《#《傳感器技術(shù)》實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書》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（24頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、實(shí)驗(yàn)相關(guān)說(shuō)明，請(qǐng)仔細(xì)閱讀： 1. 實(shí)驗(yàn)過(guò)程中請(qǐng)自帶U盤 2. 做好預(yù)習(xí)，每次實(shí)驗(yàn)前檢查預(yù)習(xí)報(bào)告。 3. 遲到10分鐘以上的同學(xué)，另選批次補(bǔ)做實(shí)驗(yàn)，并對(duì)實(shí)驗(yàn) 成績(jī)做降級(jí)處理。 4. 實(shí)驗(yàn)均在實(shí)訓(xùn)樓319進(jìn)行。 5?請(qǐng)嚴(yán)格按照系統(tǒng)中所選批次來(lái)實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)，如確實(shí)有事 無(wú)法按時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，請(qǐng)聯(lián)系其他同學(xué)進(jìn)行調(diào)換，并在實(shí)驗(yàn) 前和指導(dǎo)老師說(shuō)明情況。除機(jī)房實(shí)驗(yàn)外，每批實(shí)驗(yàn)最多10 人。 6. 未能按時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的同學(xué)，請(qǐng)關(guān)注每個(gè)實(shí)驗(yàn)中最后一批的 實(shí)驗(yàn)時(shí)間，缺做實(shí)驗(yàn)者將取消實(shí)驗(yàn)成績(jī)，沒(méi)有實(shí)驗(yàn)成績(jī)將 無(wú)法參加本門課程測(cè)試，希望大家引起重視。 7. 實(shí)驗(yàn)報(bào)告完成后請(qǐng)?jiān)谙乱淮螌?shí)驗(yàn)時(shí)帶到實(shí)驗(yàn)室交給老師。

2、 實(shí)驗(yàn)過(guò)程中請(qǐng)自帶U盤 《傳感器技術(shù)》實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書 （微電子工程專業(yè)） 指導(dǎo)教師：黃偉 桂林電子科技大學(xué) 二00九年五月 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 霍爾傳感器使用實(shí)驗(yàn) 13 實(shí)驗(yàn)四 傳感器使用的計(jì)算機(jī)仿真 16 實(shí)驗(yàn)一應(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、 比較單臂電橋和全橋的不同性能、了解其特點(diǎn)。 二、 實(shí)驗(yàn)用器件和設(shè)備 1、 應(yīng)變式傳感器實(shí)驗(yàn)臺(tái)； 2、 傳感

3、器實(shí)驗(yàn)箱； 3、 砝碼； 4、 跳線; 5、 萬(wàn)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(lái)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)直流電路和和之相關(guān)的這幾 項(xiàng)指標(biāo)。 1、平衡條件 直流電橋的基本形式如圖1-1所示。Ri， R，R，R為電橋的橋臂電阻，R為其負(fù)載 （可以是測(cè)量?jī)x表內(nèi)阻或其他負(fù)載）。 當(dāng)R.—* X時(shí)，電橋的輸出電壓 V0應(yīng)為 V0=E( R1 R3 R1 R2 R3 R4 當(dāng)電橋平衡時(shí)，V0=0,由

4、上式可得到RiRfRRb,或 R1 _ R3 R2 一 R4 (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比應(yīng)相等，橋路相鄰 兩臂阻值之比相等方可使流過(guò)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工0 （此時(shí)仍視電橋?yàn)殚_路狀態(tài)），則不平衡電橋輸出電壓 Vo為 V 么R1、 用丿 lR1丿 1 異 R1+R2' R1 R」 1 R3 J (1-2)

5、 R3 R1 1 & 1電 I R1 丿 I R3 設(shè)橋臂比n=理，由于△ R《R，分母中空1可忽略，輸出電壓便為 R R 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 性曲線和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= 廣AR、 V?！猇。''= < R1丿 1 R」 Ri R1 J I Ri ) r為： (1-3) .R1 . R1 由此可見(jiàn)，非線性誤差和電阻相對(duì)變化 Rl有關(guān)，當(dāng)Rl較大時(shí)，就不可忽略誤差了 .R1 F面來(lái)看電橋電壓靈敏度 S。在式（1-2

6、 ）中，忽略分母中 Rl項(xiàng)，并且考慮到起始 平衡條件巴二空.， R2 R4 從式（1-2 ）可以得到 V n R1 0?E 2 (1+n) R1 (1-4) 電橋靈敏度的定義為 S Vo Vo' n v = ? 一 E 心尺 AR (1 + n)2 (1-5) R1 R1 當(dāng)n=1時(shí)，可求得Sv最大。也就是說(shuō)，在電橋電壓 E確定后，當(dāng)R=R, F3=F4時(shí)，電橋電 壓靈敏度最高 此時(shí)可分別將式（1-2 ）、（ 1-3 ）、（ 1-4 ）、（ 1-5 ）化簡(jiǎn)為: _1l R 1 0— E — 4 1 R1 R 1 2 R1 (

7、1-6) R1 R1 (1-7) R1 (1-8) 1E 4 (1-9) R1 由上面四式可知，當(dāng)電源電壓 E和電阻相對(duì)變化 R1 定時(shí)，電橋的輸出電壓，非線 性誤差，電壓靈敏度也是定值，和各橋臂阻值無(wú)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 Ri和R為傳感器，并且其相應(yīng)變化為△ R和

8、 △ F2,則該電橋輸出電壓 V0M0,當(dāng)厶R=AF2, Ri=R>, R=F4時(shí)，則得 V o=1e 四 2 R R1 上式表明，Vo和Fl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(wú)非線性誤差， 而且電壓靈敏度 S為 S V = -E 2 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? 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。若滿足厶 Ri=A F2=FA 3=^ Ri,貝U輸出電壓和靈敏度為 V o= E -S v = E R1 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

9、橋式直流電 橋的輸出電壓和靈敏度的2倍。 四、實(shí)驗(yàn)方法和步驟 （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BN（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勺電源開關(guān)撥到ON 4. 用萬(wàn)用表測(cè)量T8口的對(duì)地電壓，如果該點(diǎn)電壓超過(guò)5V,則調(diào)節(jié)電阻R22的阻

10、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(guò)5V,如果有超過(guò)的，則調(diào)節(jié) R21和R9的阻值，使輸出不超過(guò)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(wàn)用表測(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(guò)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）

11、 電壓（mV 7. 根據(jù)表1-1計(jì)算系統(tǒng)靈敏度S=：U.W （輸出電壓變化量和重量變化量之比）。 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 （二卜全橋電路的使用--稱重實(shí)驗(yàn): 1. 運(yùn)行Labview主程序，打開“全橋電路的使用一物體重量測(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

12、的法碼的質(zhì)量，比較誤差，如果誤差過(guò)大請(qǐng)重新計(jì) 算k值和b值； 7.計(jì)算實(shí)際質(zhì)量和程序測(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)試及使用 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(guò)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

13、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(chǎng)①i,將金屬導(dǎo)體置于此交變磁場(chǎng)范圍內(nèi)，導(dǎo)體表面層產(chǎn)生渦電流，渦電流 的高頻磁場(chǎng)①e以反作用于傳感器電感線圈，從而改變了線圈的阻抗 Zl或線圈的電感和品 金屬導(dǎo)體 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3、磁導(dǎo)率卩以及激 勵(lì)電流的幅值A(chǔ)和頻率f。 ①l高頻交變磁場(chǎng) ①匚渦流磁場(chǎng) i -高頻激勵(lì)電流 圖2-1電渦流傳感器的工作原理 2、電渦

14、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(guò)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(chǎng)。當(dāng)被測(cè)金屬 體靠近該線圈時(shí)，由于高頻電磁場(chǎng)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(chǎng)，方向和線圈磁場(chǎng)方向相反，這兩個(gè)磁場(chǎng)相互疊加就改變了原線圈 的阻抗。這一變化和金屬體磁導(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 6、磁導(dǎo)率E、尺 寸因子T、頭部體線

15、圈和金屬導(dǎo)體表面的距離 D、電流強(qiáng)度I和頻率3參數(shù)來(lái)描述。 則線圈特征阻抗可用Z=F(t, E , 6 , D, I, 3 )函數(shù)來(lái)表示。通常我們能做到控制 t, E , 6 , I, 3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(guò)前置器對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，將線圈阻抗 Z的變化，即頭部體線圈和金屬導(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)

16、被測(cè)金屬和探頭之間的距離發(fā)生變化時(shí)，探頭中線圈的磁場(chǎng)強(qiáng)度也發(fā)生變化，磁場(chǎng) 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(guò)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)。 所以探頭和被測(cè)金屬體表面距離的變化可通過(guò)探頭線圈阻抗的變化來(lái)測(cè)量。前置器根 據(jù)探頭線圈阻抗的變化輸出一個(gè)和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。 圖2-2 電渦流傳感器工作示意圖 供電電壓 + 24V 主要技術(shù)指標(biāo): m ) 3、最小二乘法擬 i / SSS 頭直徑 性量程 輸出方式 給定平

17、面上一組點(diǎn)丁 V達(dá)到最小。 ■- 輸 1-5V A V 出 (i=1,2,3…n)，用直線擬合。即求得f(x),使得偏差厶 三、實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備 1 ?計(jì)算機(jī) 1 臺(tái) 3 ?數(shù)據(jù)采集模塊 1 臺(tái) 5.電源模塊 1 臺(tái) 2 . LabVIEW8.2以上版本 1 套 4 .電渦流特性實(shí)驗(yàn)?zāi)K 1 臺(tái) 6. 操作工具 1 套 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(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

18、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(zhǎng)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)行按鈕岡仗而 圖2-3 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)

19、 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)特性曲線的程序截圖。 設(shè)定好“通道選擇”、“采樣頻率”、“采樣 長(zhǎng)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)

20、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組位移和電壓數(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)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(zhǎng)度”等參數(shù)。

21、 第元鬲| ? 輸出電壓平均值/單位皿 fo 第2汝采集 第3決采集｛ 精出電壓平均值/單位呻 ? o '' 輸出電壓平均值/單位翻 .卜 第4枚采集| 輸出電圧平均值/單位賊 ■ o , 輔出電JE半均值/單住賊 第5枕采集｛ ? 輸出電壓甲均諂/■單悅TW 第§枕采集（? |D' ' ' ' '~ 輸出電壓平均10/單位TUV 第了祝采集I ? |o'''' 輸出電壓平均值/單位mw 第8次采集| ? 輸出電壓平均值/單位喚 第9次采集| ? 輸岀電匝平均值/單■fen^ Miott采集I ? IT 程廚薦止 停止 把線性世舍

22、表達(dá)式「牡跑4B” 中的KH卻B的H境入“斜宰k和“ 註距貿(mào)時(shí)仝搭內(nèi)，然后點(diǎn)“距離 計(jì)算"檢忸謎”行距離旳測(cè)童 采樣間隔/■單位唄 通道注擇 ：/i 釆樣頻率 無(wú)樣頻率選擇 0-lkhz 1-5kh: 起點(diǎn)坐標(biāo)/ ■/o 2-10khi J-25khi 4-60khi 匸 1 nnirk^ 墓--間 降好標(biāo)樣值 實(shí)定牛X的 按設(shè)占：” 斜軍K rj'O '截距b 身0 當(dāng)前電壓 0 距離計(jì)詩(shī) 證離測(cè)量值 距高計(jì)算II |o F 二 ]? i ? 1 ?‘ i 0. 00000 mrr. 0.00000 |o

23、千分尺讀書起始坐標(biāo)當(dāng)前怪移當(dāng)前電壓測(cè)童值相對(duì)誤差 誤差井析 誤差分析 丈驗(yàn)一電渦流傳感器距離測(cè)量試驗(yàn)及誤差分析實(shí)驗(yàn) 理論擬倉(cāng)曲線 傳感器線性擬合曲線毗表距離卅表電壓 實(shí)際數(shù)宇擬舍m 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(zhǎng)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 Excel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）

24、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Wor（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(yè)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差和靈敏度。 六、 參考和提示 1、測(cè)試系統(tǒng)的輸入輸出特性曲線 圖2-7

25、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：x i?X2 (mm)對(duì) 線性區(qū)對(duì)應(yīng)的電壓值：Vi?V (mV) 線性誤差: 「100% V2 -V1 靈敏度： V2 _V1 (mV/mm) X2 一禺 七、思考題 1、 電渦流傳感器為什么可作為位移傳感器用？ 2、 電渦流的大小還和那些因素有關(guān)？ 3、試想電渦流傳感器還可以用來(lái)測(cè)量那些物理量？ 五、數(shù)據(jù)處理: 線性區(qū)范圍：1.8?4.2 (mm)對(duì) 線性區(qū)對(duì)應(yīng)的電壓值：1354.78?4100.79 (mV) 線性誤差: — 100% =

26、2773.94- (4100.79-1354.78) / (4100.79-1354.78) =1.01% V2 -V1 靈敏度: V2 _V1 (mV/mm)=( 4100.79-1354.78) / (4.2-1.8 ) =1144.71 六、思考題 1、電渦流傳感器為什么可作為位移傳感器用？ 答：通過(guò)前置器電子線路的處理，將線圈阻抗 Z的變化，即頭部體線圈和金屬導(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 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。 2、 電渦流的大小還和那些因

27、素有關(guān)？ 答：電渦流大和磁通量大小、磁場(chǎng)變化頻率、產(chǎn)生渦流的導(dǎo)體的形狀和內(nèi)阻有關(guān)。 3、 試想電渦流傳感器還可以用來(lái)測(cè)量那些物理量？ 答：1、相對(duì)振動(dòng)測(cè)量 2、轉(zhuǎn)速測(cè)量 3、滾動(dòng)軸承、電機(jī)換向器整流片動(dòng)態(tài)監(jiān)控 脹 差測(cè)量 斜坡式脹差測(cè)量 補(bǔ)償式脹差測(cè)量 雙斜面脹差測(cè)量 振動(dòng)測(cè)量 軸位移測(cè)量 軸心軌跡測(cè)量 轉(zhuǎn)速和相位差測(cè)試 轉(zhuǎn)速測(cè)量 厚度測(cè)量 金屬元件合格檢測(cè) 差動(dòng)測(cè)量 動(dòng)力膨脹 轉(zhuǎn)子動(dòng)平徑向運(yùn)動(dòng)分析 表面不平整度測(cè)量 裂痕測(cè)量 非導(dǎo)電材料 軸承測(cè)量 換向片測(cè)量 實(shí)驗(yàn)三 霍爾傳感器的使用實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模? 1、 了解霍爾開關(guān)集成傳感器的工作原理和使用；

28、 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)成的使用電路的基本原理和設(shè)計(jì)方法。 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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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)，飛輪每轉(zhuǎn)一周磁場(chǎng)就變化 N次，霍爾傳感

29、器輸出的電平也變化N次，通過(guò)計(jì)算即可知道電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 存;I：元件 放太; 整形 令地 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. 4.7K Q 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

30、上，霍爾傳感器的探頭盡量靠近電機(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）0 5、 在電腦上打開相關(guān)的測(cè)試用實(shí)驗(yàn)程序界面。 &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)

31、為N, 轉(zhuǎn)速為n,脈沖頻率為f,則有：n=f/N。通常，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=60X 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(shuō)明本實(shí)驗(yàn)中的霍爾傳感器是如何使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 傳感器使用的計(jì)算機(jī)仿

32、真 注：請(qǐng)準(zhǔn)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)！！ 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1、 進(jìn)一步掌握傳感器使用電路的組成和設(shè)計(jì)原理及方法； 2、 了解計(jì)算機(jī)在傳感器技術(shù)中的使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。 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)容之一就是傳感器使用電路的仿真， 對(duì)傳感器使用電路的仿真的好處在于，可以在設(shè)計(jì)使用電路的時(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

33、路的原理的基礎(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)放大和比較器 圖4—1霍爾傳感器的特性曲線 WD 50% Key 三 A 5kChm R1 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

34、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 取和放置，可用基本元器件，也可用虛擬儀器元器件）。 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(shuō)明 V1?V4各點(diǎn)

35、電壓有什么 規(guī)律，由此說(shuō)明霍爾接近開關(guān)電路的工作原理； 5. 說(shuō)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(shuō)明工作原理； 7. 用仿真結(jié)果說(shuō)明是否有電阻 R1、R2，電路工作有何不同，由些說(shuō)明電阻 R1、R2 在電路中的作用 （選做）。 8 ?用仿真結(jié)果說(shuō)明是否有電阻電壓跟隨器 U1A，電路工作有何不同，由些說(shuō)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(guò)電壓跟隨器的電壓比 較器來(lái)實(shí)現(xiàn)開關(guān)功能的。