(整理)位移檢測傳感器應(yīng)用.

1、精品文檔精品文檔綜合性實驗報告實驗課程：_實驗名稱：_姓名：_學(xué)號：_班級：_指導(dǎo)教師：_實驗日期：_精品文檔精品文檔位移檢測傳感器應(yīng)用、實驗類型綜合性實驗。二、實驗?zāi)康暮鸵?了解微位移、小位移、大位移的檢測方法。2運(yùn)用所學(xué)過的相關(guān)傳感器設(shè)計三種位移檢測系統(tǒng)3對檢測系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償和標(biāo)定。、實驗條件本實驗在沒有加速度、振動、沖擊（除非這些參數(shù)本身就是被測物理量）及環(huán)境溫度一般為室溫（205C）、相對濕度不大于85%，大氣壓力為101土7kPa的情況下進(jìn)行。四、實驗方案設(shè)計為了滿足實驗要求， 現(xiàn)使用電渦流， 光纖，和差動三種傳感器設(shè)計位移檢測 系統(tǒng)，電渦流取0.1mm為單位，光纖取0.5mm為單位

2、，差動取0.2為單位。進(jìn) 行試驗后，用MATLAB處理數(shù)據(jù)，分析結(jié)論。一）： 電渦流傳感器測位移電渦流式傳感器是一種建立在渦流效應(yīng)原理上的傳感器。電渦流式傳感器 由傳感器線圈和被測物體（導(dǎo)電體金屬渦流片）組成，如圖所示。根據(jù)電 磁感應(yīng)原理，當(dāng)傳感器線圈（一個扁平線圈）通以交變電流（頻率較高，一 般為1MHz-2MHZ Ii時，線圈周圍空間會產(chǎn)生交變磁場Hi,當(dāng)線圈平面靠近某一導(dǎo)體面時， 由于線圈磁通鏈穿過導(dǎo)體， 使導(dǎo)體的表面層感應(yīng)出呈旋渦狀自行 閉合的電流丨2，而丨2所形成的磁通鏈又穿過傳感器線圈，這樣線圈與渦流“線圈”形成了有一定耦合的互感，最終原線圈反饋一等效電感，從而導(dǎo)致傳感器 線圈的阻

3、抗Z發(fā)生變化。我們可以把被測導(dǎo)體上形成的電渦等效成一個短路 環(huán)，這樣就可得到如圖中的等效電路。精品文檔精品文檔（二）：光纖傳感器測位移實驗原理：反射式光纖傳感器工作原理如下圖所示，光纖采用 丫型結(jié)構(gòu)， 兩束多模光纖合并于一端組成光纖探頭， 一束作為接受，另一束為光源發(fā)射，近 紅外二極管發(fā)出的近紅外光經(jīng)光源光纖照射至被測物，由被測物反射的光信號經(jīng)接受光纖傳輸至光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為電信號， 反射光的強(qiáng)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(qiáng)的檢測就可得知位置量的變化。反射式北殲世稻傳專署町理田更輸出祥性曰集圖2（三）：差動電感式傳感器測位移實驗原理： 差動動螺管式電感傳感器由電感線圈的

4、二個次級線圈反相串 接而成，工作在自感基礎(chǔ)上，由于銜鐵在線圈中位置的變化使二個線圈的電感量 發(fā)生變化，包括兩個線圈在內(nèi)組成的電橋電路的輸出電壓信號因而發(fā)生相應(yīng)變 化。下圖為差動式位移檢測傳感器原理圖。電渦流傳感器原理圖t k ri一ft”I r A X精品文檔精品文檔2.在測微頭端部裝上鐵質(zhì)金屬圓盤，作為電渦流傳感器的被測體。 使鐵質(zhì)金屬圓盤的平面貼到電渦流傳感器的探測端，固定測微頭。丿喝-1塞動電感式位移檢酒傳羸錯五、實驗步驟（一）：電渦流傳感器測位移1按下圖2將電渦流傳感器裝好;調(diào)節(jié)測微頭,精品文檔精品文檔圖 5 53.傳感器實驗?zāi)K按圖3連接，將電渦流傳感器連接線接到模塊上標(biāo)有“電壓輸出

5、”的兩端，再將實驗?zāi)K輸出端Uo與數(shù)顯電壓表單元輸入端Ui相接。數(shù) 顯電壓表量程切換開關(guān)選擇電壓20V檔，模塊電源用導(dǎo)線從實驗臺接入+15V電 源。4.打開實驗臺電源，記下數(shù)顯表讀數(shù)，然后每隔0.2mm讀一個數(shù)，直到輸出幾乎不變?yōu)橹?。X (mm)Vo(V)（二）:光纖傳感器測位移1.安裝光纖位移傳感器，二束光纖插入實驗板上光電變換座孔上。其內(nèi)部已和發(fā) 光管D及光電轉(zhuǎn)換管T相接。2、將光纖實驗?zāi)０遢敵龆薞ol與數(shù)顯單元相連。3、實驗?zāi)０褰尤胪?5V電源，合上主控箱電源開關(guān)，調(diào)RW使數(shù)顯表顯示為零。4.將測微頭起始位置調(diào)到14cm處，手動使反射面與光纖探頭端面緊密接觸， 固定測微頭。5.將模塊輸出

6、“Uo”接到直流電壓表（20V檔），仔細(xì)調(diào)節(jié)電位器Rw使電壓表 顯示為零。6.旋動測微器，使反射面與光纖探頭端面距離增大，每隔0.01mm讀出一次輸出電壓U值，填入表二。精品文檔精品文檔1圖 6 光纖傳感器安裝示意圖圖 7 光纖傳感器位移實驗接線圖表二X (mm)Uo(V)Uo(V)（三）：差動電感式傳感器測位移1、將差動變壓器安裝在差動變壓器實驗?zāi)K上，并將傳感器引線插入實驗?zāi)K 插座中。2、連接主機(jī)與實驗?zāi)K電源線，按下圖連線組成測試系統(tǒng)，兩個次級線圈必須 接成差動狀態(tài)。3、使差動電感傳感器的鐵芯偏在一邊，使差分放大器有一個較大的輸出，調(diào)節(jié) 移相器使輸入輸出同相或者反相，然后調(diào)節(jié)電感傳感器

7、鐵芯到中間位置， 直至差 分放大器輸出波形最小。4、 調(diào)節(jié)Rw1和Rw2使電壓表顯示為零，當(dāng)銜鐵在線圈中左、右位移時，L2工L3，電橋失衡，輸出電壓的大小與銜鐵位移量成比例。模板議移I反射面測蚩架一測徹頭接主揑踴庖源輸出精品文檔精品文檔5、以銜鐵位置居中為起點(diǎn)，分別向左、向右各位移5mm，記錄V、X值并填入 表三。圖 8 應(yīng)變式傳感器安裝示意圖檯敞顯表V：地LU圖 9 全橋性能實驗接線圖表三X(mni)X(mni)六、原始數(shù)據(jù)記錄表一：電渦流傳感器實驗測量數(shù)據(jù)X( mm)10.010.110.210.310.410.510.610.710.810.911.011.111.211.311.411

8、.5 11.6Uo(V)000.010.050.130.220.300.370.450.540.620.700.770.830.900.96 1.03固宦螺絲托盤限程糜迄 - 杖彈性4本樓主控栢 屯源輸出挨主控箱 電源葡出精品文檔精品文檔X( mm)11.611.511.411.311.211.111.010.910.810.710.610.510.410.310.210.1 10.0精品文檔精品文檔Uo(V)1.020.960.900.83 0.760.700.620.540.460.380.360.220.140.060.0100表 乏二：光纖傳感冬器實驗測量數(shù)據(jù)X( mm)10.010.

9、511.011.512.012.5 13.013.514.014.515.015.516.016.517.017.518.0Uo(V)00.882.243.504.585.43 6.036.436.586.586.345.995.655.234.834.444.06X( mm)18.017.517.016.516.015.5 15.014.514.013.513.012.512.011.511.010.510.0Uo(V)4.064.424.815.205.605.07 6.316.516.476.355.975.384.543.512.260.900.01表三：差動傳感器實驗測量數(shù)據(jù)正行程

10、位移X(mm)10.010.210.410.610.811.0 11.211.411.6 11.812.012.212.412.612.813.013.2正行程 電壓Uo(V)1.621.862.152.652.943.27 3.563.703.94 4.124.254.394.464.574.644.694.78X(mm)13.213.012.812.612.412.2 12.011.811.6 11.411.211.010.810.610.410.210.0Uo(V)4.854.774.684.634.544.42 4.294.124.02 3.783.593.312.942.702.22

11、1.851.67七、數(shù)據(jù)整理、分析(一)、電渦流傳感器測位移1、用matlab作出表一的擬合直線和正行程位移-電壓曲線，用matlab編程, 其程序如下所示：x1= 5:0.2:11.8;y1=1.621.682.152.652.943.273.563.703.944.124.254.394.464.574.644.694.784.84.854.914.944.964.954.974.954.964.984.985.055.08 5.09 5.08 5.08 5.2 5.21;x2=12:-0.2:5;y2=5.2 5.2 5.2 5.15 5.17 5.16 5.14 5.12 5.10 5

12、.10 5.06 5.06 5.05 5.024.984.944.904.894.854.774.684.624.544.424.294.124.023.783.59精品文檔精品文檔3.31 2.94 2.70 2.22 1.85 1.67;k=polyfit(x1,y1,1)( %計算擬合直線的斜率 b b、截距 a)a)Y=polyval(k,x1)( (%計算 X X 數(shù)據(jù)點(diǎn)的擬合輸出值)holdplot(x1,y1,r-,x1,Y,g-)grid onxlabel(正行程位移值(mm)ylabel(正行程位電壓(V)axis(0,12,0,7)title(電渦流傳感器測位移)運(yùn)行程序結(jié)

13、果如下圖所示：igures調(diào)試(E) 旬 HJ(D)宵口 (Wl Ale Edit View Insert Tools Desktop Window HelpFiguire 1圖10:電渦流傳感器正行程測位移設(shè)擬合直線的直線方程位p=bx+a(b為擬合直線的斜率，a為截距)則：b=0.4368 a= 0.73012、計算其靈敏度和線性度。傳感器的靈敏度定義為在穩(wěn)態(tài)下輸出的變化對輸入變化的比值， 對于線性傳 感器，它的靈敏度就是靜態(tài)特性的斜率，即靈敏度S=y/x=K, K為一常數(shù)，所以 靈敏度為S=0.4368(1)另一個重要參數(shù)是非線性誤差，定義為實際靜態(tài)特性曲線與擬合直線之間的偏 差，即為口

14、日昌氏毆的囪渥 |0目田匝曰 口電渦凌傳感罟測位移6 S 7 2 7.668.4 S 3 9 2 9.6正行程位移值(血fJ.4:因舟宰関円5 2 5.6610 1D 4 10.0 11.2 116精品文檔精品文檔L=-100%yFS式中L最大非線性絕對誤差；yFs一輸出滿量程。利用matlab計算非線性誤差，程序如下：y2=y1-YL=max（y2） （%計算最大非線性絕對誤差）（4）運(yùn)行程序，得到L=0.5835，進(jìn)而由線性度的定義，可得其線性度為：2、遲滯性傳感器在正行程（輸入量增大）反行程（輸入量減?。┢陂g輸出與輸入特性曲 線不重合的程度即為遲滯誤差。用matlab計算傳感器的遲滯性的

15、程序如下所示：x1= 5:0.2:11.8;y1=1.621.682.152.652.943.273.563.703.944.124.254.394.464.574.644.694.784.84.854.914.944.964.95 4.974.954.964.984.985.055.08 5.09 5.08 5.08 5.2 5.21;X2=12:-0.2:5;y2=5.2 5.2 5.2 5.15 5.17 5.16 5.14 5.12 5.10 5.10 5.06 5.06 5.05 5.024.984.944.904.894.854.774.684.624.544.424.294.12

16、4.023.783.593.31 2.94 2.70 2.22 1.85 1.67;plot(x1,y1,r-,x2,y2,g-),axis(0,14,0,7),title(遲滯 特性圖 )xlabel(位移值(mm),ylabel(輸出電壓(V)運(yùn)行程序結(jié)果如下圖所示:0.5835 -5.2100一11.2%精品文檔精品文檔圖七：電渦流正反行程測位移（遲滯性）（紅線為正行程，綠線為反行程）（一）、光纖傳感器測位移1、用matlab作出表二的擬合直線和正行程位移-電壓曲線，用matlab編程, 其程序如下所示：x1= 3:0.5:15;y1= 3.83 3.71 3.51 3.26 3.01

17、2.76 2.53 2.31 2.10 1.91 1.73 1.57 1.43 1.3 1.17 1.070.97 0.88 0.79 0.72 0.66 0.60 0.53 0.49 0.48;k=polyfit（x1,y1,1）（%計算擬合直線的斜率 b b、截距 a a）Y=polyval（k,x1）（ %計算 X X 數(shù)據(jù)點(diǎn)的擬合輸出值）holdplot（x1,y1,r-,x1,Y,g-）grid onxlabel（正行程位移值（mm）ylabel（正行程位電壓（V）axis（0,16,0,7）file Edit View Insert aols Desktep Wintw Help

18、D/H罰T57也717渥I I正斤崔5.2M5.2MEG2G2同66 68 7 72 7J7678 3 E2 EH6 38 99292919693101010.2l0T0.&13 811 1121U116118.精品文檔精品文檔title（光纖傳感器測位移）運(yùn)行程序結(jié)果如下圖所示：File Edit View Insert Tools Desktop Window HelpDQQ晉1$題電嗨amB口圖11設(shè)擬合直線的直線方程位p=bx+a(b為擬合直線的斜率，a為截距)貝U：b=-0.2794 a= 4.3452-0.28784.34462、計算其靈敏度和線性度。傳感器的靈敏度定義為在

19、穩(wěn)態(tài)下輸出的變化對輸入變化的比值，即靈敏度S=y/x=K,K為一常數(shù)，所以靈敏度為S=-0.2794(1)另一個重要參數(shù)是非線性誤差，定義為實際靜態(tài)特性曲線與擬合直線之間的偏 差，即為L= - 100%(2)yFS式中L最大非線性絕對誤差；yFS一輸出滿量程。用matlab計算非線性誤差提供了強(qiáng)大的數(shù)值計算功能，程序如下：y2=y1-Y(3)L=max(y2) (%計算最大非線性絕對誤差)(4)精品文檔精品文檔運(yùn)行程序，得到L= 0.4868，進(jìn)而由線性度的定義，可得其線性度為：精品文檔精品文檔2、遲滯性傳感器在正行程（輸入量增大）反行程（輸入量減小）期間輸出與輸入特性曲 線不重合的程度即為遲

20、滯誤差。用matlab計算傳感器的遲滯性的程序如下所示： x1=0:0.5:15;y1=0 0.9 2.04 2.91 3.51 3.79 3.83 3.71 3.51 3.26 3.01 2.76 2.53 2.31 2.10 1.91 1.73 1.57 1.431.3 1.17 1.07 0.97 0.88 0.79 0.72 0.66 0.60 0.53 0.49 0.48;x2=15:-0.5:0;y2=0.48 0.5 0.55 0.61 0.67 0.73 0.81 0.89 0.98 1.08 1.19 1.31 1.45 1.59 1.751.92 2.12 2.33 2.5

21、5 2.77 3.04 3.29 3.53 3.74 3.87 3.87 3.60 3.00 2.12 0.98 0.03; plot（x1,y1,r-,x2,y2,g-）,axis（0,16,0,7）,title（遲 滯特 性圖）,xlabel（位移值（mm）,ylabel（ 輸出電壓（V）;運(yùn)行程序結(jié)果如下圖所示：圖12：光纖正反行程測位移（遲滯性）（紅線為正行程，綠線為反行程）（三）、差動電感式傳感器測位移實驗數(shù)據(jù)的處理：用matlab作出表三的擬合直線和正行程位移-電壓曲線，用matlab編程，其程 序如下所示：x1=10.2:0.4:19.8y1= 0.23 0.98 1.89 2.

22、81 3.91 4.64 5.53 6.50 7.33 8.30 9.27 10.21 11.20 12.25 13.2314.59 15.60 16.69 17.50 18.20 18.70 19.08 19.33 19.50 19.57 k=polyfit（x1,y1,1）（%計算擬合直線的斜率b、截距a）、L=0.48683.8300=12.7%精品文檔精品文檔Y=polyval（k,x1） （%計算X數(shù)據(jù)點(diǎn)的擬合輸出值）holdplot（x1,y1,r-,x1,Y,g-）grid onxlabel（正行程位移值（mm）ylabel（正行程位電壓（V）axis（10,23,0,25）title（差動電感式傳感器測位移）運(yùn)行程序結(jié)果如下圖所示：Q S矗致包霽邏口國旦圖13：正行程位移設(shè)擬合直線的直線方程位p=bx+a（b為擬合直線的斜率，a為截距）則：b=2.2203 a=-22.22273、計算其靈敏度和線性度。File Edit View Insert ToolsDesktop Window Help101214161820正行程位移值（mm）22Figure 15ir差動電感式傳感器測位移26 r.-差動正行程擬合曲線精品文檔精品文檔傳感器的靈敏度定義為在穩(wěn)態(tài)下輸出的變化對輸入變化的比值，即靈敏度S=y/x