传感器实验指导书1.

1、传感器原理与应用实验指导书陈小玲、韩克王立功、柳秀山编广东技术师范学院电子与信息学院目录实验一金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较1实验二电容式传感器的位移特性实验7实验三差动变压器的性能实验9实验四电涡流传感器位移特性实验11实验五光纤温度传感器性能实验13实验六压电式传感器测量振动实验14实验七霍尔、 光电转速传感器测速实验16实验八超声波传感器测距实验错误！未定义书签。实验九热释电远红外传感器辐射特性错误！未定义书签。实验十光敏电阻的伏安特性错误！未定义书签。实验十一光敏二极管的伏安特性错误！未定义书签。实验十二光敏三极管的伏安特性错误！未定义书签。实验十三光电耦合器件的输出特性及电流

2、传输比错误！未定义书签。实验十四光电耦合器件的交流耦合实验错误！未定义书签。实验十五光电池的伏安特性错误！未定义书签。附录一多功能数据采集系统软件使用说明错误！未定义书签。附录二温控仪表操作说明错误！未定义书签。课程类型：学科专业课课程代码：课程总学时：实验课程性质：非独立设课课程实验学时：12综合性、设计性实验项目数：2个 4学时 适用专业：电子与通信类开课时间：三年级一学期开课单位：电子与信息学院撰写人：陈小玲审定人：王立功实验一金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较一、实验目的与要求比较单臂、半桥、全桥输出时的灵敏度和非线性度，得出相应的结论。二、实验类型综合型三、实验原理及说明电阻丝在

3、外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应，描述电阻应变效应的关系式为：R / RK式中R / R 为电阻丝电阻的相对变化，K 为应变灵敏系数，l / l 为电阻丝长度相对变化，金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件，通过它转换被测部位的受力状态变化，电桥的作用是完成电阻到电压的比例变化，电桥的输出电压反映了相应的受力状态。单臂电桥输出电压U O1EK/ 4 。不同受力方向的两片应变片接入电桥作为邻边，电桥输出灵敏度提高，非线性得到改善。当两片应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压Uo2= EK / 2 。全桥测量电路中，将受力性质相同的两应变片接入电桥

4、对边，不同的接入邻边，当应变片初始阻值：R1= R2= R3= R4，其变化值R1=R2=R3= R4 时，其桥路输出电压 Uo3= KE。其输出灵敏度比半桥提高了一倍。四、实验主要仪器设备和材料序 号名 称主要用途1应变式传感器实验模块测量模块2应变式传感器感受待测信号3砝码使应变式传感器受力14±15V 电源、 ±4V 电源提供电源5数显表显示电压值五、实验步骤应变式传感器已装于应变传感器模块，如图1-1 所示。传感器中各应变片已接入模块的左上方的R1、R2、 R3、 R4，其中 R1= R2= R3= R4=350 ，加热丝阻值为50左右。应变片托盘引出线弹性体固定垫

5、圈限程螺丝模块固定螺丝应变片加热丝图 1-1应变式传感器安装示意图一）单臂电桥实验1、模块的差分式放大电路调零。接入模块电源±15V（从主控箱引入） ，将实验模块调节增益电位器Rw3 顺时针调节大致到中间位置，再进行差动放大器调零，方法为将差放的正、负输入端与地短接，输出端与主控箱面板上的数显表电压输入端Vi 相连，检查无误后， 合上主控箱电源开关，调节实验模块上调零电位器Rw4 ，使主控箱的电压表显示为零（表的切换开关打到 200mV 或 2V 档）。关闭主控箱电源。 （注意：实验过程中单臂、半桥、全桥的放大器增益必须相同） 。2、接单臂电桥。根据图 1-2 和 1-3 接线。将应

6、变式传感器的其中一个应变片 R1（即模块左上的 R1）接入电桥作为一个桥臂与 R5 、R6、R7 接成直流电桥 （ R5、R6、R7 模块内已连接好） ，接好电桥调零电位器 Rw 1，接上桥路电源 ±4V（从主控箱引入） 。检查接线无误后，合上主控箱电源开关。调节 Rw 1，使数显表显示为零。3、在电子秤上放置一只砝码，读取数显表数值，依次增加砝码和读取相应的数显表值，直到500g（或 200g）砝码加完。记下实验结果填入表1-1，关闭电源。表 1-1单臂电桥输出电压与加负载重量值重量（ g）20406080100120140160180200电压（mv ）2接主控箱 接数显表电源输

7、出V i 地加热R1接主控箱+4V-4V 接主控箱电源输出电源输出图 1-2应变式传感器单臂电桥实验接线图二）半桥实验1、模块的差分式放大电路调零。方法同上。2、接半桥电路。根据图 1-4 和 1-5 接线。 R1、 R2 为实验模块左上方的应变片，注意R2 应和 R1受力状态相反，即将传感器中两片受力相反（一片受拉、一片受压）的电阻应变片作为电桥的相邻边。接入桥路电源±4V ，调节电桥调零电位器Rw1 进行桥路调零。R5R1RW1送差分运放R8R6R7+4V-4V图 1-3 单臂电桥接线图3接主控箱电接数显表接主控箱电 源输出 Vi 地源输出图 1-4应变式传感器半桥实验接线图R2

8、R1RW1送差分运放R8R6R7+4V-4V图 1-5 单臂电桥接线图3、在电子秤上放置一只砝码，读取数显表数值，依次增加砝码和读取相应的数显表值，直到 500g（或 200g）砝码加完。记下实验结果填入表1-2。表 1-2半桥测量时，输出电压与加负载重量值重量（ g）20 40 6080 100 120 140160 180 200电压（mv ）三）全桥实验1、模块的差分式放大电路调零。方法同上。2、接全桥电路。根据图 1-6 和 1-7 接线。将应变片传感器的4 个应变片接成全桥。4图 1-6 应变式传感器全桥实验接线图R1R2RW1送差分运放R8R4R3+4V-4V图 1-7 全桥接线图

9、3、桥路调零。接好电桥后，检查接线无误后，合上主控箱电源开关。调零电位器Rw 1，使主控箱的电压表显示为零。4、测实验数据。在电子秤上放置一只砝码，读取数显表数值，依次增加砝码和读取相应的电压表的数值。记下实验结果填入表1-3，关闭电源。表 1-3全桥输出电压与加负载重量值重量（ g）20406080100120140160180200电压（mv ）六、实验数据处理与分析根据表 1-1 计算系统灵敏度S，S=u /W （u 输出电压变化量；W 重量变5化量）计算线性误差：f1 =m/ y F ?S×100% ，式中m 为输出值（多次测量时为平均值）与拟合直线的最大偏差：y F ?S

10、满量程输出平均值，此处为200g。七、思考题1、全桥测量中， 当两组对边 （ R1、R3 为对边） 电阻值 R 相同时， 即 R1= R 3， R2= R4 ，而 R1R2 时，是否可以组成全桥： （1）可以 （ 2）不可以。2、某工程技术人员在进行材料拉力测试时在棒材上贴了两组应变片，如何利用这四片电阻应变片组成电桥，是否需要外加电阻?FFR3R1R4R2R3R1R4R2FF图 1-4应变式传感器受拉时传感器圆周面展开图6实验二电容式传感器的位移特性实验一、实验目的与要求了解电容式传感器结构及其特点。二、实验原理及说明利用平板电容CA / d 和其他结构的关系式通过相应的结构和测量电路可以选

11、择、A 、d 三个参数中，保持两个参数不变，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（d 变）和测量也为（A 变）等多种电容传感器。三、实验主要仪器设备和材料序 号名 称主要用途1电容传感器实验模块测量模块2电容传感器感受待测信号3直流稳压电源提供电源4数显表显示电压值四、实验内容和步骤1、按图 2-1 安装示意图将电容传感器装于电容传感器实验模块上。差动变压器模块测量架测微头电容传感器图 2-1电容、差动传感器安装示意图2、将电容传感器连线插入电容传感器实验模块上标有 Ti 的插孔中， 实验接线图如图 2-2 所示。3、将电容传感器实验模块的输出端V o1 与主控箱的数显

12、表单元V i 相接（插入主控箱 V i 孔）， Rw 调节到中间位置。4、接入 ±15V 电源，旋动测微头推进电容传感器动极板位置，每隔0.2mm 记下位移 X 与输出电压值，填入下表。X（ mm）V （ mv ）7接主控箱电源输出V i 接主控箱数地 显表图 2-2电容传感器位移实验接线图五、实验数据处理与分析根据下上表数据计算电容传感器的系统灵敏度S 和非线性误差f 。六、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？8实验三差动变压器的性能实验一、实验目的与要求了解差动变压器的工作原理和特性。二、实验原理及说明差动变压器由一只初级线圈和

13、两只次级线圈及一个铁芯组成，根据内外层排列不同，有二段式和三段式，本实验采用三段式结构。当传感器随着被测体移动时，由于初级线圈和次级线圈之间的互感发生变化，促使次级线圈感应电势产生变化，一只次级感应电势增加，另一只感应电势则减少，将两只次级线圈反向串接（同名端连接），就引出差动输出。其输出电势反映出被测体的移动量。三、实验主要仪器设备和材料序 号名 称主要用途1差动变压器实验模块测量模块2差动变压器传感器感受待测信号3测微头测位移4直流电源提供电源5音频信号源产生音频信号6双线示波器观察输入输出信号四、实验内容和步骤1、根据图2-1，将差动变压器装在差动变压器实验模块上。2、将差动传感器输出线

14、插入差动传感器实验模块上标有Ti 的插孔中。 模块上电路按照图3-2 接线，音频振荡器信号接1、 2 端，音频振荡器信号从主控箱中的L V 端子输出，调节音频振荡器的频率，输出频率为45KHz （可用主控箱的数显表的频率档 fi 来监测，即 L V 与 f i 连接，同时转速 /频率表调至频率档） 。调节幅度使输出幅度为峰 -峰值 V p-p=2V （可用示波器监测） 。接接第第21一通二36通道道示45示波器波器插座管脚编号图 3-2双线示波器与差动变压器连接示意图93、旋动测微头，使示波器第二通道显示的波形峰-峰值 V p-p 为最小（铁芯约在中间位置）。这时可以左右位移，假设其中一个方向

15、为正位移，则另一个方向位移为负。从 V p-p 最小开始旋动测微头， 每隔 0.2mm 从示波器上读出输出电压V p-p 值填入表 3-1。再从 V p-p 最小处反向位移做实验，在实验过程中，注意左、右位移时，初、次级波形的相位关系。表 3-1 差动变压器位移X 值与输出电压 V p-p 数据表X （ mm）-+V p-（p mv）最小相位五、实验数据处理与分析实验过程中注意差动变压器输出的最小值即为差动变压器的零点残余电压大小。根据表 3-1 画出 Vop-p-X 曲线，作出量程为±1mm 、 ±3mm 灵敏度和非线性误差。六、思考题1、用差动变压器测量较高频率的振幅，

16、例如1KHz 的振动幅值，可以吗？差动变压器测量频率的上限受什么影响？2、试分析差动变压器与一般电源变压器的异同。10实验四电涡流传感器位移特性实验一、实验目的与要求了解电涡流传感器测量位移的工作原理和特性。二、实验原理及说明通以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、实验主要仪器设备和材料序 号名 称主要用途1电涡流传感器实验模块测量模块2电涡流传感器感受待测信息3测微头测位移4直流电源提供电源5铁圆片被测体6数显单元显示电压值四、实验内容和步骤1、根据图4-1 安装电涡流传感器。被测体电涡流传感器

17、模块测微头测量架图 4-1电涡流传感器安装示意图2、将电涡流传感器输出线接入实验模块上标有Ti 的插孔中， 作为振荡器的一个元件。3、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。4、将实验模块输出端V o 与主控箱的输入端V i 相接。主控箱的电压表量程切换开关选择电压20V 档。5、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。将结果填入表4-1。11表 4-1电涡流传感器位移X 与输出电压数据X（ mm）V （ v）五、实验数据处理与分析根据表 4-1 数据，画出V-X 曲线，试计算量程为1mm 、 3mm

18、、 5mm 时的灵敏度和线性度（可以用端基法或其它拟合直线）。六、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，如何根据使用量程选用传感器？12实验五光纤温度传感器性能实验一、实验目的与要求运用光纤温度传感器完成温度信号的传输测量。二、实验主要仪器设备和材料序 号名 称主要用途1光纤温度传感器实验模块测量模块2热电偶 E型感测温度信号3温度控制源使应变式传感器受力4数显表显示电压值三、实验内容和步骤1、将 YL 系列温度测量控制仪的“加热方式”、“冷却方式”拨至“内控”方式。选用 E 型热电偶，插在控

19、制仪上方的测温孔中，而热电偶传感器的输出线分别对应接至控制仪面板的传感器（+）和（ -）端；同时将温度测量控制仪的标准信号输出Vo到光纤温度传感器实验模块的输入，将光纤温度传感器实验模块的输出Vo 接主控箱的电压表Vi 。2、接通 YL 系列温度测量控制仪的电源，同时设定给定温度值为50oC，适当调节光纤温度传感器实验模块的放大倍数旋钮（RW1 为粗调旋钮、RW2 为细调旋钮） 。3、重新设定给定温度值为100oC，从 50 oC 开始每隔1 个t（t = 5oC）读出数显表输出电压与温度值，并记入下表。E 型热电偶温度和输出电压数据T（oC）556065707580859095100V（ v

20、）13实验六压电式传感器测量振动实验一、实验目的与要求了解压电传感器的测量振动的原理和方法。二、实验原理及说明压电式传感器由惯性质量块和受压的压电陶瓷片等组成。工作时传感器感受与试件相同频率的振动，质量块便有正比于加速度的交变力作用在压电陶瓷片上，由于压电效应，压电陶瓷片上产生正比于运动加速度的表面电荷。三、实验主要仪器设备和材料序 号名 称主要用途1压电式传感器实验模块测量模块2压电传感器感受待测信号3振动台产生振动4检波移相低通滤波器模块信号滤波5双线示波器观测输入输出信号四、实验内容和步骤1、压电传感器吸在振动台模块上。将低频振荡器信号接入到振动源的低频输入源插孔。2、将压电传感器输出两

21、端插入到压电传感器实验模块两输入端，见图 6-1，屏蔽线接地。 将压电传感器实验模块电路输出端V o1（如增益不够大，则 V o1 接入 IC2 ，V o2接入低通滤波器）接入低通滤波器输入端V i，低通滤波器输出V o 与示波器相连。（注：滤波器为有源低通滤波器，即+15V 、地、 -15V 要接主控箱的+15V 、地、 -15V ）接主控箱电源输出接V i 主控箱数地显表图 6-1压电式传感器性能实验接线图143、合上主控箱电源开关，调节低频振荡器的频率与幅度旋钮使振动台振动，用示波器的两个通道同时观察低通滤波器输入端和输出端波形。4、改变低频振荡器频率，观察输出波形变化。15实验七霍尔、

22、光电转速传感器测速实验一、实验目的与要求了解霍尔、光电转速传感器测量转速的原理及方法。二、实验类型综合型三、实验原理及说明利用霍尔效应表达式UH = K H IB ，当被测圆盘上装上N 只磁性体时， 圆盘每转一周，磁场就变化N 次，霍尔电势相应变化N 次，输出电势通过放大、整形和计数电路就可以测量被测旋转物的转速。光电式转速传感器有反射型和直射型两种，本实验装置是反射型的，传感器端部有发光管和光电管，发光管发出的光源射在转盘上，反射后由光电管接收转换成电信号，由于转盘上有黑白相间的间隔，转动时将获得与转速及黑白间隔数有关的脉冲，将电脉冲计数处理即可得到转速值。四、实验主要仪器设备和材料序 号名 称主要用途1转动源单元测量模块2霍尔转速传感器感受待测信号3光电转速传感器感受待测信号4直流电源 +5V 、 2-24V提供电源5数显转速 / 频率表