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测控专业 特色实验集锦一、电感传感器信号处理电路实验二、条纹式传感器信号处理实验三、积分计数的电容、电阻传感器检测实验一、电感传感器信号处理电路实验电感传感器是一种精度较高的位移传感器，高精度的电感位移传感器一般测量范围只有几百位微米，但测量精度达到0.1微米级，甚至更小。采用相对测量法测量工件尺寸，或绝对测量法测量很薄尺寸的物体，如纸张的厚度等。一、 实验目的1 加深对电感传感器的位移测量原理的理解。2 掌握采用绝对值电路处理电感信号的方法。二、 实验原理下图显示了电感传感器的相敏检波电路的模型电桥模型 检波模型 滤波模型 示波器下图显示了电感传感器的信号处理电路原理。信号放大信号取反减法电路减法电路绝对值绝对值减法电路放大低通滤波假设电桥两端所加交流信号为：各部分的输出信号如下所示：1 交流电桥输出的电感变化信号经放大A倍后，输出为：其中x为铁芯位移，当铁芯处于中间位置时，x=0，当铁芯偏上时x0，反之x0。k为电感位移系数，为一较小常数。因为在测量过程中，铁芯位移只有几百微米，很小，所以。2 信号取反后的输出为：3 两减法电路输出的信号分别为：4 两绝对值电路输出信号分别为：5 绝对值后的减法电路输出信号为：6 低通滤波后的信号与具体的低通滤波器方式有关。（为什么？）三、 实验设备与器材1 传感器信号处理印刷电路板一块2 电感传感器3 示波器4 万用表5 电子元器件（学生自购）6 直流电源，含有+5V，+12V与-12V7 电路仿真软件为Multisim2001、matlab等，电路设计软件PROTEL四、 实验内容及步骤1 正弦激励信号产生的方法。A、采用考毕兹及电容三点式振荡电路产生激励信号，硬件调试成功，并计算振荡信号的振荡频率；B、晶振分频形成方波、再进行低带通滤波。2 掌握差分（即减法）放大电路芯片AD620的工作原理，并分析其输出信号与输入信号的关系；3 一般运放减法电路的设计方法与连接；4 绝对值电路的工作原理与电路的连接方法；5 应用实验电路，对电感传感器进行标定；6 应用传感器测量纸张的厚度，并进行数据处理；7 应用matlab或multisim软件仿真传感器的信号处理，并画出各部分输出信号。五、 思考题1 如何实现模拟信号的取反；2 为什么电感传感器的处理信号要求采用交流电桥，电桥信号放大后的一系列处理过程的实质是什么；3 怎样对传感器进行标定。六、 实验报告要求 （每小组在弄懂基本原理，提供完整的电感信号处理原理图的基础之上，完成以下任务之一项即可）。1 实验设计并完成正弦激励信号及实现其绝对值的电路；2 设计电桥及其差分放大电路，在引入正弦信号后，连接电感传感器观察波形；3 应用multisim或matlab电路软件仿真传感器的信号处理（教师给出简单的示例后）；4 应用教师提供的电路板，完成整个电路的设计；（2组）5 在第3组的基础上，对传感器进行标定，并测量纸张或工件厚度，进行相应的数据处理；6 实现交流信号的绝对值电路，并对绝对值信号进行低通滤波，应用示波器观察低通滤波的结果。七、运放型号及选择 一般运放有单运放、双运放、四运放之分，即一块芯片上分别集成有一个、两个或四个运算放大器。目前运用的双运放主要有：LF412 LF353等，四运放有TL084 、LM324、LM224等。精密差分放大器一般采用AD620即可。综合实验报告要求涉及以下几方面的内容，不准抄袭：1 整个电感传感器原理详述，目的为整个综合实验作铺垫；2 综合实验指导书中所提出的所有问题，你的解答；3 你或你组所设计的部分电路原理图；4 设计的部分电路原理所采用方案的详述，调试过程中遇到的问题；5 部分电路中所选电阻电容等元器件的参数（即其值的大小），你在调试中所遇到的问题及解决方案；6 所选用的关键芯片、元器件名称，每个引脚功能，每个引脚干什么用，你能否一一对应上；7 关键电路部分各信号输出形式的分析；8 现场电路调试结果（给你电源与示波器，连接电路，结合电路讲解过关）。建表考核： 姓 名考核次数及分数（A B C D）12345张三李四参考原理图：1绝对值电路（你能分析清楚吗），用一个双运放如LF412（3元左右，它的资料从附件中给你）与一些电子元器件即可实现。电路如下： 2如何产生稳定的正弦激励信号？（电路）应用有源晶振（市场上直接购买，大约7元，参数为11.059Mhz）通过计数器（如SN74HC4040，12位计数器）分频，得到大约5Khz的方波信号，通过带通滤波，得到正弦激励信号。具体的带通滤波仿真电路（仿真软件为Multisim2001）如下：3如何应用AD620搭建电桥减法信号放大电路？你必须首先了解AD620的工作原理及各引脚的功能。 AD620的资料我从附件中给你。下面是一个参考二、条纹式传感器信号处理实验条纹式传感器包括光栅、光电编码器、激光干涉仪、感应同步器、容栅式传感器等，能够在高精度情况下，测量大行程位移与大范围的角度，应用非常广泛。由于该类传感器的信号特点相似，一般采用同一种信号处理方法。其信号处理包括模拟信号的处理、数字时序与组合逻辑的判断及计算机脉冲计数技术的应用，综合程度高，难以理解。一、 实验目的1 加深对条纹式传感器的位移与角度测量原理的理解。2 掌握针对条纹信号产生相应电信号的方法。3 掌握条纹信号细分辨向的原理、方法、时序与逻辑组合的实现方法。4 掌握单片机或计算机计数的方法。二、 实验原理以衍射光栅干涉条纹为例，采用四象限光电管接收的方法，解释信号处理原理与方法。V1单片机计数显示P+ AVsinV3四细分辨向P- BVcosV2V4 光电转换及差分 比较器0、1 假设四个光电管宽度为一个条纹周期宽，1号光电管中心在干涉场中的相位为，那么：各部分的输出信号如下所示：1 各个光电管输出的光强信号为： 其中V0为背景光强信号。2 经过差分运算即两减法电路后输出为：3 经过比较器后形成两路0、1信号A、B。4 四细分辨向后的输出为： 其中A1、B1是A、B的前一种状态。 三、 实验设备与器材1 各模块信号处理印刷电路板若干2 光电编码器、光栅传感器3 示波器、编程器4 万用表5 电子元器件（学生自购）6 直流电源，含有+5V，+12V与-12V7 电路仿真软件Multisim2001、汇编软件keil C等，电路设计软件PROTEL四、 实验内容及步骤1 四相限的光电转换；2 一般运放加减法电路的设计方法与连接；3 比较器的连接；4 四细分与辨向的组合时序逻辑程序的编写；5 单片机计数方法与编程；6 液晶显示；7 应用光栅或编码器对位移与角度进行测量，并进行数据处理；五、 思考题1 四细分辨向中A、B信号的前一种状态是什么意思，它是相对什么而言的，怎样理解与实现；2 为什么要进行四细分辨向处理；3 得到的计数结果如何与位移联系起来。六、 实验报告要求 （每小组在弄懂基本原理，提供完整的条纹信号处理原理图的基础之上，完成以下任务之一项即可）。1 实验设计并完成光电信号的转换及差分信号的获取，连接示波器观察波形；2 设计四细分辨向逻辑并采用可编程逻辑器件实现电桥及其差分放大电路，连接示波器观察波形； 3 应用单片机设计计数程序，给出计数结果（教师给出简单的示例后）；七、运放型号及选择一般运放有单运放、双运放、四运放之分，即一块芯片上分别集成有一个、两个或四个运算放大器。目前运用的双运放主要有：LF412 LF353等，四运放有TL084 、LM324、LM224等。八、问题思考1、 莫尔条纹的产生；2、 光电信号的特点；3、 放大比较后的输出；4、 四细分辨向的原理与逻辑；5、 实验仿真的结果与显示三、积分计数的电容、电阻传感器检测实验应用积分电路的方法可以测量电容或电阻传感器，其实质是对RC电路的充放电时间进行计算，得到电阻或电容大小的一种方法一、实验目的1、 充分了解积分时间与R、C之间的关系；2、 进一步加强对积分电路与积分本身含义的理解；3、 对单片机计数方法的理解；4、 对运放电路处理灵活应用的理解；5、 对电路逻辑运算的初步实践。二、实验原理根据RC电路的积分原理：对电路的积分即从负饱和到正饱和所需要的时间与1/RC成正比，只要计算出积分时间，在已知电容或电阻的情况下，就可以计算出对应