《傳感器技術(shù)》實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書07級(jí)微電子

《《傳感器技術(shù)》實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書07級(jí)微電子》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《《傳感器技術(shù)》實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書07級(jí)微電子（21頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、 《傳感器技術(shù)》實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書 （07級(jí)微電子專業(yè)） 劉海浪　編 桂林電子科技大學(xué) 二ＯＯ九年五月 目 錄 實(shí)驗(yàn)一 應(yīng)變式傳感器特性測(cè)試 2 實(shí)驗(yàn)二 電感式傳感器特性測(cè)試 7 實(shí)驗(yàn)三 霍爾傳感器應(yīng)用實(shí)驗(yàn) 13 實(shí)驗(yàn)四 傳感器應(yīng)用的計(jì)算機(jī)仿真 　 16 實(shí)驗(yàn)一

2、 應(yīng)變式傳感器特性測(cè)試 一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1、掌握金屬箔式應(yīng)變片的應(yīng)變效應(yīng)，單臂電橋工作原理和性能； 2、了解學(xué)習(xí)全橋測(cè)量電路的構(gòu)成及其特點(diǎn)、優(yōu)點(diǎn)； 3、比較單臂電橋與全橋的不同性能、了解其特點(diǎn)。 二、 實(shí)驗(yàn)用器件與設(shè)備 1、應(yīng)變式傳感器實(shí)驗(yàn)臺(tái)； 2、傳感器實(shí)驗(yàn)箱； 3、砝碼； 4、跳線； 5、萬用表等。 三、 實(shí)驗(yàn)原理 直流電橋原理：在進(jìn)行金屬箔式應(yīng)變片單臂、半橋、全橋性能實(shí)驗(yàn)之前，我們有必要先來介紹一下直流電橋的相關(guān)知識(shí)。電橋電路有直流電橋和交流電橋兩種。電橋電路的主要指標(biāo)是橋路靈敏度、非線性和負(fù)載特性。下面具體討論有關(guān)直流電路和與之相關(guān)的這幾項(xiàng)指

3、標(biāo)。 1、 平衡條件 直流電橋的基本形式如圖1-1所示。R1， R2，R3 ， R4 為電橋的橋臂電阻，RL為其負(fù)載（可以是測(cè)量儀表內(nèi)阻或其他負(fù)載）。 當(dāng)RL ∞時(shí)，電橋的輸出電壓V0應(yīng)為 V0=E() 當(dāng)電橋平衡時(shí)，V0=0，由上式可得到R1R4=R2R3，或 （1-1） 圖1-1　直流電橋的基本形式 式（1-1）秤為電橋平衡條件。平衡電橋就是橋路中相鄰兩橋臂阻值之

4、比應(yīng)相等，橋路相鄰兩臂阻值之比相等方可使流過負(fù)載電阻的電流為零。 2、 平衡狀態(tài) 單臂直流電橋： 所謂單臂就是電橋中一橋臂為電阻式傳感器，且其電阻變化為△R，其它橋臂為阻值固定不變，這時(shí)電橋輸出電壓V0≠0（此時(shí)仍視電橋?yàn)殚_路狀態(tài)），則不平衡電橋輸出電壓V0為 V0＝ (1-2) 設(shè)橋臂比n=，由于△R1《R1，分母中可忽略，輸出電壓便為 V"0= 這是理想情況，式（1-2）為實(shí)際輸出電壓，由此可求出電橋非線性誤差。實(shí)際的非線性特性曲線與理想線性曲線的偏差秤為絕對(duì)非線性誤差。則其相對(duì)線性誤差r為：

5、 r== = （1-3） 由此可見，非線性誤差與電阻相對(duì)變化有關(guān)，當(dāng)較大時(shí)，就不可忽略誤差了。 下面來看電橋電壓靈敏度SV 。在式（1-2）中，忽略分母中項(xiàng)，并且考慮到起始平衡條件，從式（1-2）可以得到 V0'≈ （1-4） 電橋靈敏度的定義為 SV = ≈ = （1-5） 當(dāng)n=1時(shí)，可求得SV最大。也就是說，在電橋電壓E確定后，當(dāng)R1=R2，R3=R4 時(shí)，電橋電

6、壓靈敏度最高。此時(shí)可分別將式（1-2）、（1-3）、（1-4）、（1-5）化簡為： V0= （1-6） r = （1-7） V0' ≈ （1-8） SV = （1-9） 由上面四式可知，當(dāng)電源

7、電壓E和電阻相對(duì)變化一定時(shí)，電橋的輸出電壓，非線性誤差，電壓靈敏度也是定值，與各橋臂阻值無關(guān)。 差動(dòng)直流電橋（半橋式）： 若圖1-1中支流電橋的相鄰兩臂為傳感器，即R1和R2為傳感器，并且其相應(yīng)變化為△R1和 △R2，則該電橋輸出電壓V0≠0，當(dāng)△R1=△R2，R1=R2，R3=R4 時(shí)，則得 V0= 上式表明，V0與成線性關(guān)系，比單臂電橋輸出電壓提高一倍，差動(dòng)電橋無非線性誤差，而且電壓靈敏度SV為 SV = 比使用一只傳感器提高了一倍，同時(shí)可以起到溫度補(bǔ)償?shù)淖饔谩?

8、 雙差動(dòng)直流電橋（全橋式）： 若圖1-1中直流電橋的四臂均為傳感器，則構(gòu)成全橋差動(dòng)電路。若滿足△R1=△R2=R△3=△R4，則輸出電壓和靈敏度為 V0= SV = E 由此可知，全橋式直流電橋是單臂直流電橋的輸出電壓和靈敏度的4倍，是半橋式直流電橋的輸出電壓和靈敏度的2倍。 四、 實(shí)驗(yàn)方法與步驟 (一)、全橋電路性能測(cè)量： 1. 關(guān)閉實(shí)驗(yàn)臺(tái)總電源，將紅色線接入P1或者P5口，黃色線接入P2或者P3口，將黑色線接入P4或者P8口，將藍(lán)色線接入P6或P7口； 2、用導(dǎo)線把全橋電路信號(hào)處理模塊的T8口接到信

9、號(hào)輸出模塊的T4或T5，然后用信號(hào)線連接信號(hào)輸出模塊的BNC接口和多通道數(shù)據(jù)采集模塊的通道5上。 3. 用電源線將基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)臺(tái)上多路輸出電源引接到傳感器開放電路主板上；把主板上的5V、＋12V、－12V的電源開關(guān)撥到ON。 4. 用萬用表測(cè)量T8口的對(duì)地電壓，如果該點(diǎn)電壓超過5V，則調(diào)節(jié)電阻R22的阻值以調(diào)節(jié)放大電路的零點(diǎn)，盡量使輸出為零（可調(diào)到0.5V以下即可），然后在應(yīng)變壓辦實(shí)驗(yàn)臺(tái)上放置法碼，觀察T8口的輸出電壓，使其始終不超過5V，如果有超過的，則調(diào)節(jié)R21和R9的阻值，使輸出不超過5V； 5. 調(diào)整完畢后，從質(zhì)量為0g開始，先測(cè)一個(gè)數(shù)據(jù)，再依次添加不同質(zhì)量的砝碼到托盤上，用萬用表

10、測(cè)量T8口相應(yīng)的電壓值，因?yàn)閼?yīng)變片的量程是5kg，切勿放置過大質(zhì)量物體在托盤上，更不可按壓托盤。 6.　在托盤上放置一只砝碼，讀取電壓數(shù)值，依次增加砝碼和讀取相應(yīng)的電壓值，直到砝碼加完，記下實(shí)驗(yàn)結(jié)果填入如表1-1類似的表中，關(guān)閉電源。 　　表1-1　全橋?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù)樣表 重量（g） 電壓（mv） 7. 根據(jù)表1-1計(jì)算系統(tǒng)靈敏度S=（輸出電壓變化量與重量變化量之比）。 8. 繪出電壓和質(zhì)量之間的關(guān)系曲線，并對(duì)其進(jìn)行線性擬合，求出擬合直線，記下斜率Ｋ和截距b待用（v=km+b）。 (二)、全橋電路的應(yīng)用--稱重實(shí)驗(yàn)：

11、1.運(yùn)行Labview主程序，打開“全橋電路的應(yīng)用—物體重量測(cè)量”程序，建立實(shí)驗(yàn)環(huán)境， 2. 在實(shí)驗(yàn)界面上輸入對(duì)應(yīng)通道數(shù)，然后分別輸入上步擬合得到的k值和b值，運(yùn)行程序； 3. 在托盤上分別放置不同質(zhì)量的砝碼，在實(shí)驗(yàn)界面可看到一個(gè)測(cè)量的質(zhì)量值，分別記錄實(shí)驗(yàn)測(cè)量值和托盤上實(shí)際放置的法碼的質(zhì)量，比較誤差，如果誤差過大請(qǐng)重新計(jì)算k值和b值； 　　7.計(jì)算實(shí)際質(zhì)量與程序測(cè)量得到的質(zhì)量之間的實(shí)驗(yàn)誤差，分析產(chǎn)生誤差的原因。 實(shí)驗(yàn)二 電渦流傳感器特性測(cè)試及應(yīng)用 預(yù)習(xí)要求： 1、學(xué)習(xí)理解電渦流傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理，并掌握電渦流傳感器用于位移測(cè)量時(shí)的測(cè)量電路和測(cè)試原理。 2、根據(jù)實(shí)驗(yàn)要

12、求，作好實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備（測(cè)試方法及測(cè)試點(diǎn)選擇、數(shù)據(jù)記錄的格式等）。 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1、了解電渦流傳感器的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)，掌握其工作原理和使用方法； 2、通過測(cè)量電渦流傳感器的輸入輸出關(guān)系曲線，深入理解電渦流傳感器的特性及其指標(biāo)的含義； 3、利用電渦流傳感器進(jìn)行傳感器靜態(tài)特性的測(cè)量； 4、利用機(jī)械結(jié)構(gòu)、傳感器、數(shù)據(jù)采集卡、虛擬儀器平臺(tái)構(gòu)建測(cè)試系統(tǒng)。 二、 實(shí)驗(yàn)原理 1、電渦流的形成原理 如圖2-1所示，由物理學(xué)知識(shí)可知，若在線圈中通入交變電流I，在線圈周圍的空間就產(chǎn)生了交變磁場Фi，將金屬導(dǎo)體置于此交變磁場范圍內(nèi)，導(dǎo)體表面層產(chǎn)生渦電流，渦電流的高頻磁場Фe以反作用于傳感器電感線

13、圈，從而改變了線圈的阻抗ZL或線圈的電感和品質(zhì)因素。ZL的變化取于線圈到金屬板之間的距離x、金屬板的電阻率δ、磁導(dǎo)率μ以及激勵(lì)電流的幅值A(chǔ)和頻率f。 圖2-1 電渦流傳感器的工作原理 2、電渦流位移傳感器原理 電渦流位移傳感器是以高頻電渦流效應(yīng)為原理的非接觸式位移傳感器。前置器內(nèi)產(chǎn)生的高頻振蕩電流通過同軸電纜流入探頭線圈中，線圈將產(chǎn)生一個(gè)高頻電磁場。當(dāng)被測(cè)金屬體靠近該線圈時(shí)，由于高頻電磁場的作用，在金屬表面上就產(chǎn)生感應(yīng)電流，既電渦流。該電流產(chǎn)生一個(gè)交變磁場，方向與線圈磁場方向相反，這兩個(gè)磁場相互疊加就改變了原線圈的阻抗。這一變化與金屬體磁導(dǎo)率、電導(dǎo)率、線圈的幾何形狀、幾何尺寸、電流頻

14、率以及頭部線圈到金屬導(dǎo)體表面的距離等參數(shù)有關(guān)。通常假定金屬導(dǎo)體材質(zhì)均勻且性能是線性和各項(xiàng)同性，則線圈和金屬導(dǎo)體系統(tǒng)的物理性質(zhì)可由金屬導(dǎo)體的電導(dǎo)率 б、磁導(dǎo)率 ξ、尺寸因子 τ、頭部體線圈與金屬導(dǎo)體表面的距離 D、電流強(qiáng)度 I 和頻率 ω 參數(shù)來描述。則線圈特征阻抗可用 Z=F(τ, ξ, б, D, I, ω)函數(shù)來表示。通常我們能做到控制 τ, ξ, б, I, ω這幾個(gè)參數(shù)在一定范圍內(nèi)不變，則線圈的特征阻抗 Z 就成為距離 D 的單值函數(shù)，雖然它整個(gè)函數(shù)是一非線性的，其函數(shù)特征為“S”型曲線，但可以選取它近似為線性的一段。于此，通過前置器對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，將線圈阻抗 Z 的變化，即頭部體線圈

15、與金屬導(dǎo)體的距離 D 的變化轉(zhuǎn)化成電壓或電流的變化。輸出信號(hào)的大小隨探頭到被測(cè)體表面之間的間距的變化而變化，電渦流傳感器就是根據(jù)這一原理實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬物體的位移、振動(dòng)等參數(shù)的測(cè)量。 當(dāng)被測(cè)金屬與探頭之間的距離發(fā)生變化時(shí)，探頭中線圈的磁場強(qiáng)度也發(fā)生變化，磁場強(qiáng)度的變化引起振蕩電壓幅度的變化，而這個(gè)隨距離變化的振蕩電壓經(jīng)過檢波、濾波、線性補(bǔ)償、放大歸一處理轉(zhuǎn)化成電壓（電流）變化，最終完成機(jī)械位移(間隙)轉(zhuǎn)換成電壓（電流）。 所以探頭與被測(cè)金屬體表面距離的變化可通過探頭線圈阻抗的變化來測(cè)量。前置器根據(jù)探頭線圈阻抗的變化輸出一個(gè)與距離成正比的直流電壓。圖 2-2 為電渦流傳感器的工作原理示意圖。

16、 圖2-2 電渦流傳感器工作示意圖 主要技術(shù)指標(biāo)： 供電電壓 探頭直徑 線性量程 輸出方式 ＋24V 11mm 4mm 1-5V 3、最小二乘法擬合原理： 給定平面上一組點(diǎn)（xi,f(xi)）(i=1,2,3…n)，用直線擬合。即求得f(x),使得偏差△Vm達(dá)到最小。 三、實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備 1．計(jì)算機(jī) 1 臺(tái) 2．LabVIEW8.2 以上版本 1 套 3．?dāng)?shù)據(jù)采集模塊 1 臺(tái) 4．電渦流特性實(shí)驗(yàn)?zāi)K 1 臺(tái) 5. 電源模塊 1 臺(tái)

17、 6. 操作工具 1 套 四、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與實(shí)驗(yàn)步驟 1、實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備及電路的連接 （1） 關(guān)閉數(shù)據(jù)采集卡電源，將電渦流傳感器連接到采集卡的數(shù)據(jù)采集一個(gè) AD 通道上。注意不要在帶電的情況下從采集卡上插拔傳感器，以免對(duì)采集卡和傳感器造成損壞。 （2）電渦流傳感器的工作電源為 24V，把電渦流傳感器的電源接到試驗(yàn)臺(tái)的 24V 電源口，并把數(shù)據(jù)線接到采集卡的某一通道上，接通試驗(yàn)臺(tái)和數(shù)據(jù)采集卡的電源。 設(shè)定好“通道選擇”、“采樣頻率”、“采樣長度”等參數(shù)后點(diǎn)擊如下圖 2-3 所示的運(yùn)行按鈕運(yùn)行程序，觀察各部分運(yùn)行燈的亮滅情況。 運(yùn)行按鈕 圖 2-3

18、 程序運(yùn)行按鈕 （4）將千分尺歸零，將滑塊上反射圓片緊緊靠在電渦流探頭表面，觀察此時(shí)的電壓值。 （5）滑塊漸漸遠(yuǎn)離傳感器，觀察電壓數(shù)值的變化，觀測(cè)傳感器的最大測(cè)量距離。 2、測(cè)繪并求出傳感器的線性區(qū)范圍： 電渦流傳感器的線性區(qū)定義為：不在此測(cè)量范圍內(nèi)時(shí)，其函數(shù)將不成線性關(guān)系。 (1) 聯(lián)接好測(cè)量系統(tǒng)中傳感器及其采集卡等模塊的通道號(hào)及其電源，調(diào)整滑塊到一個(gè)初始位置，記錄下讀數(shù) X0。 (2) 打開“試驗(yàn)一 電渦流靜態(tài)特性試驗(yàn).vi”，設(shè)置每次移動(dòng)千分尺的距離為 0.3mm，將這兩個(gè)數(shù)值輸入到“實(shí)驗(yàn)一電渦流靜態(tài)特性試驗(yàn).vi”的“采樣間隔”控制變量里。圖 2-4為電渦流靜態(tài)特性曲

19、線的程序截圖。設(shè)定好“通道選擇”、“采樣頻率”、“采樣長度”等參數(shù)。 圖2-4 電渦流靜態(tài)特性試驗(yàn) （3）運(yùn)行“試驗(yàn)一 電渦流靜態(tài)特性試驗(yàn).vi”，點(diǎn)擊“第 1 次采集”按鈕，指示燈亮后，程序?qū)⒆詣?dòng)記錄對(duì)應(yīng)電渦流傳感器的讀數(shù)。 （4）將千分尺向遠(yuǎn)離探頭方向移動(dòng) 0.3mm，點(diǎn)擊“第 2 次采集”按鈕，依次改變測(cè)量的距離進(jìn)行30 次測(cè)量，采集 30 組數(shù)據(jù)。注：圖上按鈕可反復(fù)使用，也可只反復(fù)使用一個(gè)，將數(shù)據(jù)記錄在Excel表格中，進(jìn)行繪圖。 （5）數(shù)據(jù)采集完成后，將采集到的30組位移與電壓數(shù)據(jù)在Excel中進(jìn)行電渦流傳感器的特性曲線的繪制。 （6）觀測(cè)出傳感器的線性區(qū)范圍，并對(duì)

20、線性區(qū)進(jìn)行擬后，將擬合直線的表達(dá)式記錄，并同時(shí)記錄擬合直線、斜率K和截距b待用。 3、利用測(cè)得結(jié)果進(jìn)行距離反測(cè)和誤差分析： (1) 打開“試驗(yàn)一 電渦流距離測(cè)量及誤差分析試驗(yàn).vi”，圖 2-5為電渦流距離測(cè)量及誤差分析程序截圖。設(shè)定好“通道選擇”、“采樣頻率”、“采樣長度”等參數(shù)。 圖 2-5 電渦流距離測(cè)量及誤差分析程序 （2）設(shè)置千分尺讀數(shù)到觀測(cè)到的線性區(qū)的起點(diǎn)處，并將此值輸入的實(shí)驗(yàn)界面的起點(diǎn)坐標(biāo)框中，計(jì)算采樣間隔為整個(gè)線性區(qū)長度的1/10； （3）照此采樣間隔的值調(diào)節(jié)千分尺，分別點(diǎn)擊實(shí)驗(yàn)界面中的10個(gè)采集按鈕，采集10組數(shù)據(jù)，直接采集在實(shí)驗(yàn)界面中，不必再記錄在Ex

21、cel中。 （4）數(shù)據(jù)采集完成后，點(diǎn)擊擬合按鈕，得出線性區(qū)擬合線在波形顯示框中。 （5）將上一步中得到的擬合線的斜率K和截距b填入實(shí)驗(yàn)界面相應(yīng)的框中，點(diǎn)擊距離計(jì)算得到由實(shí)驗(yàn)程序反測(cè)出的千分尺的距離讀數(shù)。 （6）將千分尺的實(shí)際讀數(shù)填入界面的最后一行的相應(yīng)位置，點(diǎn)擊誤差分析按鈕，得到實(shí)驗(yàn)反測(cè)的相對(duì)誤差。 （7）將具有結(jié)果的整個(gè)實(shí)驗(yàn)界面拷入Word文檔備用。 五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求 1、拷貝實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的運(yùn)行結(jié)果頁面，插入到 word 格式的實(shí)驗(yàn)報(bào)告中。 2、求出所用傳感器的線性區(qū)范圍。 3、對(duì)所用傳感器的輸出特性進(jìn)行線性擬合，求出擬合直線、斜率K和截距b。 4、求出所用傳感器的線性誤

22、差和靈敏度。 六、 參考與提示 1、測(cè)試系統(tǒng)的輸入輸出特性曲線 圖2-7 測(cè)試系統(tǒng)的輸入輸出特性曲線 2、電渦流傳感器的靜態(tài)特性指標(biāo)分析方法（各參量如上圖2-7中） 線性區(qū)范圍： x1～x2 (mm)對(duì) 線性區(qū)對(duì)應(yīng)的電壓值： V1～V2 (mV) 線性誤差： 靈 敏 度： (mV/mm) 七、 思考題 1、電渦流傳感器為什么可作為位移傳感器用？ 2、電渦流的大小還與那些因素有關(guān)？ 3、試想電渦流傳感器還可以用來測(cè)量那些物理量？ 實(shí)驗(yàn)三 霍爾傳感器的應(yīng)用實(shí)驗(yàn) 一． 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?

23、 1、了解霍爾開關(guān)集成傳感器的工作原理和應(yīng)用； 2、掌握霍爾傳感器的基本特性； 3、學(xué)習(xí)霍爾傳感器構(gòu)成的應(yīng)用電路的基本原理和設(shè)計(jì)方法。 二． 基本原理： 圖3－1是霍爾開關(guān)集成傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。當(dāng)有磁場作用在傳感器上時(shí)，根據(jù)霍爾效應(yīng)原理，霍爾元件輸出霍爾電壓Vh，該電壓經(jīng)放大器放大后，送至施密特整形電路。當(dāng)放大后的Vh電壓大于“開啟”閥值時(shí)，施密特整形電路翻轉(zhuǎn)，輸出高電平，使輸出三極管導(dǎo)通。當(dāng)磁場減弱時(shí)，霍爾元件輸出的Vh電壓很小，施密特整形電路再次翻轉(zhuǎn)，輸出低電平，輸出三極管關(guān)閉。這樣，一次磁場強(qiáng)度的變化，就使傳感器完成一次開關(guān)動(dòng)作。 當(dāng)被測(cè)電機(jī)飛輪上裝有N只磁性體時(shí)，飛輪

24、每轉(zhuǎn)一周磁場就變化N次，霍爾傳感器輸出的電平也變化N次，通過計(jì)算即可知道電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 圖3－1　霍爾開關(guān)集成傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 三． 實(shí)驗(yàn)元件和設(shè)備： 1． 實(shí)驗(yàn)電路板； 2． 電機(jī)組件； 3． 霍爾開關(guān)傳感器CS3020； 4． 4.7KΩ電阻； 5． 跳線若干； 6． 示波器或虛擬平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)程序。 四． 實(shí)驗(yàn)步驟： 先用工具將實(shí)驗(yàn)用電機(jī)和飛輪組件固定到實(shí)驗(yàn)主板上，電機(jī)輸入端接入主板上的Motor端口上。 　(一)、用現(xiàn)成的實(shí)驗(yàn)電路小模塊驗(yàn)證測(cè)量： 1、把各電源開關(guān)撥到OFF，接好并關(guān)閉主板電源； 2、把實(shí)驗(yàn)電路模塊插到實(shí)驗(yàn)主板的面包板上，霍爾傳感器的探頭

25、盡量靠近電機(jī)轉(zhuǎn)盤(不大于5mm)； 3、把主板上的＋5V，GND用導(dǎo)線引到電路模塊相應(yīng)引腳上。 4、把電路模塊上信號(hào)輸出端OUT腳引到主板的輸出口T4或T5口上，然后將數(shù)據(jù)線接入實(shí)驗(yàn)臺(tái)的信號(hào)采集模塊上（通道5或6）。 5、在電腦上打開相關(guān)的測(cè)試用實(shí)驗(yàn)程序界面。 6、把主板上的＋12V、+5V電源開關(guān)打開，把運(yùn)行模式開關(guān)打到Motor檔，把Power Surply開關(guān)撥到ON。 7、運(yùn)行程序，開始電機(jī)轉(zhuǎn)速的測(cè)量。 8、調(diào)節(jié)電阻R28的阻值即可調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 9、由霍爾傳感器輸出信號(hào)脈沖的頻率就可以計(jì)算出直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速。如磁鐵個(gè)數(shù)為N，轉(zhuǎn)速為n，脈沖頻率為f，則有：n=f/N 。通

26、常，轉(zhuǎn)速的單位是轉(zhuǎn)/分鐘，所以要在上述公式的得數(shù)再乘以60，才是轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)，即n=60×f/N。 圖3-5　實(shí)驗(yàn)程序窗口 　(二)、手動(dòng)自搭電路進(jìn)行測(cè)量： 1. 按模塊上的電路，利用給定的元器件自行設(shè)計(jì)自搭電路，在實(shí)驗(yàn)主板的面包板上搭建好實(shí)驗(yàn)電路，并仔細(xì)檢查接線；注意霍爾傳感器的探頭盡量靠近電機(jī)轉(zhuǎn)盤(不大于5mm)； 2、其它步驟同上3～9中。 五．思考題： 1、霍爾傳感器的基本特性及其基本特性曲線如何； 2、說明本實(shí)驗(yàn)中的霍爾傳感器是如何應(yīng)用霍爾傳感器的特性實(shí)現(xiàn)正負(fù)電平轉(zhuǎn)換的。 實(shí)驗(yàn)四 傳感器應(yīng)用的計(jì)算機(jī)仿真 注：請(qǐng)準(zhǔn)

27、備Ｕ盤，自行將先前傳給你們的軟件(Multisim)拷貝帶上參加實(shí)驗(yàn)??！ 一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模? 1、進(jìn)一步掌握傳感器應(yīng)用電路的組成和設(shè)計(jì)原理及方法； 2、了解計(jì)算機(jī)在傳感器技術(shù)中的應(yīng)用及完成仿真的方法； 3、了解霍爾接近開關(guān)電路的構(gòu)成和基本工作原理。 二、 基本原理： 在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行傳感器技術(shù)方面的實(shí)驗(yàn)，內(nèi)容之一就是傳感器應(yīng)用電路的仿真，對(duì)傳感器應(yīng)用電路的仿真的好處在于，可以在設(shè)計(jì)應(yīng)用電路的時(shí)候不受實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備和電子元器件的限制，而且可以在短時(shí)間內(nèi)得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 本實(shí)驗(yàn)以“霍爾接近開關(guān)電路的計(jì)算機(jī)仿真”為內(nèi)容進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)是在上一實(shí)驗(yàn)三中了解了霍爾傳感器的特性及開關(guān)電路的原理的

28、基礎(chǔ)上進(jìn)行的，霍爾傳感器的靜態(tài)特性曲線如圖4-1所示，圖4-2是其構(gòu)成的接近開關(guān)仿真電路，Vh模擬霍爾傳感器工作的輸出電壓，當(dāng)調(diào)整電位器的標(biāo)定值，使霍爾傳感器的輸入電壓經(jīng)放大與比較器的翻轉(zhuǎn)電壓相比達(dá)到一定比較量時(shí)，輸出電平發(fā)生翻轉(zhuǎn)。 圖4－1 霍爾傳感器的特性曲線 圖4-2 霍爾接近開關(guān)仿真電路 三、 需要的元件和設(shè)備： 1、 實(shí)驗(yàn)電路； 2、 計(jì)算機(jī)一臺(tái)； 3、 Multisim仿真軟件； 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟： 1. 在Multisim軟件環(huán)境下按圖4-2建立霍爾接近開關(guān)的仿真電路（注意各元器件的選取與放置，可用基本元器件，也可用虛擬儀器元器件）。

29、 2.　對(duì)各元器件的值及標(biāo)號(hào)進(jìn)行相應(yīng)設(shè)置，放置電路仿真觀察點(diǎn)電壓標(biāo)號(hào)； 3. 設(shè)置仿真參數(shù)，設(shè)置霍爾傳感器模擬電壓Vh的Tine/Voltage項(xiàng)為：0mss 60mV 5ms 60mV 25ms -60mV 30ms -60mV，注意中間用空格間隔，如圖4-3所示； 圖4-3 霍爾傳感器模擬電壓V3設(shè)置 4. 調(diào)節(jié)電位器WD的值為0.5（50%）仿真V1～V4各點(diǎn)電壓，設(shè)置加以電壓表或示波器，以方便觀察仿真結(jié)果，對(duì)電路進(jìn)行仿真；分析說明V1～V4各點(diǎn)電壓有什么規(guī)律，由此說明霍爾接近開關(guān)電路的工作原理； 5. 說明當(dāng)電位器WD的值為0.5時(shí)，此開關(guān)電路的開關(guān)動(dòng)作（即翻轉(zhuǎn)點(diǎn)）在什么位置。 6. 調(diào)節(jié)電位器WD的值，使霍爾接近開關(guān)動(dòng)作位置分別在10ms、20ms處，用V1～V4各點(diǎn)電壓的仿真結(jié)果說明工作原理； 7. 用仿真結(jié)果說明是否有電阻R1、R2，電路工作有何不同，由些說明電阻R1、R2在電路中的作用（選做）。 8．用仿真結(jié)果說明是否有電阻電壓跟隨器U1A，電路工作有何不同，由些說明電壓跟隨器U1A在電路中的作用（選做）。 六、思考題： 霍爾傳感器構(gòu)成的接近開關(guān)電路的工作原理如何，它是怎樣通過電壓跟隨器的電壓比較器來實(shí)現(xiàn)開關(guān)功能的。