毕业论文-传感器实验课件

1、PAGE PAGE 13 毕 业 论 文 题 目: 传感器实验课件学 院: 物理与电子工程学院专 业: 电子信息工程（计算机方向）毕业年限: 2005学生姓名: 学 号: 指导教师目录摘 要 2引 言 3正文部分 41 Flash 介绍 42 实验任务 43 实验目的 54 实验仪器简介 55 电涡流式传感器 66 霍尔式传感器 87 光纤传感器 98 结束部分 119 致 谢 1110 参考文献 12传感器实验课件 姓名 学号：届别：2005 学院：物理与电子工程 班级：电子信息丙班 指导老师摘 要：传感器试验学习指南是为学习者提供了灵活快捷高效的试验操作要点和操作过程。学习者在学习传感器试

2、验指南的过程中，通过对传感器试验的试验目的、试验内容、试验原理、试验步骤等加以了解，从而能够更好的传感器知识，加深对传感器的认识，使同学们能够主动建构知识，培养自主探索能力、合作能力及创新能力。在本试验学习系统中，学生是学习活动的主体，学习者可以根据自己的技术、特点与爱好，确定自己的学习目标，学习进度与学习步骤。教师处于辅导、服务的地位，所以给学生提供一个自主化、个性化、能方便获取信息资源的学习环境。本文主要论述了传感器试验的要点，注意事项和操作过程。关键词： 传感器 FLASH动画 霍尔式 光纤 电涡流Summary : Sensor test study guide to offer fl

3、exible swift high-efficient test to learner is it take piece and operate course to operate. During the process of studying the sensor and testing the guide , through understand to experimental purpose , content of the test , experimental principle , experimental step that sensor test ,etc. learner,

4、the sensor knowledge that thus can be better, strengthen the understanding of sensor , enable the classmates to build the knowledge of constructing voluntarily , train and explore ability , cooperative ability and innovation ability independently. In this system of studying of test, students are a s

5、ubject of the studying activities, the learner can follow ones own technology , characteristic and hobby , confirm ones own study goal , study schedule and step of studying . Teacher in coach, status that serve, provide for student one melt , not individualized independently, can convenient to obtai

6、n study environment of information resources. This text expound the fact main point that sensor test mainly, the precautions and course of operating. Keyword: The FLASH cartoon Hall type optic fibre an electric vortex 引言在我们生活的这个大千世界上，人类已经进入了科学技术空前发展的信息社会。在这个瞬息万变的信息社会里，传感器为人类敏感地检测出形形色色的有用信息，充当着电子计算机、

7、智能机器人、自动化设备、自动控制装置的“传感器官”。如果没有传感器将各种各色的形态各异的信息转换为能够直接检测的信息，现代科学技术将是无法发展的。显而易见。传感器在现代科学技术领域中占有极其重要的地位。在人们从事的各项工作中，如果能够善于应用传感器技术，就会使许多工作自动化，就能对生产或管理过程进行检测和控制。同时，在技术改造、新产品开发、提高产品质量、降低成本、安全生产等方面也会获得极大的效果。本传感器试验指南，对传感器试验的试验目的、试验原理、试验内容、试验步骤等都作了详细的解释，并用flash将其做成动画，使读者既便于接受，又不缺乏兴趣。课堂教学，在今天和今后相当长的历史时期中，仍然是学

8、校教学活动的主要场所。学校教育技术现代化，将集中体现在课堂教学现代化的改革中。随着我国经济建设的发展和国力的提高，各级各类学校的教育技术现代化也得到较好的发展。在一些经济比较发达的地区，继幻灯、投影、录象、语言实验室之后，计算机也装备到学校教室里。这些已经装备了计算机和更多正在准备装备计算机并准备建立网络的学校都面临着一个共同的现实问题：如何使计算机在学校课堂教学中充分发挥作用？计算机辅助教学的关键在于教学软件，教学软件问题亟待解决。学校近年来做了大量工作，国内某些地区的计算机辅助教学试点也取得了一些令人欣慰的成绩。教学软件开发工具的匮乏与开发组织管理模式等原因，造成了目前教学软件数量较少，质

9、量粗糙，实用性差，教学软件的市场与应用均没有形成规模与气候。尽管经过十多年的努力，计算机辅助教学的发展仍然是举步维艰，困难重重。我国教育现代化的紧迫需求、当前学校课堂计算机辅助教学面临的困境、计算机技术的高速度发展、与人们十多年来积累的经验教训等多种因素综合在一起，预示着我国学校课堂计算机辅助教学即将发生一场新的革命。正文部分：1 Flash介绍： Flash mx 是目前最流行的网页动画制作软件，大家在上网是看到的网页广告、片头等几乎都是Flash制作的。同时，随着Flash的流行以及Flash自身功能的不断增强。其爱好者载迅速增多，并且Flash的应用领域也在不断拓宽。例如，很多Flash

10、爱好者利用Flash制作动画短片、互动游戏、MTV、课件、网页等。对于Flash，很多读者感觉到该软件既简单，又复杂。说它简单，是因为其功能并不太多；说它复杂，则是由于该软件非常灵活。如果用户能够深刻理解其精髓，可制作出各种动画效果。尽管目前Flash MX线管图书已经不少，但好书却寥寥无几。2 实验任务：2.1 电涡流传感器的静态标定为了通过实验说明不同的涡流感应材料对电涡流传感器特性的影响，因此分别对铁、铜、铝被测体进行测量，测微头每移动0.25mm记录一个输出的电压值，为了描绘出完整的曲线，至少测量20组数据。在同一坐标作出V-X曲线，分别找出各被测体的线性范围、灵敏度、最佳工作点（双向

11、或单项），并进行比较。2.2 了解霍尔式的结构、工作原理，学会用霍尔传感器做静态位移测试。调节：利用螺旋测微仪调节震动平台，使霍尔元件处于梯度磁场的中央。差动放大器测量霍尔传感器的位移与输出电压之间的关系，从中点开始，测微头每移动0.5mm记录一个差动放大器输出的电压值，上下移动霍尔元件各3.5mm。作出V-X曲线，找出线性范围并求出灵敏度。利用霍尔传感器测出一物体的重量。2.3了解光纤传感器的结构和工作原理，学会用光纤传感器做位移测试测量光纤传感器的位移与输出电压之间的关系，测微头每移动0.25mm记录一个输出的电压值，为了描绘出完整的曲线，至少测量50组数据。作出V-X曲线，找出线性范围、

12、求出灵敏度并确定最佳工作点（双向或单项）2.4 了解半导体应变计的工作特性和温度效应观察了解半导体应变计的结构及粘贴方法。分别利用单桥、半桥电路测量应变梁变形时应变片的输出并求出灵敏度。在同一坐标上描出VX曲线，比较两种桥路的灵敏度，做出定性的结论。测量半导体应变计的温度效应。分别利用单桥、半桥电路测出半导体应变计的温度漂移值。3 实验目的：了解电涡流传感器、霍尔传感器、光纤传感器的使用和静态特性。4 实验仪器简介：CSY系列传感器系统实验仪是集被测体、各种传感器、信号激励源、处理电路和显示器于一体，组成一个完整的测试系统。实验仪主要由实验工作台、处理电路、信号与显示电路三部分组成。传感器系列

13、实验二所用的传感器位于实验工作台右边，装在圆盘式工作台的四周，依次为（依逆时针方向）电感式（差动变压器）、电容式、磁电式、霍尔式、电涡流式、压阻式等传感器。光纤传感器的一端已固定在“光电变换器”上，另一端为活动的圆柱形探头，可根据要求加以固定。本实验只做电涡流传感器、霍尔传感器和光纤传感器，相应的处理电路及显示电路请看下面的讲义。当传感器的输入量处于稳定状态时，传感器的输出输入特性称为静态特性，静态特性包括：线性度、灵敏度、分辨率、阈值等，本实验只对前两相进行研究。5 电涡流式传感器5.1 实验原理：电涡流传感器由平面线圈和金属片组成，它是基于电磁感应原理而制成的。由电磁场理论可知，在受到交变

14、电磁场作用的任何导体中，都会产生电涡流。成块的金属置于变化的磁场中，或者在固定磁场中运动时，金属导体内就要产生感应电流，这种电流的流线在金属内是闭合的，所以称为涡流。电涡流传感器的作用原理如下图：H1HH1H2I1I2U1R2L1L2I1I2U1 R1M涡流式传感器与被测金属的等效电路等效等效金属片金属片把线圈与被测导体等效为相互耦合的两个线圈，如右上图所示。设R1为线圈的电阻；L1为线圈电感；R2为短路环的电阻；L2为短路环电感；M为线圈与短路环间的互感，M随他们之间距离x减少而增大；U1为激励电压。由等效电路可写出两个电压平衡方程式：解上面的联立方程可得到，从而求出受金属影响后空心线圈的等

15、效阻抗为从上式可看出线圈阻抗的实数部分即有效电阻随M的增加而增加；虚部部分即等效电感随M的增加而减少，这样使线圈阻抗发生了变化。在本实验中，当线圈中通以高频率的交变电流后，与其平行的金属片上感应产生电涡流，电涡流的大小影响线圈的阻抗Z，而涡流的大小与金属片的电阻率，导磁率、厚度、温度以及与线圈的距离X都有关，当平面线圈、被测体（金属片）、激励源已确定，并保持环境温度不变，阻抗Z只与距离X有关，将阻抗变化通过“涡流变换器”转为电压信号V输出，则输出电压是距离X的单值函数。5.2 实验内容：5.2.1 电涡流传感器的静态标定实验目的：了解电涡流传感器的结构、原理、工作特性。实验所需部件：电涡流传感

16、器、涡流变换器、螺旋测微仪、电压表、示波器试验步骤：（1）、安装好电涡流线圈与金属片，注意两者必须保持平行，安装好测微仪，将电涡流线圈接入涡流变换器输入端。涡流变换器输出端接数字电压表20V档。（2）、开启主机电源，用测微仪带动涡流片移动，当涡流片完全紧贴线圈时输出电压为零（可适当改变支架中的线圈角度），然后旋动测微仪使涡流片离开线圈，从电压表有读数时每隔0.25mm记录一个电压值，将V、X数值填入下表，作出V-X曲线，指出线性范围，求出灵敏度。X(mm)U(v)（3）、示波器接电涡流线圈与实验模块输入端口，观察电涡流传感器的激励信号频率，随着线圈与电涡流片距离的变化，信号幅度也发生变化，当涡

17、流片紧贴线圈时电路停振，输出为零。注意事项：模块输入端接入示波器时由于一些示波器的输入阻抗不高（包括探头阻抗）以至影响线圈的阻抗，使输出V0变小，并造成初始位置附近的一段死区，示波器探头离开输入端即可解决这个问题。5.2.2 被测材料对电涡流传感器特性的影响实验目的：了解不同的金属材料对电涡流传感器的影响实验所需部件： 电涡流传感器、三种金属片、涡流变换器、电压表、测微仪、示波器实验步骤：（1）、按内容1的要求分别对铁、铜、铝涡流片进行测试与标定，记录数据，在同一坐标上作出V-X曲线。（2）、分别找出不同材料被测体的线性工作范围，灵敏度，最佳工作点（双向或单向）并进行比较，并做出定性的结论。注

18、意事项：换上铜、铝和其他金属涡流片时，线圈紧贴涡流片时输出电压并不为零，这是因为电涡流线圈的尺寸是为配合铁涡流片而设计的，换了不同材料的涡流片，只有改变线圈尺寸输出才能为零。6 霍尔式传感器6.1实验原理：霍尔传感器是一种基于霍尔效应的传感器。霍尔效应的相关内容请参看物理实验教程P122。本实验所用的霍尔传感器，由两个产生梯度磁场的环形磁钢和霍尔元件组成的。霍尔元件通以恒定电流时，霍尔电势的大小正比于磁场强度，当霍尔元件在梯度磁场中上、下移动时，输出的霍尔电势V取决于其在磁场中的位移量，所以测得霍尔电势的大小便可获知霍尔元件的静位移。6.2 实验内容：6.2.1 霍尔式传感器的直流激励特性实验

19、目的：了解霍尔式传感器的结构、工作原理，学会用霍尔传感器做静态位移测试。实验所需部件：霍尔传感器、直流稳压源（2V）、电桥、差动放大器、数字电压表、测微仪。WDR+2V差放 电压表实验步骤：（1）、实验按上图接线，确认霍尔元件直流激励电压为2V，另一激励端接地，差动放大器增益适度（约10倍左右。）（2）、用螺旋测微仪调节振动平台使霍尔元件置于梯度磁场中间，开启电源，并调节电桥直流电位器WD，使输出为零。上下移动振动台，使差放正负电压输出对称。（3）、从中点开始，调节螺旋测微仪，上下移动霍尔元件各3.5mm，每变化0.5mm读取相应的电压值，并记入下表：XmmV0mv作出V-X曲线，求得灵敏度和

20、线性工作范围。如出现非线性情况，请查找原因。注意事项：直流激励电压只能是2V，不能接+2V(4V)否则锑化铟霍尔元件会烧坏。6.2.2霍尔传感器的应用电子秤实验目的：说明线性霍尔传感器的实际应用。实验所需部件：霍尔传感器、直流稳压源（2V）、电桥、差动放大器、电压表、砝码实验步骤：实验线路同上。移开测微仪，使输出为零。系统灵敏度尽量大(输出以不饱和为标准)，且工作在线性区。以振动圆盘作为称重平台，逐步放上砝码，依次放上砝码，依次记下表头读数，填入自拟表，并做出V-W曲线。移走称重砝码，在平台上另放置一味知重量的物品，根据V-W曲线求得其重量。注意事项：霍尔式传感器在做称重时应工作在梯度磁场中，

21、所以砝码和被称重物都不应太重。砝码应置于平台的中间部分，避免平台倾斜。7 光纤传感器7.1 实验原理：反射式光纤传感器工作原理如下图所示， 光纤采用Y型结构，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，红外二级管发出的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，反射光的强弱表示了反射物与光纤探头的距离，通过对光强的检测就可得知位置量的变化。7.2实验内容：7.2.1光纤传感器位移测量实验目的：了解光纤传感器的结构和工作原理。实验所需部件：光纤（光电转换器）、光电变换器、支架、电压表、示波器、螺旋测微仪、反射片实验步骤：（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）、将原装在电涡流线圈支架上的电涡流线圈取下，装上光纤探头，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