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1、福建農(nóng)林大學計算機與信息學院 信息工程類 實驗報告 課程名稱： 傳感器技術 姓 名： 呂志緣 系： 電子信息工程系 專 業(yè)： 電子信息工程 年 級： 2014 級 學 號： 3146004063 指導教師： 易金聰 職 稱： 副教授 2016年 12月30 日 實驗項目列表 序號 實驗項目名稱 成績 指導教師 1 實驗一金屬箔式應變片：單臂、半橋、全橋 比較 易金聰 2 實驗二 差動變壓器性能 易金聰 3 頭驗二差動變面積式電谷傳感的靜態(tài)及動態(tài) 特性 易金聰 4 實驗四霍爾式傳感器的直流激勵靜態(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)林大學計算機與信息學院信息工程類實驗報告 系： 電子信息工程 專業(yè): 電子信息工程 年級： 2014級 姓名： 呂志緣 學號： 3146004063 實驗課程： 傳感器技術 實驗室號： 田實410 實驗設備號： 實驗時間： 2016.11.29

3、/12.6 指導教師簽字： 易金聰 成績： 實驗一金屬箔式應變片：單臂、半橋、全橋比較 1實驗目的和要求 本實驗為驗證性實驗，目的是驗證單臂、半橋、全橋的性能及相互之間關系；比較單臂、 半橋、全橋輸出時的靈敏度并得出相應的結(jié)論。 2 ?實驗原理 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，于是對應半橋和全橋的電壓靈敏度分別為 罟 和EKu。 由此可知，當E和電阻相對變化一定時，電橋及電壓靈敏度與各橋臂阻值的大小無關。 3 ?主要儀器設備（實驗用的軟硬件環(huán)境） ZY13Se ns12B

4、B型傳感器技術實驗儀，包括直流穩(wěn)壓電源、差動放大器、電橋、電壓表、 測微頭、雙平行梁、應變片、主、副電源等。 4 ?操作方法與實驗步驟 （1） 將差動放大器調(diào)零：用連線將差動放大器的正（+ ）、負（―）、地短接。將差動放 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)差動放大器的增益到最 大位置，然后調(diào)整差動放大器的調(diào)零旋鈕使電壓表顯示為零，關閉主、副電源，拆去實驗連 線。 （2） 按圖1-1接線，圖中R4為應變片，r及W1為調(diào)平衡網(wǎng)絡。 （3） 調(diào)整測微頭使測微頭與雙平行梁吸合，并使雙平行梁處于水平位置（目測） ，然后 將直流穩(wěn)壓電源打到±4V檔，選擇適當?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（需預熱幾分鐘表頭才能穩(wěn)定下來）。 （4） 旋轉(zhuǎn)測微頭，使梁移動，每隔0.5mm讀一個數(shù)，將測得數(shù)值填入下表1-1，然后關 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)相反的另一應變片即取 二片受力方向不同應變片，形成半橋，調(diào)節(jié)測微頭使梁到水平位置（目測） ，調(diào)節(jié)電橋W1使 電壓表顯示表顯示為零，重復 4過程同樣測得讀數(shù)，填入下表1-2。 （6） 保持差動放大器增益不變，將 R1, R2兩個固定電阻換成另兩片受力應變片（即 R1換成，R2換成 ）組橋時只要掌握對臂應變片的受力方向相同，鄰臂應變片的受力方

6、 E E 向相反即可，否則相互抵消沒有輸出。接成一個直流全橋，調(diào)節(jié)測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4過程將讀出數(shù)據(jù)填入下表1-3。 （7）在同一坐標系中作出 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 ?實驗內(nèi)容及實驗數(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 ?實驗數(shù)據(jù)處理與分析 F二4紡 全椚zv二4,」-曲 亠舷 A幾第二嚴孑二幼化 7?質(zhì)疑、建議、問題討論 單臂電橋、半橋、全橋的靈敏度有何關系? 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)林大學計算機與信息學院信息工程類實驗報告 系： 電子信息工程 專

8、業(yè): 電子信息工程 年級： 2014級 姓名： 呂志緣 學號： 3146004063 實驗課程： 傳感器技術 實驗室號： 田實410 實驗設備號： 實驗時間： 2016.11.29/12.6 指導教師簽字： 易金聰 成績： 實驗二差動變壓器性能 1實驗目的和要求 本實驗為驗證性實驗，目的是了解差動變壓器原理及工作特性， 驗證變壓器式電感傳感器 的原理和工作特性。 2 ?實驗原理 差動變壓器由一只初級線圈和二只次級線圈及一個鐵芯組成，根據(jù)內(nèi)外層排列不同，有 二段式和三段式，本實驗采用三段式結(jié)構(gòu)。當傳感器隨著被測體移動時，由于初級線圈和次 級線圈之間的互感發(fā)生變化促使次級線圈

9、感應電勢產(chǎn)生變化，一只次級感應電勢增加，另一 只感應電勢則減少，將兩只次級反向串接（同名端連接），就引出差動輸出。其輸出電勢反映 出被測體的移動量。 3 ?主要儀器設備（實驗用的軟硬件環(huán)境） ZY13Se ns12BB型傳感器技術實驗儀，包括音頻振蕩器、測微頭、示波器、主、副電源、 差動變壓器（兩副邊L0的下端為同名端）、振動平臺等。 4 ?操作方法與實驗步驟 （1） 根據(jù)圖2-1接線，將差動變壓器、音頻振蕩器（必須 LV輸出）、雙線示波器連接起 來，組成一個測量線路。開啟主、副電源，將示波器探頭分別接至差動變壓器的輸入端和輸 出端，觀察差動變壓器原邊線圈音頻振蕩器激勵信號峰峰值為 2

10、V。 （2） 轉(zhuǎn)動測微頭使測微頭與振動平臺吸合。再向上轉(zhuǎn)動測微頭 5mm,使振動平臺往上 位移 (3) 往下旋動測微頭，使振動平臺產(chǎn)生位移。每位移 0.2m m,用示波器讀出差動變壓器 輸出端的峰峰值填入下表2-1,根據(jù)所得數(shù)據(jù)計算靈敏度S ( ,式中.V為電壓變化，「X 為相應振動平臺的位移變化)，作出V-X關系曲線 差動變壓器亠 圖2-1 示波器 6 ?實驗數(shù)據(jù)處理與分析 5 ?實驗內(nèi)容及實驗數(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 用測微頭調(diào)節(jié)振動平臺位置，使示波器上觀察到的差動變壓器的輸出端信號為最小，這個最 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殘余電壓。當活動銜鐵向上移動時，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，因為 U2= E2a-E2b,所以當E2a、E2b隨著銜鐵位移x變化時，U2也必將隨x變化。零點殘余電 壓的產(chǎn)生的原因主要是傳感器的兩次級繞組的電氣參數(shù)與幾何尺寸不對稱，以及磁性材料的

12、 非線性等問題引起的。 福建農(nóng)林大學計算機與信息學院信息工程類實驗報告 系： 電子信息工程 專業(yè): 電子信息工程 年級： 2014級 姓名： 呂志緣 學號： 3146004063 實驗課程： 傳感器技術 實驗室號： 田實410 實驗設備號： 實驗時間： 2016.11.29/12.6 指導教師簽字： 易金聰 成績： 實驗三差動變面積式電容傳感的靜態(tài)及動態(tài)特性 1實驗目的和要求 本實驗為驗證性實驗，目的是了解差動變面積式電容傳感器的原理及其特性，利用差動 變面積式電容傳感器的特性進行靜態(tài)位移測量及動態(tài)測量。 2 ?實驗原理 電容式傳感器有多種形式，本儀器中是差動平行變面

13、積式。傳感器由兩組定片和一組動 片組成。當安裝于振動臺上的動片上、下改變位置，與兩組靜片之間的相對面積發(fā)生變化， 極間電容也發(fā)生相應變化，成為差動電容。如將上層定片與動片形成的電容定為 CX1，下層 定片與動片形成的電容定為 CX2，當將CX1和CX2接入雙T型橋路作為相鄰兩臂時，橋路 的輸出電壓與電容量的變化有關，即與振動臺的位移有關。 3 ?主要儀器設備(實驗用的軟硬件環(huán)境) ZY13Sens12BB型傳感器技術實驗儀，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 ?操作方法與實驗步驟 (1) 根據(jù)圖3-1接線。 (2) 電壓表打到2V，調(diào)節(jié)測微頭，

14、使輸出為零 圖3-1 (3) 以此為起點，向上和向下轉(zhuǎn)動測微頭，每次0.5mm,記下此時測微頭的讀數(shù)及電壓 表的讀數(shù)填入表3-1,直至電容動片與上(或下)靜片復蓋面積最大為止。 (4) 退回測微頭至初始位置。并開始以相反方向旋動。同上法，記下 X(mm)及V(mv) 值，填入表3-2。 (5) 計算系統(tǒng)靈敏度S。( s二豈,式中.V為電壓變化，「X為相應相應的梁端位移變化), ZX 并作出V-X關系曲線。 (6) 卸下測微頭，斷開電壓表，接通激振器，用示波器觀察輸出波形。 5 ?實驗內(nèi)容及實驗數(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 ?實驗數(shù)據(jù)處理與分析 實驗中可以發(fā)現(xiàn)當差動電容的動片位置上下移動時，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，實現(xiàn)傳感功能 7?質(zhì)疑、建議、問題討論 如果不著重調(diào)整電容片的相對位置，會有什么現(xiàn)象？ 會發(fā)生發(fā)熱、

16、鼓包、燒毀 福建農(nóng)林大學計算機與信息學院信息工程類實驗報告 系： 電子信息工程 專業(yè): 電子信息工程 年級： 2014級 姓名： 呂志緣 學號： 3146004063 實驗課程： 傳感器技術 實驗室號： 田實410 實驗設備號： 實驗時間： 2016.11.29/12.6 指導教師簽字： 成績： 實驗四 霍爾式傳感器的直流激勵靜態(tài)位移特性 1實驗目的和要求 本實驗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 下測量靜態(tài)位移。 2 ?實驗原理 霍爾式傳感器是由工作在四個方形磁鋼組成的梯度磁場和位于磁場中的霍爾元件組成。 當霍爾元件通以恒定電流

17、時，霍爾元件就有電勢輸出?；魻栐谔荻却艌鲋猩稀⑾乱苿訒r， 輸出的霍爾電勢V取決于其在磁場中的位移量 X，所以測得霍爾電勢的大小便可獲知霍爾元 件的靜態(tài)位移。 3 ?主要儀器設備(實驗用的軟硬件環(huán)境) ZY13Sens12BB型傳感器技術實驗儀，包括霍爾片、磁路系統(tǒng)、電橋、差動放大器、電 壓表、直流穩(wěn)壓電源、測微頭、振動平臺、主、畐U電源等。 4 ?操作方法與實驗步驟 (1) 了解霍爾式傳感器的結(jié)構(gòu)及實驗儀上的安裝位置，熟悉實驗面板上霍爾片的符號。 霍爾片安裝在實驗儀的振動圓盤上，四個方形永久磁鋼固定在實驗儀的頂板上，二者組合成 霍爾傳感器。 (2) 開啟主、副電源將差動放大器調(diào)零

18、后，增益置最小，關閉主電源，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 沏 o 丫 —I 圖4-1 (3) 安裝好測微頭，調(diào)節(jié)測微頭與振動臺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) 上下旋動測微頭，記下電壓表的讀數(shù)，每隔一定距離讀一個數(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) 實驗完畢，關閉主、副電源，各旋鈕置初始位置。 5 ?實驗內(nèi)容及實驗數(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 ?實驗數(shù)據(jù)處理與分析 7?質(zhì)疑、建議、問題討論 霍爾傳感器的特點？ 既能夠測量交流又能夠測量直流，應用廣泛， 霍爾傳感器還具有體積小、重量輕、靈敏度高、 抗電磁干擾能力強的優(yōu)點。 缺點：互換性差，信號隨溫度變化，非線性輸出，最好用單片機進行 非線性和溫度校正。