《传感器技术》实验报告

1、福建农林大学计算机与信息学院信息工程类实验报告课程名称：传感器技术姓名：吕志缘系：电子信息工程系专业：电子信息工程年级：2014 级学号：3146004063指导教师：易金聪职称：副教授2016年 12月30 日实验项目列表序号实验项目名称成绩指导教师1实验一金属箔式应变片：单臂、半桥、全桥 比较易金聪2实验二 差动变压器性能易金聪3头验二差动变面积式电谷传感的静态及动态 特性易金聪4实验四霍尔式传感器的直流激励静态位移特 性易金聪567891011121314151617181920福建农林大学计算机与信息学院信息工程类实验报告系：电子信息工程专业:电子信息工程年级：2014级姓名： 吕志缘

2、学号： 3146004063实验课程：传感器技术实验室号： 田实410实验设备号： 实验时间： 2016.11.29/12.6指导教师签字：易金聪成绩： 实验一金属箔式应变片：单臂、半桥、全桥比较1实验目的和要求本实验为验证性实验，目的是验证单臂、半桥、全桥的性能及相互之间关系；比较单臂、 半桥、全桥输出时的灵敏度并得出相应的结论。2 实验原理已知单臂、半桥和全桥电路的 ER分别为-、2龙、4兰。根据戴维南定理可以得出单RRR臂电桥的输出电压近似等于Uo1=EKu，于是对应半桥和全桥的电压灵敏度分别为 罟 和EKu。 由此可知，当E和电阻相对变化一定时，电桥及电压灵敏度与各桥臂阻值的大小无关。

3、3 主要仪器设备（实验用的软硬件环境）ZY13Se ns12BB型传感器技术实验仪，包括直流稳压电源、差动放大器、电桥、电压表、 测微头、双平行梁、应变片、主、副电源等。4 操作方法与实验步骤（1）将差动放大器调零：用连线将差动放大器的正（+ ）、负（）、地短接。将差动放 大器的输出端与电压表的输入插口 Vi相连；开启主、副电源；调节差动放大器的增益到最 大位置，然后调整差动放大器的调零旋钮使电压表显示为零，关闭主、副电源，拆去实验连线。（2） 按图1-1接线，图中R4为应变片，r及W1为调平衡网络。（3） 调整测微头使测微头与双平行梁吸合，并使双平行梁处于水平位置（目测），然后 将直流稳压电

4、源打到±4V档，选择适当的放大增益。调整电桥平衡电位器 W1，使表头显示 为零（需预热几分钟表头才能稳定下来）。（4）旋转测微头，使梁移动，每隔0.5mm读一个数，将测得数值填入下表1-1，然后关 闭主、副电源。（5）保持放大器增益不变，将 R3固定电阻换为与R4工作状态相反的另一应变片即取二片受力方向不同应变片，形成半桥，调节测微头使梁到水平位置（目测），调节电桥W1使电压表显示表显示为零，重复 4过程同样测得读数，填入下表1-2。（6） 保持差动放大器增益不变，将R1, R2两个固定电阻换成另两片受力应变片（即 R1换成，R2换成 ）组桥时只要掌握对臂应变片的受力方向相同，邻臂应

5、变片的受力方E E向相反即可，否则相互抵消没有输出。接成一个直流全桥，调节测微头使梁到水平位置，调 节电桥W1同样使电压表显示为零。重复4过程将读出数据填入下表1-3。（7）在同一坐标系中作出X-V曲线，比较三种接法的灵敏度。电桥R10 o 幵 0刖电郢图1-15 实验内容及实验数据记录表1-1位移（mm）00.511.522.5电压（mv）010.824.133.045.566.3表1-2位移（mm）00.511.522.5电压（mv）026.25172.299.4122表1-3位移（mm）00.511.522.5电压（mv）58.3100.8142.2183.2224.1263.16 实验

6、数据处理与分析F二4紡全椚zv二4,-曲 亠舷A几第二严孑二幼化7质疑、建议、问题讨论单臂电桥、半桥、全桥的灵敏度有何关系?在相同形变量下，半桥灵敏度约是单臂的两倍，全桥灵敏度越是半桥的两倍，即约为全 桥的四倍。福建农林大学计算机与信息学院信息工程类实验报告系：电子信息工程专业:电子信息工程年级： 2014级姓名： 吕志缘学号： 3146004063实验课程：传感器技术实验室号：田实410实验设备号： 实验时间：2016.11.29/12.6指导教师签字：易金聪成绩： 实验二差动变压器性能1实验目的和要求本实验为验证性实验，目的是了解差动变压器原理及工作特性， 验证变压器式电感传感器 的原理和

7、工作特性。2 实验原理差动变压器由一只初级线圈和二只次级线圈及一个铁芯组成，根据内外层排列不同，有 二段式和三段式，本实验采用三段式结构。当传感器随着被测体移动时，由于初级线圈和次 级线圈之间的互感发生变化促使次级线圈感应电势产生变化，一只次级感应电势增加，另一 只感应电势则减少，将两只次级反向串接（同名端连接），就引出差动输出。其输出电势反映 出被测体的移动量。3 主要仪器设备（实验用的软硬件环境）ZY13Se ns12BB型传感器技术实验仪，包括音频振荡器、测微头、示波器、主、副电源、 差动变压器（两副边L0的下端为同名端）、振动平台等。4 操作方法与实验步骤（1） 根据图2-1接线，将差

8、动变压器、音频振荡器（必须 LV输出）、双线示波器连接起 来，组成一个测量线路。开启主、副电源，将示波器探头分别接至差动变压器的输入端和输 出端，观察差动变压器原边线圈音频振荡器激励信号峰峰值为2V。（2） 转动测微头使测微头与振动平台吸合。再向上转动测微头5mm,使振动平台往上位移(3) 往下旋动测微头，使振动平台产生位移。每位移0.2m m,用示波器读出差动变压器输出端的峰峰值填入下表2-1,根据所得数据计算灵敏度S(,式中.V为电压变化，X为相应振动平台的位移变化)，作出V-X关系曲线差动变压器亠图2-1示波器6 实验数据处理与分析5 实验内容及实验数据记录X(mm)5mm4.8mm4.

9、6mm0.2mm0mm-0.2mm-4.8mm-5mmVo(p-p)210230256350408420546561表2-17质疑、建议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？由于什么原因造成的？答:最小电压被称为零点残余电压。当活动衔铁向上移动时，同于磁阻的影响，co 2a中磁通将大于o 2b,使M1>M2，因而E2增加，而E2b减小。反之，E2b增加，E2a减小，因为 U2= E2a-E2b,所以当E2a、E2b随着衔铁位移x变化时，U2也必将随x变化。零点残余电 压的产生的原因主要是传感器的两次级绕组的电气参数与几何尺寸不对

10、称，以及磁性材料的 非线性等问题引起的。福建农林大学计算机与信息学院信息工程类实验报告系： 电子信息工程 专业:电子信息工程年级：2014级姓名： 吕志缘学号： 3146004063实验课程：传感器技术实验室号： 田实410实验设备号： 实验时间： 2016.11.29/12.6指导教师签字：易金聪成绩： 实验三差动变面积式电容传感的静态及动态特性1实验目的和要求本实验为验证性实验，目的是了解差动变面积式电容传感器的原理及其特性，利用差动 变面积式电容传感器的特性进行静态位移测量及动态测量。2 实验原理电容式传感器有多种形式，本仪器中是差动平行变面积式。传感器由两组定片和一组动 片组成。当安装

11、于振动台上的动片上、下改变位置，与两组静片之间的相对面积发生变化， 极间电容也发生相应变化，成为差动电容。如将上层定片与动片形成的电容定为CX1，下层定片与动片形成的电容定为 CX2，当将CX1和CX2接入双T型桥路作为相邻两臂时，桥路 的输出电压与电容量的变化有关，即与振动台的位移有关。3 主要仪器设备(实验用的软硬件环境)ZY13Sens12BB型传感器技术实验仪，包括电容传感器、电压放大器、低通滤波器、电 压表、激振器、示波器等。4 操作方法与实验步骤(1) 根据图3-1接线。(2) 电压表打到2V，调节测微头，使输出为零图3-1(3) 以此为起点，向上和向下转动测微头，每次0.5mm,

12、记下此时测微头的读数及电压 表的读数填入表3-1,直至电容动片与上(或下)静片复盖面积最大为止。(4) 退回测微头至初始位置。并开始以相反方向旋动。同上法，记下X(mm)及V(mv) 值，填入表3-2。(5) 计算系统灵敏度S。( s二岂,式中.V为电压变化，X为相应相应的梁端位移变化),ZX并作出V-X关系曲线。(6) 卸下测微头，断开电压表，接通激振器，用示波器观察输出波形。5 实验内容及实验数据记录表3-1位移(mm)00.250.50.7511.251.5电压(mV)0108022053202425553206460表3-2位移(mm)00.250.50.7511.251.5电压(mV

13、)0-890-1960-3030-4180-5260-63026 实验数据处理与分析实验中可以发现当差动电容的动片位置上下移动时，与两组静片之间的重叠面积发生改变, 从而引起极间电容发生改变使电路输出变化，实现传感功能7质疑、建议、问题讨论如果不着重调整电容片的相对位置，会有什么现象？会发生发热、鼓包、烧毁福建农林大学计算机与信息学院信息工程类实验报告系：电子信息工程专业:电子信息工程年级：2014级姓名： 吕志缘学号： 3146004063实验课程：传感器技术实验室号：田实410实验设备号： 实验时间：2016.11.29/12.6指导教师签字：成绩： 实验四 霍尔式传感器的直流激励静态位移

14、特性1实验目的和要求本实验的目的是了解霍尔式传感器的原理与特性，利用霍尔式传感器的特性在直流激励 下测量静态位移。2 实验原理霍尔式传感器是由工作在四个方形磁钢组成的梯度磁场和位于磁场中的霍尔元件组成。 当霍尔元件通以恒定电流时，霍尔元件就有电势输出。霍尔元件在梯度磁场中上、下移动时， 输出的霍尔电势V取决于其在磁场中的位移量 X，所以测得霍尔电势的大小便可获知霍尔元 件的静态位移。3 主要仪器设备(实验用的软硬件环境)ZY13Sens12BB型传感器技术实验仪，包括霍尔片、磁路系统、电桥、差动放大器、电 压表、直流稳压电源、测微头、振动平台、主、畐U电源等。4 操作方法与实验步骤(1) 了解

15、霍尔式传感器的结构及实验仪上的安装位置，熟悉实验面板上霍尔片的符号。 霍尔片安装在实验仪的振动圆盘上，四个方形永久磁钢固定在实验仪的顶板上，二者组合成 霍尔传感器。(2) 开启主、副电源将差动放大器调零后，增益置最小，关闭主电源，根据图4-1接线,W1、r为电桥单元的直流电桥平衡网络沏 o丫I图4-1(3) 安装好测微头，调节测微头与振动台吸合并使霍尔片置于方形磁钢上下之间正中位 置；开启主、副电源调整 W1使电压表指示为零。(4) 上下旋动测微头，记下电压表的读数，每隔一定距离读一个数，将读数填入下表 4-1,作出V-X曲线指出线性范围，求出灵敏度。(5) 实验完毕，关闭主、副电源，各旋钮置初始位置。5 实验内容及实验数据记录表4