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桂林航天工業(yè)學(xué)院實(shí)驗(yàn)報(bào)告 課程名稱傳感器與檢測(cè)技術(shù)(A) 開課學(xué)期 2016 - 2017第一學(xué)期 實(shí) 驗(yàn) 室巡天樓409 學(xué) 號(hào)201409047401 姓 名 宋哥
實(shí)驗(yàn)一 電容式位移傳感器位移測(cè)量實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/strong> 了解電容式傳感器的結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)。 二、基本原理： 利用平板電容C=εA/d的關(guān)系,在ε（介電常數(shù)）、A（面積）、d（截距）三個(gè)參數(shù)中，保持二個(gè)參數(shù)不變，而只改變其中一個(gè)參數(shù)，就可使電容的容量(C)發(fā)生變化，通過相應(yīng)的測(cè)量電路，將電容的變化量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓量,則可以制成多種電容傳感器，如：①變?chǔ)诺臐穸入娙輦鞲衅鳌＂谧僤的電容式壓力傳感器。③變A的電容式位移傳感器。本實(shí)驗(yàn)采用第③種電容傳感器,是一種圓筒形差動(dòng)變面積式電容傳感器。 三、需用器件與單元： 電容傳感器、電容傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０�、測(cè)微頭、移相/相敏檢波/濾波模板、數(shù)顯單元、直流穩(wěn)壓電源。 四、實(shí)驗(yàn)步驟： 1、按圖（1-1）將電容傳感器裝于實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳希脤Ｓ秒娙葸B接線連接電容傳感器與實(shí)驗(yàn)?zāi)K。 2、實(shí)驗(yàn)接線見圖（1-1），將電容傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０宓妮敵龆薞01與數(shù)顯電壓表Vi相接，電壓表量程置2V檔，Rw調(diào)節(jié)到中間位置。
圖（1-1） 3、接入±15V電源，將測(cè)微頭旋至10mm處并傳感器相吸合，調(diào)整測(cè)微頭的左右位置，使電壓表指示最小，將測(cè)量支架頂部的鏍釘擰緊,旋動(dòng)測(cè)微頭，每間隔0.2mm或0.5mm記下輸出電壓值(V)，填入表1-1。 表1-1:容式傳感器位移與輸出電壓的關(guān)系
4、將測(cè)微頭旋回到10mm處，反向旋動(dòng)測(cè)微頭，重復(fù)實(shí)驗(yàn)過程填入表1-1。 圖（4-1） - 根據(jù)表1-1數(shù)據(jù)計(jì)算電容傳感器的靈敏度S，分析誤差來源。
靈敏度S=0.00443V/mm 五、實(shí)驗(yàn)小結(jié) 根據(jù)所得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)果，我們可以算出該傳感器的靈敏度，在實(shí)驗(yàn)過程中，記錄數(shù)據(jù)的時(shí)候必須要等電壓表穩(wěn)定下來在記錄這樣可以減小實(shí)驗(yàn)誤差。遵守實(shí)驗(yàn)規(guī)則。最后記錄 實(shí)驗(yàn)二電渦流傳感器位移實(shí)驗(yàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/strong> 了解電渦流傳感器測(cè)量位移的工作原理和特性。 二、基本原理： 通以高頻電流的線圈會(huì)產(chǎn)生高頻磁場(chǎng)，當(dāng)有導(dǎo)體接近該磁場(chǎng)時(shí)，會(huì)在導(dǎo)體表面產(chǎn)生渦流效應(yīng)，而渦流效應(yīng)的強(qiáng)弱與該導(dǎo)體與線圈的距離有關(guān)，因此通過檢測(cè)渦流效應(yīng)的強(qiáng)弱即可以進(jìn)行位移測(cè)量。 三、需用器件與單元： 電渦流傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０�、電渦流傳感器、直流電源、數(shù)顯單元、測(cè)微頭、鐵圓片。 四、實(shí)驗(yàn)步驟： 1、根據(jù)圖2－１安裝電渦流傳感器。 2、觀察傳感器結(jié)構(gòu)，這是一個(gè)扁平的多層線圈，兩端用單芯屏蔽線引出。 3、按圖2-2將電渦流傳感器輸出插頭接入實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳舷鄳?yīng)的傳感器輸入插口，傳感器作為由晶體管T1組成振蕩器的一個(gè)電感元件。 ４、在測(cè)微頭端部裝上鐵質(zhì)金屬圓片，作為電渦流傳感器的被測(cè)體。 ５、將實(shí)驗(yàn)?zāi)０遢敵龆薞0與數(shù)顯單元輸入端Vi相接。數(shù)顯電壓表量程置20V檔。 圖2-1
圖2-2 ６、用連接導(dǎo)線從主控箱接入＋15V直流電源到模板上標(biāo)有+15V的插孔中。 ７、移動(dòng)測(cè)微頭與傳感器線圈端部接觸，開啟主控箱電源開關(guān)，記下數(shù)顯表讀數(shù)，旋轉(zhuǎn)測(cè)微每隔0.2mm讀一個(gè)數(shù)，直到輸出幾乎不變?yōu)橹�，將結(jié)果填入表2-1。 表2-1：電渦流傳感器位移與輸出電壓數(shù)據(jù)
8、根據(jù)表2-1數(shù)據(jù)，畫出V-X曲線，試計(jì)算量程為1mm、3mm及5mm時(shí)的靈敏度 該鐵片的靈敏度為0.682 1.按照實(shí)驗(yàn)原理圖搭建電路圖并檢查是否安裝正確 2.金屬片應(yīng)當(dāng)僅僅與電渦流式傳感器僅僅貼合并記錄初始值 3.由繪制的V-X圖可知，當(dāng)鐵片慢慢遠(yuǎn)離電渦流式傳感器時(shí)，電壓會(huì)逐漸增大，最后會(huì)達(dá)到穩(wěn)定。 4.根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)原理，塊狀金屬導(dǎo)體置于變化的磁場(chǎng)中或在磁場(chǎng)中作切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)將產(chǎn)生呈渦旋狀的感應(yīng)電流，這就是電渦流效應(yīng) 5.電渦流傳感器具有較高的線性度，且是非接觸式的，故靈敏度較高，能準(zhǔn)確采集各種參數(shù)，用途廣泛。 6.從圖中的波形來看我們可以算出該鐵片的靈敏度。 實(shí)驗(yàn)三被測(cè)體材質(zhì)對(duì)電渦流傳感器特性影響實(shí)驗(yàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/strong> 了解不同的被測(cè)體材料對(duì)電渦流傳感器性能的影響。 二、基本原理： 影響渦流效應(yīng)的強(qiáng)弱除了上面提及的因素外，與金屬導(dǎo)體本身的電阻率和磁導(dǎo)率也有關(guān)系，因此不同的材料就會(huì)有不同的渦流效應(yīng)，從而改變電渦流傳感器的測(cè)量性能。 三、需用器件與單元： 電渦流傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０�、電渦流傳感器、直流電源、數(shù)顯單元、測(cè)微頭、鐵圓片，銅圓片 四、實(shí)驗(yàn)步驟： 1、根據(jù)圖3－１安裝電渦流傳感器。 2、按圖3-2將電渦流傳感器輸出插頭接入實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳舷鄳?yīng)的傳感器輸入插口，傳感器作為由晶體管T1組成振蕩器的一個(gè)電感元件。 ４、在測(cè)微頭端部裝上鐵質(zhì)金屬圓片，作為電渦流傳感器的被測(cè)體。 ５、將實(shí)驗(yàn)?zāi)０遢敵龆薞0與數(shù)顯單元輸入端Vi相接。數(shù)顯電壓表量程置20V檔。 圖3-1
圖3-2 ６、用連接導(dǎo)線從主控箱接入＋15V直流電源到模板上標(biāo)有+15V的插孔中。 ７、移動(dòng)測(cè)微頭與傳感器線圈端部接觸，開啟主控箱電源開關(guān)，記下數(shù)顯表讀數(shù)，旋轉(zhuǎn)測(cè)微每隔0.2mm讀一個(gè)數(shù)，直到輸出幾乎不變?yōu)橹�，將結(jié)果填入表3-1。 8、將原鐵圓片換成銅圓片。 3、重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟，并將數(shù)據(jù)記錄在表3-2 表3-1：被測(cè)體為鐵圓片時(shí)的位移與輸出電壓數(shù)據(jù)： 表3-2：被測(cè)體為銅圓片時(shí)的位移與輸出電壓數(shù)據(jù)： 4、比較銅片和鐵片的靈敏度 鐵片的靈敏度為：0.645 銅片的靈敏度為：0.682 圖為被測(cè)物體為鐵片時(shí)電壓與位移的輸出關(guān)系圖
圖為被測(cè)物體為銅片時(shí)電壓與位移的輸出關(guān)系圖 5、將上述銅片、鐵片換成非金屬材料，實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)什么結(jié)果。 答：靈敏度會(huì)變小甚至?xí)優(yōu)? 按照電路圖鏈接好電路之后，開始實(shí)驗(yàn)。注意多測(cè)機(jī)組數(shù)據(jù)，這樣紙我們就可以更好的計(jì)算出這兩種金屬被測(cè)物體的靈敏度并且做出比較，經(jīng)過比較我可以知道銅片的靈敏度要比鐵片的靈敏度要高一點(diǎn)，這可能跟金屬的電子活動(dòng)性有關(guān)吧。
實(shí)驗(yàn)四壓阻式壓力傳感器壓力測(cè)量實(shí)驗(yàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/strong> 了解擴(kuò)散硅壓阻式壓力傳感器測(cè)量壓力的原理和方法。 二、基本原理： 擴(kuò)散硅壓阻式壓力傳感器如圖（4-1），是在單晶硅的基片上擴(kuò)散出P型或N型電阻條并接成電橋。在壓力作用下，基片產(chǎn)生應(yīng)變，根據(jù)半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)，電阻條的電阻率會(huì)產(chǎn)生很大變化而引起電阻值的變化，我們把這一變化量引入測(cè)量電路，則其輸出電壓的變化反映了所受到的壓力變化。
圖（4-1） 三、需用器件與單元： 壓力源(已在主控箱內(nèi))、壓力傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K（壓阻式壓力傳感器已安裝在模塊上）、流量計(jì)、三通連接導(dǎo)管、數(shù)顯表、直流穩(wěn)壓源±4V、±15V。 四、實(shí)驗(yàn)步驟： 1、根據(jù)圖（4-2）連接管路和電路，主控箱內(nèi)的空氣壓縮泵、壓力緩沖器、流量計(jì)之間的管路在內(nèi)部已接好。將硬氣管一端插入主控箱面板上的氣源快速插座中(注意管子拉出時(shí)請(qǐng)用手按住氣源插座邊緣往內(nèi)壓，則硬管可輕松拉出)。軟導(dǎo)管與壓力傳感器接通。壓力傳感器有4個(gè)引腳，③端接+4V電源，①端接地，②端為V0+，④端為V0-。 2、實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳蟁w2用于調(diào)節(jié)零位，Rw1可調(diào)放大倍數(shù)，模板的放大器輸出V02引到主控箱數(shù)表的Vi插座，將電壓量程顯示選擇開關(guān)撥到20V檔，Rw1大約旋至中間，反復(fù)調(diào)節(jié)Rw2使數(shù)顯表顯示為零。 3、先松開流量計(jì)下端進(jìn)氣口調(diào)氣閥的旋鈕（逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)），開通流量計(jì)。 4、合上主控箱上的氣源開關(guān)，啟動(dòng)壓縮泵，此時(shí)可看到流量計(jì)中的滾珠浮起懸于玻璃管中。 5、逐步關(guān)小流量計(jì)旋鈕（順時(shí)針），使壓力表指示在4KPa左右，并記下電壓表讀數(shù)。 6、進(jìn)一步關(guān)小流量計(jì)旋鈕，壓力每上升1KP記下相應(yīng)的電壓表數(shù)值并填于下表: 表(4-1):壓力傳感器輸出電壓與輸入壓力的關(guān)系 注：壓力可調(diào)范圍在0—20Kpa左右，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的多少可由實(shí)驗(yàn)者自己確定。 7、根據(jù)實(shí)驗(yàn)一方法，計(jì)算本系統(tǒng)的靈敏度
圖（4-2） 該傳感器的靈敏度為：0.03178 過載能力強(qiáng)和抗沖擊壓力強(qiáng)，適合測(cè)量高量程范圍的壓力變化，尤其在1Mpa以上時(shí)，線性很好，精度也很高，并適合測(cè)量與應(yīng)變材料兼容的各類介質(zhì) 實(shí)驗(yàn)五光纖傳感器的位移特性實(shí)驗(yàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/strong> 了解光纖位移傳感器的工作原理和性能。 二、基本原理： 本實(shí)驗(yàn)采用的是導(dǎo)光型多模光纖，它由兩束光纖組成半圓分布的Y型傳感探頭，一束光纖端部與光源相接用來傳遞發(fā)射光，另一束端部與光電轉(zhuǎn)換器相接用來傳遞接收光，兩光纖束混合后的端部是工作端亦即探頭，當(dāng)它與被測(cè)體相距Ｘ時(shí)，由光源發(fā)出的光通過一束光纖射出后，經(jīng)被測(cè)體反射由另一束光纖接收，通過光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成電壓，該電壓的大小與間距Ｘ有關(guān)，因此可用于測(cè)量位移。 三、需用器件與單元： 光纖傳感器及實(shí)驗(yàn)?zāi)０�、�?shù)顯單元、測(cè)微頭、直流電源±15V、鐵測(cè)片。 四、實(shí)驗(yàn)步驟： 1、根據(jù)圖5-1安裝光纖位移傳感器，二束光纖分別插入實(shí)驗(yàn)板上光電變換座內(nèi)，其內(nèi)部裝有發(fā)光管Ｄ及光電轉(zhuǎn)換管T。 圖5-1 2、將光纖實(shí)驗(yàn)?zāi)０遢敵龆薞0與數(shù)顯單元相連，見圖5-2。
圖5-2 3、在測(cè)微頭頂端裝上鐵質(zhì)圓片作為反射面，調(diào)節(jié)測(cè)微頭使探頭與反射面輕微接觸，數(shù)字電壓表置20V檔。 4、實(shí)驗(yàn)?zāi)０褰尤搿?5V電源，合上主控箱電源開關(guān)，調(diào)節(jié)RW2使數(shù)字電壓表顯示為零。 5、旋轉(zhuǎn)測(cè)微頭,使被測(cè)體離開探頭,每隔0.1mm讀出數(shù)顯表顯示值,將其填入5-1。 注：電壓變化范圍從最小→最大→最小必須記錄完整。 表5-1：光纖位移傳感器輸出電壓與位移數(shù)據(jù)：
6、根據(jù)表5-1數(shù)據(jù)，作出光纖位移傳感器的位移特性圖。 五、思考題： 光纖位移傳感器測(cè)量位移時(shí)，對(duì)被測(cè)體的表面有些什么要求？ 答：表面要干凈沒有污點(diǎn),而且光潔度要好
實(shí)驗(yàn)六光纖傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)速實(shí)驗(yàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/strong> 了解光纖位移傳感器用于測(cè)量轉(zhuǎn)速的方法。 二、基本原理： 利用光纖位移傳感器在被測(cè)物的反射光強(qiáng)弱明顯變化時(shí)所產(chǎn)生的相應(yīng)信號(hào)經(jīng)電路處理轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的脈沖信號(hào)即可測(cè)量轉(zhuǎn)速。 三、需用器件與單元： 光纖傳感器、光纖傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０濉⒅绷髟础?5V、轉(zhuǎn)動(dòng)源（2000型） 四、實(shí)驗(yàn)步驟： 1、將光纖傳感器探頭按圖6-1安裝于轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)傳感器支架上，使光纖探頭與電機(jī)轉(zhuǎn)盤平臺(tái)上的反射點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)。
圖6-1 2、按實(shí)驗(yàn)三十圖5-2模塊接線，數(shù)顯電壓表置2V檔，并按以下步驟操作:①用手轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤，使探頭避開反射面，合上主控箱電源開關(guān)，調(diào)節(jié)RW2使數(shù)顯表顯示接近零（≥０）。②再用手轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤，使光纖探頭對(duì)準(zhǔn)反射點(diǎn)，調(diào)節(jié)升降支架高低，使數(shù)顯表指示最大，重復(fù)①、②步驟，直至兩者的電壓差值最大（差值需大于1V）。再將V01與轉(zhuǎn)速／頻率表的fin端相接，頻率/轉(zhuǎn)速表開關(guān)撥到轉(zhuǎn)速檔。 3、接入+2V—+24V直流電壓至旋轉(zhuǎn)電機(jī)，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速旋鈕，使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，逐漸加大轉(zhuǎn)速電壓，使電機(jī)轉(zhuǎn)速加快，固定某一轉(zhuǎn)速記下數(shù)顯表上讀數(shù)，并將頻率/轉(zhuǎn)速表開關(guān)撥到頻率檔，通過頻率計(jì)算出轉(zhuǎn)速。 五、實(shí)驗(yàn)小結(jié) 由上表我們可以得知實(shí)際轉(zhuǎn)速與理論轉(zhuǎn)速基本上一致。由本次實(shí)驗(yàn)我們認(rèn)識(shí)到了傳感器在實(shí)際應(yīng)用中的重要性，并且學(xué)會(huì)了如何應(yīng)用傳感器。
實(shí)驗(yàn)七 直流激勵(lì)時(shí)接觸式霍爾位移傳感器特性實(shí)驗(yàn)- 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/font>
了解霍爾式位移傳感器原理與應(yīng)用。 二、基本原理： 根據(jù)霍爾效應(yīng)，霍爾電勢(shì)VH=KHIB，保持KHI不變，若霍爾元件在梯度磁場(chǎng)B中運(yùn)動(dòng)，且B是線性均勻變化的，則霍爾電勢(shì)VH也將呈線性均勻變化，這就可以進(jìn)行位移測(cè)量。 三、需用器件與單元： 霍爾傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K、線性霍爾位移傳感器、被測(cè)永久磁鋼、直流電源：±4V、15Ｖ、測(cè)微頭、數(shù)顯單元。 四、實(shí)驗(yàn)步驟： 1、按圖7-1在實(shí)驗(yàn)?zāi)K上安裝霍爾傳感器及磁鋼。 2、 在測(cè)量圓片上吸上圓形磁鋼，盡量使磁鋼中心對(duì)準(zhǔn)霍爾傳感器。旋轉(zhuǎn)測(cè)微桿至15mm處，調(diào)節(jié)測(cè)微桿位置使磁鋼與霍尓式傳感器探頭剛好接觸，擰緊測(cè)量架頂部的固定鏍釘。 3、按圖7-2接線，放大器增益旋鈕RW3置最小位，調(diào)節(jié)RW1使數(shù)顯電壓表指示為零（數(shù)顯表置2V檔）。
圖7-1 4、旋動(dòng)測(cè)微頭，每間隔0.2mm或0.5mm記下輸出電壓值(V)，填入表7-1： 表7-1：霍爾式位移傳感器位移量與輸出電壓的關(guān)系： 5、作出V-X曲線。
圖7-2 位移與電壓的趨勢(shì)圖如下 可以計(jì)算出該霍爾傳感器的靈敏度為0.0380 五、實(shí)驗(yàn)小結(jié) 1.連接電路并檢查后再開啟電源 2.永久磁鋼應(yīng)對(duì)準(zhǔn)霍爾式傳感器中心，并使兩者貼合，固定好測(cè)微頭 3.由V-X圖可以看出位移與輸出電壓存在線性關(guān)系，這也霍爾式位移傳感器的特性之一
實(shí)驗(yàn)八 霍爾式位移傳感器的應(yīng)用―電子秤實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/strong> 了解霍爾式傳感器用于稱重的原理。 二、基本原理： 當(dāng)振動(dòng)臺(tái)加載時(shí)懸臂梁會(huì)產(chǎn)生一相應(yīng)的位移量，通過霍爾式位移傳感器測(cè)量位移重量轉(zhuǎn)換成電壓。 三、需用器件與單元： 霍爾傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K、線性霍爾位移傳感器、被測(cè)永久磁鋼、電源：±4V、±15Ｖ、振動(dòng)臺(tái)（2000型）、砝碼、數(shù)顯單元。 四、實(shí)驗(yàn)步驟： 1、安裝霍爾傳感器并使探頭對(duì)準(zhǔn)且離開振動(dòng)圓盤磁鋼約2—5mm。 2、根據(jù)實(shí)驗(yàn)七的圖（7-2）接線。 3、在霍爾實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳霞由现绷麟妷骸?Ｖ和±15Ｖ，電壓表量程置 2Ｖ檔 。 4、調(diào)整RW1電位器使數(shù)顯電壓表指示為零。 5、在振動(dòng)臺(tái)面上分別加砝碼：20g、40g、60g、80g、100g，讀出數(shù)顯表指示的相應(yīng)值，依次填入表8-1： 表8-1： 注：如電壓表變化不太小，請(qǐng)順時(shí)針調(diào)節(jié)RW3電位器，加大放大器增益。 6、放上一金屬薄片，讀出數(shù)顯表顯示的電壓值0.008V 7、計(jì)算出未知重物大約為40g。 五、實(shí)驗(yàn)小結(jié) 本設(shè)計(jì)過程充分利用傳感器的有關(guān)知識(shí)，利用霍爾傳感器設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單電子秤很大程度上滿足了此應(yīng)用需求，并從簡(jiǎn)單電子秤的基本構(gòu)造進(jìn)一步了解大型電子秤的構(gòu)造原理。通過設(shè)計(jì)使我們更好地理解傳感器的實(shí)際應(yīng)用，更全面地掌握各種測(cè)量電路的具體應(yīng)用特點(diǎn)，使我們?cè)趧?dòng)手能力得到鍛煉的同時(shí)充分發(fā)揮自己的創(chuàng)新潛能，充分調(diào)動(dòng)我們的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，培養(yǎng)我們的創(chuàng)新能力。
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本科八個(gè)傳感器實(shí)驗(yàn)--黃明送.docx
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