電子傳感器實驗指導

1、傳感器實驗指導書應用電子技術(shù)教研室 郝娜20099實驗一 應變式傳感器特性測試一、 實驗目的1、掌握金屬箔式應變片的應變效應，單臂電橋工作原理和性能；2、了解學習全橋測量電路的構(gòu)成及其特點、優(yōu)點；3、比較單臂電橋與全橋的不同性能、了解其特點；二、 實驗用器件與設備1、傳感器實驗箱；2、直流穩(wěn)壓電源、箔式應變片、螺旋測微儀、數(shù)字電壓表三、 實驗原理電阻應變（即電阻應變片）是一種能將被測試件的應變變化轉(zhuǎn)換成電阻變化的傳感元件，工作原理基于應變電阻效應（即當電阻敏感柵感受應變時，其電阻發(fā)生相應變化的物理現(xiàn)象）。應變片分類：金屬式應變計、箔式應變計、半導體應變計、金屬薄膜應變計等。使用應變片測量應變或

2、應力時，將應變片牢固地粘貼在被測彈性試件上，當試件受力變形時，應變片的金屬柵隨之產(chǎn)生相應變形，從而引起應變片電阻的變化。圖1、電橋電路四、 實驗步驟1、了解所需元件、部件在實驗儀上的所在位置，觀察梁上的應變片，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。2、將差動放大器調(diào)零：將差動放大器的正（+）、負（）輸入端與地短接。將差動放大器的輸出端與F/V表（即電壓/頻率表）的輸入插口Vi相連；差動放大器的地與F/V表的地相連；調(diào)節(jié)差動放大器的增益到最大位置（右旋到底），然后調(diào)整差動放大器的調(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為應變片。測微儀使得懸臂梁基本處于水平位置。將穩(wěn)壓電源的切換開關(guān)置4V檔。將F/V表置20V檔，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)電橋W1，使F/V表顯示為零。5、用螺旋測微儀帶動懸臂梁分別向上和向下各唯一5mm，每位移1mm記錄一個輸出電壓值，并記錄。位移（mm）電壓（v） 根據(jù)表中所測數(shù)據(jù)在坐標圖上作出V-X曲線，計算靈敏度S=6、依次將圖1中的固定電阻R1換接成板橋、全橋。用螺旋測微儀帶動懸臂梁分別向上和向下各唯一5mm，每位移1mm記錄一個輸出電壓值，并記錄。位移（mm）電壓（v）位移（mm）電壓（v）7、 在同一坐標圖

4、上作出V-X曲線，比較三種橋路的靈敏度，作出結(jié)論實驗二 電容式傳感器一、 實驗目的1、驗證差動平行變面積式電容傳感器的工作原理；2、掌握差動平行變面積式電容傳感器的位移實驗技術(shù)；3、觀察和了解差動平行變面積式電容傳感器的動態(tài)實驗；二、 實驗用器件與設備1、傳感器實驗箱；2、電容傳感器、測微儀三、 實驗原理變面積型電容傳感器測量位移有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、 實驗步驟1、觀察電容傳感器的機構(gòu)：傳感器由一組動片和兩組動片組成，連接主機與實驗模塊的電源線及傳感器接口，將差放增益調(diào)至一半。2、打開主機電源，涌測微儀帶動傳感器動片位移至兩組動片之間，此時模塊電路

5、輸出為零。3、向上和向下轉(zhuǎn)動測微頭，每次0.5mm，記下此時測微頭讀數(shù)及電壓表的讀數(shù)，直至電容動片與上（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、計算系統(tǒng)靈敏度S，給出實驗結(jié)論。實驗三 電感式傳感器一、 實驗目的1、了解差動變壓器原理及工作情況；二、 實驗用器件與設備1、傳感器實驗箱；2、電感傳感器、測微儀、音頻振蕩器、示波器；三、 實驗原理根據(jù)變壓器原理：次級線圈感應電勢分別：輸出電勢：當銜鐵在中間位置時若兩次線圈及參數(shù)磁路尺寸相等則M1=M2=M，所以E2=0當銜鐵偏離中間位置時M1M2，由于差動工作，所以M1=M+M1，M2=M-M2，在一定的范圍內(nèi)M1=M+

6、M1其差值（M1-M2）與銜鐵位移成正比例，在負載開路情況下輸出電勢為：E2=-jw(M1-M2)I1當沒有信號輸入時，鐵心處于中間位置，輸出電壓為零點殘余電壓。當有信號輸入時，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。本試驗用示波器讀取零點殘余電壓值和位移量的大小。四、 實驗步驟1、觀察試驗臺上差動變壓器式傳感器的結(jié)構(gòu)。裝上測微頭調(diào)整，使差動變壓器鐵芯處于線圈中段位置。2、開啟主副電源，調(diào)整音頻振蕩器幅度旋扭，利用示波器觀察，使音頻振蕩 器輸出激勵電壓峰峰值為2V。按圖接線。利用示波器觀察，調(diào)整測微頭，使示波器指示電壓逐漸減小至近似為零

7、。3、旋轉(zhuǎn)測微頭（使示波器讀數(shù)減小的方向），每隔0.1mm讀數(shù)（即轉(zhuǎn)過10個小格），記錄示波器讀數(shù)，填入下表。反復測量三次，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？大小是多少？由于什么原因造成？實驗四 電渦流式傳感器一、 實驗目的1、了解電渦流式傳感器測量振動的原理和方法。二、 實驗用器件與設備1、傳感器實驗箱；2、電渦流傳感器、渦流變換器、差動放大器、電橋、鐵測片、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、 實驗原理一個扁平線圈置于金屬導體附近，當線

8、圈中通以正弦交流電時，線圈的周圍產(chǎn)生正弦交變磁場H，此磁場中的金屬導體產(chǎn)生電渦流，而電渦流也產(chǎn)生交變磁場H2，H3與H1方向相反，由于磁場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。顯然，線圈阻抗的變化與金屬導體的電導率磁導率幾何形狀，線圈幾何參數(shù)，激勵電流頻率以及線圈到金屬導體的距離等參數(shù)有關(guān)，線圈金屬導體系統(tǒng)的物理性質(zhì)通常可由磁導率u，電導率尺寸因子 x激勵電流強度I和頻率W等參數(shù)來描述線圈的阻抗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，阻抗Z就成為距離X的單調(diào)函數(shù)即Z=f(x)四、實驗步驟1、轉(zhuǎn)動測微器，將振動平臺中間的磁

9、鐵與測微頭分離，使梁振動時不至于再被吸?。ㄟ@時振動臺處于自由靜止狀態(tài)），適當調(diào)節(jié)渦流傳感器頭的高低位置（目測），以線性范圍的中點附近為參考點。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、差動放大器、 FV表、直流穩(wěn)壓電源連接起來，組成一個測量線路（這時直流穩(wěn)壓電源應置于4V檔），F(xiàn)V表置20V檔,開啟主、副電源。3、調(diào)節(jié)電橋網(wǎng)絡，使電壓表讀數(shù)為零。去除差動放大器與電壓表連線，將差動放大器的輸出與示波器連起來，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（以振動臺振動時不碰撞其他部件為好），調(diào)節(jié)頻率，調(diào)節(jié)時用頻率

10、表監(jiān)測頻率，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)實驗結(jié)果，振動臺的自振頻率大致為多少？為什么？ 實驗五 氣敏電阻的應用實驗酒精探測儀一、 實驗目的1、了解氣敏傳感器的工作原理及應用。2、利用氣敏傳感器MQ-3型傳感器進行電路設計，要求進行檢測酒精中氣體的濃度。二、 實驗用器件MQ-3氣敏傳感器、15K、180K滑動變阻器、2.4K電阻、發(fā)光二極管、10UF/25V電容、LM3914三、實驗原理本探測儀采用酒精氣體敏感元件作為探頭，由一塊集成電路對信號進行比較放大，并驅(qū)動一排發(fā)光二極管按信號電壓高低依次顯示。對剛飲過酒的人，只要向探頭吹一口氣，探測

11、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別出瓶內(nèi)盛的是白酒還是黃酒，能相對地區(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送至IC2的輸入端(5腳)，通過比較放大，驅(qū)動發(fā)光二極管依次發(fā)光。10個發(fā)光二極管按IC2的引腳按(1018、1)次序排成一條，對輸入電壓作線性10級顯示。輸入靈敏度可以通過電位器RP調(diào)節(jié)，即對“地”電阻調(diào)小時靈敏度下降；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，當阻值增加時亮度減弱，反之更亮。IC2的2腳、4腳、8腳均接地。3腳、9腳接電源+5 V(集成穩(wěn)壓器I

12、Cl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？主要對哪些氣體敏感？2，環(huán)境不同時傳感器的使用會出現(xiàn)什么情況？實驗六 光控開關(guān)一、 實驗目的1、了解光敏電阻的特性及應用二、 實驗用器件光敏電阻，NPN三極管，電阻，發(fā)光二極管三、 實驗內(nèi)容 根據(jù)所給元件，自行設計電路，要求通過光線明暗的變化，控制發(fā)光二極管的亮滅，繪制電路圖，焊接，并調(diào)試。四、 實驗原理實驗七 光纖傳感器測位移和轉(zhuǎn)速實驗一、 實驗目的1、了解光纖傳感器的結(jié)構(gòu)、原理和性能。2、了解光纖傳感器測轉(zhuǎn)速的原理及運用。二、 實驗用器件與

13、設備電機控制單元、小電機、F/V表、光纖傳感器、5V電源、可調(diào)2V10V直流穩(wěn)壓電源、主副電源、示波器三、實驗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物，由被測物反射的光信號經(jīng)接收光纖傳輸至光電轉(zhuǎn)換器件轉(zhuǎn)換為電信號，反射光的強弱與反射物與光纖探頭的距離成一定的比例關(guān)系，通過對光強的檢測就可得知位置量的變化。四、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，一端為光源光纖，一端為接收光纖，探頭固定在Z型安裝架上，外表為螺絲的端面為半圓分布。

14、連接主機和實驗模塊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），探頭垂直對準反射片中央（鍍鉻圓鐵片），螺旋測微儀帶動反射鏡片位移。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。3、開啟主機電源，光電變換器V0端接電壓表，首先旋動測微儀使探頭緊貼反射鏡片，此時V0為0，然后旋動測微儀，使反射鏡片離開探頭，每隔0.2mm記錄一數(shù)值。XmmV4、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。按下圖接線，將差動放大器的增益置最大，F(xiàn)/V表的切換開關(guān)置2

15、V，開啟主、副電源。5、 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。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) 。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。(Vp-p=4V)；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。實驗八 霍爾傳感器直流激勵特性一、 實驗目的1、了解霍爾傳感器的結(jié)構(gòu)、原理和性能。2、了解霍爾傳感器測靜態(tài)位移的方法，分析其特性。二、 實驗用器件與設備霍爾片、磁路

16、系統(tǒng)、電橋、差動放大器、FV表、直流穩(wěn)壓電源、測微頭、振動平臺、主副電源。三、實驗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大小和方向,引起霍爾電勢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均勻梯度的磁場中沿X方向移動，輸出霍爾電動勢為UH=kx，霍爾電動勢極性表示位移的方向。磁場梯度越大，靈敏度越高，磁場梯度越均勻輸出線性度越好。四、實驗步驟 1、實驗儀的振動圓盤上，兩個半圓永久磁鋼固定在實驗儀的頂板上，二者組合成霍爾傳感器。開啟主、副電源，將差動放大器調(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。2、裝好測微頭，調(diào)節(jié)測微頭與振動臺吸合并使霍爾片置于半圓磁鋼上下正中位置。開啟主、副電源，調(diào)整W1使電壓表指示為零