《傳感器技術(shù)》實(shí)驗(yàn)報(bào)告

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1、福建農(nóng)林大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院 信息工程類 實(shí)驗(yàn)報(bào)告 課程名稱： 傳感器技術(shù) 姓 名： 呂志緣 系： 電子信息工程系 專 業(yè)： 電子信息工程 年 級(jí)： 2014 級(jí) 學(xué) 號(hào)： 3146004063 指導(dǎo)教師： 易金聰 職 稱： 副教授 2016年 12月30 日 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目列表 序號(hào) 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱 成績(jī) 指導(dǎo)教師 1 實(shí)驗(yàn)一金屬箔式應(yīng)變片：?jiǎn)伪?、半橋、全?比較 易金聰 2 實(shí)驗(yàn)二 差動(dòng)變壓器性能 易金聰 3 頭驗(yàn)二差動(dòng)變面積式電谷傳感的靜態(tài)及動(dòng)態(tài) 特性 易金聰 4 實(shí)驗(yàn)四霍爾式傳感器的直流激勵(lì)靜態(tài)

2、位移特 性 易金聰 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 福建農(nóng)林大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院信息工程類實(shí)驗(yàn)報(bào)告 系： 電子信息工程 專業(yè): 電子信息工程 年級(jí)： 2014級(jí) 姓名： 呂志緣 學(xué)號(hào)： 3146004063 實(shí)驗(yàn)課程： 傳感器技術(shù) 實(shí)驗(yàn)室號(hào)： 田實(shí)410 實(shí)驗(yàn)設(shè)備號(hào)： 實(shí)驗(yàn)時(shí)間： 2016.11.29

3、/12.6 指導(dǎo)教師簽字： 易金聰 成績(jī)： 實(shí)驗(yàn)一金屬箔式應(yīng)變片：?jiǎn)伪?、半橋、全橋比較 1實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵? 本實(shí)驗(yàn)為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，目的是驗(yàn)證單臂、半橋、全橋的性能及相互之間關(guān)系；比較單臂、 半橋、全橋輸出時(shí)的靈敏度并得出相應(yīng)的結(jié)論。 2 ?實(shí)驗(yàn)原理 已知單臂、半橋和全橋電路的 ER分別為-、2龍、4蘭。根據(jù)戴維南定理可以得出單 R R R 臂電橋的輸出電壓近似等于Uo1=EKu，于是對(duì)應(yīng)半橋和全橋的電壓靈敏度分別為 罟 和EKu。 由此可知，當(dāng)E和電阻相對(duì)變化一定時(shí)，電橋及電壓靈敏度與各橋臂阻值的大小無(wú)關(guān)。 3 ?主要儀器設(shè)備（實(shí)驗(yàn)用的軟硬件環(huán)境） ZY13Se ns12B

4、B型傳感器技術(shù)實(shí)驗(yàn)儀，包括直流穩(wěn)壓電源、差動(dòng)放大器、電橋、電壓表、 測(cè)微頭、雙平行梁、應(yīng)變片、主、副電源等。 4 ?操作方法與實(shí)驗(yàn)步驟 （1） 將差動(dòng)放大器調(diào)零：用連線將差動(dòng)放大器的正（+ ）、負(fù)（―）、地短接。將差動(dòng)放 大器的輸出端與電壓表的輸入插口 Vi相連；開啟主、副電源；調(diào)節(jié)差動(dòng)放大器的增益到最 大位置，然后調(diào)整差動(dòng)放大器的調(diào)零旋鈕使電壓表顯示為零，關(guān)閉主、副電源，拆去實(shí)驗(yàn)連 線。 （2） 按圖1-1接線，圖中R4為應(yīng)變片，r及W1為調(diào)平衡網(wǎng)絡(luò)。 （3） 調(diào)整測(cè)微頭使測(cè)微頭與雙平行梁吸合，并使雙平行梁處于水平位置（目測(cè)） ，然后 將直流穩(wěn)壓電源打到±4V檔，選擇適當(dāng)?shù)姆糯笤鲆?/p>

5、。調(diào)整電橋平衡電位器 W1，使表頭顯示 為零（需預(yù)熱幾分鐘表頭才能穩(wěn)定下來(lái)）。 （4） 旋轉(zhuǎn)測(cè)微頭，使梁移動(dòng)，每隔0.5mm讀一個(gè)數(shù)，將測(cè)得數(shù)值填入下表1-1，然后關(guān) 閉主、副電源。 （5） 保持放大器增益不變，將 R3固定電阻換為與R4工作狀態(tài)相反的另一應(yīng)變片即取 二片受力方向不同應(yīng)變片，形成半橋，調(diào)節(jié)測(cè)微頭使梁到水平位置（目測(cè)） ，調(diào)節(jié)電橋W1使 電壓表顯示表顯示為零，重復(fù) 4過(guò)程同樣測(cè)得讀數(shù)，填入下表1-2。 （6） 保持差動(dòng)放大器增益不變，將 R1, R2兩個(gè)固定電阻換成另兩片受力應(yīng)變片（即 R1換成，R2換成 ）組橋時(shí)只要掌握對(duì)臂應(yīng)變片的受力方向相同，鄰臂應(yīng)變片的受力方

6、 E E 向相反即可，否則相互抵消沒有輸出。接成一個(gè)直流全橋，調(diào)節(jié)測(cè)微頭使梁到水平位置，調(diào) 節(jié)電橋W1同樣使電壓表顯示為零。重復(fù)4過(guò)程將讀出數(shù)據(jù)填入下表1-3。 （7）在同一坐標(biāo)系中作出 X-V曲線，比較三種接法的靈敏度。 電橋 R1 0「］ o 幵 0 刖電郢 圖1-1 5 ?實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄 表1-1 位移（mm） 0 0.5 1 1.5 2 2.5 電壓（mv） 0 10.8 24.1 33.0 45.5 66.3 表1-2 位移（mm） 0 0.5 1 1.5 2 2.5 電壓（mv） 0 26

7、.2 51 72.2 99.4 122 表1-3 位移（mm） 0 0.5 1 1.5 2 2.5 電壓（mv） 58.3 100.8 142.2 183.2 224.1 263.1 6 ?實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析 F二4紡 全椚zv二4,」-曲 亠舷 A幾第二嚴(yán)孑二幼化 7?質(zhì)疑、建議、問(wèn)題討論 單臂電橋、半橋、全橋的靈敏度有何關(guān)系? 在相同形變量下，半橋靈敏度約是單臂的兩倍，全橋靈敏度越是半橋的兩倍，即約為全 橋的四倍。 福建農(nóng)林大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院信息工程類實(shí)驗(yàn)報(bào)告 系： 電子信息工程 專

8、業(yè): 電子信息工程 年級(jí)： 2014級(jí) 姓名： 呂志緣 學(xué)號(hào)： 3146004063 實(shí)驗(yàn)課程： 傳感器技術(shù) 實(shí)驗(yàn)室號(hào)： 田實(shí)410 實(shí)驗(yàn)設(shè)備號(hào)： 實(shí)驗(yàn)時(shí)間： 2016.11.29/12.6 指導(dǎo)教師簽字： 易金聰 成績(jī)： 實(shí)驗(yàn)二差動(dòng)變壓器性能 1實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵? 本實(shí)驗(yàn)為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，目的是了解差動(dòng)變壓器原理及工作特性， 驗(yàn)證變壓器式電感傳感器 的原理和工作特性。 2 ?實(shí)驗(yàn)原理 差動(dòng)變壓器由一只初級(jí)線圈和二只次級(jí)線圈及一個(gè)鐵芯組成，根據(jù)內(nèi)外層排列不同，有 二段式和三段式，本實(shí)驗(yàn)采用三段式結(jié)構(gòu)。當(dāng)傳感器隨著被測(cè)體移動(dòng)時(shí)，由于初級(jí)線圈和次 級(jí)線圈之間的互感發(fā)生變化促使次級(jí)線圈

9、感應(yīng)電勢(shì)產(chǎn)生變化，一只次級(jí)感應(yīng)電勢(shì)增加，另一 只感應(yīng)電勢(shì)則減少，將兩只次級(jí)反向串接（同名端連接），就引出差動(dòng)輸出。其輸出電勢(shì)反映 出被測(cè)體的移動(dòng)量。 3 ?主要儀器設(shè)備（實(shí)驗(yàn)用的軟硬件環(huán)境） ZY13Se ns12BB型傳感器技術(shù)實(shí)驗(yàn)儀，包括音頻振蕩器、測(cè)微頭、示波器、主、副電源、 差動(dòng)變壓器（兩副邊L0的下端為同名端）、振動(dòng)平臺(tái)等。 4 ?操作方法與實(shí)驗(yàn)步驟 （1） 根據(jù)圖2-1接線，將差動(dòng)變壓器、音頻振蕩器（必須 LV輸出）、雙線示波器連接起 來(lái)，組成一個(gè)測(cè)量線路。開啟主、副電源，將示波器探頭分別接至差動(dòng)變壓器的輸入端和輸 出端，觀察差動(dòng)變壓器原邊線圈音頻振蕩器激勵(lì)信號(hào)峰峰值為 2

10、V。 （2） 轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微頭使測(cè)微頭與振動(dòng)平臺(tái)吸合。再向上轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微頭 5mm,使振動(dòng)平臺(tái)往上 位移 (3) 往下旋動(dòng)測(cè)微頭，使振動(dòng)平臺(tái)產(chǎn)生位移。每位移 0.2m m,用示波器讀出差動(dòng)變壓器 輸出端的峰峰值填入下表2-1,根據(jù)所得數(shù)據(jù)計(jì)算靈敏度S ( ,式中.V為電壓變化，「X 為相應(yīng)振動(dòng)平臺(tái)的位移變化)，作出V-X關(guān)系曲線 差動(dòng)變壓器亠 圖2-1 示波器 6 ?實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析 5 ?實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄 X(mm) 5mm 4.8mm 4.6mm 0.2mm 0mm -0.2mm -4.8mm -5mm Vo(p-p) 21

11、0 230 256 350 408 420 546 561 表2-1 7?質(zhì)疑、建議 用測(cè)微頭調(diào)節(jié)振動(dòng)平臺(tái)位置，使示波器上觀察到的差動(dòng)變壓器的輸出端信號(hào)為最小，這個(gè)最 小電壓稱作什么？由于什么原因造成的？ 答:最小電壓被稱為零點(diǎn)殘余電壓。當(dāng)活動(dòng)銜鐵向上移動(dòng)時(shí)，同于磁阻的影響， co 2a中磁 通將大于o 2b,使M1>M2，因而E2增加，而E2b減小。反之，E2b增加，E2a減小，因?yàn)?U2= E2a-E2b,所以當(dāng)E2a、E2b隨著銜鐵位移x變化時(shí)，U2也必將隨x變化。零點(diǎn)殘余電 壓的產(chǎn)生的原因主要是傳感器的兩次級(jí)繞組的電氣參數(shù)與幾何尺寸不對(duì)稱，以及磁性材料的

12、 非線性等問(wèn)題引起的。 福建農(nóng)林大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院信息工程類實(shí)驗(yàn)報(bào)告 系： 電子信息工程 專業(yè): 電子信息工程 年級(jí)： 2014級(jí) 姓名： 呂志緣 學(xué)號(hào)： 3146004063 實(shí)驗(yàn)課程： 傳感器技術(shù) 實(shí)驗(yàn)室號(hào)： 田實(shí)410 實(shí)驗(yàn)設(shè)備號(hào)： 實(shí)驗(yàn)時(shí)間： 2016.11.29/12.6 指導(dǎo)教師簽字： 易金聰 成績(jī)： 實(shí)驗(yàn)三差動(dòng)變面積式電容傳感的靜態(tài)及動(dòng)態(tài)特性 1實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵? 本實(shí)驗(yàn)為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，目的是了解差動(dòng)變面積式電容傳感器的原理及其特性，利用差動(dòng) 變面積式電容傳感器的特性進(jìn)行靜態(tài)位移測(cè)量及動(dòng)態(tài)測(cè)量。 2 ?實(shí)驗(yàn)原理 電容式傳感器有多種形式，本儀器中是差動(dòng)平行變面

13、積式。傳感器由兩組定片和一組動(dòng) 片組成。當(dāng)安裝于振動(dòng)臺(tái)上的動(dòng)片上、下改變位置，與兩組靜片之間的相對(duì)面積發(fā)生變化， 極間電容也發(fā)生相應(yīng)變化，成為差動(dòng)電容。如將上層定片與動(dòng)片形成的電容定為 CX1，下層 定片與動(dòng)片形成的電容定為 CX2，當(dāng)將CX1和CX2接入雙T型橋路作為相鄰兩臂時(shí)，橋路 的輸出電壓與電容量的變化有關(guān)，即與振動(dòng)臺(tái)的位移有關(guān)。 3 ?主要儀器設(shè)備(實(shí)驗(yàn)用的軟硬件環(huán)境) ZY13Sens12BB型傳感器技術(shù)實(shí)驗(yàn)儀，包括電容傳感器、電壓放大器、低通濾波器、電 壓表、激振器、示波器等。 4 ?操作方法與實(shí)驗(yàn)步驟 (1) 根據(jù)圖3-1接線。 (2) 電壓表打到2V，調(diào)節(jié)測(cè)微頭，

14、使輸出為零 圖3-1 (3) 以此為起點(diǎn)，向上和向下轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微頭，每次0.5mm,記下此時(shí)測(cè)微頭的讀數(shù)及電壓 表的讀數(shù)填入表3-1,直至電容動(dòng)片與上(或下)靜片復(fù)蓋面積最大為止。 (4) 退回測(cè)微頭至初始位置。并開始以相反方向旋動(dòng)。同上法，記下 X(mm)及V(mv) 值，填入表3-2。 (5) 計(jì)算系統(tǒng)靈敏度S。( s二豈,式中.V為電壓變化，「X為相應(yīng)相應(yīng)的梁端位移變化), ZX 并作出V-X關(guān)系曲線。 (6) 卸下測(cè)微頭，斷開電壓表，接通激振器，用示波器觀察輸出波形。 5 ?實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄 表3-1 位移(mm) 0 0.25 0.5 0.7

15、5 1 1.25 1.5 電壓(mV) 0 1080 2205 3202 4255 5320 6460 表3-2 位移(mm) 0 0.25 0.5 0.75 1 1.25 1.5 電壓(mV) 0 -890 -1960 -3030 -4180 -5260 -6302 6 ?實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析 實(shí)驗(yàn)中可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)差動(dòng)電容的動(dòng)片位置上下移動(dòng)時(shí)，與兩組靜片之間的重疊面積發(fā)生改變, 從而引起極間電容發(fā)生改變使電路輸出變化，實(shí)現(xiàn)傳感功能 7?質(zhì)疑、建議、問(wèn)題討論 如果不著重調(diào)整電容片的相對(duì)位置，會(huì)有什么現(xiàn)象？ 會(huì)發(fā)生發(fā)熱、

16、鼓包、燒毀 福建農(nóng)林大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院信息工程類實(shí)驗(yàn)報(bào)告 系： 電子信息工程 專業(yè): 電子信息工程 年級(jí)： 2014級(jí) 姓名： 呂志緣 學(xué)號(hào)： 3146004063 實(shí)驗(yàn)課程： 傳感器技術(shù) 實(shí)驗(yàn)室號(hào)： 田實(shí)410 實(shí)驗(yàn)設(shè)備號(hào)： 實(shí)驗(yàn)時(shí)間： 2016.11.29/12.6 指導(dǎo)教師簽字： 成績(jī)： 實(shí)驗(yàn)四 霍爾式傳感器的直流激勵(lì)靜態(tài)位移特性 1實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵? 本實(shí)驗(yàn)的目的是了解霍爾式傳感器的原理與特性，利用霍爾式傳感器的特性在直流激勵(lì) 下測(cè)量靜態(tài)位移。 2 ?實(shí)驗(yàn)原理 霍爾式傳感器是由工作在四個(gè)方形磁鋼組成的梯度磁場(chǎng)和位于磁場(chǎng)中的霍爾元件組成。 當(dāng)霍爾元件通以恒定電流

17、時(shí)，霍爾元件就有電勢(shì)輸出?；魻栐谔荻却艌?chǎng)中上、下移動(dòng)時(shí)， 輸出的霍爾電勢(shì)V取決于其在磁場(chǎng)中的位移量 X，所以測(cè)得霍爾電勢(shì)的大小便可獲知霍爾元 件的靜態(tài)位移。 3 ?主要儀器設(shè)備(實(shí)驗(yàn)用的軟硬件環(huán)境) ZY13Sens12BB型傳感器技術(shù)實(shí)驗(yàn)儀，包括霍爾片、磁路系統(tǒng)、電橋、差動(dòng)放大器、電 壓表、直流穩(wěn)壓電源、測(cè)微頭、振動(dòng)平臺(tái)、主、畐U電源等。 4 ?操作方法與實(shí)驗(yàn)步驟 (1) 了解霍爾式傳感器的結(jié)構(gòu)及實(shí)驗(yàn)儀上的安裝位置，熟悉實(shí)驗(yàn)面板上霍爾片的符號(hào)。 霍爾片安裝在實(shí)驗(yàn)儀的振動(dòng)圓盤上，四個(gè)方形永久磁鋼固定在實(shí)驗(yàn)儀的頂板上，二者組合成 霍爾傳感器。 (2) 開啟主、副電源將差動(dòng)放大器調(diào)零

18、后，增益置最小，關(guān)閉主電源，根據(jù)圖4-1接線, W1、r為電橋單元的直流電橋平衡網(wǎng)絡(luò) 沏 o 丫 —I 圖4-1 (3) 安裝好測(cè)微頭，調(diào)節(jié)測(cè)微頭與振動(dòng)臺(tái)吸合并使霍爾片置于方形磁鋼上下之間正中位 置；開啟主、副電源調(diào)整 W1使電壓表指示為零。 (4) 上下旋動(dòng)測(cè)微頭，記下電壓表的讀數(shù)，每隔一定距離讀一個(gè)數(shù)，將讀數(shù)填入下表 4-1,作出V-X曲線指出線性范圍，求出靈敏度。 (5) 實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉主、副電源，各旋鈕置初始位置。 5 ?實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄 表4-1 X(mm) 0.2 0.4 0.6 0.8 V(v) 0.739 0.523 0.347 0.177 X(mm) 1.0 1.2 1.4 1.6 V(v) 0.085 -0.08 -0.235 -0354 X(mm) 1.8 2.0 V(v) -0.465 -0.575  6 ?實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析 7?質(zhì)疑、建議、問(wèn)題討論 霍爾傳感器的特點(diǎn)？ 既能夠測(cè)量交流又能夠測(cè)量直流，應(yīng)用廣泛， 霍爾傳感器還具有體積小、重量輕、靈敏度高、 抗電磁干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。 缺點(diǎn)：互換性差，信號(hào)隨溫度變化，非線性輸出，最好用單片機(jī)進(jìn)行 非線性和溫度校正。