針方向旋到底用實(shí)驗(yàn)線對(duì)地短路。輸出端接數(shù)字電壓表，用“調(diào)零”電位器調(diào)整差動(dòng)放大器輸出電壓為零，然后拔掉實(shí)驗(yàn)線。調(diào)零后電位器位置不要變化。如需使用毫伏表，則將毫伏表輸入端對(duì)地短路，調(diào)整“調(diào)零”電位器，使指針居“零”位。拔掉短路線，指針有偏轉(zhuǎn)是有源指針式電壓表輸入端懸空時(shí)的正常情況。調(diào)零后關(guān)閉儀器電源；4.2將差動(dòng)放大器增益放在適度的位置（認(rèn)真理解“適度”的含義）上、下移動(dòng)振動(dòng)臺(tái)，使差放正負(fù)電壓輸出對(duì)稱；3.5mm0.5mm讀取相應(yīng)的電壓值。如所測(cè)的數(shù)據(jù)不對(duì)稱，應(yīng)重新調(diào)整零點(diǎn)再測(cè)；3.5mm，觀察將出現(xiàn)什么現(xiàn)象；觀察老師做基于LABVIEWCSYPCCOMPCLABVIEW4.4七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求3.5mm0.5mm讀取相應(yīng)的電壓值并記入下表，作出V－X線，求出靈敏度及線性。X(mm)X(mm)V(v)說明為了使使差放正負(fù)電壓輸出對(duì)稱，如何確定測(cè)量的零點(diǎn)；說明如何調(diào)節(jié)“適度”的差動(dòng)放大器增益；如將測(cè)微頭的移動(dòng)至極限位置，分析觀察的現(xiàn)象；說明基于LABVIEW八、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)直流激勵(lì)電壓須嚴(yán)格限定在2V，絕對(duì)不能任意加大，以免損壞霍爾元件。九、思考題霍爾元件的可測(cè)量那些量？集成霍爾傳感器有什么特點(diǎn)？基于LABVIEWCSY實(shí)驗(yàn)五電子計(jì)數(shù)器測(cè)頻和測(cè)周的原理一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康娜蝿?wù)了解頻率測(cè)量的基本原理。測(cè)周的基本功能。熟悉電子計(jì)數(shù)器的使用方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容頻率測(cè)量，并了解測(cè)頻方式下：閘門時(shí)間與測(cè)量分辨率關(guān)系。周期測(cè)量，并了解測(cè)周方式下：時(shí)標(biāo)、周期倍增與測(cè)量分辨率關(guān)系。三、實(shí)驗(yàn)器材計(jì)算機(jī) １臺(tái)SJ-8002B電子測(cè)量實(shí)驗(yàn)箱 １臺(tái)Q9連接線 １根四、實(shí)驗(yàn)原理測(cè)頻原理fN/T的定義進(jìn)行測(cè)頻，其對(duì)應(yīng)的測(cè)頻原理方框圖和工作時(shí)間波形如圖5-1所示。從圖中可以看出測(cè)量過程：輸入T、待測(cè)信號(hào)頻率為fx數(shù)器計(jì)數(shù)值為N，則待測(cè)頻率為fx=N/T (5-1)1000Hz1.000kHz1Hz。測(cè)周原理

圖5-1測(cè)頻原理框圖和時(shí)間波形由于周期和頻率互為倒數(shù)，因此在測(cè)頻的原理中對(duì)換一下待測(cè)信號(hào)和時(shí)基信號(hào)的輸入通道就能完成周期的測(cè)量。其原理如圖5-2所示。圖5-2 測(cè)周原理圖待測(cè)信號(hào)Tx通過脈沖形成電路取出一個(gè)周期方波信號(hào)加到門控電路，若時(shí)基信號(hào)(亦稱為時(shí)標(biāo)信號(hào))周期為To，電子計(jì)數(shù)器讀數(shù)為N，則待測(cè)信號(hào)周期的表達(dá)式為T NT （5-2）X Ofx=50H1/50H（=20mfo=10MHT＝0.1u，XT計(jì)數(shù)器計(jì)得的脈沖個(gè)數(shù)為NTXTO

=200000ms20.0000(ms)，此時(shí)，測(cè)周分辨力為0.1us。五、實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備5-3接“no”端。先打開實(shí)驗(yàn)箱電源，電源指示燈“亮PC5－8再?gòu)闹鹘缑孢M(jìn)入“電子測(cè)量實(shí)驗(yàn)室－4電界面。電源信號(hào)發(fā)生器 Ain1PP 計(jì)算機(jī)PE示波器 Aout1 S602電子測(cè)量實(shí)驗(yàn)箱圖5－3 實(shí)驗(yàn)連接框圖圖5－4 主程序界面電源信號(hào)發(fā)生器①Fx電源信號(hào)發(fā)生器①FxPEP計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)②Aout1電子測(cè)量實(shí)驗(yàn)箱圖5-6 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)及實(shí)驗(yàn)器材連接圖說明：被測(cè)輸入信號(hào)有兩種接法，一種是如圖5-6fx的BNC插座；一種是如圖5-6所示的②，由實(shí)驗(yàn)箱上的信號(hào)源Aout1(或Aout2)連接實(shí)驗(yàn)箱測(cè)fxBNC/測(cè)周實(shí)驗(yàn)運(yùn)行電子計(jì)數(shù)器程序進(jìn)行測(cè)量。電子計(jì)數(shù)器的面板如圖5-7所示。使用說明：

圖5-7虛擬電子計(jì)數(shù)器面板時(shí)標(biāo)選擇旋鈕不使能；當(dāng)選擇測(cè)頻/測(cè)周按鈕置“測(cè)周”時(shí)，可選“周期倍乘”分別為：×1，×10，×100，×1000，×10000。時(shí)標(biāo)選擇旋鈕可選10MHz,1MHz,100KHz,10KHz,1KHz。當(dāng)選擇“自動(dòng)”按鈕時(shí)，測(cè)頻/測(cè)周按鈕、時(shí)標(biāo)選擇旋鈕和測(cè)頻/根據(jù)被測(cè)信號(hào)與中界頻率的大小關(guān)系來(lái)確定采用測(cè)頻或測(cè)周方式，并顯示相關(guān)內(nèi)容。注意：在“測(cè)周”模式下，若選擇大的周期倍乘系數(shù)，測(cè)量低頻信號(hào)時(shí)，測(cè)量時(shí)間回很長(zhǎng)。電子計(jì)數(shù)器測(cè)頻/測(cè)周實(shí)驗(yàn)1V～5V,，選擇不同的閘門時(shí)間，對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比較和分析。記錄測(cè)量的頻率值，并填入表5-1：

表5-1信號(hào)頻率信號(hào)頻率閘門時(shí)間10Hz100Hz1kHz10kHz100kHz1MHz1ms10ms0.1s1s10s利用實(shí)驗(yàn)箱上的信號(hào)源產(chǎn)生不同頻率的信號(hào)，由虛擬電子計(jì)數(shù)器對(duì)其進(jìn)行“的周期倍乘，對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比較和分析。記錄測(cè)量的周期值，并填入表5-2：信號(hào)周期0.1s10ms信號(hào)周期0.1s10ms1ms0. 1ms10us1us周期倍乘(10Hz)(100Hz)(1kHz)(10kHz)(100kHz)(1MHz)1101001000可不做10000可不做可不做5-3：表1-5信號(hào)頻率信號(hào)頻率10Hz100Hz1kHz10kHz100kHz1MHz測(cè)頻/測(cè)周模式實(shí)測(cè)頻率實(shí)測(cè)周期六、思考和練習(xí)1、分析以上測(cè)量數(shù)據(jù)，在電子計(jì)數(shù)器測(cè)頻過程中，閘門時(shí)間對(duì)測(cè)量分辨力有何影響？2、時(shí)標(biāo)選擇對(duì)電子計(jì)數(shù)器測(cè)周分辨力有何影響？實(shí)驗(yàn)六數(shù)字存儲(chǔ)示波器原理和應(yīng)用一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康娜蝿?wù)了解示波測(cè)量的基本原理。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1．測(cè)量周期信號(hào)的幅值、頻率。2、非周期信號(hào)的測(cè)量、存儲(chǔ)、回放。三、實(shí)驗(yàn)器材SJ-8002B電子測(cè)量實(shí)驗(yàn)箱 1臺(tái)計(jì)算機(jī) 1臺(tái)信號(hào)源（也可以使用本實(shí)驗(yàn)箱的DDS信號(hào)源） 2臺(tái)四、實(shí)驗(yàn)原理數(shù)字示波器原理數(shù)字存儲(chǔ)示波器是用A/D變換器把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在半導(dǎo)體存儲(chǔ)器RAMRAM中存儲(chǔ)的內(nèi)容調(diào)出，通過LCD原理框圖可以參考圖6－1。在這種示波器中信號(hào)處理和信號(hào)顯示功能是分開的，它的性能主要取決于進(jìn)行信號(hào)處理的ADRAM和微處理器的性能。由于采用RAM存儲(chǔ)器，可以快寫數(shù)慢讀數(shù)，使得即使在觀察緩慢信號(hào)時(shí)也不會(huì)有閃爍現(xiàn)象。虛擬數(shù)字存儲(chǔ)示波器組成圖6－1虛擬數(shù)字存儲(chǔ)示波器以在不同的計(jì)算機(jī)上使用。因此，在SJ-8002B中，也引用了虛擬數(shù)字存儲(chǔ)示波器的原理來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集。其中的信號(hào)調(diào)理、AD轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的SRAM以及控制邏輯都在是實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中，計(jì)算機(jī)主要起到了數(shù)據(jù)的處理和顯示的作用。SJ-8002B測(cè)試范圍及采集參數(shù)調(diào)整范圍測(cè)試電壓幅度范圍：－20V～＋20V（峰峰值）測(cè)量頻率范圍：1Hz～1MHz采樣時(shí)鐘：012012345678920M20M20M20M20M20M20M20M20M20M1011121314151617181910M5M2.5M1M500K250K100K50K25K12.5K鐘timebase序號(hào)采樣時(shí)鐘可程控增益：Div序號(hào) 0 1

2 3 4

6 7 8 9通道總增益20

10 5

1

0.2

0.1

0.05

0.02數(shù)據(jù)緩存深度：64KB對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，顯示波形的峰值、平均值、有效值和頻率、周期等參數(shù)。儲(chǔ)器時(shí)鐘儲(chǔ)器時(shí)鐘CPLD內(nèi)部電路采集控制邏輯EPP控制電路AI1信號(hào)通道輸入放大A/D數(shù)據(jù)存SRAMAI2信號(hào)放大整型轉(zhuǎn)換器AD9288數(shù)據(jù)存計(jì)通道輸入電路儲(chǔ)器SRAM算機(jī)EPP采樣頻率選擇觸發(fā)方式選擇地址發(fā)生器接口圖6－2 SJ8002B示波器硬件原理圖6－2多種不同的測(cè)試任務(wù)，實(shí)現(xiàn)虛擬雙蹤數(shù)字存儲(chǔ)示波器的各種功能。數(shù)據(jù)處理1