3醫(yī)用傳感技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書2010-08-06實(shí)驗(yàn)部分

PAGEPAGE18PAGE1PAGE18四、醫(yī)用傳感技術(shù)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)1應(yīng)變片傳感器實(shí)驗(yàn)1.1應(yīng)變片傳感器性能驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)(單臂電橋)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私饨饘俨綉?yīng)變片，單臂單橋的工作原理和工作情況。實(shí)驗(yàn)原理：本實(shí)驗(yàn)說明箔式應(yīng)變片傳感器以及單臂直流電橋電源的原理和工作情況。應(yīng)變片是最常用的測(cè)力傳感元件。當(dāng)用應(yīng)變片測(cè)試時(shí)，應(yīng)變片要牢固地粘貼在測(cè)試體表面，當(dāng)測(cè)試件受力發(fā)生變形，應(yīng)變片的敏感柵隨同變形，其電阻也隨之發(fā)生相應(yīng)的變化，通過測(cè)量電路，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出。電橋電路是最常用的非電量電測(cè)電路中的一種，當(dāng)電橋平衡時(shí)，橋路對(duì)臂電阻的乘積相等，電橋輸出為零，在橋臂四個(gè)電阻R1，R2，R3，R4中，電阻的相對(duì)變化率分別為ΔR1/R1、ΔR2/R2、ΔR3/R3、ΔR4/R4，當(dāng)使用一個(gè)應(yīng)變片時(shí)，ΣR=ΔR/R，當(dāng)兩個(gè)應(yīng)變片組成差動(dòng)狀態(tài)工作，則有ΣR=2ΔR/R，當(dāng)用四個(gè)應(yīng)變片組成兩個(gè)差動(dòng)對(duì)工作，則有R1=R2=R3=R4=R，Σ4ΔR/R，由此可知，單臂、半橋、全橋電路的靈敏度依次增大。所需單元及部件：直流穩(wěn)壓電源、電橋、差動(dòng)放大器、雙平行梁、測(cè)微頭、一片應(yīng)變片、F/V表、主、副電源。旋鈕初始位置：直流穩(wěn)壓電源打倒±2V檔，F(xiàn)/V表打到2V檔，差動(dòng)放大增益旋鈕調(diào)到最大。實(shí)驗(yàn)步驟：了解所需單元、部件在實(shí)驗(yàn)儀上的所在位置，觀察雙平行梁上的應(yīng)變片，應(yīng)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(yīng)變片和一片補(bǔ)償應(yīng)變片，測(cè)微頭在雙平行梁前面的支座上，可以上、下、前、后、左、右調(diào)節(jié)。將差動(dòng)放大器調(diào)零：用連線將差動(dòng)放大器的正（＋）、負(fù)（－）、地端短接（互連）。將差動(dòng)放大器的輸出端與F／V表的輸入插口Vi相連；開啟主、副電源；調(diào)節(jié)差動(dòng)放大器的增益到最大位置，然后調(diào)整差動(dòng)放大器的調(diào)零旋鈕使F／V表顯示為零，關(guān)閉主、副電源。根據(jù)圖１接線，其中R1、R2、R3為電橋單元的固定電阻，RX=R4為應(yīng)變片（空白虛線電阻為空，既無元件）。將穩(wěn)壓電源的切換開關(guān)置±4V檔，F(xiàn)／V表置20V檔。調(diào)節(jié)測(cè)微頭脫離雙平行梁（往上旋轉(zhuǎn)到離開）。開啟主、副電源，調(diào)節(jié)電橋平衡網(wǎng)絡(luò)中的W1，使F／V表顯示為零，然后將F／V表置2V檔，再調(diào)節(jié)電橋W1旋鈕（慢慢地調(diào)），使F／V表顯示為零。圖1.1（4）將測(cè)微頭轉(zhuǎn)動(dòng)到約10mm刻度附近，安裝到雙平行梁的自由端（與自由端磁鋼剛吸合），旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)測(cè)微頭支柱的高度（梁的自由端即右端跟隨變化）使F／V表電位差示數(shù)最小，再旋動(dòng)測(cè)微頭，使F／V表顯示為零（細(xì)調(diào)零，F(xiàn)／V表要置2V檔），這時(shí)的測(cè)微頭刻度起點(diǎn)應(yīng)為零位的相應(yīng)刻度。（5）——往下或往上旋動(dòng)測(cè)微頭，使梁的自由端產(chǎn)生位移，記下F／V表顯示的電位差數(shù)值。建議每旋動(dòng)測(cè)微頭一周即ΔX＝0.5mm（旋轉(zhuǎn)1周），記錄一個(gè)數(shù)值填入下表：（測(cè)微尺的讀數(shù)：垂直刻度，每小格1mm,水平旋轉(zhuǎn)刻度，每小格0.01mm,旋轉(zhuǎn)1周=50小格=0.5mm,旋轉(zhuǎn)2周=1mm）位移（mm）電壓（mv）據(jù)所得結(jié)果計(jì)算靈敏度S＝ΔV／ΔX（式中ΔX為梁的自由端位移變化，ΔV為相應(yīng)F／V表顯示的電位差的相應(yīng)變化值）。實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉主、副電源，所有旋鈕轉(zhuǎn)到初始位置。注意事項(xiàng)：(1)電橋上端虛線所示的四個(gè)電阻實(shí)際上并不存在，僅作為一標(biāo)記，讓接線時(shí)組橋容易。(2)做此實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)將低頻振蕩器的幅度關(guān)至最小，以減小其對(duì)直流電橋的影響。思考題：(1)本實(shí)驗(yàn)電路對(duì)直流穩(wěn)壓電源和對(duì)放大器有何要求？1.2應(yīng)變片的單臂、半橋、全橋比較實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模候?yàn)證單臂、半橋、全橋的性能及相互之間的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)原理：說明實(shí)際使用的應(yīng)變電橋的性能和原理。已知單臂、半橋和全橋電路的ΣR分別為：ΣR=ΔR/R、ΣR=2ΔR/R、Σ=4ΔR/R，根據(jù)戴維南定理可以得出測(cè)試電橋的輸出電壓近似等于1/4EΣR，電橋靈敏度KU=V/ΔR/R，于是，對(duì)應(yīng)單臂、半橋和全橋電路的電壓靈敏度分別為1/4E、1/2E和E。由此可知，當(dāng)E和電阻相對(duì)變化一定時(shí)，電橋及電壓靈敏度與各橋臂阻值的大小無關(guān)。所需單元和部件：直流穩(wěn)壓電源、差動(dòng)放大器、電橋、F／V表、測(cè)微頭、雙平行梁、應(yīng)變片、主、副電源。有關(guān)旋鈕的初始位置：直流穩(wěn)壓電源打到±2V檔，F(xiàn)／V表打到2V檔，差動(dòng)放大器增益打到最大。實(shí)驗(yàn)步驟：(1)將實(shí)驗(yàn)1.1的測(cè)量結(jié)果抄入下表以便下面的三表實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)照。位移（mm）電壓（mv）(2)保持差動(dòng)放大器增益不變，將圖1.1中R3固定電阻換為與R4工作狀態(tài)相反的另一應(yīng)變片，即取二片受力方向不同的應(yīng)變片形成半橋，調(diào)節(jié)測(cè)微頭使梁處于水平位置（目測(cè)），調(diào)節(jié)電橋W1使F／V表顯示初始測(cè)量電位差為零，（3）往下或往上旋動(dòng)測(cè)微頭，使梁的自由端產(chǎn)生位移，記下F／V表顯示的電位差數(shù)值。建議每旋動(dòng)測(cè)微頭一周即ΔX＝0.5mm（旋轉(zhuǎn)1周），記錄一次位移以及電位差數(shù)值填入下表，填入下表：位移（mm）電壓（mv）(3)保持差動(dòng)放大器增益不變，再將圖1.1中R1，R2兩個(gè)固定電阻換成另兩片受力應(yīng)變片，（即R1換成，R2換成，組橋時(shí)只要掌握對(duì)臂應(yīng)變片的受力方向相同，即R1,R3或R2,R4箭頭符號(hào)同向上或同向下，鄰臂應(yīng)變片的受力方向相反，即R1,R2或R3,R4箭頭符號(hào)反向即可，否則輸出相互抵消沒有電位差），接成一個(gè)直流全電橋，調(diào)節(jié)測(cè)微頭使梁到水平位置，調(diào)節(jié)電橋W1同樣使F／V表顯示零。重復(fù)（3）過程將讀出數(shù)據(jù)填入下表：位移（mm）電壓（mv）(7)在上頁(yè)空白處以及實(shí)驗(yàn)報(bào)告中用同一坐標(biāo)上描出X-V曲線，比較三種接法的靈敏度。注意事項(xiàng)：(1)在更換應(yīng)變片時(shí)應(yīng)將電源關(guān)閉。(2)在實(shí)驗(yàn)過程中如有發(fā)現(xiàn)電壓表發(fā)生過載，應(yīng)將電壓量程擴(kuò)大。(3)在本實(shí)驗(yàn)中只能將放大器接成差動(dòng)形式，否則系統(tǒng)不能正常工作。(4)直流穩(wěn)壓電源±4V不能打得過大，以免損壞應(yīng)變片或造成嚴(yán)重自熱效應(yīng)。接全橋時(shí)請(qǐng)注意區(qū)別各片子的工作狀態(tài)方向。1.3應(yīng)變片傳感器的溫度效應(yīng)及補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私鉁囟葘?duì)應(yīng)變測(cè)試系統(tǒng)的影響。實(shí)驗(yàn)原理：溫度變化引起的應(yīng)變片阻值發(fā)生變化的原因是應(yīng)變片電阻絲的溫度系數(shù)及電阻絲在測(cè)試中膨脹系數(shù)不同，由此引起測(cè)試系統(tǒng)輸出電壓發(fā)生變化。用補(bǔ)償片法是應(yīng)變電橋溫度補(bǔ)償方法中的一種，如圖1.3所示（電路與圖1.1基本相同）。若電橋中R4為工作片或，R3為補(bǔ)償片或，當(dāng)R4=R3時(shí)（工作片與補(bǔ)償片材料性質(zhì)一樣，但貼放在橫梁位置相差90度角）。溫度升降變化時(shí)，兩應(yīng)變片的電阻變化量（因材料相同，R4與ΔR3變化量）相等，橋路如原來是平衡的，則溫度變化后，R1R4=R2R3（即等式兩端的R4與R3等量變化，電橋仍滿足平衡條件，無漂移電壓輸出，由于補(bǔ)償片所貼位置與工作片成90度角，與橫梁垂直，所以補(bǔ)償片只感受溫度變化，而不感受懸臂梁的應(yīng)力變化。圖1.3所需單元和部件：可調(diào)直流穩(wěn)壓電源、－15V不可調(diào)直流穩(wěn)電源、電橋、差動(dòng)放大器、F／V表、測(cè)微頭、加熱器、雙平行梁、溫度計(jì)、主、副電源。有關(guān)旋鈕的初始位置：主、副電源關(guān)閉、直流穩(wěn)壓電源置±4V檔，F(xiàn)／V表置20V檔，差動(dòng)放大器增益旋鈕置最大。實(shí)驗(yàn)步驟：了解加熱器在實(shí)驗(yàn)儀所在的位置及加熱符號(hào)，加熱器封裝在雙平行的上片梁與下片梁之間，結(jié)構(gòu)為電阻絲。將差動(dòng)放大器的（＋）、（－）輸入端與地短接，輸出端插口與F／V表的輸入插口Vi相連。開啟主、副電源，調(diào)節(jié)差放零點(diǎn)旋鈕，使F／V表顯示零。再把F／V表的切換開關(guān)置2V檔，細(xì)調(diào)差放零點(diǎn)，使F／V表顯示零。關(guān)閉主、副電源，F(xiàn)／V表的切換開關(guān)置20V檔，拆去差動(dòng)放大器輸入端的連線。按圖1.3接線，開啟主副電源，調(diào)電橋平衡網(wǎng)絡(luò)的W1電位器，使F／V表顯示值為零，然后將F／V表的切換開關(guān)置2V檔,調(diào)W1電位器，使F／V表顯示值為零。在雙平行梁的自由端（可動(dòng)端）裝上測(cè)微頭，并調(diào)節(jié)測(cè)微頭，使F／V表顯示值為零。將－15V電源連到加熱器（面板上找相應(yīng)的文字與符號(hào)）的一端插口，加熱器另一端插口接地，觀察無溫度補(bǔ)償片工作時(shí)溫升對(duì)單臂應(yīng)變片的影響?？煽吹紽／V表的顯示在隨著溫度上升而變化，溫度穩(wěn)定后，即F／V表顯示電位差值穩(wěn)定后，記下顯示數(shù)值，并用溫度計(jì)測(cè)出溫度，記下溫度值。（注意：溫度計(jì)探頭不要觸在應(yīng)變片上，只要觸及應(yīng)變片附近的梁體即可）。關(guān)閉主、副電源，等待數(shù)分鐘使梁體冷卻到室溫。將F／V表的切換開關(guān)置20V檔，把圖中的R3換成應(yīng)變片補(bǔ)償片，重復(fù)（4）到（6）的過程。比較二種情況的F／V表數(shù)值：可以看出，在相同溫度下，補(bǔ)償后的數(shù)值小很多。實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉主、副電源，所有旋鈕轉(zhuǎn)至初始位置，思考題：為什么不能完全補(bǔ)償。提示：從補(bǔ)償應(yīng)變片和受力應(yīng)變片所貼的位置點(diǎn)，梁的溫度梯度考慮。實(shí)驗(yàn)2差動(dòng)變面積式電容傳感器的靜態(tài)及動(dòng)態(tài)特性實(shí)驗(yàn)2.1差動(dòng)變面積式電容傳感器的靜態(tài)特性實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私獠顒?dòng)變面積式電容傳感器的原理及其特性。實(shí)驗(yàn)原理：電容式傳感器有多種形式，本儀器為差動(dòng)變面積式。傳感器由兩組定片和一組動(dòng)片組成。當(dāng)安裝在振動(dòng)臺(tái)上的動(dòng)片，上下改變位置時(shí)，與兩組靜片之間的重疊面積發(fā)生變化，極間電容也發(fā)生相應(yīng)變化，成為差動(dòng)電容。如果將上層定片與動(dòng)片形成的電容定位CX1，下層定片與動(dòng)片形成的電容定位CX2，當(dāng)CX1與CX2接入橋路作為相鄰兩臂時(shí)，橋路的輸出電壓與電容量的變化有關(guān)，即與振動(dòng)平臺(tái)的位移有關(guān)。所需單元及部件：電容傳感器、電壓放大器、低通濾波器、Ｆ／V表、激振器、示波器。有關(guān)旋鈕的初始位置：放大器幅度旋鈕置于中間，直流穩(wěn)壓電源置于２Ｖ檔，實(shí)驗(yàn)步驟：按圖2.1接線。圖2.1F／V表打到2V，調(diào)節(jié)高竿測(cè)微頭下端緊貼震動(dòng)平臺(tái)，旋轉(zhuǎn)測(cè)微頭使輸出值為零。正向轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微頭,每次0.5mm（旋轉(zhuǎn)1周），記下此時(shí)測(cè)微頭的讀數(shù)及電壓表的正向讀數(shù)，直至電容動(dòng)片與靜片復(fù)蓋面積最大（既輸出電壓正向最大值）為止。X(mm)正向位移V(mv)正向輸出退回測(cè)微頭至初始位置。并開始以相反方向旋動(dòng)。同上法，記下反向X(mm)及V(mv)值。X(mm)反向位移V(mv)反向輸出計(jì)算系統(tǒng)靈敏度Ｓ。Ｓ＝ΔＶ／ΔＸ（式中ΔＶ為電壓變化，ΔＸ為相應(yīng)的梁端位移變化），并在標(biāo)下面作出Ｖ－Ｘ關(guān)系曲線。2.2差動(dòng)變面積式電容傳感器的動(dòng)態(tài)特性實(shí)驗(yàn)在上述實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，手動(dòng)分離震動(dòng)平臺(tái)與高竿測(cè)微頭，斷開電壓表，關(guān)閉主電源。檢查電容傳感器動(dòng)片與靜片無碰片后，接通低頻激振器（頻率設(shè)置1-15Hz），幅度旋鈕置中，激振器VO接面板上1組激振線圈的上端，該組的激振線圈下端接地，使震動(dòng)平臺(tái)上的差動(dòng)變面積式電容傳感器的動(dòng)片組產(chǎn)生大幅度的震動(dòng)。打開主副電源，開啟示波器，記下低通濾波器的輸入（高頻200KHz+低頻（〈50Hz混頻）及輸出（低頻<50Hz）波形和頻率。繪出示波器上的差動(dòng)變面積式電容傳感器動(dòng)態(tài)圖形（輸入/輸出）。實(shí)驗(yàn)3熱電偶、熱敏電阻、熱釋電傳感器實(shí)驗(yàn)3.1熱電偶傳感器原理驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私鉄犭娕嫉脑砑艾F(xiàn)象實(shí)驗(yàn)原理：熱電偶的基本工作原理是熱電效應(yīng)，兩種不同的導(dǎo)體互相焊接成閉合回路時(shí)，當(dāng)兩個(gè)接點(diǎn)溫度不同時(shí)，回路中就會(huì)產(chǎn)生電流，這一現(xiàn)象稱作熱電效應(yīng)，產(chǎn)生電流的電動(dòng)勢(shì)叫做熱電勢(shì)。通常把兩種不同導(dǎo)體的這種組合稱為熱電偶。即熱端冷端的溫度不同時(shí)，通過測(cè)量此電動(dòng)勢(shì)即可知道兩端的溫差。如固定某一端溫度（一般固定冷端為室溫或零攝氏度），則另一端的溫度就可知，從而實(shí)現(xiàn)溫度的測(cè)量。本儀器中的熱電偶類型為銅康銅熱電偶。所需單元及附件：－15V不可調(diào)直流穩(wěn)壓電源、差動(dòng)放大器、F／V表、加熱器、熱電偶、水銀溫度計(jì)（自備）、主副電源旋鈕初始位置：F／V表切換開關(guān)置2V檔，差動(dòng)放大器增益最大。實(shí)驗(yàn)步驟：了解熱電偶原理：具體熱電偶原理可參考教課書。了解熱電偶在實(shí)驗(yàn)儀上的位置及符號(hào)，實(shí)驗(yàn)儀所配的熱電偶是由銅康銅組成的簡(jiǎn)易熱電偶，分度號(hào)為T。實(shí)驗(yàn)儀有二個(gè)熱電偶，它封裝在雙平行梁的上片梁的上表面（在梁表面中間二根細(xì)金屬絲焊成的一點(diǎn)，就是熱電偶）和下片梁的下表面，二個(gè)熱電偶串聯(lián)在一起產(chǎn)生熱電勢(shì)為二者的總和。按圖3.1接線、開啟主、副電源，調(diào)節(jié)差動(dòng)放大器調(diào)零旋鈕，使F／V表顯示零值，記錄下自備溫度計(jì)的室溫。圖3.1（4）將－15V直流電源接入加熱器的一端，加熱器的另一端接地，觀察F／V表顯示值的變化，待顯示值穩(wěn)定不變時(shí)記錄下F／V表顯示的讀數(shù)E。（5）用自備的溫度計(jì)測(cè)出上梁表面熱電偶處的溫度t并記錄下來。（注意：溫度計(jì)的測(cè)溫探頭不要觸到應(yīng)變片，只要觸及熱電偶處附近的梁體即可）。（6）根據(jù)熱電偶的熱電勢(shì)與溫度之間的關(guān)系式：Eab(t,to)=Eab(t,tn)+Eab(tn,to)其中：t熱電偶的熱端（工作端或稱測(cè)溫端）溫度。tn熱電偶的冷端（自由端即熱電勢(shì)輸出端）溫度也就是室溫。to0℃(tn=t熱端溫度為t,冷端溫度為室溫時(shí)熱電勢(shì)。Eab(t,tn)=(Ｆ/Ｖ顯示數(shù)值E)/100*2(100為差動(dòng)放大器的放大倍數(shù)，2為二個(gè)熱電偶串聯(lián))。熱端溫度為室溫，冷端溫度為0℃，銅－康銅的熱電勢(shì)：Eab(tn,to):查以下所附的熱電偶自由端為0℃時(shí)的熱電勢(shì)和溫度的關(guān)系即銅－康銅熱電偶分度表，得到室溫（溫度計(jì)測(cè)得）時(shí)熱電勢(shì)。計(jì)算：熱端溫度為t，冷端溫度為0℃時(shí)的熱電勢(shì)，Eab(t,to),根據(jù)計(jì)算結(jié)果，查分度表得到溫度t。銅康銅熱電偶分度（自由端溫度0℃）(7)熱電偶測(cè)得溫度值與自備溫度計(jì)測(cè)得溫度值相比較。（注意：本實(shí)驗(yàn)儀所配的熱電偶為簡(jiǎn)易熱電偶、并非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶，只要了解熱電勢(shì)現(xiàn)象即可）。(8）實(shí)驗(yàn)完畢關(guān)閉主、副電源，尤其是加熱器－15V電源（自備溫度計(jì)測(cè)出溫度后馬上拆去－15V電源連接線）其它旋鈕置原始位置。思考題：為什么差動(dòng)放大器接入熱電偶后需再調(diào)差放零點(diǎn)？即使采用標(biāo)準(zhǔn)熱電偶按本實(shí)驗(yàn)方法測(cè)量溫度也了會(huì)有很大誤差，為什么？3．2熱敏電阻傳感器特性驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)熱敏電阻特性：熱敏電阻的溫度系數(shù)有正有負(fù)，因此分成兩類：PTC熱敏電阻(正溫度系數(shù))與NTC熱敏電阻(負(fù)溫度系數(shù))。一般NTC熱敏電阻測(cè)量范圍較寬，主要用于溫度測(cè)量；而PTC突變型熱敏電阻的溫度范圍較窄，一般用于恒溫加熱控制或溫度開關(guān)，也用于彩電中作自動(dòng)消磁元件。有些功率PTC也作為發(fā)熱元件用。PTC緩變型熱敏電阻可用作溫度補(bǔ)償或溫度測(cè)量。一般的NTC熱敏電阻測(cè)溫范圍為：-50℃～+300℃實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私釴TC熱敏電阻現(xiàn)象。所需單元及部件：加熱器、熱敏電阻、可調(diào)直流穩(wěn)壓電源、－15V穩(wěn)壓電源、F／V表、主副電源。實(shí)驗(yàn)步驟：(1)了解熱敏電阻在實(shí)驗(yàn)儀的所在位置及符號(hào)，它是由一個(gè)綠色套管包裝的元件，封裝在雙平行振動(dòng)梁上片梁的表面。(2)將F／V表切換開關(guān)置2V檔，直流穩(wěn)壓電源切換開關(guān)置±2V檔，按圖3.2接線，開啟主．副電源，調(diào)整W1電位器，使F／V表指示為100mV左右。這時(shí)為室溫時(shí)的Vi。將-15V電源接入加熱器，觀察電壓表的讀數(shù)變化，電壓表的輸入電壓為：(4)由此可見，當(dāng)溫度時(shí)，RT阻值，Vi。圖3.2思考題：如果你手上有這樣一個(gè)熱敏電阻，想把它作為一個(gè)0～50℃的溫度測(cè)量電路，你認(rèn)為該怎樣來實(shí)現(xiàn)。3．3熱釋電傳感器特性驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私鉄後岆妭鞲衅鞯慕Y(jié)構(gòu)、性能及工作原理。實(shí)驗(yàn)原理：熱釋電傳感器是利用熱電效應(yīng)的熱電型紅外傳感器。所謂電效應(yīng)就是隨溫度變化產(chǎn)生電荷的現(xiàn)象熱釋電傳感器在溫度沒有變化時(shí)不產(chǎn)生信號(hào)，稱為積分型傳感器，多用于人體紅外輻射溫度檢測(cè)。熱釋電傳感器的輸出是電荷，這并不能直接使用，要加入電阻，形成電流，用電壓形式輸出。由于電荷輸出的能量非常小，加入的電阻取值要非常大，常在1-100GΩ，由于阻抗很大，要用場(chǎng)效應(yīng)晶體管進(jìn)行阻抗變換。本機(jī)熱釋電傳感器內(nèi)部已經(jīng)安裝了阻抗變換裝置。所需單元及部件：熱釋電傳感器、差動(dòng)放大器、直流穩(wěn)壓電源、數(shù)字電壓表、示波器。實(shí)驗(yàn)步驟：按圖3.3接線，觀察傳感器的圓形感應(yīng)端面，中間黑色小方孔是濾色片，內(nèi)裝有敏感元件以及阻抗變換電路。圖3.3將直流穩(wěn)壓電源置4V檔，+4V輸出電壓接入儀器頂部光電類傳感器盒+4V端口，差動(dòng)放大器增益旋鈕置中。開啟主、副電源，注意周圍人體盡量不要晃動(dòng)，調(diào)整差動(dòng)放大器零位，使輸出指示最小，并調(diào)整好示波器。（4）觀察現(xiàn)象1：用手掌在距離熱釋電傳感器10cm處晃動(dòng)，注意觀察F/V表以及示波器的波形變化。停止晃動(dòng)，重新觀察F/V表以及示波器的波形變化。(5)觀察現(xiàn)象2：用手掌接近熱釋電傳感器晃動(dòng)，注意觀察F/V表以及示波器的波形變化。（6）通過上述（4）（5）實(shí)驗(yàn)，我們可得出以下波形（圖3.3A）。(7)通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：熱釋電傳感器的以下三個(gè)工作特征：只檢測(cè)溫度的變化2．當(dāng)溫度不變化時(shí)無輸出3．溫度越高，變化（輸出）越大。圖3.3A注意事項(xiàng)：因?yàn)闊後岆妭鞲衅黛`敏度較高，對(duì)周圍較遠(yuǎn)的紅外輻射也能接受，數(shù)字電表有些跳動(dòng)是正常的現(xiàn)象。所以實(shí)驗(yàn)時(shí)最好不要有人走動(dòng)。思考題：為什么香港海關(guān)在入境時(shí)，使用的預(yù)防SAS電子測(cè)溫儀器測(cè)量人體溫度時(shí)，被測(cè)人必須站在規(guī)定的腳印上？實(shí)驗(yàn)4光纖、光敏電阻、光電池傳感器實(shí)驗(yàn)4．1光纖位移傳感器靜態(tài)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私夤饫w位移傳感器的原理結(jié)構(gòu)、性能。實(shí)驗(yàn)原理：反射式光纖位移傳感器的工作原理如圖4.1所示，光纖采用Y型結(jié)構(gòu)，兩束多膜光纖一端合并組成光纖探頭，另一端分為兩束，分別作為光源光纖和接收光纖，光纖只起傳輸信號(hào)的作用。當(dāng)光發(fā)射器發(fā)出的紅外光，經(jīng)過光源光纖照射到反射面，被反射的光經(jīng)過接收光纖傳輸?shù)焦怆娹D(zhuǎn)換器，光電轉(zhuǎn)換器將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。其輸出的光強(qiáng)決定于反射體距光纖探頭的距離，通過對(duì)光強(qiáng)的檢測(cè)而得到的位移量如圖4.1A所示。圖4.1圖4.1A所需單元及部件：主副電源、差動(dòng)放大器、F/V表、光纖傳感器、振動(dòng)臺(tái)。實(shí)驗(yàn)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，探頭固定在Z型安裝架上，外表為螺絲的端面為半圓分布的光纖探頭。(2)了解振動(dòng)臺(tái)在實(shí)驗(yàn)儀上的位置（實(shí)驗(yàn)儀臺(tái)面上右邊的圓盤，在振動(dòng)臺(tái)上貼有反射紙作為光的反射面）。(3)如圖4.1B接線：因光/電轉(zhuǎn)換器內(nèi)部已按裝好，所以可將電信號(hào)直接經(jīng)差動(dòng)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。圖4.1B(4)旋轉(zhuǎn)測(cè)微頭，使光纖探頭與振動(dòng)臺(tái)面接觸，直到測(cè)微頭向下旋轉(zhuǎn)時(shí)有阻力為止，調(diào)節(jié)差動(dòng)放大器增益最大，調(diào)節(jié)差動(dòng)放大器零位（調(diào)零）旋鈕使電壓表讀數(shù)盡量為零，旋轉(zhuǎn)測(cè)微頭使貼有反射紙的被測(cè)體慢慢離開探頭，觀察電壓讀數(shù)由小—大—小的變化。（5）旋轉(zhuǎn)測(cè)微頭使F/V電壓表指示重新回零（測(cè)微頭緊貼平臺(tái)反射片且向下旋轉(zhuǎn)）；旋轉(zhuǎn)測(cè)微頭，每隔0.05mm（５個(gè)水平最小刻度）讀出電壓表的讀數(shù)，并將其填入下表：注意：如果遇到數(shù)據(jù)較多，可以選擇變化趨勢(shì)較大的拐點(diǎn)數(shù)據(jù)填寫入表格。ΔX（mm）0.050.100.150.20………10.00指示（V）(6)關(guān)閉主、副電源，把所有旋鈕復(fù)原到初始位置。(7)在下面以及實(shí)驗(yàn)報(bào)告作出V-ΔX曲線，計(jì)算靈敏度S=ΔV／ΔX及線性范圍。4．2光纖位移傳感器的動(dòng)態(tài)測(cè)量一實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私夤饫w位移傳感器的動(dòng)態(tài)應(yīng)用。所需單元及部件：主、副電源、差動(dòng)放大器、光纖位移傳感器、低通濾波器、振動(dòng)臺(tái)、低頻振蕩器、激振線圈、示波器。實(shí)驗(yàn)步驟：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)。在上實(shí)驗(yàn)中的電路中接入低通濾波器和示波器，如圖4.2接線。圖4.2（3）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，選擇線性中點(diǎn)的位置為工作點(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)距離即為線性區(qū)ΔX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（幅度旋鈕不動(dòng)），調(diào)節(jié)頻率旋鈕，改變低頻振蕩器的頻率，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)低通濾波后的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。4．3光纖位移傳感器的動(dòng)態(tài)測(cè)量二實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私夤饫w位移傳感器的測(cè)速應(yīng)用。所需單元及部件：電機(jī)控制、差動(dòng)放大器、小電機(jī)、F/V表、光纖位移傳感器、直流穩(wěn)壓電源、主、副電源、示波器。實(shí)驗(yàn)步驟：(1)了解電機(jī)控制，小電機(jī)（小電機(jī)端面上貼有兩張反射紙）在實(shí)驗(yàn)儀上所在的位置，小電機(jī)在振動(dòng)臺(tái)的左邊。(2)按圖4.3接線，將差動(dòng)放大器的增益置最大，F(xiàn)/V表的切換開關(guān)置2V，開啟主、副電源。圖4.3(3)將光纖探頭移至電機(jī)上方對(duì)準(zhǔn)電機(jī)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(dòng)電機(jī)，讓反光面避開光纖探頭。調(diào)節(jié)差動(dòng)放大器的調(diào)零，使F/V表顯示接近零。(4)將直流穩(wěn)壓電源置±10V檔，在電機(jī)控制單元的V+處接入+10V電壓，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速旋鈕使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。(5)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(hào)。(Vp-p=4V)；(6)根據(jù)脈沖信號(hào)的頻率及電機(jī)上反光片的數(shù)目換算出此時(shí)的電機(jī)轉(zhuǎn)速。(7)實(shí)驗(yàn)完畢關(guān)閉主、副電源，拆除接線，把所有旋鈕復(fù)原。注：如示波器上觀察不到脈沖波形而實(shí)驗(yàn)4.1又正常，請(qǐng)調(diào)整探頭與電機(jī)間的距離，同時(shí)檢查一下示波器的輸入衰減開關(guān)位置是否合適（建議使用不帶衰減的探頭）。4．4光敏電阻傳感器工作原理驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私夤饷綦娮鑲鞲衅鞯慕Y(jié)構(gòu)、性能及工作原理。實(shí)驗(yàn)原理：入射光子使物質(zhì)的導(dǎo)電率發(fā)生變化的現(xiàn)象，稱為光電導(dǎo)效應(yīng)。硫化鎘（Cds）光敏電阻就是利用光電導(dǎo)效應(yīng)的光電探測(cè)器的典型元件。根據(jù)制造方法，其光敏面大至可分為單結(jié)晶型、燒結(jié)型、真空鍍膜型。其結(jié)構(gòu)如圖4.4A所示，就是將硫化鎘（Cds）粉末燒結(jié)在陶瓷基片上，并在基片上制作成蛇型電極。通過這種制造方法，可以增加電極和光敏面的結(jié)合部分的長(zhǎng)度，從而可以得到大電流。另外，其封裝也有種種方法，可以根據(jù)其可靠性和價(jià)格進(jìn)行分類。所需單元及部件：光敏電阻、直流穩(wěn)壓電源、電橋平衡網(wǎng)絡(luò)中的W1電位器、F/V表。實(shí)驗(yàn)步驟：按圖4.4B接線將直流穩(wěn)壓電源±4V接入儀器頂部光敏類傳感器盒±4V端口。圖4.4A圖4.4B將光強(qiáng)調(diào)節(jié)旋鈕置最小位置，F(xiàn)/V表打到2V檔，調(diào)節(jié)W1電位器使F/V表顯示最小值。（4）慢慢調(diào)節(jié)光強(qiáng)旋鈕，使發(fā)光二極管的亮度從暗到亮逐漸增加，注意觀察此時(shí)的F/V表的數(shù)值變化。(5)將電位器旋鈕轉(zhuǎn)動(dòng)范圍10等分，每旋轉(zhuǎn)一個(gè)等份的度角，記錄一個(gè)輸出電壓數(shù)據(jù)于下表中。光強(qiáng)12345678910輸出(6)根據(jù)以上表格數(shù)據(jù),在下面空白區(qū)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告中作出實(shí)驗(yàn)曲線。注意事項(xiàng)：(1)因?yàn)橥饨绻饩€對(duì)光敏元件會(huì)產(chǎn)生影響,實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)盡量避免外界光線干擾.。(2)如果實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不穩(wěn),應(yīng)檢查周圍是否有人走動(dòng)或物體移動(dòng)產(chǎn)生的影響所造成。4．5硅光電池傳感器特性驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私夤韫怆姵貍鞲衅鞯慕Y(jié)構(gòu)、性能及工作原理。實(shí)驗(yàn)原理：在光照作用下,由于元件內(nèi)部產(chǎn)生的勢(shì)壘作用，在結(jié)合部使光激發(fā)的電子空穴分離，由于電子與空穴分別向相反的方向移動(dòng)，而產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象，稱為光伏效應(yīng)。硅光電池就是利用這一效應(yīng)制成的光電探測(cè)器件。所需單元及部件：硅光電池、直流穩(wěn)壓電源、數(shù)字電壓表。實(shí)驗(yàn)步驟：按圖4.5接線將電壓標(biāo)置2V檔，直流穩(wěn)壓電源+4V輸出接入儀器頂部光敏類傳感器盒+4V端口。將光強(qiáng)調(diào)節(jié)旋鈕置最小位置，記錄下此時(shí)F/V表的讀數(shù)。這是外界自然光對(duì)硅光電池的影響。圖4.5（4）慢慢調(diào)節(jié)光強(qiáng)旋鈕，使發(fā)光二極管亮度從暗到亮逐漸增加，注意觀察此時(shí)F/V數(shù)字電壓表的數(shù)值變化。（如果此時(shí)F/V電壓表無變化，可用數(shù)字萬用表測(cè)量電池兩端在自然光下是否有2V以上的輸出電壓，沒有的話則光電池可能損壞）(5)將電位器旋鈕轉(zhuǎn)動(dòng)范圍10等分，每旋轉(zhuǎn)一個(gè)等份的度角，記錄一個(gè)輸出電壓數(shù)據(jù)于下表中。光強(qiáng)12345678910輸出(6)根據(jù)以上表格數(shù)據(jù),在下面空白區(qū)作出實(shí)驗(yàn)曲線。實(shí)驗(yàn)5太陽能電池板應(yīng)用的綜合性實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私庖豢钐柲艹潆姰a(chǎn)品的硅光電池以及外圍電路元器件的工作原理；實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品原理：太陽能充電器，它使用太陽能電池板，經(jīng)電路進(jìn)行直流電壓變換后給負(fù)載電池充電，并能在電池充電完成后自動(dòng)停止充電。所需單元及部件：太陽能充電產(chǎn)品、數(shù)字電壓表。預(yù)習(xí)與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：根據(jù)實(shí)驗(yàn)4光電池的特性結(jié)合以下電路圖的DC-DC變換器基本原理，試用學(xué)過的所有電子工程學(xué)知識(shí)，分析測(cè)量并繪制出實(shí)驗(yàn)室提供的太陽能充電產(chǎn)品的電路框圖，現(xiàn)場(chǎng)填寫以下問答題空格，并將電路框圖與填空題內(nèi)容寫入實(shí)驗(yàn)報(bào)告中。圖5.11.太陽能電池板轉(zhuǎn)換效率高達(dá)15%以上,由高轉(zhuǎn)換效率單晶硅和多晶硅片，其型號(hào)為：（）

2.太陽能電池板最大輸出電壓為:（）V,輸出大于3.7V時(shí)距離光源的距離為（）m

3.太陽能電池產(chǎn)品內(nèi)置高容量可充電電池輸出電壓為:（）V

4.太陽能電池產(chǎn)品總輸出電壓為:（）V

5.太陽能電池產(chǎn)品電路中數(shù)字模擬IC芯片型號(hào)為：（）

6.太陽能電池產(chǎn)品電路中數(shù)字模擬IC芯片在電路中起的作用為：_________________________。

7.集成升壓IC，封裝為SOT-89，固定電壓輸出5.5V，電源利用效率為80%，啟動(dòng)電壓:0.9V，適合于給3.6V，1500MAH以上的鋰電池充電，廣泛在太陽能電池升壓產(chǎn)品設(shè)計(jì)中使用，在本次實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品電路中，該升壓IC的型號(hào)為：（）8.肖特基（Schottky）二極管是一種快恢復(fù)二極管,它屬一種低功耗、超高速半導(dǎo)體器件。其顯著的特點(diǎn)為反向恢復(fù)時(shí)間極短（可以小到幾納秒），正向?qū)▔航祪H0.4V左右。肖特基（Schottky）二極