生物醫(yī)學(xué)傳感器實驗報告

西安交通大學(xué)實驗報告成績第頁共頁課程生物醫(yī)學(xué)傳感器實驗系別生物醫(yī)學(xué)工程實驗日期年月日專業(yè)班級組別交報告日期年月日姓名學(xué)號報告退發(fā) (訂正、重做)同組者教師審批簽字實驗一金屬箔式應(yīng)變片：單臂、半橋、全橋比較()型實驗?zāi)康模候炞C單臂、半橋、全橋的性能及相互之間關(guān)系。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(yīng)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)了解所需單元、部件在實驗儀上的所在位置，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)將差動放大器調(diào)零：用連線將差動放大器的正（＋）、負(fù)（－）、地短接。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。圖1(3)根據(jù)圖１接線R1、R2、R3為電橋單元的固定電阻。R4為應(yīng)變片；將穩(wěn)壓電源的切換開關(guān)置±4V檔，F(xiàn)／V表置20V檔。開啟主、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，等待數(shù)分鐘后將F／V表置2V檔，再調(diào)電橋W1（慢慢地調(diào)），使F／V表顯示為零。(4)調(diào)整測微頭使雙平行梁處于水平位置(目測)，將直流穩(wěn)壓電源打到±4V檔。選擇適當(dāng)?shù)姆糯笤鲆?，然后調(diào)整電橋平衡電位器W1，使表頭顯示零(需預(yù)熱幾分鐘表頭才能穩(wěn)定下來)。(5)旋轉(zhuǎn)測微頭，使梁移動，每隔0.5mm讀一個數(shù)，將測得數(shù)值填入下表，然后關(guān)閉主、副電源：位移（mm）0.51.01.52.0電壓（mv）581115(6)保持放大器增益不變，將R3固定電阻換為與R4工作狀態(tài)相反的另一應(yīng)變片即取二片受力方向不同應(yīng)變片，形成半橋，調(diào)節(jié)測微頭使梁到水平位置（目測），調(diào)節(jié)電橋W1使F／V表顯示表顯示為零，重復(fù)（5）過程同樣測得讀數(shù)，填入下表：位移（mm）0.51.01.52.0電壓（mv）4111825(7)保持差動放大器增益不變，將R1，R2兩個固定電阻換成另兩片受力應(yīng)變片（即R1換成，R2換成，）組橋時只要掌握對臂應(yīng)變片的受力方向相同，鄰臂應(yīng)變片的受力方向相反即可，否則相互抵消沒有輸出。接成一個直流全橋，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(fù)（5）過程將讀出數(shù)據(jù)填入下表：位移（mm）0.51.01.52.0電壓（mv）13284462(8)在同一坐標(biāo)紙上描出X-V曲線，比較三種接法的靈敏度。由圖可知：第三種接法靈敏度最高，第一種接法靈敏度最低。注意事項：(1)在更換應(yīng)變片時應(yīng)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(yīng)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不能打的過大，以免損壞應(yīng)變片或造成嚴(yán)重自熱效應(yīng)。接全橋時請注意區(qū)別各片子的工作狀態(tài)方向。實驗二差動變壓器的標(biāo)定（靜態(tài)位移性能）實驗?zāi)康模毫私獠顒幼儔浩髟?、工作情況和標(biāo)定方法所需單元及部件：音頻振蕩器、差動放大器、差動變壓器、移相器、相敏檢波器、低通濾波器、測微頭、電橋、V/F表、示波器、主副電源。有關(guān)旋鈕初始位置：音頻振蕩4kHz－８KHZ，差動放大器的增益打到最大，Ｆ／Ｖ表置2V檔，主、副電源關(guān)閉。實驗步驟：(1)差動變壓器同名端確認(rèn)。(a)根據(jù)圖2-1接線，將差動變壓器、音頻振蕩器（必須LV輸出）、雙線示波器連接起來，組成一個測量線路。音頻振蕩器4kHz-8kHz之間，雙線示波器第一通道靈敏度500mv/div,第二通道靈敏度10mv/div，觸發(fā)選擇打到第一通道，主、副電源關(guān)閉。開啟主、副電源，將示波器探頭分別接至差動變壓器的輸入端和輸出端，觀察差動變壓器源邊線圈音頻振蕩器激勵信號峰峰值為2V。圖2-1轉(zhuǎn)動測微頭使測微頭與振動平臺吸合。再轉(zhuǎn)動測微頭５mm，使振動平臺往右位移。旋動測微頭，使振動平臺產(chǎn)生位移。每位移0.2mm，用示波器讀出差動變壓器輸出端的峰峰值填入下表，根據(jù)所得數(shù)據(jù)計算靈敏度Ｓ。Ｓ＝ΔＶ／ΔＸ（式中ΔＶ為電壓變化，ΔＸ為相應(yīng)振動平臺的位移變化），作出Ｖ－Ｘ關(guān)系曲線。Ｘ（mm）54.54.03.53.02.52.01.51.00.5Vo(p-p)0.3750.3200.2950.2600.2100.1670.1280.10.0520.034Ｘ（mm）0-0.5-1.0-1.5-2.0-2.5-3.0-3.5-4.0-4.5Vo(p-p)00.060.120.180.240.310.370.410.460.48Ｘ（mm）-5.0Vo(p-p)0.5靈敏度=|（0.37-0）/（-3-0）|=0.12(2)用適當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)線路對殘余電壓進(jìn)行補償。接圖2-2接線，音頻振蕩必須從LV插口輸出，W1，W2，r,c,為電橋單元中調(diào)平衡網(wǎng)絡(luò)。圖2-2(b)開啟主．副電源，利用示波器，調(diào)整音頻振蕩器幅度鈕使示波器一通道顯示出為2伏峰—峰值。調(diào)節(jié)音頻振蕩器頻率，使示波器二通道波形不失真。(c)調(diào)整測微頭，使差動放大器輸出電壓最小。(d)依次調(diào)整W1，W2，使輸出電壓進(jìn)一步減小，必要時重新調(diào)節(jié)測微頭，盡量使輸出電壓最小。(e)將二通道的靈敏度提高，觀察零點殘余電壓的波形，注意與激勵電壓波形相比較。經(jīng)過補償后的殘余電壓波形：為三角波波形，這說明波形中有高頻分量。(f)經(jīng)過補償后的殘余電壓大?。海謿堄鄍-p＝Ｖ殘余p-p/100與未經(jīng)補償殘余電壓相比較。(3)按圖2-3接好線路。圖2-3(a)開啟主、副電源，利用示波器，調(diào)整音頻振蕩器幅度旋鈕，使激勵電壓幅峰峰值為2V。(b)利用示波器和電壓表，調(diào)整各調(diào)零及平衡電位器，使電壓表指示為零。(c)給梁一個較大的位移，調(diào)整移相器，使電壓表指示為最大，同時可用示波器觀察相敏檢波器的輸出波形。旋轉(zhuǎn)測微頭，每隔0.1mm讀數(shù)記錄實驗數(shù)據(jù)，填入下表，作出V-X曲線，并求出靈敏度。X（mm）00.10.20.30.4V（mv）454446441436430所以，靈敏度=|（441-430）/(0.2-0.4)|=55V/m注意事項：(1)由于該補償線路要求差動變壓器的輸出必須懸浮。因此次級輸出波形難以用一般示波器

來看，要用差動放大器使雙端輸出轉(zhuǎn)換為單端輸出。

(2)音頻信號必須從LV插口引出。

思考：本實驗也可把電橋平衡網(wǎng)絡(luò)搬到次級圈上進(jìn)行零點殘余電壓補償。思考：根據(jù)實驗結(jié)果，指出線性范圍。答：由實驗可得其線性范圍是：0.2-0.4mm當(dāng)差動變壓器中磁棒的位置由上到下變化時，雙線示波器觀察到的波形相位會發(fā)生怎樣的變化？答：零點殘余電壓的波形由基波和高次諧波組成?；ǖ漠a(chǎn)生主要是由于傳感器的兩次級繞組的電器參數(shù)幾何尺寸不對稱，從而使它們產(chǎn)生的感應(yīng)電勢幅值不相等、相位不相同，因此不論怎樣調(diào)整銜鐵位置，兩線圈中感應(yīng)電勢都不能完全抵消。高次諧波中起主要作用的是三次諧波，原因是由于磁性材料磁化曲線的非線性，即磁飽和、磁帶等。用測微頭調(diào)節(jié)振動平臺位置，使示波器上觀察到的差動變壓器的輸出端信號為最小，這個最小電壓稱作什么？由于什么原因造成？答：這個最小電壓被稱為零點殘余電壓。零點殘余電壓的產(chǎn)生的原因主要是傳感器的兩次級繞組的電氣參數(shù)與幾何尺寸不對稱，以及磁性材料的非線性等。實驗三光纖位移傳感器靜態(tài)實驗(998型)實驗?zāi)康模毫私夤饫w位移傳感器的原理結(jié)構(gòu)、性能。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；(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３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３(4)旋轉(zhuǎn)測微頭，使光纖探頭與振動臺面接觸，調(diào)節(jié)差動放大器增益最大，調(diào)節(jié)差動放大器零位旋鈕使電壓表讀數(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；旋轉(zhuǎn)測微頭，每隔0.05mm讀出電壓表的讀數(shù)，并將其填入下表：ΔX（mm）0.10.20.30.40.50.6指示（V）0.261.041.862.693.524.30ΔX（mm）0.70.80.91.01.11.2指示（V）5.065.776.477.107.698.23ΔX（mm）1.251.402.55.125.25.3指示（V）8.288.288.298.298.147.96ΔX（mm）5.45.55.65.75.86指示（V）7.817.6