传感器实验指南

1、实验一 压阻式压力传感器的特性测试实验2 传感器与检测技术实验指南 传感器与检测技术实验室 实验指导老师：徐华结 适用班级：12电气工程及其自动化 实验二电容传感器的位移特性实验5 实验三直流激励线性霍尔传感器的位移特性实验9 实验四电涡流传感器材料分拣的应用实验12 实验五光纤传感器位移测量实验14 、实验目的 了解扩散硅压阻式压力传感器测量压力的原理和标定方法。 、实验内容 掌握压力传感器的压力计设计。 三、实验仪器 传感器检测技术综合实验台、压力传感器实验模块、压力传感器、导线。 四、实验原理 扩散硅压阻式压力传感器的工作机理是半导体应变片的压阻效应，在半导体受到力变形时会暂 时改变晶体

2、结构的对称性，因而改变了半导体的导电机理，使得它的电阻率发生变化，这种物理现 象称之为半导体的压阻效应。一般半导体应变采用N型单晶硅为传感器 的弹性元件，在它上面直接蒸镀扩散岀多个半导体电阻应变薄膜（扩散出敏感栅）组成电桥。在压 力（压强）作用下弹性元件产生应力，半导体电阻应变薄膜的电阻率产生很大变 化，引起电阻的变 化，经电桥转换成电压输出，则其输出电压的变化反映了所受到的压力变化。图13-1为压阻式压力 传感器压力测量实验原理图。 主台体上 电压表 图1-1压阻式压力传感器压力测量实验原理 五、实验注意事项 1、严禁将信号源输出对地短接。 2、实验过程中不要带电拔插导线。 3、严禁电源对地

3、短路。 六、实验步骤 1、将引压胶管连接到压力传感器上，其他接线按图开主台2进行连接，确认连线无误且打 体电源、压力传感器实验模块电源。 由由由由由由由由山 HZ HZ HZ: HZ HZ HZ HZ HZ HZ; III由山由由由山由 HZ； HZ HZ HZ； HZ HZ HZ：H?： 电电 -15V GND +15V C4C5 D4 05 P r 一 05 R29R28 1 = =1 im 电电电电 电电电电电电士 15V电电 C3 Vii Cl vin R12 13 R17 1=1 R16 C2 R5 R6 R3O R20 1肋 R4 1=1 D2 口 R21 I：二 01 ni Ri

4、d I I im R2! RIO dd R9 pi GND| 10K 20K 51K 100K RW1 t l.i【J.hIi Ji i mj nimriim rti HZ：KZ.HZ KZ：HZ；HZ RA/9 图1-2压阻式压力传感器的特性测试实验接线图 2、打开气源开关，调节流量计的流量并观察压力表，压力上升到 4Kpa左右时，根据 计算所选择的第二级电路的反馈电阻值，接好相应的短接帽；再调节调零电位器RW2,使 得图1-3中Vx与计算所得的值相符；再调节增益电位器RW1,使电压表显示为0.4V左右。 （进行此步之前，请先仔细阅读：七、实验报告要求） 3、再仔细地反复调节流量使压力上升到

5、18KP当压力为18Kpa 七、实验报告要求 1、要求：当压力为4Kpa时，使得差分放大单元的电压输出为 时，使得差分放大单元的输出为1.8V。 C3 图1-3压力传感器测试电路 2、当压力为4Kpa时，测得压力传感器的输出电压Vout与GND间的电压畑 当压力为 18Kpa时，测得压力传感器的输出电压Vout与GND间的电压Vb ;然后根据图1-3列式进 行计算，在第二级放大电路的反馈电阻（10K、20K、51K、100K ）屮，用跳线帽选择一个 合适的反馈电阻。再根据所选择的反馈电阻，确定VI和Vx的值，便于实验。具体计算公 式如下： 当压力为4Kpa时： 2 40. 2 x V Vx V

6、x - 0. 4 10R 当压力为18Kpa时： 0. 2 x Vb 40.2 x V; -Vx _ Vx T 8 10R 其中：VI、VI 分别为4Kpa和18Kpa时三运放的输出电压，Vx为调零电位器RW2端 的电压；x为RW1所需调到的阻值，R为第二级放大电路的反馈电阻。 3、计算完后，先根据所选择的第二级放大电路的反馈电阻值，接好短接帽，然后再根据计算的电压 值VI和Vx分别调节调节电位器RW1和RW2。 电源 * J -K 环型 TRK3OIS 电电 NE555产生输出500K方波 *15V 丁TESTFoul 3.7 ff9 图1将主台体上的土 15V接入到霍尔传感器实验模块的电源

7、单元中；调零单元的0UT2与GND 需接到主台体上的电压表的“ +”和“-”极；其他部分的接线严格按照接线图进行。 3、调零：先打开主台体电源开关，再打开霍尔传感器模块电源开关。调节霍尔传感器 模块上的RW1电位器，使霍尔传感器的输出J4和J3间的电压为零，关闭霍尔传感器模块 电源；将IN1+和IN1-短接并接到GND,打开霍尔传感器实验模块电源开关，调节电位器W3使调零单元 的输岀0UT2和GND间的电压为零，调零完后关闭霍尔传感器实验模块电源，并将IN1+和IN1 -间的短 电A电人电人由人电 GND +15V 接线以及与GND间的接线拿掉。 电电电电 电电 由由由由由由由由由 +5V 西

8、15V 1 - 1严】 OUT3 丄 PULSE C r511 11 1 一 1 二皿 RllW3 1 I IO-ODI 电电电电 O 1电电电电 R2 111 R4 1 a 1匚 1 -OUT1 1 1 GND G诩的的訓聘电电电 HZHZ KZ:KZ HZ:W:HZ:HZ W1 R1 R5 图19-2直流激励线性霍尔传感器接线图 电电电电 R9 0.5nWi记下调零单 w TEST4 OUT2 J10 4、打开霍尔传感器实验模块电源，测微头向轴向方向推进，每转动 元输出电压OUT2的读数，直到读数近似不变，将读数歟表9J8 由由III由由由由由 HIHZ HZ;KZ：HZ X(mm) v

9、(mv) 5、根据上表作出V X曲线，计算不同线性范围时的灵敏度和非线性误差。 6、实验完毕，关闭所有电源，拆除导线并放置好。 七、实验报告要求 必须在断电的情况下接霍尔传感器，霍尔元件的输入电压必须限制在土流激励以内，即直 单元的+4V和-4V的端子必须严格的接入+4V和-4V。 八、思考题 实验步骤2中J4和J3是分别到IN1+和INI-的，如果把J3接到IN1+, J4接到IN1-, 观察输出电压有什么变化？ 实验四电涡流传感器材料分拣的应用实验 一、买验目的 掌握使用电涡流传感器在材料分拣中的应用方法。 二、实验内容 用铝测体和铜测体验证不同电导率的被测材料对电涡流传感器的特性影响。

10、三、实验仪器 传感器检测技术综合实验台、电涡流传感器实验模块、振动源实验模块、电涡流传感 器、铝圆片、 铁圆片、铜圆片、测微头、导线。 四、实验原理 电涡流传感器在被测体上产生的涡流效应与被测导体本身的电阻率和磁导率有关，因此不同的材料 就会有不同的性能。基本原理参阅教材。 岀+ 5 V R 厂 五、实验注意事项 1实验过程中不要带电拔插导线。 2、严禁电源对地短路。 3、传感器在初始时可能会出现一段死区。 六、实验步骤 1、根据24-2接线图进行接线：先将电涡流传感器安装在振动源实验模块上的测微支架上，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；将电涡流传感器实验模 块的电源单

11、元接主台体上的+15V ;将电涡流传感器的黄色和绿色引线分别接到电容三点式振荡器的J1和 GNDZ间。 fW 4 Z I I I H Hy 电电电电电电415V fNC C5 ?E) D3RlO02 也匸二I u 0 Si 电电电电 R3L1 1 = 1 RlTCST2 im回 Ju TESTI 也回 GW， E3 R4 1=1 Oi C2 TEST3 F*1 H5 1 = 1 & R2 C7 E3 A电A电几电人电A vac RS T F| 05 1 Di 口 8 = =1 W2 诗。囲 J13 a? iSi TESTS rA，,i IEST4 r*i RS 1 = 1 八电电电电 IaI

12、c 1 van GND 图24-2电涡流传感器接线图 2、观察传感器结构，这是一个平绕线圈。 3、将实验模板输出端Vout和GND与电压表的“ + ”和“-”极相连。电压表量程切换 到选择电 压20V档。 4、使测微头与传感器线圈端部接触，打开主台体电源开关和电涡流传感器实验模块的 电源开关，此时电压表读数为最小，然后每隔0.5mm读一个数，直到输出几乎不变为止。 将结果列入表12 : 5、按上述步骤做实验，将数据列入表13、15屮。 表13被测体为铁圆片时的位移输出电压数据 X ( mm) Vo ( V) 表14被测体为铜时的位移输出电压数据 X ( mm) Vo ( V) 表15被测体为铝

13、圆片时的位移输出电压数据 X ( mm) Vo ( V) 6、根据上表的实验数据，在同一从标上画出实验曲线进行比较，分别计算灵敏度和线 性度。 7、实验完毕，关闭所有电源，拆除导线并放置好。 七、思考题 分析铁测片、铝测片、铜测片哪一个的灵敏度高，为什么? 实验五光纤传感器位移测量实验 、实验目的 了解光纤位移传感器的工作原理和性能。 、实验内容 掌握光纤用于位移测量的方法。 三、实验仪器 传感器检测技术综合实验台、光纤传感器、光纤传感器实验模块、振动源实验模块、导线。 四、实验原理 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，半圆分布即双D分 布：一朿光纤端部与光源相接发射

14、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。另一束光纤将其接收的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。 五、实验注意事项 1实验过程中不要带电拔插导线。 2、严禁电源对地短路。 六、实验步骤 1、根据图30-1的示意图安装光纤位移传感器和测微头，二束光纤分别插入实验模板上 的光电座（其内部有发光管D和光电三极管T）中；并将信号处理单元的J2和GN分别接到主台体上的电 压表的“ +”和极。 电源单元 Q1 毋 D5 R5 R4 匚二1 r IH R3 匚 光源驱动单元 R8 IZAI R12 1-A R10 n U2 C4 E3 C5 R20 U5 R19 R11 D6 U3 C7 R13 D7 C6 E3 U H c信号处理怛元 接主台体上的电压表 图30-1光纤传感器位移实验接线图 2、检查接线无误后，合上主台体电源开关和光纤传感器实验模块的电源开关。调节测 微头，使光反射面与Y型光纤头轻触；再调接光纤传感器实验模块上的电位器W1使主台体 中的电压表（显示选择开关打到20 V档）显示为0V。 3、旋转测微头，被测体探头，每隔0.1mm读取电压表显示值，将所测的数据填入表17 （表17为光纤位移传感器的输岀电压（J2