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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)變式傳感器特性測試 2 實(shí)驗(yàn)二 電感式傳感

2、器特性測試 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 1 / 20 實(shí)驗(yàn)一 應(yīng)變式傳感器特性測試 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

3、原理和性能； 2、了解學(xué)習(xí)全橋測量電路的構(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)指標(biāo)。 1、 平衡

4、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( R1 R3 ) R1 R2 R3 R4 當(dāng)電橋平衡時(shí)， V0=0，由上式可得到 R1R4=R2R3， 或 R1 R3 R2 R4  （1-1 ） 2 / 20

5、 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 R4 R1 V 0 R3 R1 E (1-2) ＝

6、 R1 R2 R4 1 1 R1 R3 R1 設(shè)橋臂比 n= R2 ，由于△ R1《 R1 ，分母中 R1 可忽略，輸出電壓便為 R1 R1 R4 R1 R3 R1 E V"0= R2 1 R4 1 R3 R1 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非線性誤差。則其相對線性誤差 r 為： R1 R1 V0

7、 V0 R1 = R1 （ 1-3 ） r= V0 = R1 R2 1 R1 n 1 R1 R1 R1 3 / 20 R1 R1 由此可見，非線性誤差與電阻相對變化 R1 有關(guān)，當(dāng) R1 較大時(shí)，就不可忽略誤差了。 R1 下面來看電橋電壓靈敏度 SV 。在式（ 1-2 ）中，忽略分母中 R1 項(xiàng)，并且考慮到起始 平衡條件 R1 R3 ，從式（ 1-

8、2 ）可以得到 R2 R4 V n R1 （1-4 ） 0 ≈ E (1 n) 2 R1 電橋靈敏度的定義為 S V = V0 ≈ V0 = n E （1-5 ） R1 R1 (1 n) 2 R1 R1 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 壓靈敏度最高。此時(shí)可分別將式（ 1-2 ）、（1-3 ）、（

9、1-4 ）、（ 1-5 ）化簡為： V 0= 1 R1 1 （1-6 ） E 1 R1 4 R1 1 2 R1 R1 r = R1 （1-7 ） R1 2 R1 V 1 R1 （ 1-8 ） 0 ≈ E R1

10、 4 S V = 1 E （ 1-9 ） 4 R1 由上面四式可知，當(dāng)電源電壓 E 和電阻相對變化 R1 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

11、=R4 時(shí)，則得 V 1 R1 = E 0 2 R1 4 / 20 R1 上式表明， V0 與 R1 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 S V = 1 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△ R1=△R2 =R△ 3=△R4，則輸出電壓和靈敏度為 V R1 S V =

12、 E 0= 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 BNC接口和多通道數(shù)據(jù)采集模塊的

13、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. 用萬用表測量 T8口的對地電壓， 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，用萬用表測量 T8口相應(yīng)的電壓值，因

14、為應(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 5 / 20 重量（ g） 電壓（ mv） 7. 根據(jù)表 1-1 計(jì)算系統(tǒng)靈敏度 S= U （輸出電壓變化量與重量變化量之比） 。 W 8. 繪出電壓和質(zhì)量之間的關(guān)系曲線，并對其進(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）。

15、 (二)、 全橋電路的應(yīng)用 --稱重實(shí)驗(yàn) ： 1. 運(yùn)行 Labview主程序，打開“全橋電路的應(yīng)用—物體重量測量” 程序，建立實(shí)驗(yàn)環(huán)境， 2. 在實(shí)驗(yàn)界面上輸入對應(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)測量的質(zhì)量值，分別記錄實(shí)驗(yàn)測量值和托盤上實(shí)際放置的法碼的質(zhì)量，比較誤差，如果誤差過大請重新計(jì)算 k值和 b值； 7. 計(jì)算實(shí)際質(zhì)量與程序測量得到的質(zhì)量之間的實(shí)驗(yàn)誤差，分析產(chǎn)生誤差的原因。

16、 6 / 20 實(shí)驗(yàn)二 電渦流傳感器特性測試及應(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量時(shí)的 測量電路和測試原理。 2、根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，作好實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備（測試方法及測試點(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、通過測量電渦流

17、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 Ф i，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圈，從而改變了線圈的阻抗 Z 或線圈的電感和品 L 質(zhì)因素。 ZL 的變化取

18、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 和頻率 f 。 i Фi Фi高頻交變磁場 δ Фe 渦流磁場 Фe 渦流 i 高頻激勵(lì)電流 金屬導(dǎo)體 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)被測金屬 7 / 20

19、 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

20、, 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，通過前置器對信號(hào)進(jìn)行處理，將線圈阻抗 Z 的變化，即頭部體線圈與金屬導(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)對金屬物體的位移、振動(dòng)等參數(shù)的 測量。 當(dāng)被測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

21、、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）。 所以探頭與被測金屬體表面距離的變化可通過探頭線圈阻抗的變化來測量。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。 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 8 / 20

22、 3、最小二乘法 合原理： 定平面上一 點(diǎn)（ xi,f(xi) ）(i=1,2,3 ?n) ，用直 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． 算機(jī) 1 臺(tái) 2 ．LabVIEW8.2 以上版本 1 套 3．?dāng)?shù)據(jù)采集模 1 臺(tái) 4 ． 流特性 模 1 臺(tái) 5. 源模 1 臺(tái) 6. 操作工具 1 套 四、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與實(shí)驗(yàn)步驟 1、 前準(zhǔn) 及 路的 接 （ 1） 關(guān) 數(shù)據(jù)采集卡 源，將 流 感器 接到采集

23、卡的數(shù)據(jù)采集一個(gè) AD 通道上。 注意不要在 的情況下從采集卡上插拔 感器，以免 采集卡和 感器造成 壞。 （ 2） 流 感器的工作 源 24V ，把 流 感器的 源接到 臺(tái)的 24V 源口，并把數(shù)據(jù) 接到采集卡的某一通道上，接通 臺(tái)和數(shù)據(jù)采集卡的 源。 定好“通道 ”、 “采 率”、 “采 度”等參數(shù)后點(diǎn) 如下 2-3 所示的運(yùn)行 按 運(yùn)行程序， 察各部分運(yùn)行燈的亮 情況。 運(yùn)行按 圖 2-3 程序運(yùn)行按 （ 4）將千分尺 零，將滑 上反射 片 靠在 流探 表面， 察此 的 。 （ 5）滑

24、 離 感器， 察 數(shù) 的 化， 感器的最大 量距離。 2、 并求出 感器的 性區(qū)范 ： 流 感器的 性區(qū)定 ：不在此 量范 內(nèi) ，其函數(shù)將不成 性關(guān)系。 (1) 接好 量系 中 感器及其采集卡等模 的通道號(hào)及其 源， 整滑 到一個(gè)初始位置， 下 數(shù) X0 。 (2) 打開“ 一 流靜 特性 .vi ”， 置每次移 千分尺的距離 0.3mm，將 兩個(gè)數(shù) 入到“ 一 流靜 特性 .vi ”的“采 隔”控制 量里。 圖 2-4 流靜 特性曲 的程序截 。 定好“通道 ”、 “采 率”、 “采

25、 9 / 20 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，依次改變測量的距離進(jìn)行 30 次測量，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)

26、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）觀測出傳感器的線性區(qū)范圍，并對線性區(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、利用測得結(jié)果進(jìn)行距離反測和誤差分析： (1) 打開“試驗(yàn)一 電渦流距離測量及誤差分析試驗(yàn) .vi ”，圖 2-5 為電渦流距離測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)。

27、 10 / 20 圖 2-5 電渦流距離測量及誤差分析程序 （ 2）設(shè)置千分尺讀數(shù)到觀測到的線性區(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

28、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）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)反測的相對誤差。 （ 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。 11 / 20

29、 3、對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、 參考與提示 1、測試系統(tǒng)的輸入輸出特性曲線 - V (mV) V 2 V m V 1 0 x1x2 x (mm) 圖 2-7 測試系統(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 1～ x2 (mm) 對 線

30、性區(qū)對應(yīng)的電壓值： V 1～V2 (mV) Vm 線性誤差： 100% V2 V1 靈 敏 度： V2 V1 (mV/mm) x2 x1 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量那些物理量？ 12 / 20 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? 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

31、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)被測電機(jī)飛輪上裝有 N 只磁性體時(shí)，飛輪每轉(zhuǎn)一周磁場就變化 N 次，霍

32、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) 13 / 20 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 Ω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．

33、 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

34、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=60f/N 。

35、 14 / 20 圖 3-5 實(shí)驗(yàn)程序窗口 ( 二 ) 、手動(dòng)自搭電路進(jìn)行測量： 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

36、、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。 15 / 20 實(shí)驗(yàn)四 傳感器應(yīng)用的計(jì)算機(jī)仿真 注：請準(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)??！ 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；

37、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)

38、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)。 ＋ 60mV 0 － 60mV 0 5 10 15 20 25 30 圖 4－1 霍爾傳感器的特性曲線 16 / 20

39、 圖 4-2 霍爾接近開關(guān)仿真電路 17 / 20 個(gè)人精品文檔，值得您的擁有 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） 。 2. 對各元器件的值及標(biāo)號(hào)進(jìn)

40、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，

41、設(shè)置加以電壓表或示 波器，以方便觀察仿真結(jié)果，對電路進(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～ 18 / 20 個(gè)人精品文檔，值得您的擁有 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

42、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。 19 / 20