自动化检测技术实验2013

1、实验实验1 电涡流传感器测量振动实验电涡流传感器测量振动实验一、实验目的一、实验目的 了解电涡流传感器的结构、原理、工作特性，掌握电涡流传感器测量振动的原理与方法。二、实验仪器二、实验仪器 电涡流传感器、振动源、信号源、直流稳压电源、电涡流传感器模块、示波器、铁质圆片。三、实验原理三、实验原理 通过高频电流的线圈产生磁场，当有导电体接近时，因导电体涡流效应产生涡流损耗，而涡流损耗与导电体离线圈的距离有关，因此可以进行振幅测量。 根据法拉第定律， 当传感器线圈通以正弦交变电流正弦交变电流I1时，线圈周围空间会产生正正弦交变磁场弦交变磁场B1，可使置于此磁场中的金属涡流片产生感应涡电流感应涡电流I

2、2 ，I2又产生新的交变磁场B2。 根据楞次定律，B2的作用将反抗原磁场B1，从而导致传感器线圈的阻抗Z发生变化。 由上可知，传感器线圈的阻抗发生变化的原因是金属涡流片的电涡流效应。 而电涡流效应又与金属涡流片的电阻率、而电涡流效应又与金属涡流片的电阻率、磁导率、厚度、温度以及线圈和导体的距离磁导率、厚度、温度以及线圈和导体的距离x有关。有关。 当电涡流线圈、金属涡流片以及激励源确定后，并保持环境温度不变，则阻抗Z只与距离x有关。 将阻抗变化经涡流变换器变换成电压将阻抗变化经涡流变换器变换成电压U输出，则输出电压输出，则输出电压U是距离是距离x的单值函数的单值函数 当电涡流线圈与金属板的距离当

3、电涡流线圈与金属板的距离x x 减小时，电涡流线圈的等减小时，电涡流线圈的等效电感效电感L L 减小，等效电阻减小，等效电阻R R 增大。感抗增大。感抗X XL L的变化比的变化比R R的变化大的变化大 得多，流过电涡流线圈的电流得多，流过电涡流线圈的电流i i1 1增大。增大。 电涡流应用电涡流应用电磁炉电磁炉内部励磁线圈 电磁炉工作原理：电磁炉工作原理：高频电流通过励磁线圈产生交变磁场，在铁锅底部产生无数电涡流，使铁锅发热。偏心和振动检测偏心和振动检测电涡流传感器应用实例电涡流传感器应用实例测量封口机工作间隙测量封口机工作间隙间隙越大，电涡流越小间隙越大，电涡流越小电涡流探雷器转速测量过程

4、转速测量过程四、实验内容与步骤四、实验内容与步骤 1、将铁质被测体平放到振动台面的中心位置，按照图1安装电涡流传感器，注意传感器端面与被测体振动台面（铁材料）之间的安装距离为线形区域。图1 电涡流传感器安装图 2、如图2所示，将电涡流传感器的连接线接到模块上标有“ ”的两端，模块电源用连接导线从实验台接入+15V电源，实验模板输出端接示波器，将信号源的“低频输出”接到三源板的“低频输入”端，“低频调频低频调频”调到最小位置、调到最小位置、“幅度调节幅度调节”调到中间位置调到中间位置，打开实验台电源开关。图2 电涡流传感器震动实验接线图3、调节“低频调频”旋钮，使振动台有微小振动。从示波器观察电

5、涡流实验模块的输出波形，记录不同振动频率下电涡流传感器模块输出波形的峰峰值记录不同振动频率下电涡流传感器模块输出波形的峰峰值。五、思考题五、思考题1、根据实验所得数据，作出振动频率和输出电压峰峰值曲线，得出系统的 共振频率。2、被测体材质对电涡流传感器特性有何影响？3、被测体面积大小对电涡流传感器特性有何影响？实验实验2 光纤传感器位移特性实验光纤传感器位移特性实验一、实验目的一、实验目的 了解反射式光纤位移传感器的工作原理，掌握用光纤传感器进行位移测量的 方法。二、实验仪器二、实验仪器 光纤位移传感器模块、Y型光纤传感器、测微头、反射面、直流电源、数显电压表。三、实验原理三、实验原理 反射式

6、光纤位移传感器是一种传输型光纤传感器。其原理如图3所示，光纤采用型结构，两束光纤一端合并在一起组成光纤探头，另一端分为两支，分别作为光源光纤和接收光纤。光从光源耦合到光源光纤，通过光纤传输，射向反射片，再被反射到接收光纤，最后由光电转换器接收，转换器接受到的光源与反射体表面性质、反射体到光纤探头距离有关。当反射表面位置确定后，接收到的反射光光强随光纤探头到反射体的距离的变化而变化。显然，当光纤探头紧贴反射片时，接收器接收到的光强为零。 随着光纤探头离反射面距离的增加，接收到的光强逐渐增加，到达最大值点后又随两者的距离增加而减小。图4所示就是反射式光纤位移传感器的输出特性曲，利用这条特性曲线可以

7、通过对光强的检测得到位移量。 反射式光纤位移传感器是一种非接触式测量，具有探头小，响应速度快，测量线性化（在小位移范围内）等优点，可在小位移范围内进行高速位移检测。 图3反射式位移传感器原理 图4反射式光纤位移传感器的输出特性 反射式光纤位移传感器的输出特性曲线产生原因反射式光纤位移传感器的输出特性曲线产生原因 当光纤探头紧贴被测物时，发送光纤中的光不能反射到接受光纤中去，因而就不能产生光电流信号；当被测表面渐渐远离光纤探头时，发送光纤照亮被测表面的面积A越来越大，因而相应的发送光维和接收光维重合面积B1就越大，接收光纤端面上被照亮的B2区也越来越大，可达到“光峰点光峰点”，在光峰点以前的区域

8、叫做前坡区。 当光纤探头继续远离被测物时，由于反射光照亮B2的面积大于C，即有部分反射光没有反射进接收光纤，而随着光纤探头与被测物距离的增加，反射光的强度逐渐减小，因此光敏检测器的输出信号会逐渐减弱，便进入曲线的后破区。四、实验内容与步骤四、实验内容与步骤 1、光纤传感器的安装如图5所示，将Y型光纤安装在光纤位移传感器实验模块上。探头对准镀铬反射板，调节光纤探头端面与反射面平行，距离适中，固定测微头。接通电源预热数分钟。图5 光纤传感器安装示意 2、将光纤实验模板输出端VO与数显单元相连，如图6所示。 图6 光纤传感器位移实验接线图 3、将测微头起始位置调到0mm处，手动使反射面与光纤探头端面

9、紧密接触，固定 测微头。4、实验模块从主控台接入15V电源，打开实验台电源。5、将模块输出“Uo”接到直流电压表（20V档），仔细调节电位器调节电位器Rw使电压表显示 为零。6、旋动测微器，使反射面与光纤探头端面距离增大，每隔.5读出一次输出 电压值。填入下表：五、思考题五、思考题1、根据上述表格数据，作出光纤位移传感器的位移特性图。 2、光纤位移传感器测位移时对被测体的表面有些什么要求。 实验实验3 直流电机转速计设计直流电机转速计设计一、实验目的一、实验目的 测量直流电机转速，采用USB数据采集卡采集电机转速频率信号，基于LabVIEW开发平台编程设计转速计， 实现电机转速的计算机自动测量

10、。通过实验，通过实验，掌握掌握USB数据采集卡采的使用方法及测试系统程序设计方法。数据采集卡采的使用方法及测试系统程序设计方法。二、实验仪器二、实验仪器 霍尔传感器、直流电源、转动源、USB-6008数据采集卡、计算机。三、实验原理三、实验原理 利用霍尔效应表达式：UHKHIB，当被测圆盘上装上N只磁性体时，转盘每转一周磁场变化N次，每转一周霍尔电势就会同频率相应变化，输出电势通过放大、整形和计数电路就可以测出被测旋转物的转速。 作用在半导体薄片上的磁场强度作用在半导体薄片上的磁场强度B越强，霍尔电势也就越越强，霍尔电势也就越高。霍尔电势高。霍尔电势EH可用下式表示：可用下式表示： EH=KH IB四、实验内容与步骤四、实验内容与步骤1、实验系统安装根据图7所示，将霍尔传感器安装于传感器支架上，且霍尔组件正对着转盘上的磁钢。图7 转速测量安装图2、将+5V电源接到三源板上“霍尔”输出的电源端，“霍尔”输出接到USB-6008数据 采集卡，采集卡通过USB口与计算机相连。3、采用LabVIEW软件编程实现直流