微机原理与接口技术试验指导书-贵州大学

1、机械工程学院传感器原理及运用实验指导书适用专业：机械设计制造及其自动化（机电一体化方向）贵州大学二七年十一月传感器实验是针对传感器原理与运用课程开设的一门实践性环节，诣在检验学 生对传感器理论知识的掌握程度， 引导学生将理论知识应用到实践中， 并将计算机技术、 数据采集处理技术与传感器技术融合在一起，拓宽传感技术的应用领域，逐步建立工程 应用的概念。 通过实验，帮助广大学生加强对书本知识的理解， 培养学生实际动手能力 增强学生对各种不同的传感器及测量原理如何组成测量系统有直观而具体的感性认识； 培养学生对材料力学、电工学、物理学、控制技术、计算技术等知识的综合运用能力； 同时在实验的进行过程中

2、通过信号的拾取、转换、分析，掌握作为一个科技工作者应具 有的基本的操作技能与动手能力。本实验指导书为机械设计制造及其自动化专业学生使用， 也可供非电类其它专业的 本科生参考。目录1、实验一 金属箔式应变片 单臂电桥 22、实验二 霍尔式传感器直流激励特性的测试 53、实验三 光纤传感器位移和转速测量 84、实验报告基本内容要求 105、实验报告格式 11实验一 金属箔式应变片 单臂电桥实验学时： 2 学时实验类型： 验证性实验 实验要求： 选修一 . 实验目的1. 了解金属箔式应变片，单臂电桥的工作原理和工作情况。2. 验证单臂电桥的输出特性二 . 实验设备CSY998B 传感器系统实验仪所需

3、电路单元： 直流稳压电源、电桥、差动放大器、双孔悬臂梁称重传感器、 砝码、一片应变片、 F/V 表、主、副电源。有关旋钮的初始位置： 直流稳压电源打到 2V 档， F/V 表打到 2V 档，差动放大增益最大。三. 实验原理 本实验说明箔式应变片及单臂直流电桥的电源的原理和工作情况。 应变片是最常用的测力传感元件。当用应变片测试时，应变片要牢固地粘贴在测试 体表面，当测试体受力发生形变，应变片的敏感栅随同变形，其电阻也随之发生相应的 变化，通过测量电路，转换成电信号输出显示。电桥电路是最常用的非电量电测电路中的一种，当电桥平衡时，桥路对臂电阻乘积 相等，电桥输出为零，在桥臂四个电阻 R1、R2、

4、R3、R4中，电阻的相对变化率分别为 R1/R1、 R2/R2、R3/R3、 R4/R4，当使用一个应变片时， RR/R；当二个应变片组成差动 状态工作，则有 R 2R/R；用四个应变片组成二个差动状态工作，且 R1R2R3 R4 R, R 4 R/R。由此可见，单臂、半桥、全桥电路的灵敏度依次增大。四 . 实验步骤1. 了解所需单元、 部件在实验仪上的所在位置， 观察梁上的应变片， 应变片为棕色衬 底箔式结构小方薄片。上下二片梁的外表各贴二片受力应变片。、负（）、地短接。将差动放2. 将差动放大器调零：用连线将差动放大器的正（）大器的输出端与 F/V 表的输入插口 Vi 相连；开启主、副电源

5、；调节差动放大器的增益 到最大位置，然后调整差动放大器的调零旋钮使 F/V 表显示为零，关闭主、副电源。3. 根据图 1 接线。 R1、R2、R3为电桥单元的固定电阻； R4RX 为应变片。将稳压电源的切换开关置 4V 档， F/V 表置 20V 档。开启主、副电源，调节电桥平衡网络中的W1，使 F/V 表显示为零，等待数分分钟后将 F/V 表置 2V 档，再调电桥 W1（慢慢地调），使 F/V 表显示为零图14. 在传感器上放上一只砝码， 记下此时的电压数值， 然后每增加一只砝码记下一个数 值并将这些数值填入下表。根据所得结果计算系统灵敏度 S V/W，并作 V-W 关系 曲线， V为电压变

6、化率， W为相应的重量变化率重量（ Q）电压（ mv）五.分析与讨论1. 本实验电路对直流稳压电源和对放大器有何要求？注意事项：1. 电桥上端虚线所示的四个电阻实际上并不存在，仅作为一标记，让学生组桥容易2. 为确保实验过程中输出指示不溢出， 可先将砝码加至最大重量， 如指示溢出， 适当减小差动放大增益，此时差动放大器不必重调零3. 做此实验时应将低频振荡器的幅度关至最小，以减少其对直流电桥的影响。4. 电位器 W1、 W2，在有的型号仪器中标为 RD、RA 。 显示和修改某个指定寄存 器内容。实验二 霍尔式传感器直流激励特性的测试用实验学时： 2 学时实验类型： 验证性实验实验要求： 选修一

7、、实验目的：1、了解霍尔式传感器的原理与特性；2、了解交流激励时霍尔式传感器的特性；3、了解霍尔式传感器在振动测量中的应用。二、实验类型： 验证型三、实验原理：霍尔元件是根据霍尔效应原理制成的磁电转换元件， 当霍尔元件位于由两个环形磁 钢组成的梯度磁场中时就成了霍尔位移传感器。根据霍尔效应， 霍尔电势 UH=KHIB。当霍尔元件通以恒定电流处在梯度磁场中运动 时，就有霍尔电势输出，霍尔电势的大小正比于磁场强度（磁场位置） ，当所处的磁场 方向改变时，霍尔电势的方向也随之改变。利用这一性质可以进行位移测量。（图 4）四、实验所需部件：霍尔传感器、直流稳压电源（ 2V）、霍尔传感器实验模块、电压表

8、、测微仪、音频 信号源、公共电路实验模块、螺旋测微仪、示波器、低频信号源、激振器（ I ）五、实验步骤： （ 参考实验台说明书中实验三十六、三十七、三十八 ） （一）直流激励特性1、安装好模块上的梯度磁场及霍尔传感器，连接主机与实验模块电源及传感器接 口，确认霍尔元件直流激励电压为 2V ，霍尔元件另一激励端接地，实验接线按图（ 4） 所示，差动放大器增益 10 倍左右。2、用螺旋测微仪调节精密位移装置使霍尔元件置于梯度磁场中间，并调节电桥直 流电位器 WD，使输出为零。3、从中点开始，调节螺旋测微仪，前后移动霍尔元件各3.5mm，每变化 0.5mm 读取相应的电压值，并记入下表：Xmm0V0

9、mv0作出 V-X 曲线，求得灵敏度和线性工作范围。如出现非线性情况，请查找原因 二）交流激励特性1、连接主机与实验模块电源线，按图（ 5）接好实验电路，差动放大器增益适当， 音频信号输出从 180端口（电压输出）引出，幅度 Vp-p4V，示波器两个通道分别接相敏检波器、端（图 5）2、开启主机电源，按交流全桥的调节方式调节移相器及电桥，使霍尔元件位于磁 场中间时输出电压为零。3、调节测微仪，带动霍尔元件在磁场中前后各位移3.5mm，记录电压读数并记入下表：Xmm0Vmv0作出 V-X 曲线，求出灵敏度，并与直流激励测试系统进行比较。（三）振幅测量1、将梯度磁场安装到主机振动平台旁的磁场安装座

10、上，霍尔元件连加长杆插入振 动平台旁的支座中，调整霍尔元件于梯度磁场中间位置。按（一）连接实验连接线。2、激振器开关倒向 “激振 I ”侧，振动台开始起振，保持适当振幅，用示波器观察输 出波形。3、提高振幅，改变频率，使振动平台处于谐振（最大）状态，示波器可观察到削 顶的正弦波，说明霍尔元件已进入均匀磁场，霍尔电势不再随位移量的增加而增加。4、重按（二）接线，调节移相器、电桥，使低通滤波器输出电压波形正负对称。5、接通“激振 I ”，保持适当振幅，用示波器观察差动放大器和低通滤波器的波形， 试解释激励源为交流且信号变化也是交流时需用相敏检波器的原因。六、注意事项：1、直流激励电压只能是 2V，

11、不能接 +2V（4V） 否则锑化铟霍尔元件会烧坏。2、交流激励信号勿从 00 或 LV 端口输出。七、思考题1、什么是霍尔效应？霍尔元件常用什么材料？为什么？2、本实验中霍尔元件位移的线性度实际上反映的是什么量的变化？3、交直流激励时，霍尔式传感器测量位移有什么区别？4、在振幅测量中，移相器、相敏检波器、低通滤波器各起什么作用？实验三 光纤传感器位移和转速测量实验学时： 2 学时实验类型： 验证性实验实验要求： 选修 一、实验目的：1、熟悉光纤的结构及传光原理；2、了解光纤位移传感器的工作原理和性能。二、实验类型： 验证型三、实验原理：反射式光纤传感器工作原理如图 11 所示，光纤采用 Y 型

12、结构，两束多模光纤合并 于一端组成光纤探头，一束作为接收，另一束为光源发射，近红外二级管发出的近红外 光经光源光纤照射至被测物， 由被测物反射的光信号经接收光纤传输至光电转换器件转 换为电信号，反射光的强弱与反射物与光纤探头的距离成一定的比例关系，通过对光强 的检测就可得知位置量的变化。（图 11）四、实验所需部件：光纤（光电转换器） 、光纤光电传感器实验模块、电压表、示波器、螺旋测微仪、 反射镜片、安装支架、低频信号源。五、实验步骤： （参考实验台说明书中实验三十三、三十四 ） 1、观察光纤结构：本实验仪所配的光纤探头为半圆型结构，由数百根导光纤维组 成，一半为光源光纤，一半为接收光纤。2、

13、连接主机与实验模块电源线及光纤变换器探头接口，光纤探头装上探头支架， 探头垂直对准反射片中央（镀铬圆铁片） ，螺旋测微仪装上支架，以带动反射镜片位移3、开启主机电源，光电变换器 V0 端接电压表，首先旋动测微仪使探头紧贴反射镜 片（如两表面不平行可稍许扳动光纤探头角度使两平面吻合） ，此时 V0 输出0，然后旋 动测微仪，使反射镜片离开探头，每隔 0.2mm 记录一数值并记入下表：Xm m00.20.40.60.811.21.41.61.822.22.42.62.833.23.43.63.84Vmv位移距离如再加大，就可观察到光纤传感器输出特性曲线的前坡与后坡波形，作出V-X 曲线，通常测量用

14、的是线性较好的前坡范围。4、关闭主机电源，将光纤探头装至主机振动平台旁的支架上，在圆形振动台上的 安装螺丝上装好反射镜片，选择 “激振 I ”，调节低频信号源，反射镜片随振动台上下振 动。5、调节低频振荡信号频率与幅值，以最大振动幅度时反射镜片不碰到探头为宜， 用示波器观察振动波形，并读出振动频率。六、注意事项：1、光纤请勿成锐角曲折，以免造成内部断裂，端面尤要注意保护，否则会使光通 量衰耗加大造成灵敏度下降。2、每台仪器的光电转换器（包括光纤）与转换电路都是单独调配的，请注意与仪 器编号配对使用。3、实验时注意增益调节，输出最大信号以 3V 左右为宜，避免过强的背景光照射。七、思考题1、 光

15、纤位移传感器测量位移时对被测体的表面有些什么要求？2、 如何利用光纤位移传感器测量被测物体的振动频率？实验报告的基本内容及要求1实验预习 在实验前需要复习数控技术相关的理论知识， 并写好预习报告， 在预习报告中要写出实验目的、 要求，需要用到的仪器设备、物品资料以及简要的实验步骤，形成一个操作提纲。必须重视实验中 的安全注意事项及可能出现的现象，但这些不要求写在预习报告中。2实验记录 开始实验时，应该准备好记录本，将实验中观察到的现象和所测得的数据及相关条件如实地记 录下来。实验记录中应有指导教师的签名。3实验总结 本实验应对实验数据、实验中的特殊现象、实验操作中引起误差的原因的成败、进行整理、分 析总结，并回答思考题，提出对实验的看法。10贵州大学实验报告学院： 专业： 班级：姓名学号实验组实验时间指导教师成绩实验项目名称实 验 目 的实 验 要 求实 验 原 理实 验 仪 器实 验 步 骤11实 验 内 容实 验 数 据实 验 总 结指 导 教 师 意 见签名： 年 月 日12贵