傳感器原理及應(yīng)用

1、實驗一 應(yīng)變橋?qū)嶒炓?、實驗?zāi)康牧私怆娮钁?yīng)變片的工作原理與應(yīng)用并掌握應(yīng)變片測量電路。了解應(yīng)變片半橋（雙臂）工作特點及性能。了解應(yīng)變片全橋工作特點及性能。比較單臂、半橋、全橋輸出時的靈敏度和非線性度，得出相應(yīng)的結(jié)論。二、實驗原理電阻應(yīng)變式傳感器是在彈性元件上通過特定工藝粘貼電阻應(yīng)變片來組成。一種利用電阻材料的應(yīng)變效應(yīng)將工程結(jié)構(gòu)件的內(nèi)部變形轉(zhuǎn)換為電阻變化的傳感器。此類傳感器主要是通過一定的機(jī)械裝置將被測量轉(zhuǎn)化成彈性元件的變形，然后由電阻應(yīng)變片將彈性元件的變形轉(zhuǎn)換成電阻的變化，再通過測量電路將電阻的變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流變化信號輸出。它可用于能轉(zhuǎn)化成變形的各種非電物理量的檢測，如力、壓力、加速度、力矩、

2、重量等，在機(jī)械加工、計量、建筑測量等行業(yè)應(yīng)用十分廣泛。三、實驗內(nèi)容1加載標(biāo)準(zhǔn)發(fā)麻，測量路橋應(yīng)變值。2通過多次測量的應(yīng)變值與砝碼重量，計算稱重傳感器靈敏系數(shù)。3根據(jù)靈敏系數(shù)進(jìn)行重量的測量。四、實驗器材器材數(shù)量應(yīng)變橋?qū)嶒災(zāi)K一套應(yīng)變梁一個砝碼 200g一個砝碼 100g一個砝碼 50g一個鑷子四組杜邦線六組M4×20 螺絲 螺母兩組五、實驗步驟步驟一 將應(yīng)變梁安裝在實驗板上面，固定不動，應(yīng)變梁應(yīng)并行；步驟二 關(guān)閉nextboard電源，將應(yīng)變橋?qū)嶒灠寮惭b在nextboard上面；步驟三 將實驗板上面的電阻同應(yīng)變梁連接，連接方式根據(jù)不同實驗方式選 擇不同的電；步驟四 將電橋的輸出連接到V

3、i上面，打開nextboard電源，啟動軟件，切換 到調(diào)零頁面，選擇不同的測量方式，開始采集，調(diào)整調(diào)零電阻進(jìn)行 一級調(diào)零，是輸出波形穩(wěn)定；步驟五 將墊巧的輸出端接到放大器的輸入端，將放大器的輸出連接到AI,點 擊軟件的開始采集按鈕，旋轉(zhuǎn)放大器的調(diào)零電阻，進(jìn)行二級調(diào)零;步驟六 切換到實驗測量頁面，在應(yīng)變梁上放置不同的砝碼，獲取數(shù)據(jù)后填 入砝碼重量；步驟七 在應(yīng)變梁上面放置未知重量的物體，點擊自動計算按鈕，記錄未知 物體質(zhì)量。七、實驗數(shù)據(jù)表格1 標(biāo)定數(shù)據(jù)砝碼重量m(g) AO(V) Vout(V) Vout/(m*AO*500)50 5.000000-0.100835 -8.066800E-710

4、0 5.000000-0.202640 -8.105600E-7200 5.000000-0.405473 -8.109460E-7表格2 測量數(shù)據(jù)AO(V) Vout(V) 物體重量(g)5.000000-0.10227050.5414335.000000-0.204578101.1016455.000000-0.405931200.6095085.000000-0.506595250.3572637、 實驗結(jié)果截圖實驗二 光敏電阻實驗一、實驗?zāi)康膶W(xué)習(xí)掌握光敏電阻工作原理，學(xué)習(xí)掌握光敏電阻的基本特性，掌握光敏電阻特性測試的方法，了解光敏電阻的基本應(yīng)用。二、實驗原理光敏電阻又稱光導(dǎo)管，它幾乎都

5、是用半導(dǎo)體材料制成的光電器件。光敏電阻沒有極性， 純粹是一個電阻器件，使用時既可加直流電壓，也可以加交流電壓。無光照時，光敏電阻值（暗電阻）很大，電路中電流（暗電流）很小。當(dāng)光敏電阻受到一定波長范圍的光照時，它的阻值（亮電阻）急劇減小，電路中電流迅速增大。一般希望暗電阻越大越好，亮電阻越小越好，此時光敏電阻的靈敏度高。實際光敏電阻的暗電阻值一般在兆歐量級， 亮電阻值在幾千歐以下。三、實驗內(nèi)容1 了解光敏電阻的特性曲線，估算光敏電阻的暗阻和亮阻比值，比值越 高靈敏度越好。2 熟悉恒流源電路的測量原理，學(xué)會光敏電阻阻值以及照度的計算方法。3 測量固定光照條件下，光敏電阻的伏安特

6、性。4 固定電流，通過撥碼開關(guān)調(diào)整光照條件，測量當(dāng)前光敏電阻阻值，通 過使用特性曲線中的游標(biāo)估算光照強(qiáng)度。5 使用實驗面板，重復(fù)上述實驗，查看數(shù)據(jù)波形，核對手動測量的數(shù)據(jù)。四、實驗器材器材數(shù)量光敏電阻實驗?zāi)K一套遮光罩一個杜邦線四組五、實驗步驟步驟一 關(guān)閉nextboard電源，將光敏電阻實驗版器件安裝在模擬槽位上；步驟二 打開nextboard電源，啟動軟件；步驟三 使用遮光罩蓋住光敏電阻和LED燈，調(diào)節(jié)撥碼開關(guān)；步驟四 頁面切換到自動測量頁面，點擊開始采集，撥動撥碼開關(guān)，觀察波 形圖。六、實驗數(shù)據(jù)表格1 伏安特性手動測量光源數(shù)AO(V) I(mA) Vout(V)RG(K)0 -1.5 0

7、.15 10.59 70.591 -1.5 0.15 0.72 4.812 -1.0 0.1 0.43 2.903 -0.9 0.09 0.32 2.144 -1.1 1.95 0.29 1.94表格2 照度手動測量AO(V)I(mA)RG(K)照度(lux)-1.5 0.15 70.59 0.53-1.0 0.1 2.90 23.05-0.9 0.09 2.16 34.31-1.1 0.11 1.95 39.44七、實驗結(jié)果截圖00000001實驗三 霍爾傳感器實驗一、實驗?zāi)康牧私饣魻柺絺鞲衅鞯慕Y(jié)構(gòu)、工作原理，了解霍爾式傳感器在直流激勵下的特性，了解霍爾式傳感器在交流激勵下的特性，通過實驗了

8、解霍爾式傳感器在振動測量中的應(yīng)用。二、實驗原理霍爾式傳感器是由兩個環(huán)形磁鋼組成的梯度磁場和位于磁場中的霍爾元件組成，當(dāng)霍爾元件通以恒定電流時，霍爾元件就有電勢輸出，霍爾元件在梯度磁場中上、下移動時，輸出的霍爾電勢V取決于其在磁場中的位移量X，所以測得霍爾電勢的大小便可獲知霍爾元件的靜位移。三、實驗內(nèi)容1 了解霍爾元件的特性曲線，計算線性霍爾元件工作曲線斜率。2 使用實驗?zāi)M頁面的模型，直觀了解霍爾元件的工作方式，區(qū)別上 升沿和下降沿技術(shù)。3 固定圓盤角度，改變永磁片和線性霍爾元件的距離，手動測量元件輸 出電壓，計算當(dāng)前磁感應(yīng)強(qiáng)度。旋轉(zhuǎn)上盤片，重復(fù)測量。 4 使用實驗面板，重復(fù)上訴實驗，查看數(shù)據(jù)

9、波形，核對手動測量的數(shù)據(jù)。5 將開關(guān)型霍爾元件的Vout、GND分別連接到接線端子的AI查分對， 調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速，查看波形以及轉(zhuǎn)速。四、實驗器材器材數(shù)量霍爾傳感器實驗?zāi)K一套直流小電機(jī)一個電機(jī)支架一個側(cè)輪片一個圓盤片一片杜邦線四組永磁片一個PVC 螺絲釘12顆五、實驗步驟步驟一 關(guān)閉nextboard電源，將霍爾傳感器件安裝在nextboard上面；步驟二 利用電機(jī)支架將直流電機(jī)固定在實驗板上，將側(cè)輪片安裝在直流電 機(jī)軸上，插上電源，并注意調(diào)整傳感器同圓片直接的距離；將圓盤 邊安裝在實驗板正確位置，將永磁片放在圓片凹槽上面，將永磁片 靠近霍爾傳感器，增加線性霍爾傳感器接收到的磁場強(qiáng)度；步驟三 頁

10、面切換到自動切換頁面，開始測量；移動磁片到線性霍爾傳感器 的距離，觀察輸出波形6、 實驗數(shù)據(jù)表格1 磁場強(qiáng)度手動測量角度(°)距離(cm)電壓(V) 磁感強(qiáng)度(G) 0 0.8 2.7304 56.984 0 0.5 2.9918 261.110 0.3 3.7334 811.05 7、 實驗結(jié)果截圖 實驗四 熱電偶實驗一、實驗?zāi)康耐ㄟ^對熱電偶的辨識，并對辨識結(jié)果進(jìn)行動態(tài)誤差修正，掌握系統(tǒng)辨識方法中的時域辨識方法和對測量結(jié)果的動態(tài)誤差修正方法，了解動態(tài)誤差修正在實際生活中的應(yīng)用。二、實驗原理實驗是基于熱電偶測溫的工作原理所做，即：熱電偶是由兩種不同成份的材質(zhì)導(dǎo)體組成閉合回路，

11、0;當(dāng)兩端存在溫度梯度時，回路中就會有電流通過，此時兩端之間就存在電動勢熱電動勢，這就是所謂的塞貝克效應(yīng)(Seebeck effect）。兩種不同成份的均質(zhì)導(dǎo)體為熱電極，溫度較高的一端為工作端，溫度較低的一端為自由端，自由端通常處于某個恒定的溫度下。讀出熱端的電動勢，然后根據(jù)熱電動勢與溫度的函數(shù)關(guān)系可得出當(dāng)前的溫度值。當(dāng)我們將熱電偶放入熱水中，由于溫度的變化，產(chǎn)生一個階躍信號，通過圖形確定系統(tǒng)是幾階系統(tǒng)，然后對模型進(jìn)行辨識，并對測量結(jié)果進(jìn)行動態(tài)誤差修正，將修正前后的響應(yīng)特性曲線進(jìn)行比較，對實驗結(jié)果進(jìn)行分析。三、實驗內(nèi)容1 熟悉不同類型熱電偶的特性曲線，掌握熱電偶的測量方法。2 了解放

12、大電路的測試原理，學(xué)會計算放大電路的放大倍數(shù)。3 通過冷端溫度測量傳感器LM35計算冷端溫度，使用特性曲線估算冷端 電勢。4 改變熱電偶宮殿點溫度，手動測量LM35輸出電壓以及放大電路的輸出 電壓，計算熱電偶的工作點溫度。學(xué)會通過冷端溫度以及熱電勢計算工 作點溫度。5 使用實驗面板，重復(fù)上述實驗，查看數(shù)據(jù)波形，核對手動測量的數(shù)據(jù) 四、實驗器材器材數(shù)量熱電偶實驗?zāi)K一個K 型熱電偶一根J 型熱電偶一根杜邦線四組五、實驗步驟步驟一 關(guān)閉nextboard電源，將nextboard器件安裝在模擬槽位上。步驟二 按照電路圖連線。更具不同的放大倍數(shù)連不同的電阻步驟三 用單根連線短接A、B兩端（短接輸入端

13、），打開nextboard電源，打 開軟件進(jìn)入實驗操作平臺，切換到自動測量版塊，根據(jù)電路的實際 電路情況選擇對應(yīng)的電阻阻值；點擊開始采集按鈕，同時調(diào)整模塊 上的調(diào)零旋鈕，使E(T,T0)值最小;關(guān)閉采集，關(guān)閉nextboard電源，斷 開短接線，接入熱偶，開機(jī)重新開始溫度采集。6、 實驗數(shù)據(jù)表格2 熱電偶溫度自動測量（總量龐大，只取部分?jǐn)?shù)據(jù)）T0()E(T,T0)(uV) T()28.3132.62 28.9028.3020.00 28.6528.319.37 28.4528.312.82 28.3328.302.95 28.3328.303.05 28.3328.302.40 28.317、

14、 實驗結(jié)果截圖室溫試驗人體表溫度實驗五 熱敏電阻實驗一、實驗?zāi)康牧私鉄崦綦娮璧碾娮?溫度特性和測溫原理，掌握惠斯通電橋的原理和使用方法，學(xué)習(xí)坐標(biāo)、曲線改直的技巧和用異號法消除零點誤差等方法。二、實驗原理熱敏電阻的電阻和溫度是呈非線性的，而金屬氧化物的是線性；熱敏電阻的溫度系數(shù)為負(fù)，金屬的溫度系數(shù)為正；熱敏電阻對溫度變化反應(yīng)更靈敏。這些差異的產(chǎn)生是因為當(dāng)溫度升高時，原子運(yùn)動加劇，對金屬中自由電子的運(yùn)動有阻礙作用，故金屬的電阻隨溫度的升高而呈線性緩慢增加；而在半導(dǎo)體中是靠空穴導(dǎo)電，當(dāng)溫度升高時，電子運(yùn)動更頻繁，產(chǎn)生更多的空穴，從而促進(jìn)導(dǎo)電。三、實驗內(nèi)容1 了解B值對熱敏電阻特性曲線的影響。2 熟悉

15、恒流源法以及分壓發(fā)的測試方法。學(xué)會計算熱敏電阻阻值及溫度 值。3 測量所有備選電阻阻值，將軟件默認(rèn)的阻值更改為實測阻值。4 固定溫度值，修改兩個電路中的跨接的電阻值（Ri），手動測量熱敏 電阻的伏安特性。5 固定兩個電路中的Ri， 改變溫度，手動測量熱敏電阻兩端電壓，換 算當(dāng)前溫度值。6 使用實驗面板，重復(fù)上述實驗，查看數(shù)據(jù)波形，核對手動測量的數(shù)據(jù)。四、實驗器材器材數(shù)量Nextboard一套熱敏傳感器一根杜邦線四組五、實驗步驟 步驟一 關(guān)閉nextboard電源，將nextboard器件安裝在模擬槽位上； 步驟二 使用萬用表測量幾個電阻實際阻值，并記錄實際阻值； 步驟三 按照實驗不同的測量方式

16、選擇電路板上不同的電路，將對用的電阻 連接到預(yù)制電路板上； 步驟四 開啟nextboard電源，啟動軟件。切換到仿真與測量版塊，填入電阻 的實際阻值；切換到自動測量版塊；選擇傳感器的類型，點擊開始 采集按鈕。6、 實驗數(shù)據(jù)表格1 伏安特性手動測量Vt(V)i(mA) Rt(K)1.80 0.2505 7.1661.74 0.2505 6.941.83 0.2505 7.31表格2 R-T特性手動測量Vt(V)i(mA)Rt(K) T()1.85 0.2505 7.378 32.391.79 0.2505 7.127 33.251.70 0.2505 6.776 34.527、 實驗結(jié)果截圖 室

17、溫體表溫度實驗六 聲音采集與回放實驗一、實驗?zāi)康耐ㄟ^實驗了解如何將聲音信號采集成電信號，將電信號再量化為數(shù)字信號進(jìn)行存儲，觀察不同的聲音的波形。二、實驗原理聲音是模擬信號，不同不聲音是由不同的波形組成的，波形決定了聲音的音調(diào)等，通過傳感器采集到的模擬聲音信號，通過A/D轉(zhuǎn)換，將模擬波形轉(zhuǎn)化成編碼進(jìn)行，便可以利用存儲設(shè)備將模擬量存儲下來。三、實驗內(nèi)容利用nextpad軟件和聲音采集與回放模塊進(jìn)行聲音的錄制和播放，并且能夠看到信號的頻譜分析，在播放或錄制過程中，可以拖動音量控制滑桿控制音量。四、實驗器材器材數(shù)量聲音采集與回放實驗?zāi)K一套五、實驗步驟1 斷開nextboard電源，將聲音采集實驗板安裝在上面；2 切換到實驗頁面，點擊播放按鈕，選擇要播放的文件，可以聽到文件 聲音，同時觀察輸出的波形；3 點擊存儲按鈕，設(shè)置問文件保存路徑后開始聲音采集，觀察聲音波形六、實驗結(jié)果截圖學(xué)生實驗 心得 本學(xué)期我們對傳感器原理及工程應(yīng)用一書進(jìn)行了較為深入的理論學(xué)習(xí)。同時，我們也進(jìn)行進(jìn)行了相關(guān)實驗，將所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合在一起