电子传感器实验指导要点

1、传感器实验指导书应用电子技术教研室 郝娜2009 9实验一应变式传感器特性测试实验目的1、掌握金属箔式应变片的应变效应，单臂电桥工作原理和性能;2、了解学习全桥测量电路的构成及其特点、优点；3、比较单臂电桥与全桥的不同性能、了解其特点；二、实验用器件与设备1、传感器实验箱；2、直流稳压电源、箔式应变片、螺旋测微仪、数字电压表三、实验原理电阻应变（即电阻应变片）是一种能将被测试件的应变变化转换成电阻变化的传感元件，工作原理基于应变一一电阻效应（即当电阻敏感栅感受应变时，其 电阻发生相应变化的物理现象）。应变片分类：金属式应变计、箔式应变计、半 导体应变计、金属薄膜应变计等。使用应变片测量应变或应

2、力时，将应变片牢固 地粘贴在被测弹性试件上，当试件受力变形时，应变片的金属栅随之产生相应变 形，从而引起应变片电阻的变化。电桥平衡网络差动放大器直流电压表 开副电源图1、电桥电路四、实验步骤1、了解所需元件、部件在实验仪上的所在位置，观察梁上的应变片，应变片为棕色衬底箔式结构小方薄片。上下二片梁的外表面各贴二片受力应 变片。2、将差动放大器调零：将差动放大器的正（+）、负（一）输入端与地短接。 将差动放大器的输出端与F/V表（即电压/频率表）的输入插口 Vi相连； 差动放大器的地与F/V表的地相连；调节差动放大器的增益到最大位置（右旋到底），然后调整差动放大器的调零旋扭使 F/V表显示为零。3

3、、根据图1接线，R1、R2、R3为电桥单元的固定电阻；R4=Rx为应变片。测微仪使得悬臂梁基本处于水平位置。将稳压电源的切换开关置±4VH。将F/V表置20V当，开启主、副电源，调节电桥平衡网络中的 W1使F/V表显 示为零,然后将F/V表置2V当，再调电桥W1使F/V表显示为零。5、用螺旋测微仪带动悬臂梁分别向上和向下各唯一 5mm每位移ImrtE录一个 输出电压值，并记录。位移（mm）电压（v）根据表中所测数据在坐标图上作出V-X曲线，计算灵敏度S=$X6、依次将图1中的固定电阻R倏接成板桥、全桥。用螺旋测微仪带动悬臂梁分别向上和向下各唯一 5mm每位移1mm£录一个输

4、出电压值，并记录。位移（mm）电压（v）位移（mm）电压（v）7、在同一坐标图上作出V-X曲线，比较三种桥路的灵敏度，作出结论实验二电容式传感器实验目的1、验证差动平行变面积式电容传感器的工作原理；2、掌握差动平行变面积式电容传感器的位移实验技术；3、观察和了解差动平行变面积式电容传感器的动态实验；二、实验用器件与设备1、传感器实验箱；2、电容传感器、测微仪三、实验原理变面积型电容传感器测量位移有 3种方式：平面直线位移型，角位移型，圆 柱（或圆角）形线位移型。四、实验步骤1、观察电容传感器的机构：传感器由一组动片和两组动片组成，连接主机 与实验模块的电源线及传感器接口，将差放增益调至一半。2

5、、打开主机电源，涌测微仪带动传感器动片位移至两组动片之间，此时模 块电路输出为零。3、向上和向下转动测微头，每次 0.5mm记下此时测微头读数及电压表的 读数，直至电容动片与上（或下）静片覆盖面积最大为止，记录数据， 作出V-X电容传感器电压放大器低通滤波器电压表X (mm)V (V)4、计算系统灵敏度S,给出实验结论实验三电感式传感器一、 实验目的1、了解差动变压器原理及工作情况；二、实验用器件与设备1、传感器实验箱；2、电感传感器、测微仪、音频振荡器、示波器;三、实验原理根据变压器原理：次级线圈感应电势分别：E21 =-jwm1I1E22 =-jwM2I1输出电势：E2二一jw(M1 -M

6、 2)I1当衔铁在中间位置时若两次线圈及参数磁路尺寸相等则Mi=M2=M,所以E2=0当衔铁偏离中间位置时 M1WM2,由于差动工作，所以Mi=M+AM1, M2=M- AM2,在一定的范围内M1=M+AM1其差值(M1-M2)与衔铁位移成正比例，在 负载开路情况下输出电势为：E2=-jw(M 1-M2)l1当没有信号输入时，铁心处于中间位置，输出电压为零点残余电压。当有信 号输入时，铁心移上或移下，其输出电压经交流放大，相敏检波滤波后得到直流 输出，可以指示输入位移量的大小和方向。本试验用示波器读取零点残余电压值 和位移量的大小。音领振荡器示波器四、实验步骤1、观察试验台上差动变压器式传感器

7、的结构装上测微头调整，使差动变压器铁芯处于线圈中段位置。2、开启主副电源，调整音频振荡器幅度旋扭，利用示波器观察，使音频振荡 器输出激励电压峰峰值为2V。按图接线。利用示波器观察，调整测微 头，使示波器指示电压逐渐减小至近似为零。3、旋转测微头（使示波器读数减小的方向）,每隔0.1mm读数（即转过10 个小格）,记录示波器读数，填入下表。反复测量三次，求出平均值。作 V 一X曲线，并求出灵敏度。X (mm)V (mv)思考：用测微头调节振动平台位置，使示波器上观察到的差动变压器的输出端信号为最小，这个最小电压称作什么？大小是多少？由于什么原因造成?实验四 电涡流式传感器实验目的1、了解电涡流式

8、传感器测量振动的原理和方法。实验用器件与设备1、传感器实验箱；2、电涡流传感器、涡流变换器、差动放大器、电桥、铁测片、直流稳压电源、低频振荡器、激振线圈、FV 表、示波器、主副电源。三、 实验原理一个扁平线圈置于金属导体附近， 当线圈中通以正弦交流电时， 线圈的周围产生正弦交变磁场 H ， 此磁场中的金属导体产生电涡流， 而电涡流也产生交变磁场 H2 ， H3 与 H1 方向相反，由于磁场H2 的反使用使通电线圈的有效阻抗发生变化， 这种线圈阻抗的变化完整地反映涡流效应。 显然， 线圈阻抗的变化与金属导体的电导率磁导率几何形状， 线圈几何参数， 激励电流频率以及线圈到金属导体的距离等参数有关，

9、 线圈金属导体系统的物理性质通常可由磁导率u,电导率6尺寸因子Y入x激励电流强度I和频率W等参数来描述线圈的阻抗 Z 可用如下函数表示：Z=F （u6 丫 入 x I W）若u 6 丫入x I W恒定不变时，阻抗Z就成为距离X的单调函数即Z=f（x） 四、实验步骤1、转动测微器，将振动平台中间的磁铁与测微头分离，使梁振动时不至于再被吸住 （这时振动台处于自由静止状态） ， 适当调节涡流传感器头的高低位置（目测） ，以线性范围的中点附近为参考点。2、根据下图的电路结构接线，将涡流传感器探头、涡流变换器、电桥平衡网络、差动放大器、F/V表、直流稳压电源连接起来，组成一个测量线路（这 时直流稳压电源

10、应置于土 4V档），F/V表置20V档，开启主、副电源。涡流交换器z/1 U差放F/V表示波器涡流传感器Wi J+4v oro 3v稳压电源电桥平衡网络3、调节电桥网络，使电压表读数为零。去除差动放大器与电压表连线，将 差动放大器的输出与示波器连起来，将 F/V表置2V档，并将低频振荡器的输 出端与频率表的输入端相连。4、固定低频振荡器的幅度旋钮至某一位置（以振动台振动时不碰撞其他部 件为好），调节频率，调节时用频率表监测频率，用示波器读出峰峰值填入下表， 关闭主、副电源。f (Hz)325V (P-P)五、思考根据实验结果，振动台的自振频率大致为多少？为什么?实验五 气敏电阻的应用实验酒精探

11、测仪一、 实验目的1、了解气敏传感器的工作原理及应用。2、利用气敏传感器MQ-3型传感器进行电路设计，要求进行检测酒精中气体 的浓度。二、实验用器件MQ-3气敏传感器、15K、180K滑动变阻器、2.4K电阻、发光二极管、10UF/25V 电容、LM3914三、实验原理本探测仪采用酒精气体敏感元件作为探头， 由一块集成电路对信号进行比较放大， 并驱动一排发光二极管按信号电压高低依次显示。 对刚饮过酒的人， 只要向探头吹一口气， 探测仪就能显示出酒精气体的浓度高低。 若把探头靠近酒瓶口，它也能轻而易举地识别出瓶内盛的是白酒还是黄酒， 能相对地区分出酒精含量的 高低。电路原理如下图所示：气敏传感器

12、的输出信号送至IC2 的输入端 （5 脚） ，通过比较放大，驱动发光二极管依次发光。10个发光二极管按IC2的引脚按（10 18、 1） 次序排成一条，对输入电压作线性 10 级显示。输入灵敏度可以通过电位器附调节，即对“地”电阻调小时灵敏度下降；反之，灵敏度增加。IC2的6脚与 7 脚互为短接，且串联电阻R1 接地。改变R1 阻值可以调整发光二极管的显示亮度，当阻值增加时亮度减弱，反之更亮。IC2的2脚、4脚、8脚均接地。3脚、 9脚接电源+5 V（集成稳压器ICi的输出端）。分别并联在ICi输入与输出端的电容 C、G防止杂波干扰，使ICi输出的直流电压保持平稳。LM3914除 hRrok8

13、五、思考1, MQ-3型气敏传感器是如何工作的？主要对哪些气体敏感?2,环境不同时传感器的使用会出现什么情况？实验六 光控开关1、 实验目的1、了解光敏电阻的特性及应用2、 实验用器件光敏电阻，NPNE极管，电阻，发光二极管3、 实验内容根据所给元件，自行设计电路，要求通过光线明暗的变化，控制发光二极管的亮灭，绘制电路图，焊接，并调试。4、 实验原理实验七光纤传感器测位移和转速实验实验目的1、了解光纤传感器的结构、原理和性能。2、了解光纤传感器测转速的原理及运用。二、实验用器件与设备电机控制单元、小电机、F/V表、光纤传感器、+ 5V电源、可调 受V+0V 直流稳压电源、主副电源、示波器三、实

14、验原理反射式光纤传感器工作原理如图1所示，光纤采用Y型结构，两束多模光纤 合并于一端组成光纤探头，一束作为接收，另一束为光源反射，由红外发射二极 管发出的红外光经光源光纤照射至被测物，由被测物反射的光信号经接收光纤传 输至光电转换器件转换为电信号，反射光的强弱与反射物与光纤探头的距离成一 定的比例关系，通过对光强的检测就可得知位置量的变化。图1反射式位移传感器原理位移（口皿）图2反射式光纤位移传感器的输出特性四、实验步骤1、观察光纤位移传感器结构，它由两束光纤混合后，组成 Y形光纤，一端 为光源光纤，一端为接收光纤，探头固定在Z型安装架上，外表为螺丝的端面为 半圆分布。连接主机和实验模块电源线

15、及光纤变换器探头接口， 光纤探头装上通 用支架（原装电涡流探头），探头垂直对准反射片中央（镀铭圆铁片），螺旋测微 仪带动反射镜片位移。2、如下图接线：因光/电转换器内部已按装好，所以可将电信号直接经差动放大器放大。F/V显示表的切换开关置2V档，开启主、副电源。光纤传感器差放F"表V：3、开启主机电源，光电变换器 V0端接电压表，首先旋动测微仪使探头紧贴 反射镜片，此时V0为0,然后旋动测微仪，使反射镜片离开探头，每隔 0.2mm记录一数值。XmmV4、了解电机控制，小电机(小电机端面上贴有两张反射纸)在实验仪上所在的位置，小电机在振动台的左边。按下图接线，将差动放大器的增益置最大,

16、F/V表的切换开关置2V,开启主、副电源5、将光纤探头移至电机上方对准电机上的反光纸， 调节光纤传感器的高度， 使F/V表显示最大。再用手稍微转动电机，让反光面避开光纤探头。调节差动放 大器的调零，使F/V表显示接近零。将直流稳压电源置土 10V档，在电机控制单 元的VM接入+10V电压，调节转速旋钮使电机运转 。6、F/V表置2K档显示频率，用示波器观察 F。输出端的转速脉冲信号。(Vp-p=4V);根据脉冲信号的频率及电机上反光片的数目换算出此时的电机转速。实验八霍尔传感器直流激励特性实验目的1、了解霍尔传感器的结构、原理和性能。2、了解霍尔传感器测静态位移的方法，分析其特性。实验用器件与

17、设备霍尔片、磁路系统、电桥、差动放大器、F/V表、直流稳压电源、测微头、振动平台、主副电源三、实验原理霭尔位移传感器霍尔片在磁路中有位移，改变了霍尔元件所感受到的 磁场大小和方向，引起霍尔电势的大小和极性的变化 保持霍尔元件的控制电流恒定，而使霍尔元件在一个 均匀梯度的磁场中沿X方向移动，输出霍尔电动势为 UH=kx,霍尔电动势极性表示位移的方向。磁场梯度 越大，灵敏度越高，磁场梯度越均匀输出线性度越好。四、实验步骤1、实验仪的振动圆盘上，两个半圆永久磁钢固定在实验仪的顶板上，二者组 合成霍尔传感器。开启主、副电源，将差动放大器调零后，关闭主电源，根据上 图接线，W1 r为电桥单元的直流电桥平衡网络。2、装好测微头，调节测微头与振动台吸合并使霍尔片置于半圆磁钢上下正中位 置。开启主、副电源，调整 W1