傳感器實(shí)驗(yàn)報告一

傳感器實(shí)驗(yàn)報告——光控測速、霍爾測速學(xué)院：電子工程學(xué)院班級：學(xué)號：姓名：

目錄實(shí)驗(yàn)一、光控測速實(shí)驗(yàn) 3一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?3二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備 3三、實(shí)驗(yàn)原理 3四、實(shí)驗(yàn)步驟： 4五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)報告： 5實(shí)驗(yàn)二、霍爾測速實(shí)驗(yàn) 5一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?5二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及器件： 5三、實(shí)驗(yàn)原理： 6四、實(shí)驗(yàn)步驟： 6六、實(shí)驗(yàn)總結(jié)心得： 7

實(shí)驗(yàn)一、光控測速實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康臏y量光電轉(zhuǎn)換器件的特性。掌握NE555時基電路和NE5532雙低噪聲運(yùn)算放大器的應(yīng)用。利用光電轉(zhuǎn)換器件進(jìn)行自動測量。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備晶體管直流穩(wěn)壓電源、萬用表、示波器、頻率計數(shù)器。三、實(shí)驗(yàn)原理利用某些材料的光電和電光效應(yīng)可以做成光電轉(zhuǎn)換器件，半導(dǎo)體發(fā)光管和光電二極管就是利用半導(dǎo)體材料的電光效應(yīng)制成的，發(fā)光管輸出的光強(qiáng)正比于它的正向工作電流，而光電二極管產(chǎn)生的光生電流（即二極管反向電流）正比于接收光強(qiáng)度。圖(一)是測量半導(dǎo)體發(fā)光管L1的光發(fā)射與光電二極管P1接收特性的原理電路。光電發(fā)射—接收測試工作原理如下：當(dāng)調(diào)整RA電位器時，三極管N1工作電流Ic發(fā)生變化，Ic通過發(fā)光管L1使之發(fā)光，發(fā)光功率P是Ic的函數(shù)表示為P=Kg*Ic，Ic可以由R4上電壓求得。Kg是電光發(fā)射系數(shù)。L1發(fā)的光，可以通過光電接收管P1檢測；根據(jù)光電檢測原理，P1的電流正比于接收光功率。當(dāng)光照P1時產(chǎn)生光電流Ip，此電流在R5上產(chǎn)生電壓；通過測R5上的電壓測量所接收的光功率。接收光功率與光電流Ip的關(guān)系為：Ip=Kp*P，Kp是光電轉(zhuǎn)換系數(shù)。注意：發(fā)光管是正向接入電路，接收管是反向接入電路。光電轉(zhuǎn)換器件的一種應(yīng)用就是測量旋轉(zhuǎn)飛輪的轉(zhuǎn)速。當(dāng)將旋轉(zhuǎn)的飛輪置于電光發(fā)射和光電接收測量裝置中間時，利用飛輪旋轉(zhuǎn)時不斷擋住紅外線，從而使紅外接收管形成一系列脈沖（圖一所示），根據(jù)飛輪旋轉(zhuǎn)一次的擋光次數(shù)，將脈沖進(jìn)行分頻，將分頻后的脈沖送至頻率計數(shù)器，顯示出脈沖的頻率數(shù)，即是測出飛輪的轉(zhuǎn)速。本實(shí)驗(yàn)是利用光電發(fā)射/接收系統(tǒng)傳輸不同頻率的電脈沖，圖(二)是發(fā)射電路的原理圖，它是由NE555同R、R1、R2、C1、C2一起構(gòu)成多諧振蕩器。NE555產(chǎn)生的方波經(jīng)過N1(3DG12)管的推動，使L1(2DU)發(fā)光管發(fā)射紅外線，發(fā)射出來的是脈沖式的紅外光。調(diào)整R電位器可改變脈沖的頻率。圖(三)是接收電路和放大電路的原理圖，P1(2DU)管為紅外接收管，它能接收發(fā)自L1（2DU）發(fā)射的脈沖式紅外光。接收電路在沒有接收到紅外光時，電流較小，N2工作在截止區(qū)，在接收到光信號時，P1產(chǎn)生反向電流，使R5電壓升高，N2工作在放大區(qū)到飽和區(qū)，R5支路的電流、電壓參數(shù)的變化，形成一系列脈沖方波，經(jīng)NE5532的兩級放大再送到頻率計數(shù)器，即可讀出脈沖方波頻率。四、實(shí)驗(yàn)步驟：光電發(fā)射－接收管特性的測試：(１)按圖(一)插接電路，這時Ａ點(diǎn)電位通過分壓在此為0到+5V間連續(xù)變化。通過調(diào)節(jié)此電壓，使V3點(diǎn)電位發(fā)生變化，使得L1發(fā)射管發(fā)光強(qiáng)度發(fā)生變化，也使P1接收管的支路電流發(fā)生變化。這可以通過觀測R5電阻上的壓降即VR點(diǎn)的電位顯示出來。(２)調(diào)節(jié)A點(diǎn)電壓使L1不發(fā)光，用萬用表測此時VR上的電位。逐步增大A點(diǎn)電位，當(dāng)使L1發(fā)光時，測量V3、VR的電位。(３)逐步增大A點(diǎn)電位，測量幾組相應(yīng)的V3、VR上的電位。光控測速(1)圖(二)插接電路，確認(rèn)電路連接正確，接通電源。用示波器測量NE555的3腳波形及方波頻率，多諧振蕩器工作正常，再測N1管的集電極C腳波形，將信號輸出作為頻率計數(shù)器的信號輸入，記錄測得的頻率。(2)圖(二)電路振蕩頻率的理論值可由下面公式求出：f＝1/0.7(R1+R+2R2)C2＝123.9-932Hz因?yàn)檫@里的R是個滑動變阻器，所以f最后計算出來的值是個范圍值。(3)按圖(三)連接電路，確認(rèn)電路連接正確，接通電源；用示波器監(jiān)測接收端三極管N2輸出，即NE5532的3腳輸入波形，經(jīng)兩級放大即5腳和7腳的波形、頻率，將NE5532的7腳信號輸出作為頻率計數(shù)器的信號輸入，記錄測得的頻率并與發(fā)射端記錄進(jìn)行比較。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)報告：1、光電發(fā)射接收管特性測試：單位：項(xiàng)目L1不發(fā)光時/v12345VA0.430.640.680.740.791.07V34.974.924.854.644.392.81VR0.080.130.160.180.230.69VOUT4.964.914.844.634.392.762、光控測速頻率計顯示頻率：F＝615.46Hz3、試分析影響接收端靈敏度的原因，并提出改進(jìn)意見（畫出電路圖）實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，接收端靈敏度的原因主要是接收端的電路放大效果不太明顯，所以可以考慮在接收端加上一個放大電路，這樣就可以起到提高靈敏度的效果。同時，在加上放大電路的同時，還要注意加上放大電路后是不是會對信號產(chǎn)生失真的情況。4、畫出發(fā)射端、接收端及兩級放大的波形圖。實(shí)驗(yàn)二、霍爾測速實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私饣舳鷤鞲衅鱊3120U的特性，學(xué)習(xí)霍耳傳感器的應(yīng)用，NE555時基集成電路應(yīng)用。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及器件：顯示器、穩(wěn)壓電源、頻率計數(shù)器；霍耳傳感器、萬用表、小磁鐵、小電機(jī)等。三、實(shí)驗(yàn)原理：霍耳元件是一種磁電轉(zhuǎn)換元件，用于檢測磁場并將磁信號轉(zhuǎn)換成電壓。把霍耳元件置于外磁場中，沿垂直于磁力線方向通過電流時，其中的載流子受洛侖茲力作用，被推向一側(cè)，積累以后形成電場，這個電場阻止載流子的偏移，當(dāng)達(dá)到動態(tài)平衡后，電場中電位差即形成霍耳電壓。當(dāng)電流一定時，測量霍耳電壓即可得知磁場的場強(qiáng)大小。本實(shí)驗(yàn)采用的N3120U霍耳器件是一種集成的開關(guān)元件。它的輸出可直接與多種電子元件相連。它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和主要性能如上圖，其中：圖(一)顯示了N3120U的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外接電路的種類。圖(二)顯示了對于N3120U器件來說磁場為負(fù)的情況。圖(三)、圖(四)、圖(五)表示了對于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小的不同區(qū)域輸出電壓翻轉(zhuǎn)的情況。圖（六）給出了實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖和磁鐵與傳感器的相對位置圖，當(dāng)磁鐵轉(zhuǎn)動時，N3120U輸出波形為一系列方波，這時就可送計數(shù)器進(jìn)行計數(shù)。實(shí)驗(yàn)原理框圖所示：四、實(shí)驗(yàn)步驟：1、測試傳感器特性：(1)按圖(一)連接電路，輸出接示波器。(2)如圖(七)所示，測試圖(五)區(qū)域的器件特性。用示波器觀察N3120U的輸出情況。將小磁鐵由遠(yuǎn)及近移向N3120U，當(dāng)輸出電壓發(fā)生跳變時，記錄小磁體靠近霍耳探頭的一端(現(xiàn)在是N極）與霍耳探頭N3120U的距離，然后由此點(diǎn)由近及遠(yuǎn)移動小磁鐵，觀察N3120U的輸出，當(dāng)示波器上輸出電壓出現(xiàn)反向跳變時，再記錄小磁體與N3120U的距離。（3）用小磁體的S極指向N3120U，重復(fù)(2)的步驟，測試圖(三)所示的器件特性。（4）將磁體的S極對準(zhǔn)N3120U，如圖(六)轉(zhuǎn)動小磁體，觀察示波器上的輸出電壓，測試如圖（四）所示的特性。當(dāng)連續(xù)轉(zhuǎn)變小磁體時，輸出電壓將連續(xù)發(fā)生跳變，記錄下4次輸出電壓發(fā)生跳變時每次小磁體的轉(zhuǎn)變角度。2、用霍耳器件測量轉(zhuǎn)速：（1）按圖一連接電路,并將N3120U的輸出連接到頻率計數(shù)器的數(shù)字信號輸入端。（2）將連接小磁體的小電機(jī)通電，使之帶動小磁體旋轉(zhuǎn)，將這一裝置如圖(六)靠近N3120U，計錄頻率計數(shù)器顯示測出的旋轉(zhuǎn)頻率。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果：1、記錄小磁體與傳感器之間的距離（輸出電壓發(fā)生跳變的時候）；測試傳感器特性極性由遠(yuǎn)及近由近及遠(yuǎn)N1.03cm0.85cmS1.20cm0.73cm測出的旋轉(zhuǎn)頻率：圖中可以看到頻率f=35.964Hz六、實(shí)驗(yàn)總結(jié)心得：本次實(shí)驗(yàn)主要的時間是花在搭建電路上，實(shí)驗(yàn)電路原理比較簡單。但是實(shí)驗(yàn)的過程告訴我，實(shí)驗(yàn)