3醫(yī)用傳感技術(shù)實驗指導書2010-08-06實驗部分

PAGEPAGE18PAGE1PAGE18四、醫(yī)用傳感技術(shù)實驗實驗1應變片傳感器實驗1.1應變片傳感器性能驗證實驗(單臂電橋)實驗目的：了解金屬箔式應變片，單臂單橋的工作原理和工作情況。實驗原理：本實驗說明箔式應變片傳感器以及單臂直流電橋電源的原理和工作情況。應變片是最常用的測力傳感元件。當用應變片測試時，應變片要牢固地粘貼在測試體表面，當測試件受力發(fā)生變形，應變片的敏感柵隨同變形，其電阻也隨之發(fā)生相應的變化，通過測量電路，轉(zhuǎn)換成電信號輸出。電橋電路是最常用的非電量電測電路中的一種，當電橋平衡時，橋路對臂電阻的乘積相等，電橋輸出為零，在橋臂四個電阻R1，R2，R3，R4中，電阻的相對變化率分別為ΔR1/R1、ΔR2/R2、ΔR3/R3、ΔR4/R4，當使用一個應變片時，ΣR=ΔR/R，當兩個應變片組成差動狀態(tài)工作，則有ΣR=2ΔR/R，當用四個應變片組成兩個差動對工作，則有R1=R2=R3=R4=R，Σ4ΔR/R，由此可知，單臂、半橋、全橋電路的靈敏度依次增大。所需單元及部件：直流穩(wěn)壓電源、電橋、差動放大器、雙平行梁、測微頭、一片應變片、F/V表、主、副電源。旋鈕初始位置：直流穩(wěn)壓電源打倒±2V檔，F(xiàn)/V表打到2V檔，差動放大增益旋鈕調(diào)到最大。實驗步驟：了解所需單元、部件在實驗儀上的所在位置，觀察雙平行梁上的應變片，應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變片和一片補償應變片，測微頭在雙平行梁前面的支座上，可以上、下、前、后、左、右調(diào)節(jié)。將差動放大器調(diào)零：用連線將差動放大器的正（＋）、負（－）、地端短接（互連）。將差動放大器的輸出端與F／V表的輸入插口Vi相連；開啟主、副電源；調(diào)節(jié)差動放大器的增益到最大位置，然后調(diào)整差動放大器的調(diào)零旋鈕使F／V表顯示為零，關(guān)閉主、副電源。根據(jù)圖１接線，其中R1、R2、R3為電橋單元的固定電阻，RX=R4為應變片（空白虛線電阻為空，既無元件）。將穩(wěn)壓電源的切換開關(guān)置±4V檔，F(xiàn)／V表置20V檔。調(diào)節(jié)測微頭脫離雙平行梁（往上旋轉(zhuǎn)到離開）。開啟主、副電源，調(diào)節(jié)電橋平衡網(wǎng)絡中的W1，使F／V表顯示為零，然后將F／V表置2V檔，再調(diào)節(jié)電橋W1旋鈕（慢慢地調(diào)），使F／V表顯示為零。圖1.1（4）將測微頭轉(zhuǎn)動到約10mm刻度附近，安裝到雙平行梁的自由端（與自由端磁鋼剛吸合），旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)測微頭支柱的高度（梁的自由端即右端跟隨變化）使F／V表電位差示數(shù)最小，再旋動測微頭，使F／V表顯示為零（細調(diào)零，F(xiàn)／V表要置2V檔），這時的測微頭刻度起點應為零位的相應刻度。（5）——往下或往上旋動測微頭，使梁的自由端產(chǎn)生位移，記下F／V表顯示的電位差數(shù)值。建議每旋動測微頭一周即ΔX＝0.5mm（旋轉(zhuǎn)1周），記錄一個數(shù)值填入下表：（測微尺的讀數(shù)：垂直刻度，每小格1mm,水平旋轉(zhuǎn)刻度，每小格0.01mm,旋轉(zhuǎn)1周=50小格=0.5mm,旋轉(zhuǎn)2周=1mm）位移（mm）電壓（mv）據(jù)所得結(jié)果計算靈敏度S＝ΔV／ΔX（式中ΔX為梁的自由端位移變化，ΔV為相應F／V表顯示的電位差的相應變化值）。實驗完畢，關(guān)閉主、副電源，所有旋鈕轉(zhuǎn)到初始位置。注意事項：(1)電橋上端虛線所示的四個電阻實際上并不存在，僅作為一標記，讓接線時組橋容易。(2)做此實驗時應將低頻振蕩器的幅度關(guān)至最小，以減小其對直流電橋的影響。思考題：(1)本實驗電路對直流穩(wěn)壓電源和對放大器有何要求？1.2應變片的單臂、半橋、全橋比較實驗實驗目的：驗證單臂、半橋、全橋的性能及相互之間的關(guān)系。實驗原理：說明實際使用的應變電橋的性能和原理。已知單臂、半橋和全橋電路的ΣR分別為：ΣR=ΔR/R、ΣR=2ΔR/R、Σ=4ΔR/R，根據(jù)戴維南定理可以得出測試電橋的輸出電壓近似等于1/4EΣR，電橋靈敏度KU=V/ΔR/R，于是，對應單臂、半橋和全橋電路的電壓靈敏度分別為1/4E、1/2E和E。由此可知，當E和電阻相對變化一定時，電橋及電壓靈敏度與各橋臂阻值的大小無關(guān)。所需單元和部件：直流穩(wěn)壓電源、差動放大器、電橋、F／V表、測微頭、雙平行梁、應變片、主、副電源。有關(guān)旋鈕的初始位置：直流穩(wěn)壓電源打到±2V檔，F(xiàn)／V表打到2V檔，差動放大器增益打到最大。實驗步驟：(1)將實驗1.1的測量結(jié)果抄入下表以便下面的三表實驗結(jié)果對照。位移（mm）電壓（mv）(2)保持差動放大器增益不變，將圖1.1中R3固定電阻換為與R4工作狀態(tài)相反的另一應變片，即取二片受力方向不同的應變片形成半橋，調(diào)節(jié)測微頭使梁處于水平位置（目測），調(diào)節(jié)電橋W1使F／V表顯示初始測量電位差為零，（3）往下或往上旋動測微頭，使梁的自由端產(chǎn)生位移，記下F／V表顯示的電位差數(shù)值。建議每旋動測微頭一周即ΔX＝0.5mm（旋轉(zhuǎn)1周），記錄一次位移以及電位差數(shù)值填入下表，填入下表：位移（mm）電壓（mv）(3)保持差動放大器增益不變，再將圖1.1中R1，R2兩個固定電阻換成另兩片受力應變片，（即R1換成，R2換成，組橋時只要掌握對臂應變片的受力方向相同，即R1,R3或R2,R4箭頭符號同向上或同向下，鄰臂應變片的受力方向相反，即R1,R2或R3,R4箭頭符號反向即可，否則輸出相互抵消沒有電位差），接成一個直流全電橋，調(diào)節(jié)測微頭使梁到水平位置，調(diào)節(jié)電橋W1同樣使F／V表顯示零。重復（3）過程將讀出數(shù)據(jù)填入下表：位移（mm）電壓（mv）(7)在上頁空白處以及實驗報告中用同一坐標上描出X-V曲線，比較三種接法的靈敏度。注意事項：(1)在更換應變片時應將電源關(guān)閉。(2)在實驗過程中如有發(fā)現(xiàn)電壓表發(fā)生過載，應將電壓量程擴大。(3)在本實驗中只能將放大器接成差動形式，否則系統(tǒng)不能正常工作。(4)直流穩(wěn)壓電源±4V不能打得過大，以免損壞應變片或造成嚴重自熱效應。接全橋時請注意區(qū)別各片子的工作狀態(tài)方向。1.3應變片傳感器的溫度效應及補償實驗實驗目的：了解溫度對應變測試系統(tǒng)的影響。實驗原理：溫度變化引起的應變片阻值發(fā)生變化的原因是應變片電阻絲的溫度系數(shù)及電阻絲在測試中膨脹系數(shù)不同，由此引起測試系統(tǒng)輸出電壓發(fā)生變化。用補償片法是應變電橋溫度補償方法中的一種，如圖1.3所示（電路與圖1.1基本相同）。若電橋中R4為工作片或，R3為補償片或，當R4=R3時（工作片與補償片材料性質(zhì)一樣，但貼放在橫梁位置相差90度角）。溫度升降變化時，兩應變片的電阻變化量（因材料相同，R4與ΔR3變化量）相等，橋路如原來是平衡的，則溫度變化后，R1R4=R2R3（即等式兩端的R4與R3等量變化，電橋仍滿足平衡條件，無漂移電壓輸出，由于補償片所貼位置與工作片成90度角，與橫梁垂直，所以補償片只感受溫度變化，而不感受懸臂梁的應力變化。圖1.3所需單元和部件：可調(diào)直流穩(wěn)壓電源、－15V不可調(diào)直流穩(wěn)電源、電橋、差動放大器、F／V表、測微頭、加熱器、雙平行梁、溫度計、主、副電源。有關(guān)旋鈕的初始位置：主、副電源關(guān)閉、直流穩(wěn)壓電源置±4V檔，F(xiàn)／V表置20V檔，差動放大器增益旋鈕置最大。實驗步驟：了解加熱器在實驗儀所在的位置及加熱符號，加熱器封裝在雙平行的上片梁與下片梁之間，結(jié)構(gòu)為電阻絲。將差動放大器的（＋）、（－）輸入端與地短接，輸出端插口與F／V表的輸入插口Vi相連。開啟主、副電源，調(diào)節(jié)差放零點旋鈕，使F／V表顯示零。再把F／V表的切換開關(guān)置2V檔，細調(diào)差放零點，使F／V表顯示零。關(guān)閉主、副電源，F(xiàn)／V表的切換開關(guān)置20V檔，拆去差動放大器輸入端的連線。按圖1.3接線，開啟主副電源，調(diào)電橋平衡網(wǎng)絡的W1電位器，使F／V表顯示值為零，然后將F／V表的切換開關(guān)置2V檔,調(diào)W1電位器，使F／V表顯示值為零。在雙平行梁的自由端（可動端）裝上測微頭，并調(diào)節(jié)測微頭，使F／V表顯示值為零。將－15V電源連到加熱器（面板上找相應的文字與符號）的一端插口，加熱器另一端插口接地，觀察無溫度補償片工作時溫升對單臂應變片的影響。可看到F／V表的顯示在隨著溫度上升而變化，溫度穩(wěn)定后，即F／V表顯示電位差值穩(wěn)定后，記下顯示數(shù)值，并用溫度計測出溫度，記下溫度值。（注意：溫度計探頭不要觸在應變片上，只要觸及應變片附近的梁體即可）。關(guān)閉主、副電源，等待數(shù)分鐘使梁體冷卻到室溫。將F／V表的切換開關(guān)置20V檔，把圖中的R3換成應變片補償片，重復（4）到（6）的過程。比較二種情況的F／V表數(shù)值：可以看出，在相同溫度下，補償后的數(shù)值小很多。實驗完畢，關(guān)閉主、副電源，所有旋鈕轉(zhuǎn)至初始位置，思考題：為什么不能完全補償。提示：從補償應變片和受力應變片所貼的位置點，梁的溫度梯度考慮。實驗2差動變面積式電容傳感器的靜態(tài)及動態(tài)特性實驗2.1差動變面積式電容傳感器的靜態(tài)特性實驗實驗目的：了解差動變面積式電容傳感器的原理及其特性。實驗原理：電容式傳感器有多種形式，本儀器為差動變面積式。傳感器由兩組定片和一組動片組成。當安裝在振動臺上的動片，上下改變位置時，與兩組靜片之間的重疊面積發(fā)生變化，極間電容也發(fā)生相應變化，成為差動電容。如果將上層定片與動片形成的電容定位CX1，下層定片與動片形成的電容定位CX2，當CX1與CX2接入橋路作為相鄰兩臂時，橋路的輸出電壓與電容量的變化有關(guān)，即與振動平臺的位移有關(guān)。所需單元及部件：電容傳感器、電壓放大器、低通濾波器、Ｆ／V表、激振器、示波器。有關(guān)旋鈕的初始位置：放大器幅度旋鈕置于中間，直流穩(wěn)壓電源置于２Ｖ檔，實驗步驟：按圖2.1接線。圖2.1F／V表打到2V，調(diào)節(jié)高竿測微頭下端緊貼震動平臺，旋轉(zhuǎn)測微頭使輸出值為零。正向轉(zhuǎn)動測微頭,每次0.5mm（旋轉(zhuǎn)1周），記下此時測微頭的讀數(shù)及電壓表的正向讀數(shù)，直至電容動片與靜片復蓋面積最大（既輸出電壓正向最大值）為止。X(mm)正向位移V(mv)正向輸出退回測微頭至初始位置。并開始以相反方向旋動。同上法，記下反向X(mm)及V(mv)值。X(mm)反向位移V(mv)反向輸出計算系統(tǒng)靈敏度Ｓ。Ｓ＝ΔＶ／ΔＸ（式中ΔＶ為電壓變化，ΔＸ為相應的梁端位移變化），并在標下面作出Ｖ－Ｘ關(guān)系曲線。2.2差動變面積式電容傳感器的動態(tài)特性實驗在上述實驗的基礎(chǔ)上，手動分離震動平臺與高竿測微頭，斷開電壓表，關(guān)閉主電源。檢查電容傳感器動片與靜片無碰片后，接通低頻激振器（頻率設置1-15Hz），幅度旋鈕置中，激振器VO接面板上1組激振線圈的上端，該組的激振線圈下端接地，使震動平臺上的差動變面積式電容傳感器的動片組產(chǎn)生大幅度的震動。打開主副電源，開啟示波器，記下低通濾波器的輸入（高頻200KHz+低頻（〈50Hz混頻）及輸出（低頻<50Hz）波形和頻率。繪出示波器上的差動變面積式電容傳感器動態(tài)圖形（輸入/輸出）。實驗3熱電偶、熱敏電阻、熱釋電傳感器實驗3.1熱電偶傳感器原理驗證實驗實驗目的：了解熱電偶的原理及現(xiàn)象實驗原理：熱電偶的基本工作原理是熱電效應，兩種不同的導體互相焊接成閉合回路時，當兩個接點溫度不同時，回路中就會產(chǎn)生電流，這一現(xiàn)象稱作熱電效應，產(chǎn)生電流的電動勢叫做熱電勢。通常把兩種不同導體的這種組合稱為熱電偶。即熱端冷端的溫度不同時，通過測量此電動勢即可知道兩端的溫差。如固定某一端溫度（一般固定冷端為室溫或零攝氏度），則另一端的溫度就可知，從而實現(xiàn)溫度的測量。本儀器中的熱電偶類型為銅康銅熱電偶。所需單元及附件：－15V不可調(diào)直流穩(wěn)壓電源、差動放大器、F／V表、加熱器、熱電偶、水銀溫度計（自備）、主副電源旋鈕初始位置：F／V表切換開關(guān)置2V檔，差動放大器增益最大。實驗步驟：了解熱電偶原理：具體熱電偶原理可參考教課書。了解熱電偶在實驗儀上的位置及符號，實驗儀所配的熱電偶是由銅康銅組成的簡易熱電偶，分度號為T。實驗儀有二個熱電偶，它封裝在雙平行梁的上片梁的上表面（在梁表面中間二根細金屬絲焊成的一點，就是熱電偶）和下片梁的下表面，二個熱電偶串聯(lián)在一起產(chǎn)生熱電勢為二者的總和。按圖3.1接線、開啟主、副電源，調(diào)節(jié)差動放大器調(diào)零旋鈕，使F／V表顯示零值，記錄下自備溫度計的室溫。圖3.1（4）將－15V直流電源接入加熱器的一端，加熱器的另一端接地，觀察F／V表顯示值的變化，待顯示值穩(wěn)定不變時記錄下F／V表顯示的讀數(shù)E。（5）用自備的溫度計測出上梁表面熱電偶處的溫度t并記錄下來。（注意：溫度計的測溫探頭不要觸到應變片，只要觸及熱電偶處附近的梁體即可）。（6）根據(jù)熱電偶的熱電勢與溫度之間的關(guān)系式：Eab(t,to)=Eab(t,tn)+Eab(tn,to)其中：t熱電偶的熱端（工作端或稱測溫端）溫度。tn熱電偶的冷端（自由端即熱電勢輸出端）溫度也就是室溫。to0℃(tn=t熱端溫度為t,冷端溫度為室溫時熱電勢。Eab(t,tn)=(Ｆ/Ｖ顯示數(shù)值E)/100*2(100為差動放大器的放大倍數(shù)，2為二個熱電偶串聯(lián))。熱端溫度為室溫，冷端溫度為0℃，銅－康銅的熱電勢：Eab(tn,to):查以下所附的熱電偶自由端為0℃時的熱電勢和溫度的關(guān)系即銅－康銅熱電偶分度表，得到室溫（溫度計測得）時熱電勢。計算：熱端溫度為t，冷端溫度為0℃時的熱電勢，Eab(t,to),根據(jù)計算結(jié)果，查分度表得到溫度t。銅康銅熱電偶分度（自由端溫度0℃）(7)熱電偶測得溫度值與自備溫度計測得溫度值相比較。（注意：本實驗儀所配的熱電偶為簡易熱電偶、并非標準熱電偶，只要了解熱電勢現(xiàn)象即可）。(8）實驗完畢關(guān)閉主、副電源，尤其是加熱器－15V電源（自備溫度計測出溫度后馬上拆去－15V電源連接線）其它旋鈕置原始位置。思考題：為什么差動放大器接入熱電偶后需再調(diào)差放零點？即使采用標準熱電偶按本實驗方法測量溫度也了會有很大誤差，為什么？3．2熱敏電阻傳感器特性驗證實驗熱敏電阻特性：熱敏電阻的溫度系數(shù)有正有負，因此分成兩類：PTC熱敏電阻(正溫度系數(shù))與NTC熱敏電阻(負溫度系數(shù))。一般NTC熱敏電阻測量范圍較寬，主要用于溫度測量；而PTC突變型熱敏電阻的溫度范圍較窄，一般用于恒溫加熱控制或溫度開關(guān)，也用于彩電中作自動消磁元件。有些功率PTC也作為發(fā)熱元件用。PTC緩變型熱敏電阻可用作溫度補償或溫度測量。一般的NTC熱敏電阻測溫范圍為：-50℃～+300℃實驗目的：了解NTC熱敏電阻現(xiàn)象。所需單元及部件：加熱器、熱敏電阻、可調(diào)直流穩(wěn)壓電源、－15V穩(wěn)壓電源、F／V表、主副電源。實驗步驟：(1)了解熱敏電阻在實驗儀的所在位置及符號，它是由一個綠色套管包裝的元件，封裝在雙平行振動梁上片梁的表面。(2)將F／V表切換開關(guān)置2V檔，直流穩(wěn)壓電源切換開關(guān)置±2V檔，按圖3.2接線，開啟主．副電源，調(diào)整W1電位器，使F／V表指示為100mV左右。這時為室溫時的Vi。將-15V電源接入加熱器，觀察電壓表的讀數(shù)變化，電壓表的輸入電壓為：(4)由此可見，當溫度時，RT阻值，Vi。圖3.2思考題：如果你手上有這樣一個熱敏電阻，想把它作為一個0～50℃的溫度測量電路，你認為該怎樣來實現(xiàn)。3．3熱釋電傳感器特性驗證實驗實驗目的：了解熱釋電傳感器的結(jié)構(gòu)、性能及工作原理。實驗原理：熱釋電傳感器是利用熱電效應的熱電型紅外傳感器。所謂電效應就是隨溫度變化產(chǎn)生電荷的現(xiàn)象熱釋電傳感器在溫度沒有變化時不產(chǎn)生信號，稱為積分型傳感器，多用于人體紅外輻射溫度檢測。熱釋電傳感器的輸出是電荷，這并不能直接使用，要加入電阻，形成電流，用電壓形式輸出。由于電荷輸出的能量非常小，加入的電阻取值要非常大，常在1-100GΩ，由于阻抗很大，要用場效應晶體管進行阻抗變換。本機熱釋電傳感器內(nèi)部已經(jīng)安裝了阻抗變換裝置。所需單元及部件：熱釋電傳感器、差動放大器、直流穩(wěn)壓電源、數(shù)字電壓表、示波器。實驗步驟：按圖3.3接線，觀察傳感器的圓形感應端面，中間黑色小方孔是濾色片，內(nèi)裝有敏感元件以及阻抗變換電路。圖3.3將直流穩(wěn)壓電源置4V檔，+4V輸出電壓接入儀器頂部光電類傳感器盒+4V端口，差動放大器增益旋鈕置中。開啟主、副電源，注意周圍人體盡量不要晃動，調(diào)整差動放大器零位，使輸出指示最小，并調(diào)整好示波器。（4）觀察現(xiàn)象1：用手掌在距離熱釋電傳感器10cm處晃動，注意觀察F/V表以及示波器的波形變化。停止晃動，重新觀察F/V表以及示波器的波形變化。(5)觀察現(xiàn)象2：用手掌接近熱釋電傳感器晃動，注意觀察F/V表以及示波器的波形變化。（6）通過上述（4）（5）實驗，我們可得出以下波形（圖3.3A）。(7)通過實驗驗證：熱釋電傳感器的以下三個工作特征：只檢測溫度的變化2．當溫度不變化時無輸出3．溫度越高，變化（輸出）越大。圖3.3A注意事項：因為熱釋電傳感器靈敏度較高，對周圍較遠的紅外輻射也能接受，數(shù)字電表有些跳動是正常的現(xiàn)象。所以實驗時最好不要有人走動。思考題：為什么香港海關(guān)在入境時，使用的預防SAS電子測溫儀器測量人體溫度時，被測人必須站在規(guī)定的腳印上？實驗4光纖、光敏電阻、光電池傳感器實驗4．1光纖位移傳感器靜態(tài)實驗實驗目的：了解光纖位移傳感器的原理結(jié)構(gòu)、性能。實驗原理：反射式光纖位移傳感器的工作原理如圖4.1所示，光纖采用Y型結(jié)構(gòu)，兩束多膜光纖一端合并組成光纖探頭，另一端分為兩束，分別作為光源光纖和接收光纖，光纖只起傳輸信號的作用。當光發(fā)射器發(fā)出的紅外光，經(jīng)過光源光纖照射到反射面，被反射的光經(jīng)過接收光纖傳輸?shù)焦怆娹D(zhuǎn)換器，光電轉(zhuǎn)換器將接收到的光信號轉(zhuǎn)換為電信號。其輸出的光強決定于反射體距光纖探頭的距離，通過對光強的檢測而得到的位移量如圖4.1A所示。圖4.1圖4.1A所需單元及部件：主副電源、差動放大器、F/V表、光纖傳感器、振動臺。實驗步驟：(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，探頭固定在Z型安裝架上，外表為螺絲的端面為半圓分布的光纖探頭。(2)了解振動臺在實驗儀上的位置（實驗儀臺面上右邊的圓盤，在振動臺上貼有反射紙作為光的反射面）。(3)如圖4.1B接線：因光/電轉(zhuǎn)換器內(nèi)部已按裝好，所以可將電信號直接經(jīng)差動放大器放大。F/V顯示表的切換開關(guān)置2V檔，開啟主、副電源。圖4.1B(4)旋轉(zhuǎn)測微頭，使光纖探頭與振動臺面接觸，直到測微頭向下旋轉(zhuǎn)時有阻力為止，調(diào)節(jié)差動放大器增益最大，調(diào)節(jié)差動放大器零位（調(diào)零）旋鈕使電壓表讀數(shù)盡量為零，旋轉(zhuǎn)測微頭使貼有反射紙的被測體慢慢離開探頭，觀察電壓讀數(shù)由小—大—小的變化。（5）旋轉(zhuǎn)測微頭使F/V電壓表指示重新回零（測微頭緊貼平臺反射片且向下旋轉(zhuǎn)）；旋轉(zhuǎn)測微頭，每隔0.05mm（５個水平最小刻度）讀出電壓表的讀數(shù)，并將其填入下表：注意：如果遇到數(shù)據(jù)較多，可以選擇變化趨勢較大的拐點數(shù)據(jù)填寫入表格。ΔX（mm）0.050.100.150.20………10.00指示（V）(6)關(guān)閉主、副電源，把所有旋鈕復原到初始位置。(7)在下面以及實驗報告作出V-ΔX曲線，計算靈敏度S=ΔV／ΔX及線性范圍。4．2光纖位移傳感器的動態(tài)測量一實驗目的：了解光纖位移傳感器的動態(tài)應用。所需單元及部件：主、副電源、差動放大器、光纖位移傳感器、低通濾波器、振動臺、低頻振蕩器、激振線圈、示波器。實驗步驟：了解激振線圈在實驗儀上所在位置及激振線圈的符號。在上實驗中的電路中接入低通濾波器和示波器，如圖4.2接線。圖4.2（3）將測微頭與振動臺面脫離，測微頭遠離振動臺。將光纖探頭與振動臺反射紙的距離調(diào)整在光纖傳感器工作點即線性段中點上（利用靜態(tài)特性實驗中得到的特性曲線，選擇線性中點的位置為工作點，目測振動臺上的反射紙與光纖探頭端面之間的相對距離即為線性區(qū)ΔX的中點）。(4)將低頻振蕩信號接入振動臺的激振線圈上，開啟主、副電源，調(diào)節(jié)低頻振蕩器的頻率與幅度旋鈕，使振動臺振動且振動幅度適中；(5)保持低頻振蕩器輸出的Vp-p幅值不變（幅度旋鈕不動），調(diào)節(jié)頻率旋鈕，改變低頻振蕩器的頻率，將頻率和示波器上所測的峰峰值（此時的峰峰值Vp-p是指經(jīng)低通濾波后的Vp-p）填入下表，并作出幅頻特性圖：幅度（Vp-p）頻率（Hz）(6)關(guān)閉主、副電源，把所有旋鈕復原到原始最小位置。4．3光纖位移傳感器的動態(tài)測量二實驗目的：了解光纖位移傳感器的測速應用。所需單元及部件：電機控制、差動放大器、小電機、F/V表、光纖位移傳感器、直流穩(wěn)壓電源、主、副電源、示波器。實驗步驟：(1)了解電機控制，小電機（小電機端面上貼有兩張反射紙）在實驗儀上所在的位置，小電機在振動臺的左邊。(2)按圖4.3接線，將差動放大器的增益置最大，F(xiàn)/V表的切換開關(guān)置2V，開啟主、副電源。圖4.3(3)將光纖探頭移至電機上方對準電機上的反光紙，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)動電機，讓反光面避開光纖探頭。調(diào)節(jié)差動放大器的調(diào)零，使F/V表顯示接近零。(4)將直流穩(wěn)壓電源置±10V檔，在電機控制單元的V+處接入+10V電壓，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速旋鈕使電機運轉(zhuǎn)。(5)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。(Vp-p=4V)；(6)根據(jù)脈沖信號的頻率及電機上反光片的數(shù)目換算出此時的電機轉(zhuǎn)速。(7)實驗完畢關(guān)閉主、副電源，拆除接線，把所有旋鈕復原。注：如示波器上觀察不到脈沖波形而實驗4.1又正常，請調(diào)整探頭與電機間的距離，同時檢查一下示波器的輸入衰減開關(guān)位置是否合適（建議使用不帶衰減的探頭）。4．4光敏電阻傳感器工作原理驗證實驗實驗目的：了解光敏電阻傳感器的結(jié)構(gòu)、性能及工作原理。實驗原理：入射光子使物質(zhì)的導電率發(fā)生變化的現(xiàn)象，稱為光電導效應。硫化鎘（Cds）光敏電阻就是利用光電導效應的光電探測器的典型元件。根據(jù)制造方法，其光敏面大至可分為單結(jié)晶型、燒結(jié)型、真空鍍膜型。其結(jié)構(gòu)如圖4.4A所示，就是將硫化鎘（Cds）粉末燒結(jié)在陶瓷基片上，并在基片上制作成蛇型電極。通過這種制造方法，可以增加電極和光敏面的結(jié)合部分的長度，從而可以得到大電流。另外，其封裝也有種種方法，可以根據(jù)其可靠性和價格進行分類。所需單元及部件：光敏電阻、直流穩(wěn)壓電源、電橋平衡網(wǎng)絡中的W1電位器、F/V表。實驗步驟：按圖4.4B接線將直流穩(wěn)壓電源±4V接入儀器頂部光敏類傳感器盒±4V端口。圖4.4A圖4.4B將光強調(diào)節(jié)旋鈕置最小位置，F(xiàn)/V表打到2V檔，調(diào)節(jié)W1電位器使F/V表顯示最小值。（4）慢慢調(diào)節(jié)光強旋鈕，使發(fā)光二極管的亮度從暗到亮逐漸增加，注意觀察此時的F/V表的數(shù)值變化。(5)將電位器旋鈕轉(zhuǎn)動范圍10等分，每旋轉(zhuǎn)一個等份的度角，記錄一個輸出電壓數(shù)據(jù)于下表中。光強12345678910輸出(6)根據(jù)以上表格數(shù)據(jù),在下面空白區(qū)和實驗報告中作出實驗曲線。注意事項：(1)因為外界光線對光敏元件會產(chǎn)生影響,實驗時應盡量避免外界光線干擾.。(2)如果實驗數(shù)據(jù)不穩(wěn),應檢查周圍是否有人走動或物體移動產(chǎn)生的影響所造成。4．5硅光電池傳感器特性驗證實驗實驗目的：了解硅光電池傳感器的結(jié)構(gòu)、性能及工作原理。實驗原理：在光照作用下,由于元件內(nèi)部產(chǎn)生的勢壘作用，在結(jié)合部使光激發(fā)的電子空穴分離，由于電子與空穴分別向相反的方向移動，而產(chǎn)生電動勢的現(xiàn)象，稱為光伏效應。硅光電池就是利用這一效應制成的光電探測器件。所需單元及部件：硅光電池、直流穩(wěn)壓電源、數(shù)字電壓表。實驗步驟：按圖4.5接線將電壓標置2V檔，直流穩(wěn)壓電源+4V輸出接入儀器頂部光敏類傳感器盒+4V端口。將光強調(diào)節(jié)旋鈕置最小位置，記錄下此時F/V表的讀數(shù)。這是外界自然光對硅光電池的影響。圖4.5（4）慢慢調(diào)節(jié)光強旋鈕，使發(fā)光二極管亮度從暗到亮逐漸增加，注意觀察此時F/V數(shù)字電壓表的數(shù)值變化。（如果此時F/V電壓表無變化，可用數(shù)字萬用表測量電池兩端在自然光下是否有2V以上的輸出電壓，沒有的話則光電池可能損壞）(5)將電位器旋鈕轉(zhuǎn)動范圍10等分，每旋轉(zhuǎn)一個等份的度角，記錄一個輸出電壓數(shù)據(jù)于下表中。光強12345678910輸出(6)根據(jù)以上表格數(shù)據(jù),在下面空白區(qū)作出實驗曲線。實驗5太陽能電池板應用的綜合性實驗實驗目的：了解一款太陽能充電產(chǎn)品的硅光電池以及外圍電路元器件的工作原理；實驗產(chǎn)品原理：太陽能充電器，它使用太陽能電池板，經(jīng)電路進行直流電壓變換后給負載電池充電，并能在電池充電完成后自動停止充電。所需單元及部件：太陽能充電產(chǎn)品、數(shù)字電壓表。預習與實驗內(nèi)容：根據(jù)實驗4光電池的特性結(jié)合以下電路圖的DC-DC變換器基本原理，試用學過的所有電子工程學知識，分析測量并繪制出實驗室提供的太陽能充電產(chǎn)品的電路框圖，現(xiàn)場填寫以下問答題空格，并將電路框圖與填空題內(nèi)容寫入實驗報告中。圖5.11.太陽能電池板轉(zhuǎn)換效率高達15%以上,由高轉(zhuǎn)換效率單晶硅和多晶硅片，其型號為：（）

2.太陽能電池板最大輸出電壓為:（）V,輸出大于3.7V時距離光源的距離為（）m

3.太陽能電池產(chǎn)品內(nèi)置高容量可充電電池輸出電壓為:（）V

4.太陽能電池產(chǎn)品總輸出電壓為:（）V

5.太陽能電池產(chǎn)品電路中數(shù)字模擬IC芯片型號為：（）

6.太陽能電池產(chǎn)品電路中數(shù)字模擬IC芯片在電路中起的作用為：_________________________。

7.集成升壓IC，封裝為SOT-89，固定電壓輸出5.5V，電源利用效率為80%，啟動電壓:0.9V，適合于給3.6V，1500MAH以上的鋰電池充電，廣泛在太陽能電池升壓產(chǎn)品設計中使用，在本次實驗產(chǎn)品電路中，該升壓IC的型號為：（）8.肖特基（Schottky）二極管是一種快恢復二極管,它屬一種低功耗、超高速半導體器件。其顯著的特點為反向恢復時間極短（可以小到幾納秒），正向?qū)▔航祪H0.4V左右。肖特基（Schottky）二極