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桂林航天工业学院实验报告 课程名称传感器与检测技术(A) 开课学期 2016 - 2017第一学期 实 验 室巡天楼409 学 号201409047401 姓 名 宋哥
实验一 电容式位移传感器位移测量实验一、实验目的： 了解电容式传感器的结构及其特点。 二、基本原理： 利用平板电容C=εA/d的关系,在ε（介电常数）、A（面积）、d（截距）三个参数中，保持二个参数不变，而只改变其中一个参数，就可使电容的容量(C)发生变化，通过相应的测量电路，将电容的变化量转换成相应的电压量,则可以制成多种电容传感器，如：①变ε的湿度电容传感器。②变d的电容式压力传感器。③变A的电容式位移传感器。本实验采用第③种电容传感器,是一种圆筒形差动变面积式电容传感器。 三、需用器件与单元： 电容传感器、电容传感器实验模板、测微头、移相/相敏检波/滤波模板、数显单元、直流稳压电源。 四、实验步骤： 1、按图（1-1）将电容传感器装于实验模板上，用专用电容连接线连接电容传感器与实验模块。 2、实验接线见图（1-1），将电容传感器实验模板的输出端V01与数显电压表Vi相接，电压表量程置2V档，Rw调节到中间位置。
图（1-1） 3、接入±15V电源，将测微头旋至10mm处并传感器相吸合，调整测微头的左右位置，使电压表指示最小，将测量支架顶部的镙钉拧紧,旋动测微头，每间隔0.2mm或0.5mm记下输出电压值(V)，填入表1-1。 表1-1:容式传感器位移与输出电压的关系
4、将测微头旋回到10mm处，反向旋动测微头，重复实验过程填入表1-1。 图（4-1） - 根据表1-1数据计算电容传感器的灵敏度S，分析误差来源。
灵敏度S=0.00443V/mm 五、实验小结 根据所得的实验数据和结果，我们可以算出该传感器的灵敏度，在实验过程中，记录数据的时候必须要等电压表稳定下来在记录这样可以减小实验误差。遵守实验规则。最后记录 实验二电涡流传感器位移实验 一、实验目的： 了解电涡流传感器测量位移的工作原理和特性。 二、基本原理： 通以高频电流的线圈会产生高频磁场，当有导体接近该磁场时，会在导体表面产生涡流效应，而涡流效应的强弱与该导体与线圈的距离有关，因此通过检测涡流效应的强弱即可以进行位移测量。 三、需用器件与单元： 电涡流传感器实验模板、电涡流传感器、直流电源、数显单元、测微头、铁圆片。 四、实验步骤： 1、根据图2－１安装电涡流传感器。 2、观察传感器结构，这是一个扁平的多层线圈，两端用单芯屏蔽线引出。 3、按图2-2将电涡流传感器输出插头接入实验模板上相应的传感器输入插口，传感器作为由晶体管T1组成振荡器的一个电感元件。 ４、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。 ５、将实验模板输出端V0与数显单元输入端Vi相接。数显电压表量程置20V档。 图2-1
图2-2 ６、用连接导线从主控箱接入＋15V直流电源到模板上标有+15V的插孔中。 ７、移动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，旋转测微每隔0.2mm读一个数，直到输出几乎不变为止，将结果填入表2-1。 表2-1：电涡流传感器位移与输出电压数据
8、根据表2-1数据，画出V-X曲线，试计算量程为1mm、3mm及5mm时的灵敏度 该铁片的灵敏度为0.682 1.按照实验原理图搭建电路图并检查是否安装正确 2.金属片应当仅仅与电涡流式传感器仅仅贴合并记录初始值 3.由绘制的V-X图可知，当铁片慢慢远离电涡流式传感器时，电压会逐渐增大，最后会达到稳定。 4.根据法拉第电磁感应原理，块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时，导体内将产生呈涡旋状的感应电流，这就是电涡流效应 5.电涡流传感器具有较高的线性度，且是非接触式的，故灵敏度较高，能准确采集各种参数，用途广泛。 6.从图中的波形来看我们可以算出该铁片的灵敏度。 实验三被测体材质对电涡流传感器特性影响实验 一、实验目的： 了解不同的被测体材料对电涡流传感器性能的影响。 二、基本原理： 影响涡流效应的强弱除了上面提及的因素外，与金属导体本身的电阻率和磁导率也有关系，因此不同的材料就会有不同的涡流效应，从而改变电涡流传感器的测量性能。 三、需用器件与单元： 电涡流传感器实验模板、电涡流传感器、直流电源、数显单元、测微头、铁圆片，铜圆片 四、实验步骤： 1、根据图3－１安装电涡流传感器。 2、按图3-2将电涡流传感器输出插头接入实验模板上相应的传感器输入插口，传感器作为由晶体管T1组成振荡器的一个电感元件。 ４、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。 ５、将实验模板输出端V0与数显单元输入端Vi相接。数显电压表量程置20V档。 图3-1
图3-2 ６、用连接导线从主控箱接入＋15V直流电源到模板上标有+15V的插孔中。 ７、移动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，旋转测微每隔0.2mm读一个数，直到输出几乎不变为止，将结果填入表3-1。 8、将原铁圆片换成铜圆片。 3、重复上述实验步骤，并将数据记录在表3-2 表3-1：被测体为铁圆片时的位移与输出电压数据： 表3-2：被测体为铜圆片时的位移与输出电压数据： 4、比较铜片和铁片的灵敏度 铁片的灵敏度为：0.645 铜片的灵敏度为：0.682 图为被测物体为铁片时电压与位移的输出关系图
图为被测物体为铜片时电压与位移的输出关系图 5、将上述铜片、铁片换成非金属材料，实验出现什么结果。 答：灵敏度会变小甚至会变为0 按照电路图链接好电路之后，开始实验。注意多测机组数据，这样纸我们就可以更好的计算出这两种金属被测物体的灵敏度并且做出比较，经过比较我可以知道铜片的灵敏度要比铁片的灵敏度要高一点，这可能跟金属的电子活动性有关吧。
实验四压阻式压力传感器压力测量实验 一、实验目的： 了解扩散硅压阻式压力传感器测量压力的原理和方法。 二、基本原理： 扩散硅压阻式压力传感器如图（4-1），是在单晶硅的基片上扩散出P型或N型电阻条并接成电桥。在压力作用下，基片产生应变，根据半导体的压阻效应，电阻条的电阻率会产生很大变化而引起电阻值的变化，我们把这一变化量引入测量电路，则其输出电压的变化反映了所受到的压力变化。
图（4-1） 三、需用器件与单元： 压力源(已在主控箱内)、压力传感器实验模块（压阻式压力传感器已安装在模块上）、流量计、三通连接导管、数显表、直流稳压源±4V、±15V。 四、实验步骤： 1、根据图（4-2）连接管路和电路，主控箱内的空气压缩泵、压力缓冲器、流量计之间的管路在内部已接好。将硬气管一端插入主控箱面板上的气源快速插座中(注意管子拉出时请用手按住气源插座边缘往内压，则硬管可轻松拉出)。软导管与压力传感器接通。压力传感器有4个引脚，③端接+4V电源，①端接地，②端为V0+，④端为V0-。 2、实验模板上Rw2用于调节零位，Rw1可调放大倍数，模板的放大器输出V02引到主控箱数表的Vi插座，将电压量程显示选择开关拨到20V档，Rw1大约旋至中间，反复调节Rw2使数显表显示为零。 3、先松开流量计下端进气口调气阀的旋钮（逆时针旋转），开通流量计。 4、合上主控箱上的气源开关，启动压缩泵，此时可看到流量计中的滚珠浮起悬于玻璃管中。 5、逐步关小流量计旋钮（顺时针），使压力表指示在4KPa左右，并记下电压表读数。 6、进一步关小流量计旋钮，压力每上升1KP记下相应的电压表数值并填于下表: 表(4-1):压力传感器输出电压与输入压力的关系 注：压力可调范围在0—20Kpa左右，实验数据的多少可由实验者自己确定。 7、根据实验一方法，计算本系统的灵敏度
图（4-2） 该传感器的灵敏度为：0.03178 过载能力强和抗冲击压力强，适合测量高量程范围的压力变化，尤其在1Mpa以上时，线性很好，精度也很高，并适合测量与应变材料兼容的各类介质 实验五光纤传感器的位移特性实验 一、实验目的： 了解光纤位移传感器的工作原理和性能。 二、基本原理： 本实验采用的是导光型多模光纤，它由两束光纤组成半圆分布的Y型传感探头，一束光纤端部与光源相接用来传递发射光，另一束端部与光电转换器相接用来传递接收光，两光纤束混合后的端部是工作端亦即探头，当它与被测体相距Ｘ时，由光源发出的光通过一束光纤射出后，经被测体反射由另一束光纤接收，通过光电转换器转换成电压，该电压的大小与间距Ｘ有关，因此可用于测量位移。 三、需用器件与单元： 光纤传感器及实验模板、数显单元、测微头、直流电源±15V、铁测片。 四、实验步骤： 1、根据图5-1安装光纤位移传感器，二束光纤分别插入实验板上光电变换座内，其内部装有发光管Ｄ及光电转换管T。 图5-1 2、将光纤实验模板输出端V0与数显单元相连，见图5-2。
图5-2 3、在测微头顶端装上铁质圆片作为反射面，调节测微头使探头与反射面轻微接触，数字电压表置20V档。 4、实验模板接入±15V电源，合上主控箱电源开关，调节RW2使数字电压表显示为零。 5、旋转测微头,使被测体离开探头,每隔0.1mm读出数显表显示值,将其填入5-1。 注：电压变化范围从最小→最大→最小必须记录完整。 表5-1：光纤位移传感器输出电压与位移数据：
6、根据表5-1数据，作出光纤位移传感器的位移特性图。 五、思考题： 光纤位移传感器测量位移时，对被测体的表面有些什么要求？ 答：表面要干净没有污点,而且光洁度要好
实验六光纤传感器测量转速实验 一、实验目的： 了解光纤位移传感器用于测量转速的方法。 二、基本原理： 利用光纤位移传感器在被测物的反射光强弱明显变化时所产生的相应信号经电路处理转换成相应的脉冲信号即可测量转速。 三、需用器件与单元： 光纤传感器、光纤传感器实验模板、直流源±15V、转动源（2000型） 四、实验步骤： 1、将光纤传感器探头按图6-1安装于转动台传感器支架上，使光纤探头与电机转盘平台上的反射点对准。
图6-1 2、按实验三十图5-2模块接线，数显电压表置2V档，并按以下步骤操作:①用手转动圆盘，使探头避开反射面，合上主控箱电源开关，调节RW2使数显表显示接近零（≥０）。②再用手转动圆盘，使光纤探头对准反射点，调节升降支架高低，使数显表指示最大，重复①、②步骤，直至两者的电压差值最大（差值需大于1V）。再将V01与转速／频率表的fin端相接，频率/转速表开关拨到转速档。 3、接入+2V—+24V直流电压至旋转电机，调节转速旋钮，使电机转动，逐渐加大转速电压，使电机转速加快，固定某一转速记下数显表上读数，并将频率/转速表开关拨到频率档，通过频率计算出转速。 五、实验小结 由上表我们可以得知实际转速与理论转速基本上一致。由本次实验我们认识到了传感器在实际应用中的重要性，并且学会了如何应用传感器。
实验七 直流激励时接触式霍尔位移传感器特性实验了解霍尔式位移传感器原理与应用。 二、基本原理： 根据霍尔效应，霍尔电势VH=KHIB，保持KHI不变，若霍尔元件在梯度磁场B中运动，且B是线性均匀变化的，则霍尔电势VH也将呈线性均匀变化，这就可以进行位移测量。 三、需用器件与单元： 霍尔传感器实验模块、线性霍尔位移传感器、被测永久磁钢、直流电源：±4V、15Ｖ、测微头、数显单元。 四、实验步骤： 1、按图7-1在实验模块上安装霍尔传感器及磁钢。 2、 在测量圆片上吸上圆形磁钢，尽量使磁钢中心对准霍尔传感器。旋转测微杆至15mm处，调节测微杆位置使磁钢与霍尓式传感器探头刚好接触，拧紧测量架顶部的固定镙钉。 3、按图7-2接线，放大器增益旋钮RW3置最小位，调节RW1使数显电压表指示为零（数显表置2V档）。
图7-1 4、旋动测微头，每间隔0.2mm或0.5mm记下输出电压值(V)，填入表7-1： 表7-1：霍尔式位移传感器位移量与输出电压的关系： 5、作出V-X曲线。
图7-2 位移与电压的趋势图如下 可以计算出该霍尔传感器的灵敏度为0.0380 五、实验小结 1.连接电路并检查后再开启电源 2.永久磁钢应对准霍尔式传感器中心，并使两者贴合，固定好测微头 3.由V-X图可以看出位移与输出电压存在线性关系，这也霍尔式位移传感器的特性之一
实验八 霍尔式位移传感器的应用―电子秤实验一、实验目的： 了解霍尔式传感器用于称重的原理。 二、基本原理： 当振动台加载时悬臂梁会产生一相应的位移量，通过霍尔式位移传感器测量位移重量转换成电压。 三、需用器件与单元： 霍尔传感器实验模块、线性霍尔位移传感器、被测永久磁钢、电源：±4V、±15Ｖ、振动台（2000型）、砝码、数显单元。 四、实验步骤： 1、安装霍尔传感器并使探头对准且离开振动圆盘磁钢约2—5mm。 2、根据实验七的图（7-2）接线。 3、在霍尔实验模板上加上直流电压±4Ｖ和±15Ｖ，电压表量程置 2Ｖ档 。 4、调整RW1电位器使数显电压表指示为零。 5、在振动台面上分别加砝码：20g、40g、60g、80g、100g，读出数显表指示的相应值，依次填入表8-1： 表8-1： 注：如电压表变化不太小，请顺时针调节RW3电位器，加大放大器增益。 6、放上一金属薄片，读出数显表显示的电压值0.008V 7、计算出未知重物大约为40g。 五、实验小结 本设计过程充分利用传感器的有关知识，利用霍尔传感器设计的简单电子秤很大程度上满足了此应用需求，并从简单电子秤的基本构造进一步了解大型电子秤的构造原理。通过设计使我们更好地理解传感器的实际应用，更全面地掌握各种测量电路的具体应用特点，使我们在动手能力得到锻炼的同时充分发挥自己的创新潜能，充分调动我们的学习主动性，培养我们的创新能力。
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