傳感器技術檢測技術實踐教程

1、傳感器技術·檢測技術實踐教程東南大學儀器科學與工程學院二O O七 年 九 月前言本實踐教程用于為高等院校開設的“傳感器原理與應用（技術）、”“自動檢測技術”“工業(yè)自動化控制”“非電量電測技術”“光電檢測、技術”等課程的實驗教學。本實踐教程是在原有基礎上征求了許多師生的意見后改編的，在編寫上我們力求有較大的適應面，同時注意培養(yǎng)學生的應用能力和創(chuàng)新能力，便于學生獨立操作并深入思考。CSY3000 型傳感器技術/檢測技術實驗系統(tǒng)采用最新推出的模塊化結(jié)構(gòu)，使用的傳感器雖然是教學型傳感器（透明結(jié)構(gòu)便于教學），但其結(jié)構(gòu)與線路是工業(yè)應用的基礎。希望通過實驗幫助學生加深理解課本知識，并在實驗的過程中

2、通過信號的拾取、轉(zhuǎn)換、檢測和分析，掌握作為一個科技工作者應具有的動手技能與設計能力。當然，由于編寫者時間、水平、精力所限，難免有疏漏謬誤之處，熱切期望您的賜教。本實踐教程中每個實驗都有注意事項，希望學生認真閱讀，謹慎操作，否則容易引起器件損壞。祝學云董雷2006 年 10 月1目錄第一章硬件設備與應用軟件介紹硬件設備 . 4軟件使用與實驗操作 . 6虛擬儀器使用方法 . 19第一節(jié)第二節(jié)第三節(jié)第二章箔式電阻應變片實驗實驗一 金屬箔式應變片單臂電橋性能實驗 . 27實驗二 金屬箔式應變片半橋性能實驗 . 30實驗三 金屬箔式應變片全橋性能實驗 . 32實驗四 交流應變?nèi)珮虻膽谜駝訙y量實驗 .

3、36第三章變壓器、電容式傳感器實驗差動變壓器的性能實驗 . 39激勵頻率對差動變壓器特性的影響 . 42差動變壓器零點殘余電壓補償實驗 . 43差動變壓器的應用振動測量實驗 . 44電容式傳感器的位移實驗 . 46實驗五實驗六實驗七實驗八實驗九第四章壓電、壓阻、電渦流式傳感器實驗實驗十 壓阻式壓力傳感器的壓力測量實驗 . 48實驗十一 壓電式傳感器振動測量實驗 . 50實驗十二 電渦流傳感器位移實驗 . 52實驗十三 被測體材質(zhì)、面積對電渦流傳感器的特性影響實驗. 54實驗十四 電渦流傳感器振動測量實驗 . 56第五章霍爾、磁電式傳感器實驗直流激勵時線性霍爾傳感器的位移特性實驗. 58交流激勵

4、時霍爾式傳感器的位移實驗 . 60霍爾轉(zhuǎn)速傳感器測電機轉(zhuǎn)速實驗 . 62磁電式轉(zhuǎn)速傳感器測電機轉(zhuǎn)速實驗 . 64實驗十五實驗十六實驗十七實驗十八2第六章溫度、氣敏、濕度傳感器實驗實驗十九 溫度源的溫度控制、調(diào)節(jié)實驗 . 65實驗二十 Pt100 鉑電阻測溫特性實驗 . 74實驗二十一 集成溫度傳感器(AD590)的溫度特性實驗. 76實驗二十二 K 熱電偶測溫特性實驗 . 78實驗二十三 K 熱電偶冷端溫度補償實驗 . 81實驗二十四 E 熱電偶測溫性能實驗 . 84實驗二十五 氣敏傳感器實驗 . 86實驗二十六 濕度傳感器實驗 . 88第七章光敏、光電、光纖傳感器實驗實驗二十七 發(fā)光二極管（

5、光源）的照度標定實驗. 90實驗二十八 光敏電阻特性實驗 . 93實驗二十九 光敏二極管特性實驗 . 95實驗三十 光敏三極管特性實驗 . 97實驗三十一 硅光電池實驗 . 98實驗三十二 光纖傳感器的位移特性實驗 . 100實驗三十三 光電開關實驗 . 102實驗三十四 光電轉(zhuǎn)速傳感器的轉(zhuǎn)速測量實驗 . 105實驗三十五 光電傳感器控制電機轉(zhuǎn)速實驗 . 107附錄（熱電偶分度表）3第一章硬件設備與應用軟件介紹第一節(jié)硬件設備一、實驗臺的組成CSY3000 系列傳感器與檢測技術實驗臺由主機箱、溫度源、轉(zhuǎn)動源、振動源、傳感器、相應的實驗模板、數(shù)據(jù)采集卡及處理軟件、實驗臺桌等組成。1、主機箱直流穩(wěn)壓

6、電源：高穩(wěn)定的±15V、±5V、5V、±2V±10V（步進可調(diào)）、2V24V（連續(xù)可調(diào)）。直流恒流源：06mA20mA 可調(diào)。音頻信號源（音頻振蕩器）：1KHz10KHz（連續(xù)可調(diào)）。低頻信號源（低頻振蕩器）：1Hz30Hz（連續(xù)可調(diào)）。氣壓源：020KPa（可調(diào)）。智能調(diào)節(jié)儀：溫度調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。與計算機通信接口：RS-232、USB 接口（內(nèi)含數(shù)據(jù)采集卡）。數(shù)字表：電壓、電流、頻率/轉(zhuǎn)速、氣壓、光照度數(shù)顯表。過載切斷保護功能：在排除接線錯誤后重新開機才能恢復正常工作（直流穩(wěn)壓電源、音頻振蕩器、低頻振蕩器）。2、振動源振動臺振動頻率 1Hz30Hz 可

7、調(diào)（諧振頻率 9Hz 左右）。3、轉(zhuǎn)動源手動控制 02400 轉(zhuǎn)分；自動控制 3002400 轉(zhuǎn)分。4、溫度源常溫150。5、傳感器共二十六個傳感器（其中二個光源）：電阻應變式傳感器、擴散硅壓力傳感器、差動變壓器、電容式位移傳感器、霍爾式位移傳感器、霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器、磁電轉(zhuǎn)速傳感器、壓電式傳感器、電渦流傳感器、光纖傳感器、光電轉(zhuǎn)速傳感器（光電斷續(xù)器）、集成溫度傳感器、K 型熱電偶、E 型熱電偶、Pt100 鉑電阻、Cu50 銅電阻、濕敏傳感器、氣敏傳感器、光照度探頭、純白高亮發(fā)光二極管、紅外發(fā)光二極管、光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管、硅光電池、反射式光電開關。6、實驗（調(diào)理電路）模板共十二塊

8、實驗（調(diào)理電路）模板：應變式、壓力、差動變壓器、電容式、霍爾式、壓電式、電渦流、光纖位移、溫度、移相相敏檢波低通濾波模板、光電器件(一)、光開關。7、數(shù)據(jù)采集卡及處理軟件。二、實驗臺使用方法1、開機前將電壓表顯示選擇旋鈕打到 2V 檔；電流表顯示選擇旋鈕打到 200mA 檔；步進可4調(diào)直流穩(wěn)壓電源旋鈕打到±2V 檔；其余旋鈕都打到中間位置。2、將 AC 220V 電源線插頭插入市電插座中，合上電源開關，數(shù)顯表顯示 0000，表示實驗臺已接通電源。3、做每個實驗前應先閱讀實驗指導，每個實驗均應在斷開電源的狀態(tài)下接線（實驗中用到可調(diào)直流電源時，應先將該電源調(diào)到設定值并關閉后再接到實驗線路

9、中），檢查無誤后方可接通電源。4、如實驗需要，合上調(diào)節(jié)儀電源開關。調(diào)節(jié)儀的 PV 顯示測量值；SV 顯示設定值。5、如實驗需要，合上氣源開關。氣泵有聲響，說明氣泵工作正常。三、實驗臺故障排除1、開機后數(shù)顯表都無顯示，應查 AC 220V 電源有否接通；主機箱側(cè)面 AC 220V 插座中的保險絲是否燒斷。如都正常，則更換主機箱中主機電源。2、轉(zhuǎn)動源不工作，則手動輸入12V 電壓，如不工作，更換轉(zhuǎn)動源；如工作正常，應查調(diào)節(jié)儀設置是否準確；控制輸出 Vo 有無電壓，如無電壓，更換主機箱中的轉(zhuǎn)速控制板。3、振動源不工作，檢查主機箱面板上的低頻振蕩器有無輸出，如無輸出，更換信號板；如有輸出，更換振動源的

10、振蕩線圈。4、溫度源不工作，檢查溫度源電源開關有否打開；溫度源的保險絲是否燒斷；調(diào)節(jié)儀設置是否準確。如都正常，則更換溫度源。四、學生注意事項1、在實驗前務必詳細閱讀實驗指導。2、請勿將主機箱的電源、信號源輸出端與地（）短接，如果短接時間長易造成電路故障。 3、請勿將主機箱的電源（±）接入實驗模板時接錯。 4、在連接、更換接線時，應斷開電源，只有在確保接線無誤后方可接通電源。 5、插拔實驗接線時，要握住手柄，不能拉扯實驗接線。 6、實驗完畢要將傳感器、配件、實驗模板及連線全部整理好并放回原處。 7、防止硬物撞擊、劃傷實驗臺面；防止傳感器及實驗模板跌落地面。5第二節(jié)一、主要功能軟件使用與

11、實驗操作1、雙通道虛擬示波器；2、實驗數(shù)據(jù)的實時采集、波形顯示、數(shù)據(jù)處理、實驗報告生成及輸出；3、歷史實驗數(shù)據(jù)的回放、處理及相關輸出；4、失真度儀；5、頻譜分析。二、軟件使用及實驗操作1、軟件窗口說明鼠標點擊“CSYV9.0”圖標（如右圖所示），進入軟件啟動界面，此界面是軟件靜態(tài)采樣時的界面。如下圖 1-1 所示：圖 1-1 軟件啟動界面6左上角是菜單欄，如下圖 1-2 所示：圖 1-2 “操作”菜單，如圖 1-3：菜單欄圖 1-3“實驗設置”窗口：如下圖 1-4?！安僮鳌辈藛螆D 1-4 “實驗設置”窗口在實驗前，要進行實驗設置。首先在各自的空格中如實填寫好用戶姓名及用戶編號；其次選擇實驗臺型

12、號（本實驗臺選擇 2000 型）；7最后進行實驗選擇，選擇實驗時用鼠標點擊實驗欄里的實驗名稱，選擇好實驗名稱也就確定了實驗編號、實驗模式、采樣頻率、實驗量綱和實驗通道的初始值。在進行實驗的時候，也可以對這些值中的實驗模式、采樣頻率（限動態(tài)采樣）、每格數(shù)值、實驗通道和實驗量綱另行設置。在實驗設置時，也考慮到用戶自行設置的實驗。在實驗設置中有一項“自定義”項目,選擇“自定義”時，如下圖 1-5 所示。圖 1-5“自定義”示意圖在圖 1-5 中，用戶可以將實驗名稱“自定義”改成實際實驗名稱，將“實驗量綱”改成實驗中實際的量綱。“軟件標定”窗口：點擊此項如下圖 1-6 所示。圖 1-6 “標定密碼”示

13、意圖8“實驗記錄”窗口：點擊“實驗記錄”會彈出實驗記錄表格。如下圖 1-7 所示。此實驗記錄表格中，共記錄了 12 項實驗數(shù)據(jù)。分別是：用戶姓名、用戶編號、實驗名稱、實驗編號、實驗日期、實驗時間、X 軸點數(shù)、實驗量綱、實驗量程、實驗通道、采樣頻率和采樣模式。下面有 4 個按鈕，分別是“保存”“打開”“刪除”和“關閉”、。圖 1-7 “實驗記錄”示意圖各鍵功能如下：保存：用戶進行實驗后，若要保留此實驗曲線以及實驗數(shù)據(jù)，則在上面表格中選取你要保存的一行，然后按“保存”按鈕就保存了實驗數(shù)據(jù)。打開：用戶若要打開某一保存著的實驗記錄，則在上面表格中選取某一保存著的實驗記錄，并按“打開”按鈕，就打開此實驗

14、記錄，把此實驗的實驗曲線和實驗數(shù)據(jù)在軟件中顯示出來。刪除：用戶若要刪除某一保存著的實驗記錄，則在上面表格中選取將要刪除的實驗記錄，按下“刪除”按鈕，就刪除此實驗記錄，以后不能再打開此記錄。關閉：返回主界面?！疤崛嶒炃€”窗口：點擊“提取實驗曲線”，出現(xiàn)如下圖 1-8 對話框。輸入文件名，按“確定”用來保存實驗曲線，按“取消”不保存。圖 1-8 保存實驗曲線9 “分析”菜單，如圖 1-9：圖 1-9 “分析”菜單“端點分析法”窗口，如圖 1-10 所示：圖 3-10 “端點分析法”示意圖這里有“A 通道”和“B 通道”兩個選項，如果要對 A 通道的實驗曲線進行分析，則選擇“A 通道”，要對 B

15、 通道實驗曲線分析則選擇“B 通道”。選擇好通道，在實驗曲線里選擇起點和終點，就可以對這兩點進行端點分析，并求出最大誤差。“最小二乘法”窗口。這里也有“A 通道”和“B 通道”兩個選項，如果要對 A 通道的實驗曲線進行分析，則選擇“A 通道”，要對 B 通道實驗曲線分析則選擇“B 通道”。選擇好通道，在實驗曲線里選擇起點和終點，就可以對這兩點進行最小二乘法分析，并求出最大誤差?！白畲筮t滯誤差”窗口。應該在多次采樣的模式下進行，如果不是在多次采樣的模式下進行，點擊“最大遲滯誤差”的時候就會出來如圖 3-11 對話框：圖 1-1110 “動態(tài)采樣”菜單，點擊“動態(tài)采樣”后，界面如圖 1-12：1-

16、12 動態(tài)采樣界面 “虛擬儀器”菜單，單擊“虛擬儀器”，將運行軟件 V9.0 虛擬儀器，如下圖 1-13。圖 1-13 虛擬儀器示意圖11 在坐標軸下面有實驗參數(shù)設置框，如圖 1-16：圖 1-16 實驗參數(shù)設置框這個框里有測量通道、實驗模式、量程選擇與定時間隔 4 個部分組成。測量通道：選擇進行測量的通道，可以供用戶選擇“A 通道” 、 通道”“雙通道”“B和，實驗時對采樣通道進行控制。實驗模式：一是“單步采樣”、二是“定時采樣”，三是“雙向采樣”。量程選擇：對坐標軸的刻度進行修改，有以下六個選項：“±100mv”、 “±500mv”、“±1v”、“±

17、2v”、“±5v”和“±10v”。定時間隔：在“定時采樣”時有效，可以進行定時設置，最小定時間隔為 1s，如果設置小于 1s 則無法正常顯示實驗數(shù)據(jù)。動態(tài)采樣時，采樣頻率選項，如圖 1-17：圖 1-17動態(tài)采樣時，根據(jù)不同的數(shù)據(jù)信號頻率，選擇合適的采樣頻率，否則信號會產(chǎn)生失真。 界面右上角，有如圖 1-18 所示：圖 1-18這個實驗名稱框在未設置時顯示“實驗：未選擇”，選擇了實驗后，則顯示所選擇的實驗名稱。這里實驗名稱不能修改。12 在實驗名稱框下面，有一數(shù)據(jù)顯示表格，它實時顯示所采集的數(shù)據(jù)。如下圖 1-19。圖 1-19 實時采集的數(shù)據(jù)2、實驗操作實驗（采集數(shù)據(jù)）之前

18、先判斷被測信號是動態(tài)信號還是靜態(tài)信號，如果是動態(tài)信號則選擇動態(tài)方式，如果是靜態(tài)信號則選擇靜態(tài)方式。其中靜態(tài)方式又有單步采樣、定時采用和雙向采樣三種采樣方式。同時實驗（采集數(shù)據(jù)）之前要完成硬件線路的連接。 單步采樣先進行實驗設置，選擇好實驗后，進入靜態(tài)模式。選擇實驗模式為“單步采樣”，選擇好測量通道，設置 X 軸數(shù)值和量程選擇后，就可以點擊“開始” 如圖 1-20：。圖 1-20按下“開始”后，“開始”按鈕變?yōu)椤跋乱徊健保⒉杉揭稽c數(shù)據(jù)，在坐標軸圖形上標出這一點，同時也在實驗數(shù)據(jù)表格中顯示這一點的數(shù)值。再按“下一步”，將采樣第二個點，同時在坐標軸圖上將第二個點與第一點連起來，在實驗數(shù)據(jù)表格上顯

19、示第二個點的數(shù)值。以此類推。實驗（采集數(shù)據(jù)）完成后，點擊“停止”按鈕，停止采集。單步采樣可以分別對 A、B 通道曲線進行端點法分析和最小二乘法分析。分析后，在分析范圍內(nèi)實驗曲線的最大值、最小值、線性 a 值、線性 b 值和量程都在坐標軸圖下面的實驗結(jié)果里顯示出來。如果對一直線進行多次分析，則重復以上操作。分析之外，還可以把實驗結(jié)果打印出來，打印時，先點擊“打印預覽”按鈕，彈出打13印界面，如下圖 1-21：圖 1-21 打印界面打印界面里可以填寫學校名稱、院/系名稱，也可以不填。內(nèi)容包刮用戶名稱、用戶編號、實驗日期、實驗時間、實驗數(shù)據(jù)等，還有實驗結(jié)果分析：最小值、最大值、量程、最大非線性誤差、

20、線性 a 值和線性 b 值。但實驗結(jié)果分析只有在用戶分析后才能顯示，并按照用戶分析方法不同而不同。報告右下腳還有實驗曲線。 定時采樣 進入該模式，屏幕顯示的工作畫面與單步采樣一樣，不過實驗模式要設置為“定時采樣”。 在定時采樣的時候，可以設置定時間隔，定時間隔要大于 1s，如果定時間隔太小，則無法正確采集數(shù)據(jù)。 設置好定時間隔后，按“開始”按鈕，就按照定時間隔，每到定時時間采集一點，“開始”按鈕也同時變成“暫?！?，如圖 1-22：圖 1-2214用戶可以通過按“暫?！卑粹o暫停實驗，同時“暫停”按鈕變?yōu)椤袄^續(xù)”，如圖 1-23：圖 1-23按“繼續(xù)”按鈕，則繼續(xù)采集數(shù)據(jù),同時按鈕顯示“暫?！薄Ｒ?/p>

21、此類推。數(shù)據(jù)分析、打印與單步時方法相同。 雙向采樣雙向采樣是在同一個實驗情況下，先正方向采樣，歸零后再反方向采樣（也可以先反方向，再正方向）。所以在實驗時有“正向”和“反向”按鈕可以選擇，如圖 1-24：圖 1-24 雙向?qū)嶒炦x擇采集時，如果按“正方”則正方向采樣，按“反方”則反方向采樣。 多次采樣 多次采樣是在同一個實驗情況下，進行多次往返實驗。所以在實驗時也有“正向”和“反向”按鈕可以選擇，如圖 1-25。 在實驗時，基本方式與單步方式相同。不同的是，在一次實驗做完的時候，要重新做一次實驗，并且是反方向做實驗，要選擇“反向”按鈕。圖 1-25 多次實驗15 按了“反向”按鈕，實驗曲線就往回

22、延伸，而且反向?qū)嶒灂r，采樣點數(shù)應該與正向采樣的點數(shù)一致。 實驗分析和打印時，基本方法和單步時一樣。不同的是實驗結(jié)果顯示為“最大遲滯誤差”，而不是“最大非線性誤差”。如圖 1-26：圖 1-26 動態(tài)實驗動態(tài)采樣前，可以設置實驗通道、采樣頻率、量程選擇和 X 軸點數(shù)，除了采樣頻率外其他三項和靜態(tài)采樣時一致。采樣頻率要根據(jù)被采樣的頻率決定，一般情況下采樣頻率為被測頻率的 100 倍左右效果最好。動態(tài)采樣時，按下“開始”鍵，波形就顯示出來，同時數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)表格中顯示，“開始”按鈕顯示為“運行”。要繼續(xù)顯示波形則按“運行”，結(jié)束實驗按“停止”按鈕。進行分析時，按上面“分析”菜單，再選取要分析的方法，然后

23、用鼠標在坐標軸圖形中，左鍵選起點，右鍵選終點，選取一個波形就可以得到分析結(jié)果。如圖 1-27：圖 1-27 動態(tài)實驗16如果要再次分析波形，則先按“刷新”按鈕，再分析。如果要打印，按“結(jié)果及打印報告”，顯示打印預覽。3、圖形拉伸放大功能 在坐標軸圖形上，除了用 “實驗量程”，還可以用鼠標拉伸來放大實驗曲線。a、用鼠標左鍵點住要拉伸的曲線的起點，按著鼠標不放。b、移動鼠標，將要求放大的圖形都包圍在白色方框內(nèi)時，放開鼠標左鍵，即得到放大后的圖形。c、將圖形恢復正常狀態(tài)，可以通過“刷新”按鈕來實現(xiàn)，即按照主界面上的量程來確定。4、軟件標定 任何測量儀器都有其使用壽命的問題，即在使用一段時間后，測量的

24、準確率會下降，為了解決這個問題，軟件設置了標定功能，用戶通過標定就可以重新調(diào)整測量的準確率。a、點擊“操作”菜單中的“軟件標定”。b、輸入正確密碼按確定后出現(xiàn)標定界面 。如圖 1-28： 圖 1-28c、按通道標定，如選“通道 A”時，先把 A 通道打到“電壓”端，雙端短接接地，按“0V”鍵，可以在方框中得到 2000-2100 的數(shù)據(jù)。多次采樣，直到所得值為多次采樣平均值為準。d、A 通道仍然打到“電壓”端，“A-”接地，“A+”接 9.5-10.5V。按“10V”鍵，可以在方框中得到 500-600 的數(shù)據(jù)。多次采樣，直到所得值為多次采樣平均值為準。e、按“保存標定”按鈕。出現(xiàn)如圖 1-2

25、9 界面。圖 1-2917f、此處輸入“10V”標定的電壓值，輸入后按“確定”，完成 A 通道標定。g、選擇“B 通道”，按 c、d、e、f 順序?qū)?B 通道標定。h、標定完畢后，按“退出”標定按鈕退出標定界面。18第三節(jié)一、軟件界面虛擬儀器使用方法點擊虛擬儀器菜單，軟件界面如下：圖 1-30虛擬儀器界面（示波器）在下列狀態(tài)欄中選擇需要的功能界面：示波器界面頻譜分析界面失真度儀界面圖 1-31虛擬儀器功能選擇19二、虛擬示波器使用說明圖 1-32虛擬示波器界當接上線路并運行軟件后，軟件將自動檢查通訊是否正確，如果連接不正常，系統(tǒng)在運行大約 5 秒鐘之后將彈出如下對話框：圖 1-33通訊狀態(tài)提示

26、請檢查通訊接口，檢查無誤后點擊確定按鈕，系統(tǒng)將重新自動檢測通訊！通訊連接后，通訊連接指示燈成綠色狀態(tài)（詳見 Q 說明）。通訊中斷的原因有兩個：（1） 線路沒有啟動通訊，請仔細檢查電源及線路是否正常。（2） 計算機通訊口錯誤，請仔細檢查 USB 或者 RS232 通訊。如果是 USB，需確認是否正確安裝了 USB 設備的驅(qū)動。201、數(shù)據(jù)采集曲線顯示區(qū)域顯示區(qū)域最大量程范圍是+10V 到-10V。該顯示區(qū)域的最小分辨率為 10mv/div，最大分辨率是 2v/div。用戶在使用時應選擇合適的量程，如果選擇不恰當，系統(tǒng)會自動將量程調(diào)到最佳選項。2、通道曲線A 通道顯示曲線為紅色曲線，B 通道顯示曲

27、線為淺藍色曲線。 用戶在使用時應該知道哪條曲線對應的是哪個通道的數(shù)據(jù)，特別在雙通道采樣時應該注意。3、采樣通道選擇有三個選項：A 通道，B 通道及雙通道。4、采樣頻率選擇有多達八個采樣頻率選擇。用戶可根據(jù)實際的信號源頻率改變采樣頻率，以最合適的采樣頻率采樣，可使波形完整地顯示。在單通道采樣中，最低的采樣頻率為 300Hz，最高采樣頻率為 100KHz。雙通道采樣時，最低采樣頻率是 150Hz，最高頻率為 50KHz。5、量程選擇有七個量程可供選擇，最高是 2V/DIV，最低是 10mV/DIV。系統(tǒng)默認值是 2V/DIV 。用戶在使用中可根據(jù)外部信號幅值的大小選擇合適的量程檔。如果用戶選擇了不

28、合適的量程檔，系統(tǒng)將提示以下對話框：圖 1-34量程選擇提示單擊確定按鈕后，系統(tǒng)將自動選擇最佳的量程來顯示外部信號，此時通訊燈將有閃爍現(xiàn)象，請耐心等候。選擇低檔量程可提高對外部信號測量的精度。6、復位按鈕當用戶用搜索線來觀察電壓或者頻率時，如操作不適當，信號顯示曲線及搜索線會超出信號曲線顯示區(qū)域，此時可單擊該按鈕來恢復信號的原始顯示曲線。復位后，系統(tǒng)恢復采樣頻率為 10KHz。7、A/B 通道曲線最大值顯示顯示框顯示的分別是 A 通道、 通道采樣曲線的最大值，B系統(tǒng)自動計算該值，可精確到 1mV。218、曲線搜索線中心點系統(tǒng)默認時，搜索線位于曲線顯示區(qū)域的中心點。用戶可把鼠標光標放于中心點，用

29、鼠標左鍵拖動搜索線來觀察曲線位置的電壓值，同時電壓值顯示框會顯示搜索線中心位置的電壓值。 當用戶單擊了復位按鈕后，搜索線回到曲線顯示區(qū)域中心，即和坐標位置重合。9、A/B 通道曲線最小值顯示顯示框顯示的是 A 通道、B 通道采樣曲線的最大值，系統(tǒng)自動計算該值，可精確到 1mV。10、A/B 通道峰峰值電壓顯示系統(tǒng)自動計算 A 通道、B 通道信號的峰峰值電壓。11、電壓值顯示該顯示框只顯示搜索線中心位置的電壓值，在系統(tǒng)默認和復位后，該顯示框顯示為 0。 12、曲線顯示區(qū)域的掃描速率掃描速率針對的是橫坐標，其最大的掃描速率是 66.7ms/div，最小的掃描速率是0.2ms/div。 用戶可根據(jù)掃

30、描速率，觀察曲線顯示區(qū)域的曲線來估算一下信號的周期及頻率。13、觸發(fā)電平有 5 個觸發(fā)選項可供選擇，對應的是采樣通道的觸發(fā)點。注：+0.5 觸發(fā)指的是在曲線顯示區(qū)域的+0.5 格處開始顯示。如果外部信號小于觸發(fā)點， 信號將不顯示。用戶可通過改變量程來觀察曲線。如果采樣頻率過大，那么在曲線顯 示區(qū)域?qū)霈F(xiàn)顯示信號的一部分，這時，用戶只需選擇相對小一點的采樣頻率。14、通訊連接指示燈（左邊）當軟件運行后，系統(tǒng)將自動檢測通訊連接是否正常，如通訊連接正常則該指示燈成高亮狀：。如通訊連接不正常則該指示燈成：15、通訊正常指示燈（右邊）當通訊正常時，該指示燈會有閃爍：16、凍結(jié)采集的曲線激活狀態(tài)：，用鼠

31、標單擊可切換到凍結(jié)狀態(tài)：。注意凍結(jié)曲線時，數(shù)據(jù)采集將停止，用戶可方便地觀察采集到的曲線，并可通過移動搜索線來觀察電壓值、頻率和周期。17、信號觸發(fā)該選項在單通道采樣時有三個選項，分別是：無觸發(fā)、正觸發(fā)和負觸發(fā)。當雙通道采樣時，有五個選項可供選擇，分別是：無觸發(fā)、A+B+觸發(fā)、A+B-觸發(fā)、A-B+觸發(fā)、A-B-觸發(fā)。22，用戶需檢查計算機通訊口連接是否正常。如果該指示燈不閃爍，說明通訊不正常。三虛擬頻譜分析儀使用說明圖 1-351、時域信號顯示曲線顯示外部信號的時域曲線。頻譜分析儀2、采樣通道選擇在頻譜分析界面，有兩個選項：A 通道和 B 通道。3、量程選擇有七個量程可供選擇，最高是 5V/D

32、IV，最低是 25mV/DIV。系統(tǒng)默認值是 5V/DIV ，用戶在使用中根據(jù)外部信號的幅值大小選擇合適的量程檔。如果用戶選擇了不合適的量程檔，系統(tǒng)將提示以下對話框：圖 1-36量程選擇提示23單擊確定按鈕后，系統(tǒng)將自動的選擇最佳量程來顯示外部信號，此時通訊燈將有閃爍現(xiàn)象，請耐心等候。選擇低檔量程可提高對外部信號的精度。4、頻域信號顯示曲線顯示外部信號的時域曲線。5、時域信號的最大值顯示同示波器。6、頻率顯示該顯示框?qū)氖切盘栴l域顯示區(qū)域的搜索線坐標，在頻譜分析儀中，用戶可用搜索線來觀察信號的頻率大小。7、時域信號的最小值顯示同示波器。8、幅值顯示該顯示框?qū)l域信號的幅值。該值是在頻譜分析

33、后的幅值，需用戶選擇合適的采樣頻率，否則其分析誤差較大。9、時域信號的分析點數(shù)該顯示框顯示的是時域信號的分析點數(shù)。10、窗口函數(shù)選擇該按鈕有五個選項，用戶可選擇相應的窗函數(shù)來觀察信號通過窗函數(shù)處理后的分析曲線。11、采樣長度選擇該按鈕有三個選項，分別是 256 點、512 點和 1024 點。當采樣長度不同，其數(shù)據(jù)處理的時間也相應的不同，通訊指示燈的閃爍間隔時間也不同。24四、虛擬失真度儀使用說明圖 1-37失真度儀1、基波頻率顯示該顯示框顯示的是對信號進行諧波分析后，其基波的頻率。2、諧波幅值顯示該顯示框顯示的是對信號進行諧波分析后，其諧波的幅值。其對應的相應諧波階數(shù)由諧波分量按鈕進行選擇。

34、3、失真度顯示該顯示框顯示的是對信號進行諧波分析后，其失真度顯示。4、掃描速率掃描速率針對的是橫坐標，其最大的掃描速率是 100ms/div，最小的掃描速率是 0.5ms/div。用戶可根據(jù)掃描速率觀察曲線顯示區(qū)域的曲線來估算一下信號的周期及頻率。5、信號顯示選擇該按鈕有三個選項，分別是在信號顯示區(qū)域顯示原始信號、基波信號或者余波信號。6、諧波分量選擇該按鈕有五個選項，用戶可通過選擇諧波分量來顯示諧波階數(shù)的幅值，幅值顯示在諧波幅值顯示框。25五、軟件使用注意事項：1、 為什么在確認線路沒問題的情況下運行軟件，通訊連接指示燈仍然不亮？答：（一）請先確認通訊電纜是否已經(jīng)連接。（二）檢查是否已經(jīng)正確

35、安裝了 USB 驅(qū)動。（三）請確認是否有其他也需要通訊的軟件在運行。2、 為什么我用 1K 的采樣頻率和 50K 的采樣頻率采集外部頻率為 1K 的信號時，信號曲線都能正確顯示，到底哪個是正確的呢？答： 根據(jù)數(shù)字信號處理原理，采樣頻率至少在信號頻率的兩倍以上，所以用 50K 采樣頻率采集的信號是正確的。3、 請問要得到信號的頻率，有哪幾種方法？答：在分析信號的頻率時，在三個界面都能得出。（一）在用示波器界面，可以先凍結(jié)曲線，然后再通過觀察曲線的周期來粗略地計算一下。（二）在頻譜分析儀界面，可在頻域顯示區(qū)域通過搜索線來搜索。但是要選擇合適的采樣頻率。（三）在失真度分析儀界面，通過選擇基波信號輸入

36、，然后在基波頻率顯示框中讀出，同樣，請務必保證合適的采樣頻率。26第二章實驗一一、實驗目的箔式電阻應變片實驗金屬箔式應變片單臂電橋性能實驗了解金屬箔式應變片的應變效應及單臂電橋工作原理和性能。二、基本原理 電阻絲在外力作用下發(fā)生機械變形時，其電阻值發(fā)生變化，這就是電阻應變效應。 描述電阻應變效應的關系式為：RRK 式中：RR 為電阻絲電阻相對變化，K 為應變靈敏系數(shù)，=L/L 為電阻絲長度相對變化。 金屬箔式應變片就是通過光刻、腐蝕等工藝制成的應變敏感元件，通過它反映被測部位受力狀態(tài)的變化。電橋的作用是完成電阻到電壓的比例變化，電橋的輸出電壓反映了相應的受力狀態(tài)。單臂電橋輸出電壓 Uo1= E

37、K/4。三、實驗器材主機箱(±4V、±15V、電壓表)、應變傳感器實驗模板、托盤、砝碼、萬用表、導線等。圖 2-1 應變式傳感器安裝示意圖 如圖 2-1，將托盤安裝到應變傳感器的托盤支點上，應變式傳感器（電子秤傳感器）已安裝在應變傳感器實驗模板上。傳感器左下角應變片為 R1，右下角為 R2，右上角為 R3，左上角為 R4。當傳感器托盤支點受壓時，R1、R3 阻值增加，R2、R4 阻值減小。 如圖 2-2，應變傳感器實驗模板中的 R1、R2、R3、R4 為應變片。沒有文字標記的 5 個電阻是空的，其中 4 個組成電橋模型是為實驗者組成電橋方便而設的。 傳感器中 4 片應變片和

38、加熱電阻已連接在實驗模板左上方的 R1、R2、R3、 和加熱器上。R4可用萬用表進行測量判別，常態(tài)時應變片阻值為 350，加熱絲電阻值為 50左右。27圖 2-2 應變傳感器實驗模板、接線示意圖圖 2-3 單臂電橋工作原理圖四、實驗步驟1、根據(jù)圖 2-3 工作原理圖、圖 2-2 接線示意圖安裝接線。2、放大器輸出調(diào)零將實驗模板上放大器的兩輸入端口引線暫時脫開，再用導線將兩輸入端短接(Vi0)；調(diào)節(jié)放大器的增益電位器 RW3 大約到中間位置(先逆時針旋到底，再順時針旋轉(zhuǎn) 2 圈)；將主機箱電壓表的量程切換開關打到 2V 檔，合上主機箱電源開關；調(diào)節(jié)實驗模板放大器的調(diào)零電位器RW4，使電壓表顯示為

39、零。3、電橋調(diào)零拆去放大器輸入端口的短接線，將暫時脫開的引線復原。調(diào)節(jié)實驗模板上的橋路平衡電位器 RW1，使電壓表顯示為零。、應變片單臂電橋?qū)嶒?在應變傳感器的托盤上放置一只砝碼，讀取數(shù)顯表數(shù)值，依次增加砝碼和讀取相應的數(shù)顯表值，直到 200g（或 500 g）砝碼加完。實驗結(jié)果填入表 2-1，畫出實驗曲線。28表 2-1重量(g)電壓(mv)、根據(jù)表 2-1 計算系統(tǒng)靈敏度 SU/W（U 為輸出電壓變化量，W 為重量變化量）和非線性誤差 。=m/yFS ×100式中m 為輸出值（多次測量時為平均值）與擬合直線的最大偏差；yFS 為滿量程輸出平均值，此處為 200g（或 500g）。

40、實驗完畢，關閉電源。、利用虛擬儀器進行測量。五、思考題單臂電橋工作時，作為橋臂電阻的應變片應選用：（1）正（受拉）應變片；（2）負（受壓）應變片（3）；正、負應變片均可以。29實驗二一、實驗目的金屬箔式應變片半橋性能實驗比較半橋與單臂電橋的不同性能、了解其特點。二、基本原理不同受力方向的兩只應變片接入電橋作為鄰邊，電橋輸出靈敏度提高，非線性得到改善。當應變片阻值和應變量相同時，其橋路輸出電壓 Uo2EK2。三、實驗器材主機箱(±4V、±15V、電壓表)、應變傳感器實驗模板、托盤、砝碼、萬用表、導線等。四、實驗步驟1、根據(jù)圖 2-4 工作原理圖、圖 2-5 接線示意圖安裝接線

41、。2、放大器輸出調(diào)零將實驗模板上放大器的兩輸入端口引線暫時脫開，用導線將兩輸入口短接(Vi0)；調(diào)節(jié)放大器的增益電位器 RW3 大約到中間位置(先逆時針旋到底，再順時針旋轉(zhuǎn) 2 圈)；將主機箱電壓表的量程切換開關打到 2V 檔，合上主機箱電源開關；調(diào)節(jié)實驗模板放大器的調(diào)零電位器 RW4，使電壓表顯示為零。3、電橋調(diào)零恢復實驗模板上放大器的兩輸入口接線，調(diào)節(jié)實驗模板上的橋路平衡電位器 RW1，使主機箱電壓表顯示為零。4、應變片半橋?qū)嶒炘趹儌鞲衅鞯耐斜P上放置一只砝碼，讀取數(shù)顯表數(shù)值，依次增加砝碼和讀取相應的數(shù)顯表值，直到 200g（或 500 g）砝碼加完。實驗結(jié)果填入表 2-2，畫出實驗曲線。

42、5、計算靈敏度 SUW，非線性誤差。實驗完畢，關閉電源。、利用虛擬儀器進行測量。表 2-2重量(g)電壓(mv)五、思考題1、半橋測量時，兩片不同受力狀態(tài)的電阻應變片接入電橋時，應放在：（1）對邊；（2）鄰邊。2、半橋測量時，兩片相同受力狀態(tài)的電阻應變片接入電橋時，應放在：（1）對邊；（2）鄰邊。、橋路（差動電橋）測量時存在非線性誤差，是因為：（1）電橋測量原理上存在非線性；（2）應變片應變效應是非線性的；（3）調(diào)零值不是真正為零。30圖 2-4 半橋工作原理圖圖 2-5 應變傳感器實驗模板、接線示意圖31實驗三一、實驗目的金屬箔式應變片全橋性能實驗了解全橋測量電路的優(yōu)點。二、基本原理 全橋測

43、量電路中，將受力方向相同的兩應變片接入電橋?qū)?，相反的應變片接入電橋鄰邊。當應變片初始阻?R1R2R3R4、其變化值R1R2R3R4 時，其橋路輸出電壓 Uo3KE。其輸出靈敏度比半橋又提高了一倍，非線性誤差和溫度誤差均得到改善。三、實驗器材主機箱(±4V、±15V、電壓表)、應變傳感器實驗模板、托盤、砝碼、萬用表、導線等。四、實驗步驟1、根據(jù)圖 2-6 工作原理圖、圖 2-7 接線示意圖安裝接線。2、差動放大器調(diào)零將實驗模板上放大器的兩輸入端口引線暫時脫開，用導線將兩輸入口短接(Vi0)；調(diào)節(jié)放大器的增益電位器 RW3 大約到中間位置(先逆時針旋到底，再順時針旋轉(zhuǎn) 2

44、圈)；將主機箱電壓表的量程切換開關打到 2V 檔，合上主機箱電源開關；調(diào)節(jié)實驗模板放大器的調(diào)零電位器 RW4，使電壓表顯示為零。3、電橋調(diào)零恢復實驗模板上放大器的兩輸入口接線，調(diào)節(jié)實驗模板上的橋路平衡電位器 RW1，使主機箱電壓表顯示為零。4、應變片全橋?qū)嶒炘趹儌鞲衅鞯耐斜P上放置一只砝碼，讀取數(shù)顯表數(shù)值，依次增加砝碼和讀取相應的數(shù)顯表值，直到 200g（或 500 g）砝碼加完。實驗結(jié)果填入表 2-3，畫出實驗曲線。5、計算靈敏度 SUW，非線性誤差。實驗完畢，關閉電源。、利用虛擬儀器進行測量。表 2-3重量(g)電壓(mv)32圖 2-6 全橋工作原理圖圖 2-7 應變傳感器實驗模板、接線

45、示意圖五、思考題1、測量中，當兩組對邊（如 R1、R3 為對邊）電阻值 R 相同時，即 R1R3，R2R4，而 R1R2 時，是否可以組成全橋：（1）可以；（2）不可以。2、某工程技術人員在進行材料拉力測試時在棒材上貼了兩組應變片，如圖-，能否如何利用四片應變片組成電橋，是否需要外加電阻。圖 2-8 受拉力時應變式傳感器圓周面展開圖33、金屬箔式應變片單臂、半橋、全橋性能比較基本原理如圖-（a）（b）（c）、。比較單臂、半橋、全橋輸出時的靈敏度和非線性度，根據(jù)實驗結(jié)果和理論分析，闡述原因，得出相應的結(jié)論。注意：比較實驗中， 、 、（a）（b）（c）放大電路的放大器增益必須相同。（a）單臂（b）半橋圖 2-9 應變電橋（c）全橋 單臂U0 UU(R1R1)(R1R1R2)R4(R3R4)E （1R1R1）（1R1R1R2R2）（R4R3）（1R4R3）E設 R1R2R3R4，且R1R11。U0(14)(R1R1)E所以電橋的電壓靈敏度：SU0(R1R1)kE(14)E 半橋U0(12)(R1R1)ES(12)E 全橋U0(R1R1)ESE4、金屬箔式應變片的溫度影響電阻應變片的溫度影響主要有兩個方面。敏感柵絲的溫度系數(shù)，應變柵的線膨脹系數(shù)與彈性體（或被測試件）的線膨脹系數(shù)不一致而產(chǎn)生附加應變