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东 北 大 学 传感器技术与应用实验报告 指导老师：王旗班级：材料物理0901学号：20090883姓名：周裴同作者：周小东电容式传感器的位移特性一、 实验目的：了解电容式传感器结构及其特点。二、 基本原理：利用平板电容CAd和其它结构的关系式通过相应的结构和测量电路可以选择、A、d中三个参数中，保持二个参数不变，而只改变其中一个参数，则可以有测谷物干燥度（变）测微小位移（变d）和测量液位（变A）等多种电容传感器。三、 需用器件与单元：电容传感器、电容传感器实验模板、测微头、相敏检波、滤波模板、数显单元、直流稳压源。四、 实验步骤：1、 按图11安装示意图将电容传感器装于电容传感器实验模板上，判别CX1和CX2时，注意动极板接地，接法正确则动极板左右移动时，有正、负输出。不然得调换接头。一般接线：二个静片分别是1号和2号引线，动极板为3号引线。2、 将电容传感器电容C1和C2的静片接线分别插入电容传感器实验模板Cx1、Cx2插孔上，动极板连接地插孔（见图13）。图13电容传感器位移实验接线图3、 将电容传感器实验模板的输出端Vo1与数显表单元Vi相接（插入主控箱Vi孔），Rw调节到中间位置。4、 接入15V电源，旋动测微头推进电容器传感器动极板位置，每间隔0.2mm记下位移X与输出电压值，填入表12。表12 电容传感器位移与输出电压值X(mm) V(mv)5、 根据表12数据计算电容传感器的系统灵敏度S和非线性误差f。电容式传感器位移特性曲线数据记录X/mm00.20.40.60.811.21.4V/mv1.611.61.581.571.551.521.511.471.61.822.22.42.62.831.451.411.381.351.311.271.241.23.23.43.63.844.24.44.61.161.121.081.0410.960.920.884.855.25.45.65.866.20.830.790.750.70.650.60.550.56.46.66.877.27.47.67.80.450.40.360.320.270.220.170.1288.28.48.68.899.29.40.070.02-0.02-0.07-0.12-0.22-0.27-0.329.69.81010.210.410.610.811-0.38-0.43-0.48-0.54-0.59-0.64-0.7-0.7511.211.411.611.81212.2-0.81-0.86-0.92-0.98-1.03-1.09图像数据处理灵敏度K=y/x=0.23非线性误差f=Lmax/yfs100%=0.1/2.7100%=4%五 思考题：试设计利用的变化测谷物湿度的传感器原理及结构？能否叙述一下在设计中应考虑哪些因素？答：传感器原理：当此传感器放在谷物里面时，根据谷物的呼吸作用，用传感器检测呼吸作用的水分程度，从而判断出谷物的湿度。 考虑因素：感应器是否于谷物接触的充分、谷物分布的是否均匀等。电涡流传感器的位移特性一、 实验目的：了解电涡流传感器测量位移的工作原理和特性。二、 基本原理：通过高频电流的线圈产生磁场，当有导电体接近时，因导电体涡流效应产生涡流损耗，而涡流损耗与导电体离线圈的距离有关，因此可以进行位移测量。三、 需用器件与单元：电涡流传感器实验模板、电涡流传感器、直流电源、数显单元、测微头、铁圆片。四、 实验步骤：1、 根据图1-4安装电涡流传感器。图1-4 电涡流传感器安装示意图图1-5电涡流传感器位移实验接线图2、 观察传感器结构，这是一个平绕线圈。3、 将电涡流传感器输出线接入实验模板上标有L的两端插孔中，作为振荡器的一个元件。4、 在测微头端部装上铁质金属圆片，作为电涡流传感器的被测体。5、 将实验模板输出端Vo与数显单元输入端Vi相接。数显表量程切换开关选择电压20V档。6、 用连结导线从主控台接入15V直流电源接到模板上标有15V的插孔中。7、 使测微头与传感器线圈端部接触，开启主控箱电源开关，记下数显表读数，然后每隔0.2mm读一个数，直到输出几乎不变为止。将结果列入表1-3。表1-3电涡流传感器位移X与输出电压数据X（mm）V(v)8、 根据表1-3数据，画出VX曲线，根据曲线找出线性区域及进行正、负位移测量时的最佳工作点，试计算量程为1mm、3 mm及5mm时的灵敏度和线性度（可以用端基法或其它拟合直线）数据记录铝盘X(mm）00.20.40.60.811.21.4V(v)2.072.713.273.774.244.624.975.281.61.822.22.42.62.835.535.775.976.146.36.446.576.673.23.43.63.844.24.44.66.776.816.9377.067.117.167.24.855.25.45.65.866.27.247.287.317.337.357.387.47.426.46.66.877.27.47.67.87.447.457.477.487.497.57.517.5288.28.48.68.899.29.47.537.547.557.567.577.587.597.599.67.59铁盘X（mm）00.20.40.60.811.21.4V（v)-0.06-0.08-0.050.120.50.821.141.471.61.822.22.42.62.831.792.112.432.743.053.333.623.883.23.43.63.844.24.44.64.144.394.624.825.025.25.385.534.855.25.45.65.866.25.685.825.936.066.176.276.376.456.46.66.877.27.47.67.86.546.616.686.746.86.856.96.9588.28.48.68.899.26.987.027.067.17.137.147.14铜盘X/mm00.20.40.60.811.2V/v1.421.521.982.513.043.53.921.41.61.822.22.42.62.84.334.664.985.255.495.725.96.0833.23.43.63.844.24.46.236.366.496.596.686.776.856.924.64.855.25.45.65.866.987.047.097.137.187.217.257.286.26.46.66.877.27.47.67.37.337.357.387.397.417.437.447.888.28.48.68.899.27.467.477.497.57.517.527.547.54小铝盘X/mm00.20.40.60.811.2V/v3.313.623.974.34.715.075.451.41.61.822.22.42.62.85.665.986.186.356.556.656.86.9133.23.43.63.844.24.46.997.097.147.227.277.317.367.394.64.855.25.45.65.867.437.467.487.517.527.557.567.576.26.46.66.877.587.597.67.617.61图像数据处理铝盘灵敏度K=y/x=2.55非线性误差f=Lmax/yfs100%=0.07/2.55100%=3%灵敏度K=y/x=1.47非线性误差f=Lmax/yfs100%=0.75/4.6100%=16%灵敏度K=y/x=0.91非线性误差f=Lmax/yfs100%=1.45/5.21100%=28%铜盘灵敏度K=y/x=2.2非线性误差f=Lmax/yfs100%=0.20/2.08100%=10%灵敏度K=y/x=1.71非线性误差f=Lmax/yfs100%=0.50/4.81100%=10%灵敏度K=y/x=1.14非线性误差f=Lmax/yfs100%=1.03/5.67=18%铁盘灵敏度K=y/x=0.90非线性误差f=Lmax/yfs100%=0.18/0.88100%=20%灵敏度K=y/x=1.45非线性误差f=Lmax/yfs100%=0.45/3.94100%=11%灵敏度K=y/x=1.32非线性误差f=Lmax/yfs100%=0.45/5.88100%=8%小铝盘灵敏度K=y/x=1.77非线性误差f=Lmax/yfs100%=0.04/1.76100%=2.3%灵敏度K=y/x=1.27非线性误差f=Lmax/yfs100%=0.44/3.68100%=12%灵敏度K=y/x=0.79非线性误差f=Lmax/yfs100%=-0.92/4.17100%=-22%五 思考题：1、 电涡流传感器的量程与哪些因素有关，如果需要测量5mm的量程应如何设计传感器？2、 用电涡流传感器进行非接触位移测量时，如何根据量程使用选用传感器。3、 被测体材质对电涡流传感器特性有无影响？4、 被测体面积大小对电涡流传感器特性有无影响？答：1）电涡流的量程与金属导体的电阻率c，厚度t，线圈的励磁电流角频率以及线圈与金属块之间的距离x等参数有关。 2）电涡流传感器对金属材料的成分比较敏感，一般来说电涡流传感器擅长微小位移的检测，最大量程一般在几毫米的最常用，如果量程较大，则分辨率下降，线圈直径也较大。 3）有影响。因为对于不同的金属，电阻率和磁导率不同，因此对于电涡流效应的强弱也有着不同程度的影响，进而对电涡流传感器的输出特性也存在影响。 4）有影响。因为被测体面积不同，同样对电涡流效应的强弱有不同的影响，从而影响传感器的输出特性。光纤传感器的位移特性一、 实验目的：了解光纤位移传感器的工作原理和性能。二、 基本原理：本实验采用的是传光型光纤，它由两束光纤混合后，组成Y型光纤，半园分布即双D型一束光纤端部与光源相接发射光束，另一束端部与光电转换器相接接收光束。两光束混合后的端部是工作端亦称探头，它与被测体相距X，由光源发出的光纤传到端部出射后再经被测体反射回来，另一束光纤接收光信号由光电转换器转换成电量，而光电转换器转换的电量大小与间距X有关，因此可用于测量位移。三、 需用器件与单元：光纤传感器、光纤传感器实验模板、数显单元、测微头、直流源、反射面。四、 实验步骤：1、 根据图1-6安装光纤位移传感器，二束光纤插入实验板上的座孔上。其内部已和发光管D及光电转换管T 相接。图1-6光纤传感器安装示意图2、 将光纤实验模板输出端VO1与数显单元相连，见图1-7。图1-7光纤传感器位移实验接线图3、 调节测微头，使探头与反射面圆平板接触。4、 实验模板接入15V电源，合上主控箱电源开关，调RW、使数显表显示为零。5、 旋转测微头，被测体离开探头，每隔0.1mm读出数显表值，将其填入表1-4。表1-4光纤位移传感器输出电压与位移数据X（mm）V(v)6、 根据表91数据，作光纤位移传感器的位移特性，计算在量程1mm时灵敏度和非线性误差。数据记录X/mm00.10.20.30.40.50.60.7V/v00.120.240.360.480.620.760.890.80.911.11.21.31.41.511.071.171.271.391.431.481.531.61.71.81.922.12.22.31.581.631.671.691.71.671.641.612.42.52.62.72.82.933.11.581.541.511.471.461.421.381.343.23.33.43.53.63.73.83.91.31.271.241.211.181.141.111.0844.14.24.34.44.54.64.74.81.051.020.990.960.930.910.890.870.854.955.15.25.35.45.55.60.830.80.770.740.730.710.690.675.75.85.966.16.26.36.40.650.640.630.620.610.60.590.586.56.66.76.86.977.17.20.570.560.550.540.530.520.510.57.37.47.57.67.77.87.980.490.480.470.460.450.440.430.428.18.28.38.48.50.410.40.40.390.39图像量程1mm灵敏度K=y/x=1.2非线性误差f=Lmax/yfs100%=-0.04/1.17100%=3%五 思考题：光纤位移传感器测位移时对被测体的表面有些什么要求？ 答：光纤传感器是通过收集被测物体反射回来的光，并将反射回来的光信号转换为电信号，所以被测物体表面粗糙程度要均匀。光敏传感器：一、 实验目的：了解光敏传感器的实验原理和特性。二、 实验原理：光敏电阻是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。光敏电阻的符号如图所示：三、 需要器件：光电管、光电倍增管、光敏电阻、光敏三极管、光电耦合器、太阳能电池、红外线传感器、紫外线传感器、光纤式光电传感器、色彩传感器、CCD和CMOS图像传感器等。四、 实验现象：观察实验可知，随着入射光的增强，引起光敏电阻的变小，电压变大。实验总结：这学期我学习了传感器技术与应用这门课程，通过这次传感器技术的实验,使我学到了不