《傳感技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)單元》實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書new

1、傳感技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)單元實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書一、電子測(cè)量與檢測(cè)實(shí)驗(yàn)須知傳感技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)的目的使學(xué)生在掌握各類傳感器的理論及其檢測(cè)技術(shù)、信號(hào)調(diào)理電路和光電檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)上，能合理選擇和利用傳感器測(cè)量各種工程上常見的物理量。這是本專業(yè)本科學(xué)生必須掌握的基本技能。要求學(xué)生通過實(shí)際操作，培養(yǎng)獨(dú)立思考、獨(dú)立分析和獨(dú)立實(shí)驗(yàn)的能力。為使實(shí)驗(yàn)正確、順利地進(jìn)行，并保證實(shí)驗(yàn)設(shè)備、儀器儀表和人身的安全，在做檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)實(shí)驗(yàn)時(shí)，需知以下內(nèi)容。1實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)前，學(xué)生必須進(jìn)行認(rèn)真預(yù)習(xí)，掌握每次實(shí)驗(yàn)的目的、內(nèi)容、線路、實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器儀表、測(cè)量和記錄項(xiàng)目等，做到心中有數(shù)，減少實(shí)驗(yàn)盲目性，提高實(shí)驗(yàn)效率。2電源（1）實(shí)驗(yàn)桌上通常設(shè)有單相（或三

2、相）交流電源開關(guān)和直流電源開關(guān)，由實(shí)驗(yàn)室統(tǒng)一供電，實(shí)驗(yàn)前應(yīng)弄清各輸出端點(diǎn)間的電壓數(shù)值。（2）實(shí)驗(yàn)桌（或儀器）上配有直流穩(wěn)壓電源，在接入線路之前應(yīng)調(diào)節(jié)好輸出電壓數(shù)值，使之符合實(shí)驗(yàn)線路要求。特別是在實(shí)驗(yàn)線路中，嚴(yán)禁將超過規(guī)定電壓數(shù)值的電源接入線路運(yùn)行。（3）在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)線路的接線、改線或拆線之前，必須斷開電源開關(guān)，嚴(yán)禁帶電操作，避免在接線或拆線過程中，造成電源設(shè)備或部分實(shí)驗(yàn)線路短路而損壞設(shè)備或?qū)嶒?yàn)線路元器件。3實(shí)驗(yàn)線路（1）認(rèn)真熟悉實(shí)驗(yàn)線路原理圖，能識(shí)圖并能按圖接好實(shí)驗(yàn)線路。（2）實(shí)驗(yàn)線路接線要準(zhǔn)確、可靠和有條理，接線柱要擰緊，插頭與線路中的插孔的結(jié)合要插準(zhǔn)插緊，以免接觸不良引起部分線路斷開。（3）

3、線路中不要接活動(dòng)裸接頭，線頭過長(zhǎng)的銅絲應(yīng)剪去，以免因操作不慎或偶然原因而觸電，或使線路造成意想不到的后果。（4）線路接好后，應(yīng)先由同組同學(xué)相互檢查，然后請(qǐng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師檢查同意后，才能接通電源開關(guān)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。4儀器儀表（1）認(rèn)真掌握每次實(shí)驗(yàn)所用儀器儀表的使用方法、放置方式（水平或垂直），并要清楚儀表的型號(hào)規(guī)格和精度等級(jí)等。（2）儀器儀表與實(shí)驗(yàn)線路板（或設(shè)備）的位置應(yīng)合理布置，以方便實(shí)驗(yàn)操作和測(cè)量。（3）儀器儀表上的旋鈕有起止位置，旋轉(zhuǎn)時(shí)用力要適度，到頭時(shí)嚴(yán)禁強(qiáng)制用力旋轉(zhuǎn)，以免損壞旋鈕內(nèi)部的軸及其連接部分，影響實(shí)驗(yàn)進(jìn)行。（4）測(cè)試前應(yīng)根據(jù)估算的物理量數(shù)值先選擇好儀表的量限，然后將儀表接入線路測(cè)試點(diǎn)

4、。對(duì)于指示儀表，應(yīng)清楚所選量限的刻度數(shù)值；被測(cè)量值通常應(yīng)處在儀表上量限的一半以上，順指針方向讀數(shù)，以減少讀數(shù)誤差。（5）實(shí)驗(yàn)用儀表一般應(yīng)在實(shí)驗(yàn)線路穩(wěn)定運(yùn)行后接入線路測(cè)試，并同時(shí)觀察指示情況，如超過量限應(yīng)立即斷開連接。特別指出，對(duì)于電流表應(yīng)嚴(yán)禁先接入線路后再合電源開關(guān)，以避免閉合開關(guān)瞬時(shí)的沖擊電流使指示儀表損壞。（6）所選用儀表的內(nèi)阻與被測(cè)元件或電路的電阻的配合要恰當(dāng)，測(cè)試方法要合適，以減少測(cè)試誤差。5對(duì)實(shí)驗(yàn)中異?，F(xiàn)象的處理在實(shí)驗(yàn)過程中，如發(fā)現(xiàn)異?；鸹?、異聲、異味、冒煙、過熱等現(xiàn)象，應(yīng)立刻斷開電源開關(guān)，保持現(xiàn)場(chǎng)，并請(qǐng)指導(dǎo)教師一起檢查原因。6實(shí)驗(yàn)結(jié)束整理（1）實(shí)驗(yàn)完成后，應(yīng)將實(shí)驗(yàn)記錄交指導(dǎo)教師檢查

5、認(rèn)可后，方可拆線。（2）實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，應(yīng)先斷開電源開關(guān)，然后才能拆線。（3）將實(shí)驗(yàn)桌上的儀器儀表和實(shí)驗(yàn)線路板擺放整齊，將連接導(dǎo)線歸攏整齊并放入實(shí)驗(yàn)桌抽屜內(nèi)。二、傳感技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)報(bào)告書寫要點(diǎn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告是實(shí)驗(yàn)的總結(jié)，它應(yīng)用理論對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)波形和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象加以分析，從中得出有價(jià)值的結(jié)論。每個(gè)學(xué)生都應(yīng)在實(shí)驗(yàn)完成后及時(shí)寫出分析中肯、結(jié)論簡(jiǎn)潔、字跡工整的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。這不僅能深化理論學(xué)習(xí)的內(nèi)容，而且能培養(yǎng)正確總結(jié)實(shí)驗(yàn)工作和進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)的能力。檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告書寫要點(diǎn)如下：（1）題目、系別、班級(jí)、實(shí)驗(yàn)人（姓名、學(xué)號(hào)）、同組人、日期。（2）實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。?）實(shí)驗(yàn)線路。（4）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及其做法簡(jiǎn)述。（5）實(shí)驗(yàn)分析。

6、 將原始記錄整理為便于分析的形式，如數(shù)據(jù)換算、表格、曲線等； 應(yīng)用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)波形和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，分析實(shí)驗(yàn)線路或元器件的物理特性、實(shí)現(xiàn)功能、技術(shù)指標(biāo)。分析電路的性質(zhì)、定理、規(guī)律，或分析實(shí)驗(yàn)中的新發(fā)現(xiàn)，指出它的趨勢(shì)和研究的方向等； 書中每個(gè)實(shí)驗(yàn)中的實(shí)驗(yàn)報(bào)告分析提示，僅供學(xué)生實(shí)驗(yàn)分析時(shí)參考，應(yīng)不拘泥于所提出的項(xiàng)目。（6）實(shí)驗(yàn)結(jié)論：對(duì)實(shí)驗(yàn)分析進(jìn)行概括或指出實(shí)驗(yàn)題目的研究方向。（7）附：原始記錄，以及測(cè)量?jī)x器儀表的名稱、型號(hào)規(guī)格、精度等級(jí)、量限，所使用設(shè)備的型號(hào)規(guī)格和主要參數(shù)。三、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置與內(nèi)容序號(hào)實(shí)驗(yàn)名稱內(nèi)容提要實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)類型開出要求1傳感器測(cè)量特性實(shí)驗(yàn)1. 金屬箔式應(yīng)變片連接成單臂、半橋、全橋

7、后的性能比較2驗(yàn)證必開2. 磁電式轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)速實(shí)驗(yàn)3. 壓阻傳感器測(cè)量壓力特性2驗(yàn)證必開4. 熱電阻測(cè)溫原理及輸出特性2驗(yàn)證任選其一5. 熱電偶測(cè)溫原理及輸出特性2驗(yàn)證2傳感器測(cè)量位移實(shí)驗(yàn)兩種或兩種以上傳感器測(cè)位移實(shí)驗(yàn)，比較其測(cè)量特性2驗(yàn)證必開3傳感器測(cè)量振動(dòng)實(shí)驗(yàn)兩種或兩種以上傳感器測(cè)振動(dòng)實(shí)驗(yàn)，比較其測(cè)量特性2驗(yàn)證必開4光纖傳感器測(cè)量振動(dòng)實(shí)驗(yàn)光纖傳感器測(cè)位移特性及其測(cè)振應(yīng)用2設(shè)計(jì)必開5LED光電轉(zhuǎn)換特性實(shí)驗(yàn)LED電流注入與輻射功率的關(guān)系及其測(cè)量方法2驗(yàn)證必開6光電探測(cè)器相對(duì)光譜響應(yīng)度測(cè)試實(shí)驗(yàn)掌握光電探測(cè)器原理及其使用，光譜響應(yīng)度概念及其測(cè)量方法2驗(yàn)證必開實(shí)驗(yàn)一 傳感器測(cè)量特性試驗(yàn)（一）金屬箔

8、式應(yīng)變片電橋性能實(shí)驗(yàn)1實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私怆姌驕y(cè)量電路的特點(diǎn)。2實(shí)驗(yàn)原理在全橋測(cè)量電路中，將受力性質(zhì)相同的兩只應(yīng)變片接到電橋的對(duì)邊，不同的兩只接入鄰邊，如圖13.1所示。當(dāng)應(yīng)變片初始值相等，變化量也相等時(shí)，其橋路輸出為Uo=KEe （13.1）式中，E為電橋電源電壓。式（13.1）表明，全橋輸出靈敏度比半橋又提高了一倍，非線性誤差得到進(jìn)一步改善。圖13.1圖1.13實(shí)驗(yàn)儀器THSRZ-1型傳感器系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)裝置。本實(shí)驗(yàn)在該實(shí)驗(yàn)裝置上所需的單元及部件為應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K，托盤，砝碼，數(shù)顯電壓表，15V、4V電源，萬用表（自備）。4實(shí)驗(yàn)步驟（1）應(yīng)變傳感器已安裝在應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K上，可參考圖13.1。（

9、2）將差動(dòng)放大器調(diào)零。從主控臺(tái)接入15V電源，檢查無誤后，合上主控臺(tái)電源開關(guān)。將差動(dòng)放大器的輸入端Ui短接，輸出端Uo2接數(shù)顯電壓表（選擇2V擋），調(diào)節(jié)電位器Rw4，使電壓表顯示為0V。Rw4的位置確定后不能改動(dòng)。關(guān)閉主控臺(tái)電源。（3）按圖13.2所示接線，將受力相反（一片受拉，一片受壓）的兩只應(yīng)變片接入電橋的鄰邊，接入電橋調(diào)零電位器Rw1，接入直流電源4V（從主控臺(tái)接入），電橋輸出接到差動(dòng)放大器的輸入端Ui。檢查接線無誤后，合上主控臺(tái)電源開關(guān)，調(diào)節(jié)Rw1，使電壓表顯示為零。圖13.2（4）在應(yīng)變傳感器托盤上放置一只砝碼，調(diào)節(jié)Rw3，改變差動(dòng)放大器的增益，使數(shù)顯電壓表顯示0.020V左右，讀取

10、數(shù)顯表數(shù)值。保持Rw3不變，依次增加砝碼，讀取相應(yīng)的數(shù)顯表值，直到200g砝碼加完。記下實(shí)驗(yàn)結(jié)果，填入表13.1中，關(guān)閉電源。表13.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表重量/g電壓/mV5實(shí)驗(yàn)報(bào)告分析提示根據(jù)記入表13.1的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算靈敏度L=DU/DW、非線性誤差df3。（二）磁電式轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)速實(shí)驗(yàn)（三）壓阻傳感器測(cè)量壓力特性（四）.1熱電阻測(cè)溫原理及輸出特性（一）實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私忏K電阻的特性與應(yīng)用。（二）基本原理利用導(dǎo)體電阻隨溫度變化的特性，熱電阻用于測(cè)量時(shí)，要求其材料電阻溫度系數(shù)大，穩(wěn)定性好，電阻率高，電阻與溫度之間最好有線性關(guān)系。常用鉑電阻和銅電阻，鉑電阻在0-850以內(nèi)，電阻Rt與溫度t的關(guān)系為：

11、Rt=Ro(1+At+Bt2)RO系溫度為0時(shí)的電阻。本實(shí)驗(yàn)RO=100，A=3.90810-3/，B=-5.80210-7/2，鉑電阻采用三線連接，其中一端接二根引線主要為消除引線電阻對(duì)測(cè)量的影響。（三）需用器件與單元加熱源、K型熱電偶、Pt100熱電阻、溫度控制單元、溫度傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、?shù)顯單元、萬用表。（四）實(shí)驗(yàn)步驟將Pt100傳感器接入主控箱調(diào)節(jié)儀單元中的“Pt100輸入”端口（傳感器引線標(biāo)記相同的二根接入“Pt100輸入”上方端口，傳感器另外一根引線接入“Pt100輸入”下方一個(gè)端口）；合上主控箱的漏電保護(hù)開關(guān)為“ON”,在合上調(diào)節(jié)儀單元中的“溫度開關(guān)”為開，合上“控制方式”開關(guān)為“

12、內(nèi)”。Pt100或K型熱電偶作為溫度標(biāo)準(zhǔn)接法（參見實(shí)驗(yàn)二十九（2）。1、將Pt100鉑電阻三根線引入Rt的a、b上（用萬用表歐姆檔測(cè)出Pt100三根線中其中短接的二根線分別接b端，另一根接a端。）和R5端。這樣Rt與R3、R1、Rw1、R4組成直流電橋，是一種單臂電橋工作形式。Rw1中心活動(dòng)點(diǎn)與R6相接，見圖1.1。Rw2左旋到底（增益最小）。2、在端點(diǎn)a與地之間加直流源2V，合上主控箱電源開關(guān)，調(diào)Rw1使電橋平衡，橋路輸出端b和中心活動(dòng)點(diǎn)之間在室溫下輸出為零。3、加15V運(yùn)放電源，調(diào)Rw3使Uo2=0，接上數(shù)顯單元，撥2V電壓顯示檔，使數(shù)顯為零。4、在常溫基礎(chǔ)上，將設(shè)定溫度值可按t=5讀取數(shù)

13、顯表值。將結(jié)果填入表1-1。關(guān)閉主控箱電源開關(guān)。表1-1 鉑電阻電勢(shì)與溫度值t（）V(mv)實(shí)圖1.15、根據(jù)表1-1值計(jì)算其非線性誤差。二、 （四）.2 K型熱電偶測(cè)溫性能實(shí)驗(yàn)（一）實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私釱型熱電偶測(cè)量溫度的性能與應(yīng)用范圍。（二）基本原理當(dāng)鎳鉻一鎳硅（鎳鋁）兩種不同的金屬組成回路，產(chǎn)生的二個(gè)接點(diǎn)有溫度差、會(huì)產(chǎn)生熱電勢(shì)，這就是熱電效應(yīng)。溫度高的接點(diǎn)就是工作端，將其置于被測(cè)溫度場(chǎng)配以相應(yīng)電路就可間接測(cè)得被測(cè)溫度值。（三）需用器件與單元K型熱電偶（單獨(dú)的）、K型熱電偶、加熱源、溫度控制儀、數(shù)顯單元、溫度傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K。（四）實(shí)驗(yàn)步驟Pt100或K型熱電偶（單獨(dú)的）作溫度標(biāo)準(zhǔn)接法不變。1、將四

14、芯K、E熱電偶插入到主控板溫度插孔中的中一個(gè)孔中用于溫度測(cè)量。2、將被測(cè)K型熱電偶接線插入溫度傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳蠘?biāo)有熱電偶符號(hào)的a、b孔上，熱電偶自由端連線中帶紅色套管或紅色斜線的一條為正端。3、將R5、R6短路接地，接入15V電源，打開主控箱電源開關(guān)、調(diào)節(jié)RW3使UO2為零（見實(shí)圖1.1），將UO2與數(shù)顯表單元上的Vi相接。調(diào)RW3數(shù)顯表顯示零位，主控箱上電壓波段開關(guān)撥到2V檔。4、去掉R5、R6短路接線，將a、b端與放大器R5、R6相接，調(diào)RW2，將信號(hào)放大到比分度值大10倍的毫伏值。5、在40到150之間設(shè)定t=5。讀出數(shù)顯表頭輸出電勢(shì)與溫度值，并記入表1-2。表1-2 K型熱電偶熱電勢(shì)與

15、溫度數(shù)據(jù)t（）V(mv)6、根據(jù)表1-2計(jì)算非線性誤差。五、思考題能否用AD590設(shè)計(jì)一個(gè)直接顯示攝氏溫度-50-50數(shù)字式溫度計(jì)并利用本實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)二 傳感器測(cè)量位移實(shí)驗(yàn)（一） 電渦流傳感器的位移特性實(shí)驗(yàn)1實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私怆姕u流傳感器測(cè)量位移的工作原理和特性。2實(shí)驗(yàn)原理通過高頻電流線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，當(dāng)有導(dǎo)電體接近該磁場(chǎng)時(shí)，因?qū)щ婓w渦流效應(yīng)產(chǎn)生渦流損耗，而渦流損耗與導(dǎo)電體相對(duì)于線圈之間的距離有關(guān)，因此可以進(jìn)行位移測(cè)量。3實(shí)驗(yàn)儀器THSRZ-1型傳感器系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)裝置。本實(shí)驗(yàn)在該實(shí)驗(yàn)裝置上所需的單元及部件為電渦流傳感器、鐵圓盤、電渦流傳感器模塊、測(cè)微頭、直流穩(wěn)壓電源、數(shù)顯直流電壓表、測(cè)微頭。4實(shí)

16、驗(yàn)步驟（1）按圖13.6所示安裝電渦流傳感器。圖13.6（2）在測(cè)微頭端部安裝鐵質(zhì)金屬圓盤，作為電渦流傳感器的被測(cè)體。調(diào)節(jié)測(cè)微頭，使鐵質(zhì)金屬圓盤的平面貼到電渦流傳感器的探測(cè)端，固定測(cè)微頭。（3）按圖13.7所示連接傳感器，將電渦流傳感器連接線接到模塊上標(biāo)有“”的兩端，實(shí)驗(yàn)范本輸出端Uo與數(shù)顯表輸入端Ui相接。數(shù)顯表量程切換開關(guān)選擇電壓20V，模塊電源用連接導(dǎo)線從主控臺(tái)接入+15V電源。（4）合上主控臺(tái)電源開關(guān)，記下數(shù)顯表讀數(shù)，然后每隔0.2mm讀一個(gè)數(shù)，直到輸出幾乎不變?yōu)橹?。將結(jié)果記入表13.5中。圖13.7表13.5 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表x（mm）Uo（V）5實(shí)驗(yàn)報(bào)告分析與提示根據(jù)表13.5的數(shù)據(jù)

17、，畫出Uo-x曲線，根據(jù)曲線找出線性區(qū)域及進(jìn)行正、負(fù)位移測(cè)量時(shí)的最佳工作點(diǎn)，并計(jì)算量程為1mm、3mm及5mm時(shí)的靈敏度和線性度（可以利用端點(diǎn)法或其他擬合直線）。（二）電容式傳感器的位移特性實(shí)驗(yàn)1實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私怆娙菔絺鞲衅鞯慕Y(jié)構(gòu)及特點(diǎn)。2實(shí)驗(yàn)原理電容式傳感器是指能將被測(cè)物理量的變化轉(zhuǎn)換為電容量變化的一種傳感器。它實(shí)質(zhì)上是具有一個(gè)可變參數(shù)的電容器。利用平板電容器原理可知： （13.2）式中，S為極板面積，d為極板間距離， e0為真空介電常數(shù)，e r為介質(zhì)相對(duì)介電常數(shù)。由此可以看出，當(dāng)被測(cè)物理量使S、d或er發(fā)生變化時(shí)，電容量C隨之發(fā)生改變，如果保持其中兩個(gè)參數(shù)不變而僅改變另一參數(shù)，就可以將該參數(shù)的

18、變化單值地轉(zhuǎn)換為電容量的變化。所以電容傳感器可以分為3種類型：改變極間距離的變間隙式、改變極板面積的變面積式和改變介質(zhì)電常數(shù)的變介電常數(shù)式。本實(shí)驗(yàn)采用變面積式，如圖13.8所示，兩只平板電容器共享一個(gè)下極板，當(dāng)下極板隨被測(cè)物體移動(dòng)時(shí)，兩只電容器上下極板的有效面積一只增大，另一只減小。將3個(gè)極板用導(dǎo)線引出，就形成差動(dòng)電容輸出。圖13.83實(shí)驗(yàn)儀器THSRZ-1型傳感器系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)裝置。本實(shí)驗(yàn)在該實(shí)驗(yàn)裝置上所需的單元及部件為電容傳感器、電容傳感器模塊、測(cè)微頭、數(shù)顯直流電壓表、直流穩(wěn)壓電源。4實(shí)驗(yàn)步驟（1）按圖13.9所示將電容傳感器安裝在電容傳感器模塊上，將傳感器引線插入實(shí)驗(yàn)?zāi)K插座中。圖13.9

19、（2）將電容傳感器模塊的輸出Uo接到數(shù)顯直流電壓表上。（3）接入15V電源，合上主控臺(tái)電源開關(guān)，將電容傳感器調(diào)至中間位置，調(diào)節(jié)Rw，使得數(shù)顯直流電壓表顯示為0。（4）旋動(dòng)測(cè)微頭推進(jìn)電容傳感器的共享極板（下極板），每隔0.2mm記下位移量X與輸出電壓值U的變化，填入表13.6中。表13.6 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表X（mm） U（mV）5實(shí)驗(yàn)報(bào)告分析與提示根據(jù)表13.6的數(shù)據(jù)，計(jì)算電容傳感器的系統(tǒng)靈敏度S和非線性誤差df。實(shí)驗(yàn)三 傳感器測(cè)量振動(dòng)實(shí)驗(yàn)（一） 霍爾式傳感器振動(dòng)測(cè)量實(shí)驗(yàn)1霍爾傳感器測(cè)速（1）實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私饣魻栐膽?yīng)用測(cè)量轉(zhuǎn)速。（2）實(shí)驗(yàn)原理：利用霍爾效應(yīng)表達(dá)式UH=KHIB，當(dāng)被測(cè)圓盤上裝上N

20、支磁性體時(shí)，轉(zhuǎn)盤每轉(zhuǎn)一周，磁場(chǎng)變化N次；每轉(zhuǎn)一周，霍爾電勢(shì)就同頻率相應(yīng)變化，輸出電勢(shì)通過放大、整形和計(jì)數(shù)電路就可以測(cè)出被測(cè)旋轉(zhuǎn)物的轉(zhuǎn)速。（3）實(shí)驗(yàn)儀器。THSRZ-1型傳感器系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)裝置。本實(shí)驗(yàn)在該實(shí)驗(yàn)裝置上所需的單元及部件為霍爾傳感器，+5V、224V直流電源，轉(zhuǎn)動(dòng)源，頻率/轉(zhuǎn)速表。（4）實(shí)驗(yàn)步驟。圖13.10 根據(jù)圖13.10所示安裝，霍爾傳感器已安裝于傳感器支架上，且霍爾元件正對(duì)著轉(zhuǎn)盤上的磁鋼。 將+5V電源接到三源板上“霍爾”輸出的電源端，“霍爾”輸出接到頻率/轉(zhuǎn)速表（切換到測(cè)轉(zhuǎn)速位置）?！?24V”直流穩(wěn)壓電源接到“轉(zhuǎn)動(dòng)源”的“轉(zhuǎn)動(dòng)電源”輸入端。 合上主控臺(tái)電源，調(diào)節(jié)224V電源

21、的輸出，可以觀察到轉(zhuǎn)動(dòng)源轉(zhuǎn)速的變化。也可通過通信接口的第一通道CH1，用上位機(jī)軟件觀測(cè)霍爾組件輸出的脈沖波形。（5）實(shí)驗(yàn)報(bào)告分析與提示：分析霍爾組件產(chǎn)生脈沖的原理。2霍爾式傳感器振動(dòng)測(cè)量實(shí)驗(yàn)（1）實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私饣魻栐膽?yīng)用測(cè)量振動(dòng)。（2）實(shí)驗(yàn)原理：根據(jù)霍爾效應(yīng)，霍爾電勢(shì)UH=KHIB，其中KH為靈敏度系數(shù)，由霍爾材料的物理性質(zhì)決定。當(dāng)通過霍爾元件的電流I一定，霍爾元件在一個(gè)梯度磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，就可以用于進(jìn)行位移測(cè)量。（3）實(shí)驗(yàn)儀器：THSRZ-1型傳感器系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)裝置。本實(shí)驗(yàn)在該實(shí)驗(yàn)裝置上所需的單元及部件為霍爾傳感器模塊、霍爾傳感器、振動(dòng)源、直流穩(wěn)壓電源、通信接口（4）實(shí)驗(yàn)步驟。 將霍爾傳感

22、器按圖13.4所示安裝在振動(dòng)平臺(tái)上。將傳感器引線接到霍爾傳感器模塊的9芯航空插座上，并按圖13.11接線。圖13.11 先將傳感器與振動(dòng)源斷開，將實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的“低頻輸出”接到三源板的激振源輸入端上，合上主控臺(tái)電源，調(diào)節(jié)“低頻調(diào)幅”旋鈕到最大位置。調(diào)節(jié)“低頻調(diào)頻”旋鈕，使振動(dòng)梁振動(dòng)并達(dá)到最大振動(dòng)幅度（達(dá)到共振）。 調(diào)節(jié)傳感器支架的角度和高度，使傳感器連接到振動(dòng)梁上，并能隨振動(dòng)梁一起振動(dòng)。通過通信接口的CH1通道用上位機(jī)軟件觀測(cè)其輸出波形。也可以用頻率/轉(zhuǎn)速表測(cè)量振動(dòng)頻率。（5）實(shí)驗(yàn)報(bào)告分析與提示。 選擇不同的中心點(diǎn)來測(cè)量振動(dòng)，比較霍爾輸出波形的變化，并分析其原因； 考慮若使用交流信號(hào)激勵(lì)霍爾元件，

23、其輸出應(yīng)是什么波形？（二）差動(dòng)變壓器振動(dòng)測(cè)量實(shí)驗(yàn)1實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私獠顒?dòng)變壓器測(cè)量振動(dòng)的方法。2實(shí)驗(yàn)原理利用差動(dòng)變壓器測(cè)量動(dòng)態(tài)參數(shù)的原理與測(cè)量位移的原理相同，不同的是其輸出為調(diào)制信號(hào)，要經(jīng)過檢波才能觀測(cè)到所測(cè)動(dòng)態(tài)參數(shù)。3實(shí)驗(yàn)儀器THSRZ-1型傳感器系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)裝置。本實(shí)驗(yàn)在該實(shí)驗(yàn)裝置上所需的單元及部件為振蕩器、差動(dòng)變壓器模塊、相敏檢波模塊、頻率/轉(zhuǎn)速表、振動(dòng)源、直流穩(wěn)壓電源，以及通信接口（含上位機(jī)軟件）。4實(shí)驗(yàn)步驟（1）將差動(dòng)變壓器按照?qǐng)D13.4所示安裝在三源板的振動(dòng)源單元上。（2）將差動(dòng)變壓器的輸入/輸出線連接到差動(dòng)變壓器模塊上，并按圖13.5所示接線。 圖13.4 圖13.5（3）檢查接線無誤

24、后，合上主控臺(tái)電源開關(guān)，用上位機(jī)觀察音頻振蕩器輸出端信號(hào)峰-峰值，調(diào)整音頻振蕩器幅度旋鈕使Up-p=2V。（4）用上位機(jī)觀察相敏檢波器輸出，調(diào)整傳感器連接支架的高度，使上位機(jī)顯示的波形幅值為最小。（5）仔細(xì)調(diào)節(jié)Rw1和Rw2使相敏檢波器輸出波形幅值更小，基本為零點(diǎn)。用手按住振動(dòng)平臺(tái)（讓傳感器產(chǎn)生一個(gè)大位移），仔細(xì)調(diào)節(jié)移相器和相敏檢波器的旋鈕，使上位機(jī)顯示的波形為一個(gè)接近全波整流波形。然后松手，整流波形則消失變?yōu)橐粭l接近零點(diǎn)的線；否則，再調(diào)節(jié)Rw1和Rw2。（6）振動(dòng)源“低頻輸入”端接振蕩器“低頻輸出”端，調(diào)節(jié)低頻輸出幅度旋鈕和頻率旋鈕，使振動(dòng)平臺(tái)振蕩較為明顯。分別用上位機(jī)軟件觀察放大器輸出的U

25、o1、相敏檢波器輸出的Uo2及低通濾波器輸出的Uo3的波形。（7）保持低頻振蕩器的幅度不變，改變振蕩頻率，用上位機(jī)軟件觀察低通濾波器的輸出，讀出峰-峰電壓值，記下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，填入表13.4中。表13.4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表f（Hz）Up-p（V）5實(shí)驗(yàn)報(bào)告分析與提示（1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果做出振幅-頻率特性曲線，指出自振頻率的大概值，并與使用應(yīng)變片測(cè)出的結(jié)果進(jìn)行比較。（2）保持低頻振蕩器頻率不變，改變振蕩幅度，同樣可得到振幅與電壓峰-峰值Up-p曲線（定性）。注意事項(xiàng)：低頻激振電壓幅值不要過大，以免梁在共振頻率附近振幅太大。（三）壓電式傳感器振動(dòng)實(shí)驗(yàn)1實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私鈮弘娛絺鞲衅鳒y(cè)量振動(dòng)的原理和方法。2實(shí)驗(yàn)原

26、理壓電式傳感器由慣性質(zhì)量塊和壓電陶瓷片等組成（讀者可觀察實(shí)驗(yàn)用壓電式加速度計(jì)結(jié)構(gòu)）。傳感器工作時(shí)，它感受與試件相同頻率的振動(dòng)，質(zhì)量塊便有正比于加速度的交變力作用在壓電陶瓷片上。由于壓電效應(yīng)，壓電陶瓷產(chǎn)生正比于運(yùn)動(dòng)加速度的表面電荷。3實(shí)驗(yàn)儀器THSRZ-1型傳感器系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)裝置。本實(shí)驗(yàn)在該實(shí)驗(yàn)裝置上所需的單元及部件為振動(dòng)源、低頻振蕩器、直流穩(wěn)壓電源、壓電傳感器模塊、移相檢波低通模塊。4實(shí)驗(yàn)步驟（1）壓電傳感器已安裝在振動(dòng)梁的圓盤上。（2）將振蕩器的“低頻輸出”端接到三源板的“低頻輸入”端，并按圖13.12所示接線。合上主控臺(tái)電源開關(guān)，調(diào)節(jié)低頻調(diào)幅到最大，并將低頻調(diào)頻調(diào)到適當(dāng)位置，使振動(dòng)梁的振幅

27、達(dá)到最大（達(dá)到共振）。圖13.12（3）將壓電傳感器的輸出端接到壓電傳感器模塊的輸入端Ui1，用上位機(jī)觀察壓電傳感器的輸出波形Uo。5實(shí)驗(yàn)報(bào)告改變低頻輸出信號(hào)的頻率，記錄在振動(dòng)源不同振幅下的壓電傳感器輸出波形的頻率和幅值。實(shí)驗(yàn)四 光纖傳感器測(cè)量振動(dòng)實(shí)驗(yàn)1實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私庥霉饫w傳感器進(jìn)行相關(guān)物理量的測(cè)量2實(shí)驗(yàn)原理反射式光纖位移傳感器是一種傳輸型光纖傳感器。光纖采用型結(jié)構(gòu)，兩束光纖一端合并在一起組成光纖探頭，另一端分為兩支，分別作為光源光纖和接收光纖。光從光源耦合到光源光纖，通過光纖傳輸，射向反射片，再被反射到接收光纖，最后由光電轉(zhuǎn)換器接收，轉(zhuǎn)換器接受到的光源與反射體表面性質(zhì)、反射體到光纖探頭距離有關(guān)

28、。當(dāng)反射表面位置確定后，接收到的反射光光強(qiáng)隨光纖探頭到反射體的距離的變化而變化。顯然，當(dāng)光纖探頭緊貼反射片時(shí)，接收器接收到的光強(qiáng)為零。隨著光纖探頭離反射面距離的增加，接收到的光強(qiáng)逐漸增加，到達(dá)最大值點(diǎn)后又隨兩者的距離增加而減小。反射式光纖位移傳感器是一種非接觸式測(cè)量，具有探頭小，響應(yīng)速度快，測(cè)量線性化（在小位移范圍內(nèi)）等優(yōu)點(diǎn)，可在小位移范圍內(nèi)進(jìn)行高速位移檢測(cè)。3實(shí)驗(yàn)儀器THSRZ-1型傳感器系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)裝置。本實(shí)驗(yàn)在該實(shí)驗(yàn)裝置上所需的單元及部件為振動(dòng)源、低頻振蕩器、直流穩(wěn)壓電源、光纖傳感器模塊、移相檢波低通模塊。4實(shí)驗(yàn)步驟(1)連接、調(diào)節(jié)裝置。在儀器支架上安裝光纖探頭，探頭對(duì)準(zhǔn)鍍鉻反射板，調(diào)節(jié)

29、光纖探頭端面與反射板平行，距離適中；將光纖傳感器光電轉(zhuǎn)換裝置與光電變換器相連接，接通電源預(yù)熱數(shù)分鐘。 (2)作反射式光纖傳感器輸出特性曲線。轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微頭，使反射板與光纖探頭端面緊密接觸，此時(shí)光纖變換器輸出電壓為零。然后旋動(dòng)測(cè)微器，使反射板離開探頭，每隔.讀出一次輸出電壓值，填入數(shù)據(jù)表，作曲線，求得線性范圍的靈敏度。 (3)測(cè)量微小振動(dòng)的振幅與頻率1) 了解激振線圈在實(shí)驗(yàn)儀上所在位置及激振線圈的符號(hào)。2) 接入低通濾波器和示波器，如圖4接線。圖43) 將測(cè)微頭與振動(dòng)臺(tái)面脫離，測(cè)微頭遠(yuǎn)離振動(dòng)臺(tái)。將光纖探頭與振動(dòng)臺(tái)反射紙的距離調(diào)整在光纖傳感器工作點(diǎn)即線性段中點(diǎn)上（利用靜態(tài)特性實(shí)驗(yàn)中得到的特性曲線，選擇

30、線性中點(diǎn)的距離為工作點(diǎn)，目測(cè)振動(dòng)臺(tái)上的反射紙與光纖探頭端面之間的相對(duì)距離即線性區(qū)X的中點(diǎn)）。4) 將低頻振蕩信號(hào)接入振動(dòng)臺(tái)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(dòng)臺(tái)振動(dòng)且振動(dòng)幅度適中；5) 保持低頻振蕩器輸出的Vp-p幅值不變，改變低頻振蕩器的頻率（用示波器觀察低頻振蕩器輸出的Vp-p值為一定值，在改變頻率的同時(shí)如幅值發(fā)生變化則調(diào)整幅度旋鈕使Vp-p相同），將頻率和示波器上所測(cè)的峰峰值（此時(shí)的峰峰值Vp-p是指經(jīng)低通后的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(fù)原到原始最小位置。5實(shí)驗(yàn)報(bào)告改變低頻輸出信號(hào)的頻

31、率，記錄在振動(dòng)源不同振幅下的光纖傳感器輸出波形的頻率和幅值。實(shí)驗(yàn)五 LED光電轉(zhuǎn)換特性實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私夤饷舳O管的特性，當(dāng)光電管的工作偏壓一定時(shí)，光電管輸出光電流與入射光的照度（或通量）的關(guān)系，了解光敏二極管在控制電路中的具體應(yīng)用。二、實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備光敏二極管、直流穩(wěn)壓電源、照度測(cè)量器件、采樣電阻、照度表、光源、微安表、跟隨器，比較器I,比較器II、F/V表。三、實(shí)驗(yàn)原理光敏二極管是一種光生伏特器件，用高阻P型硅作為基片，然后在基片表面進(jìn)行摻雜形成PN結(jié)。N區(qū)擴(kuò)散得很淺為1um左右，而空間電荷區(qū)（即耗盡層）較寬，所以保證了大部分光子入射子入射到耗層內(nèi)。光被吸收而激發(fā)電子-空穴對(duì)，電子-空穴

32、對(duì)在外加反向偏壓VBB的作用下，空穴流向正極，形成了二極管的反向電流即光電流。光電流通過外加負(fù)載電阻RL后產(chǎn)生電壓信號(hào)輸出。圖2所示為光敏燈控實(shí)驗(yàn)單元的實(shí)際電路，當(dāng)光照度下降時(shí)采樣電阻中Vo電壓下降，當(dāng)電壓小于比較器+輸入端電壓時(shí)，比較器輸出高電平，晶體管T導(dǎo)通，集電極負(fù)載LED電流增大使LED發(fā)光，這是一個(gè)暗通電路。四、實(shí)驗(yàn)步驟1. 了解所需單元、部件在實(shí)驗(yàn)儀上的位置、觀察光敏二極管的結(jié)構(gòu)。2. 測(cè)量光敏二極管的光電特性：光敏二極管的光電特性是指當(dāng)工作偏壓一定時(shí)，光電管輸出光電流與入射光照度（或通量）的關(guān)系。按圖1接線，+VCC選擇在+4v，負(fù)載電阻調(diào)制最大（最大為12K，事先也可用萬用表測(cè)得），打開光源改變照度（方法如下），并記錄微安表的讀數(shù)填入下表： 光強(qiáng)（Lx）02004008001000電流（uA）注：光強(qiáng)調(diào)節(jié)方法：將光源探頭移到照度測(cè)量處，調(diào)節(jié)前后位置使照度表顯示最大，然后調(diào)節(jié)亮度調(diào)節(jié)旋鈕，觀察照度表調(diào)至所需要的照度值。然后移回到光敏電阻處使微安表顯示最大處，調(diào)節(jié)時(shí)可移出遮光罩防止外界光干擾。測(cè)試光電流時(shí)要注意不能使電路中的微安表指針打表。 3. 光敏二極管在控制電路中的應(yīng)用：（1）副電源打開，如圖2接線，采樣電阻旋至最大，光敏電阻在環(huán)境光照下，調(diào)節(jié)比較器I，使發(fā)光管剛好熄滅。