华中科技大学 传感器实验报告

1、华中科技大学 传感器实验报告系别：自动化学院 专业与班级：物流1104班实验时间：第11周，星期四，上午学生姓名：吴雅娴 学号：U201113759 同组人：龙贲璇实验名称：差动变压器的性能实验一、实验目的：了解差动变压器的工作原理和特性。二、基本原理：差动变压器的工作原理电磁互感原理。差动变压器的结构如图6-1所示，由一个一次绕组1和二个二次绕组2、3及一个衔铁4组成。差动变压器一、二次绕组间的耦合能随衔铁的移动而变化，即绕组间的互感随被测位移改变而变化。由于把二个二次绕组反向串接（同名端相接），以差动电势输出，所以把这种传感器称为差动变压器式电感传感器，通常简称差动变压器。当差动变压器工作

2、在理想情况下（忽略涡流损耗、磁滞损耗和分布电容等影响），它的等效电路如图6-2所示。图中U1为一次绕组激励电压；M1、M2分别为一次绕组与两个二次绕组间的互感：L1、R1分别为一次绕组的电感和有效电阻；L21、L22分别为两个二次绕组的电感；R21、R22分别为两个二次绕组的有效电阻。对于差动变压器，当衔铁处于中间位置时，两个二次绕组互感相同，因而由一次侧激励引起的感应电动势相同。由于两个二次绕组反向串接，所以差动输出电动势为零。当衔铁移向二次绕组L21，这时互感M1大，M2小，图6-1差动变压器的结构示意图 图6-2差动变压器的等效电路图因而二次绕组L21内感应电动势大于二次绕组L22内感应

3、电动势，这时差动输出电动势不为零。在传感器的量程内，衔铁位移越大，差动输出电动势就越大。同样道理，当衔铁向二次绕组L22一边移动差动输出电动势仍不为零，但由于移动方向改变，所以输出电动势反相。因此通过差动变压器输出电动势的大小和相位可以知道衔铁位移量的大小和方向。由图6-2可以看出一次绕组的电流为：二次绕组的感应动势为： 由于二次绕组反向串接，所以输出总电动势为：其有效值为：差动变压器的输出特性曲线如图6-3所示.图中E21、E22分别为两个二次绕组的输出感应电动势，E2为差动输出电动势，x表示衔铁偏离中心位置的距离。其中E2的实线表示理想的输出特性，而虚线部分表示实际的输出特性。E0为零点残

4、余电动势，这是由于差动变压器制作上的不对称以及铁心位置等因素所造成的。零点残余电动势的存在，使得传感器的输出特性在零点附近不灵敏，给测量带来误差，此值的大小是衡量差动变压器性能好坏的重要指标。图6-3  差动变压器输出特性三、需用器件与单元：差动变压器实验模板、测微头、双线示波器、差动变压器，音频信号源(音频振荡器)、直流电源、万用表。四、实验步骤：1、根据图6-4，将差动变压器装在差动变压器实验模板上。图6-4 差动变压器电容传感器安装示意图2、在模块上按图6-5接线，音频振荡器信号必须从主控箱中的Lv端子输出，调节音频振荡器的频率，输出频率为45KHz(可用主控箱的数显表的频率档

5、Fin输入来监测)。调节幅度使输出幅度为峰一峰值Vp-p=2V(可用示波器监测：X轴为0.2ms/div、Y轴CH1为1V/div、CH2为20mv/div)。判别初次级线圈及次级线圈同名端方法如下：设任一线圈为初级线圈，并设另外两个线圈的任一端为同名端，按图6-5接线。当铁芯左、右移动时，观察示波器中显示的初级线圈波形，次级线圈波形，当次级波形输出幅值变化很大，基本上能过零点，而且相位与初级圈波形(Lv音频信号Vp-p=2V波形)比较能同相和反相变化，说明已连接的初、次级线圈及同名端是正确的，否则继续改变连接再判别直到正确为止。图中(1)、(2)、(3)、(4)为模块中的实验插孔。图6-5

6、双线示波与差动变压器连结示意图3、旋动测微头，使示波器第二通道显示的波形峰一峰值Vp-p为最小。这时可以左右位移，假设其中一个方向为正位移，则另一方向位移为负。从Vp-p最小开始旋动测微头，每隔0.2mm从示波器上读出输出电压Vp-p值填入下表6-1。再从Vp-p最小处反向位移做实验，在实验过程中，注意左、右位移时，初、次级波形的相位关系。表6-1 差动变压器位移X值与输出电压Vp-p数据表表6-1 (1) 差动变压器位移X值与输出电压数据表(正位移)X(mm)00.200.400.600.801.001.201.401.60V(mv)0.562.324.647.049.5211.414.01

7、5.316.4X(mm)1.802.002.202.402.602.803.003.203.40V(mv)17.819.020.121.523.124.325.626.729.1X(mm)3.603.804.004.204.404.604.805.005.20V(mv)30.431.733.234.535.837.138.639.841.2X(mm)5.405.605.806.006.206.406.606.807.00V(mv)42.543.945.246.748.149.450.752.153.4X(mm)7.207.407.607.808.008.208.408.608.80V(mv)5

8、4.655.156.457.859.160.561.763.064.4X(mm)9.009.209.409.609.8010.0010.2010.4010.60V(mv)65.766.968.369.671.072.373.575.076.4X(mm)10.8011.0011.2011.4011.6011.8012.0012.2012.40V(mv)77.679.080.481.783.184.685.987.388.6表6-1 (2) 差动变压器位移X值与输出电压数据表(负位移)X(mm)00.200.400.600.801.001.201.401.60V(mv)0.562.454.707.

9、129.5211.613.815.116.1X(mm)1.802.002.202.402.602.803.003.203.40V(mv)17.518.719.921.222.824.125.426.729.1X(mm)3.603.804.004.204.404.604.805.005.20V(mv)30.431.633.034.335.636.938.339.641.1X(mm)5.405.605.806.006.206.406.606.807.00V(mv)42.443.845.146.448.049.250.652.053.4X(mm)7.207.407.607.808.008.208.4

10、08.608.80V(mv)54.655.156.557.859.160.461.763.064.3X(mm)9.009.209.409.609.8010.0010.2010.4010.60V(mv)65.566.868.269.571.072.373.675.076.3X(mm)10.8011.0011.2011.4011.6011.8012.0012.2012.40V(mv)77.578.980.281.583.084.485.787.188.44、实验过程中注意差动变压输出的最小值即为差动变压器的零点残余电压大小。根据表6-1画出Vop-p-X曲线，作出量程为±1mm、

11、7;3mm灵敏度和非线性误差。为了方便以及提高准确度，以下曲线都由matlab软件直接生成。源程序如下：x=0:-0.2:-12.4;y=0.56,2.45,4.70,7.12,9.52,11.6,13.8,15.1,16.1,17.5,18.7,19.9,21.2,22.8,24.1,25.4,26.7,29.1,30.4,31.6,33.0,34.3,35.6,36.9,38.3,39.6,41.1,42.4,43.8,45.1,46.4,48.0,49.2,50.6,52.0,53.4,54.6,55.1,56.5,57.8,59.1,60.4,61.7,63.0,64.3,65.5,6

12、6.8,68.2,69.5,71.0,72.3,73.6,75.0,76.3,77.5,78.9,80.2,81.5,83.0,84.4,85.7,87.1,88.4;p=polyfit(x,y,1);z=polyval(p,x);plot(x,z,'-k',x,y,'r.')title('Vop-pX曲线')grid onxlabel('X/mm')ylabel('V/mv')hold onx=0:0.2:12.4;y=0.56,2.32,4.64,7.04,9.52,11.4,14.0,15.3,16.4,17

13、.8,19.0,20.1,21.5,23.1,24.3,25.6,26.7,29.1,30.4,31.7,33.2,34.5,35.8,37.1,38.6,39.8,41.2,42.5,43.9,45.2,46.7,48.1,49.4,50.7,52.1,53.4,54.6,55.1,56.4,57.8,59.1,60.5,61.7,63.0,64.4,65.7,66.9,68.3,69.6,71.0,72.3,73.5,75.0,76.4,77.6,79.0,80.4,81.7,83.1,84.6,85.9,87.3,88.6;p=polyfit(x,y,1);z=polyval(p,x);

14、plot(x,z,'-k',x,y,'r.')1、量程为±1mm灵敏度和非线性误差的计算1)灵敏度的计算由matlab软件可得量程为±1mm时的直线方程，源程序如下：x=0:-0.2:-1;y=0.56,2.45,4.70,7.12,9.52,11.6;p=polyfit(x,y,1)p = -11.2614 0.3610x=0:0.2:1;y=0.56,2.32,4.64,7.04,9.52,11.4;p=polyfit(x,y,1)p = 11.1714 0.3276由以上程序可得两条直线方程分别为V=11.2614X+0.3610 V=

15、11.1714X+0.3276所以灵敏度分别为别为 S-1=-11.2614v/m , S+1=11.1714v/m2)非线性误差的计算x=0:-0.2:-1;y=0.56,2.45,4.70,7.12,9.52,11.6;p=polyfit(x,y,1);z=polyval(p,x);c=abs(z-y);Vm=max(c)Vm = 0.1990所以Vmax= 0.1990mv满量程输出由图可得为VFS=11.6-0.56mv=11.04mv 非线性误差为f-1=VmaxVFS×100%=0.199011.04×100%=1.8%x=0:0.2:1;y=0.56,2.32

16、,4.64,7.04,9.52,11.4;p=polyfit(x,y,1);z=polyval(p,x);c=abs(z-y);Vm=max(c)Vm = 0.2552所以Vmax= 0.2552mv满量程输出由图可得为VFS=11.4-0.56mv=10.84mv 非线性误差为f-1=VmaxVFS×100%=0.255210.84×100%=2.3%2、量程为±3mm灵敏度和非线性误差的计算1)灵敏度的计算由matlab软件可得量程为±1mm时的直线方程，源程序如下：x=0:-0.2:-3;y=0.56,2.45,4.70,7.12,9.52,11.

17、6,13.8,15.1,16.1,17.5,18.7,19.9,21.2,22.8,24.1,25.4;p=polyfit(x,y,1)p = -8.0892 2.2756x=0:0.2:3;y=0.56,2.32,4.64,7.04,9.52,11.4,14.0,15.3,16.4,17.8,19.0,20.1,21.5,23.1,24.3,25.6;p=polyfit(x,y,1)p = 8.2287 2.1932由以上程序可得两条直线方程分别为V=-8.0892X+2.2756 V=8.2287X+2.1932所以灵敏度分别为别为 S-3=-8.0892v/m , S+3=8.2287v

18、/m2)非线性误差的计算x=0:-0.2:-3;y=0.56,2.45,4.70,7.12,9.52,11.6,13.8,15.1,16.1,17.5,18.7,19.9,21.2,22.8,24.1,25.4;p=polyfit(x,y,1);z=polyval(p,x);c=abs(z-y);Vm=max(c)Vm = 1.8174所以Vmax=1.8174mv满量程输出由图可得为 VFS=25.4-0.56mv=24.84mv非线性误差为f-3=VmaxVFS×100%=1.817424.84×100%=7.3%x=0:0.2:3;y=0.56,2.32,4.64,7

19、.04,9.52,11.4,14.0,15.3,16.4,17.8,19.0,20.1,21.5,23.1,24.3,25.6;p=polyfit(x,y,1);z=polyval(p,x);c=abs(z-y);Vm=max(c)Vm = 1.9324所以Vmax=1.9324mv 满量程输出由图可得为 VFS=25.6-0.56mv=25.04mv 非线性误差为f-3=VmaxVFS×100%=1.932425.04×100%=7.7%五、思考题：1、用差动变压器测量较高频率的振幅，例如1KHz的振动幅值，可以吗？差动变压器测量频率的上限受什么影响？答：a)不可以；b)

20、 受铁磁材料磁感应频率响应上限影响。原则上来说没影响，因为即使磁材料不响应的高频，线圈本身的磁场还是有互感现象，只不过早已偏离了线性区域了，得到的结论也不准了，需要修正才行。2、试分析差动变压器与一般电源变压器的异同？答：异：a)差动变压器一般用于作为检测元件，而一般变压器一般作为电源变换部件或者信号转换部件。b)一般E型变压器的2个E型铁芯（磁芯）是固定在一起不动的紧耦合。而差动变压器的2个E型铁芯（磁芯）随工作需要移动或者旋转。同：a)一般E型变压器和差动变压器有2个铁芯（磁芯）华中科技大学 传感器实验报告系别：自动化学院 专业与班级：物流1104班实验时间：第11周，星期四，上午学生姓名

21、：吴雅娴 学号：U201113759 同组人：龙贲璇实验名称：电容式传感器的位移实验一、实验目的：了解电容式传感器结构及其特点。二、基本原理：利用平板电容C=A/d和其它结构的关系式通过相应的结构和测量电路可以选择、A、d中三个参数中，保持二个参数不变，而只改变其中一个参数，则可以有测谷物干燥度(变)测微小位移(变d)和测量液位(变A)等多种电容传感器。三、需用器件与单元：电容传感器、电容传感器实验模板、测微头、相敏检波、滤波模板、数显单元、直流稳压源。四、实验步骤：1、按图6-4安装示意图将电容传感器装于电容传感器实验模板上。2、将电容传感器连线插入电容传感器实验模板，实验线路见图7-1。图

22、7-1 电容传感器位移实验接线图3、将电容传感器实验模板的输出端V01与数显表单元Vi相接(插入主控箱Vi孔)，Rw调节到中间位置。4、接入±15V电源，旋动测微头推进电容传感器动极板位置，每间隔0.4mm记下位移X与输出电压值，填入表7-1。X(mm)-8.40-8.00-7.60-7.20-6.80-6.40-6.00-5.60-5.20V(mv)-136.1-130.2-126.9-122.5-119.5-115.2-109.3-101.6-94.1X(mm)-4.80-4.40-4.00-3.60-3.20-2.80-2.40-2.00-1.60V(mv)-86.3-78.5

23、-70.5-63.1-55.1-47.6-40.2-32.6-25.4X(mm)-1.20-0.80-0.4000.400.801.201.602.00V(mv)-18.2-10.2-5.305.512.219.424.533.3X(mm)2.402.803.203.604.004.404.805.205.60V(mv)40.548.256.264.171.979.287.995.1102.1X(mm)6.006.406.807.207.608.008.40V(mv)110.6116.4119.7123.0126.3131.7137.05、根据表7-1数据计算电容传感器的系统灵敏度S和非线性误

24、差f。五、数据处理：用matlab软件做的散点图，源程序如下：x=-8.4:0.4:8.4;y=-136.1,-130.2,-126.9,-122.5,-119.5,-115.2,-109.3,-101.6,-94.1,-86.3,-78.5,-70.5,-63.1,-55.1,-47.6,-40.2,-32.6,-25.4,-18.2,-10.2,-5.3,0,5.5,12.2,19.4,24.5,33.3,40.5,48.2,56.2,64.1,71.9,79.2,87.9,95.1,102.1,110.6,116.4,119.7,123.0,126.3,131.7,137.0;p=pol

25、yfit(x,y,1);z=polyval(p,x);plot(x,z,'-k',x,y,'r.')title('电容式传感器位移与输出电压的关系')grid onxlabel('X/mm')ylabel('V/mv')1 灵敏度的计算 由matlab程序线性拟合可以直接算出直线方程，源程序如下：x=-8.4:0.4:8.4;y=-136.1,-130.2,-126.9,-122.5,-119.5,-115.2,-109.3,-101.6,-94.1,-86.3,-78.5,-70.5,-63.1,-55.1,-4

26、7.6,-40.2,-32.6,-25.4,-18.2,-10.2,-5.3,0,5.5,12.2,19.4,24.5,33.3,40.5,48.2,56.2,64.1,71.9,79.2,87.9,95.1,102.1,110.6,116.4,119.7,123.0,126.3,131.7,137.0;p=polyfit(x,y,1)p = 17.2612 0.3814由此可得直线方程为V=17.2612X+0.3814所以电容传感器的系统灵敏度即其斜率S=17.2612 v/m2 非线性误差的计算x=-8.4:0.4:8.4;y=-136.1,-130.2,-126.9,-122.5,-1

27、19.5,-115.2,-109.3,-101.6,-94.1,-86.3,-78.5,-70.5,-63.1,-55.1,-47.6,-40.2,-32.6,-25.4,-18.2,-10.2,-5.3,0,5.5,12.2,19.4,24.5,33.3,40.5,48.2,56.2,64.1,71.9,79.2,87.9,95.1,102.1,110.6,116.4,119.7,123.0,126.3,131.7,137.0; p=polyfit(x,y,1); z=polyval(p,x); c=abs(z-y); Vm=max(c)Vm = 8.5125所以Vmax=8.5125mv

28、满量程输出由图可得为VFS=137.0+136.1mv=273.1mv非线性误差为f=VmaxVFS×100%=8.5125273.1×100%=3.1%六、思考题：试设计利用的变化测谷物湿度的传感器原理及结构，并叙述一下在此设计中应考虑哪些因素？答：由于是测谷物的湿度的，当此传感器放在谷物里面时，根据谷物的呼吸作用，用传感器检测呼吸作用的水分程度，从而判断出谷物的湿度，当电容的S与D为恒定值时C=f(),稻谷的含水率不同，介电常数也不同，可确定谷物含水率，传感器为两个板，谷物从传感器之间穿过。在设计过程中应考虑：感应器是否于谷物接触的充分、谷物是否均匀的从传感器之间穿过，

29、而且要注意直板传感器的边缘效应。华中科技大学 传感器实验报告系别：自动化学院 专业与班级：物流1104班实验时间：第11周，星期四，上午学生姓名：吴雅娴 学号：U201113759 同组人：龙贲璇实验名称：直流激励时霍尔式传感器位移特性实验一、实验目的：了解霍尔式传感器原理与应用。二、基本原理：霍尔式传感器是一种磁敏传感器，基于霍尔效应原理工作。它将被测量的磁场变化（或以磁场为媒体）转换成电动势输出。根据霍尔效应，霍尔电势UH=KHIB，当霍尔元件处在梯度磁场中运动时，它就可以进行位移测量。图8-1霍尔效应原理 三、需用器件与单元：霍尔传感器实验模板、霍尔传感器、直流源±4V、

30、77;15、测微头、数显单元。 四、实验步骤：1、将霍尔传感器按图5-1安装。霍尔传感器与实验模板的连接按图5-2进行。1、3为电源±4，2、4为输出。图8-2 霍尔传感器安装示意图2、开启电源，调节测微头使霍尔片在磁钢中间位置再调节RW2使数显表指示为零。图8-3 霍尔传感器位移 直流激励实验接线图3、旋转测微头向轴向方向推进，每转动0.2mm记下一个读数，直到读数近似不变，将读数填入表8-1。表8-1X(mm)4.404.204.003.803.603.403.203.002.80V(mv)660640617602581567545524507X(mm)2.602.402.202

31、.001.801.601.401.201.00V(mv)483460422385342303267227191X(mm)0.800.600.400.200-0.20-0.40-0.60-0.80V(mv)158123925928-2-37.5-68.2-102.1X(mm)-1.00-1.20-1.40-1.60-1.80-2.00-2.20-2.40-2.60V(mv)-130.3-169.5-200.1-236.2-270.9-301.4-335.3-371.2-405.7X(mm)-2.80-3.00-3.20-3.40-3.60-3.80-4.00-4.20-4.40V(mv)-446

32、.1-481.7-513.4-548.3-582.2-615.1-640.2-671.3-701.1作出V-X曲线，计算不同线性范围时的灵敏度和非线性误差。五、数据处理：x=4.4:-0.2:-4.4;y=660,640,617,602,581,567,545,524,507,483,460,422,385,342,303,267,227,191,158,123,92,59,28,-2,-37.5,-68.2,-102.1,-130.3,-169.5,-200.1,-236.2,-270.9,-301.4,-335.3,-371.2,-405.7,-446.1,-481.7,-513.4,-5

33、48.3,-582.2,-615.1,-640.2,-671.3,-701.1;p=polyfit(x,y,1);z=polyval(p,x);plot(x,z,'-k',x,y,'r.')title('Vop-pX曲线')grid onxlabel('X/mm')ylabel('V/mv')1、量程为±1mm灵敏度和非线性误差的计算1)灵敏度的计算由matlab软件可得量程为±1mm时的直线方程，源程序如下：x=1:-0.2:-1;y=191,158,123,92,59,28,-2,-37.5

34、,-68.2,-102.1,-130.3;p=polyfit(x,y,1)p = 160.9318 28.2636由以上程序可得直线方程分别为V=160.9318X+28.2636所以灵敏度分别为别为S=160.9318v/m 2)非线性误差的计算x=1:-0.2:-1;y=191,158,123,92,59,28,-2,-37.5,-68.2,-102.1,-130.3;p=polyfit(x,y,1);z=polyval(p,x);c=abs(z-y);Vm=max(c)Vm = 2.3682 所以Vmax=2.3682mv 满量程输出由图可得为 VFS=191+130.3mv=321.3

35、mv 非线性误差为f-1=VmaxVFS×100%=2.3682321.3×100%=0.74%2、量程为±3mm灵敏度和非线性误差的计算1)灵敏度的计算由matlab软件可得量程为±1mm时的直线方程，源程序如下：x=3:-0.2:-3;y=524,507,483,460,422,385,342,303,267,227,191,158,123,92,59,28,-2,-37.5,-68.2,-102.1,-130.3,-169.5,-200.1,-236.2,-270.9,-301.4,-335.3,-371.2,-405.7,-446.1,-481.

36、7;p=polyfit(x,y,1) p = 169.6968 32.6710由以上程序可得两条直线方程分别为V=169.6968X+32.6710所以灵敏度分别为别为 S=169.6968 v/m 2)非线性误差的计算x=3:-0.2:-3;y=524,507,483,460,422,385,342,303,267,227,191,158,123,92,59,28,-2,-37.5,-68.2,-102.1,-130.3,-169.5,-200.1,-236.2,-270.9,-301.4,-335.3,-371.2,-405.7,-446.1,-481.7;p=polyfit(x,y,1)

37、;z=polyval(p,x);c=abs(z-y);Vm=max(c)Vm = 20.0568所以Vmax=20.0568mv 满量程输出由图可得为 VFS=524+481.7mv=1005.7mv 非线性误差为f-1=VmaxVFS×100%=20.05681005.7×100%=1.99%六、思考题：本实验中霍尔元件位移的线性度实际上反映的是什么量的变化？答：由霍尔传感器的工作原理可知，U=KIB；即霍尔元件实际感应的是所在位置的磁场强度B的大小。实验中，霍尔元件位置的线性性实际上反映了空间磁场的线性分布，揭示了元件测量处磁场的线性分布。华中科技大学 传感器实验报告系

38、别：自动化学院 专业与班级：物流1104班实验时间：第11周，星期四，上午学生姓名：吴雅娴 学号：U201113759 同组人：龙贲璇实验名称：电涡流传感器的位移特性实验一、实验目的：了解电涡流传感器测量位移的工作原理和特性。二、基本原理：通以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，因此可以进行位移测量。图9-1 电涡流传感器原理图       图9-2 电涡流传感器等效电路图三、需用器件与单元：电涡流传感器实验模板、电涡流传感器、直流电源、数显单元、测微头、铁圆片。四、实验步

39、骤：、 根据图9-3安装电涡流传感器。图9-3 电涡流传感器安装示意图图9-4 电涡流传感器位移实验接线图2、观察传感器结构，这是一个扁平绕线圈。、将电涡流传感器输出线接入实验模板上标有的两端插孔中，作为振荡器的一个元件（传感器屏蔽层接地）。 、在测微头端部装上铁质金属圆片，作为电涡流传感器的被测体。、将实验模板输出端V0与数显单元输入端Vi相接。数显表量程切换开关选择电压20V档。、用连接导线从主控台接入15V直流电源到模板上标有+15V的插孔中。、使测微头与传感器线圈端部接触，开启主控箱电源开关，记下数显表读数，然后每隔0.2mm读一个数，直到输出几乎不变为止。将结果列入表9-1。表9-1

40、电涡流传感器位移X与输出电压数据X（mm）00.200.400.600.801.001.201.401.60V(v)2.353.023.604.124.524.935.275.565.82X（mm）1.802.002.202.402.602.803.003.203.40V(v)6.046.236.406.546.686.796.896.987.05X（mm）3.603.804.004.204.404.604.805.005.20V(v)7.127.197.247.307.347.397.427.467.49X（mm）5.405.605.806.006.206.406.606.807.00V(v

41、)7.527.547.577.597.617.637.647.667.67X（mm）7.207.407.607.808.008.208.408.608.80V(v)7.697.707.717.727.727.727.727.727.728、根据表9-1数据，画出V-X曲线，根据曲线找出线性区域及进行正、负位移测量时的佳工作点，试计算量程为1mm、3mm及5mm时的灵敏度和线性度（可以用端基法或其它拟合直线）。五、数据处理用matlab将数据拟合成曲线。原程序如下：x=0:0.2:8.8;y=2.35,3.02,3.60,4.12,4.52,4.93,5.27,5.56,5.82,6.04,6.

42、23,6.40,6.54,6.68,6.79,6.89,6.98,7.05,7.12,7.19,7.24,7.30,7.34,7.39,7.42,7.46,7.49,7.52,7.54,7.57,7.59,7.61,7.63,7.64,7.66,7.67,7.69,7.70,7.71,7.72,7.72,7.72,7.72,7.72,7.72;p=polyfit(x,y,5);z=polyval(p,x);plot(x,z,'-k',x,y,'r.')title('电涡流传感器位移X与输出电压曲线')xlabel('X/mm')y

43、label('V/v')grid on从上图可以看出线性区域，线性区域选作0mm到1mm之间。正、负位移测量时的最佳工作点由图可选（0.6,4.12）。1) 量程为1mm时灵敏度和线性度的计算z=polyval(p,x);x=0:0.2:1;y=2.35,3.02,3.60,4.12,4.52,4.93;p=polyfit(x,y,1);z=polyval(p,x);plot(x,z,'-k',x,y,'r.')title('电涡流传感器量程为1mm位移X与输出电压曲线')xlabel('X/mm')ylabel(

44、'V/v')grid on 灵敏度的计算由matlab软件线性拟合可得量程为1mm时的直线方程，源程序如下：x=0:0.2:1;y=2.35,3.02,3.60,4.12,4.52,4.93;p=polyfit(x,y,1)p = 2.5600 2.4767由以上程序可得两条直线方程分别为 V=2.5600X+2.4767所以灵敏度分别为S1=2.5600v/mm 线性度的计算x=0:0.2:1;y=2.35,3.02,3.60,4.12,4.52,4.93;p=polyfit(x,y,1);z=polyval(p,x);c=abs(z-y);Vm=max(c)Vm = 0.1

45、267所以Vmax=0.1267v 满量程输出由图可得为VFS=4.93-2.35v=2.58v非线性误差为f1=VmaxVFS×100%=0.126702.58×100%=4.9%2) 量程为3mm时灵敏度和线性度的计算z=polyval(p,x);x=0:0.2:3;y=2.35,3.02,3.60,4.12,4.52,4.93,5.27,5.56,5.82,6.04,6.23,6.40,6.54,6.68,6.79,6.89;p=polyfit(x,y,1);z=polyval(p,x);plot(x,z,'-k',x,y,'r.')t

46、itle('电涡流传感器量程为3mm位移X与输出电压曲线')xlabel('X/mm')ylabel('V/v')grid on 灵敏度的计算由matlab软件线性拟合可得量程为3mm时的直线方程，源程序如下：x=0 :0.2:3;y=2.35,3.02,3.60,4.12,4.52,4.93,5.27,5.56,5.82,6.04,6.23,6.40,6.54,6.68,6.79,6.89;p=polyfit(x,y,1)p = 1.4338 3.1468由以上程序可得两条直线方程分别为V=1.4338X+3.1468 所以灵敏度分别

47、为S2=1.4338v/mm 线性度的计算x=0:0.2:3;y=2.35,3.02,3.60,4.12,4.52,4.93,5.27,5.56,5.82,6.04,6.23,6.40,6.54,6.68,6.79,6.89;p=polyfit(x,y,1);z=polyval(p,x);c=abs(z-y);Vm=max(c)Vm = 0.7968所以Vmax=0.7968v满量程输出由图可得为VFS=6.89-2.35v=4.54v非线性误差为f2=VmaxVFS×100%=0.79684.54×100%=17%3) 量程为5mm时灵敏度和线性度的计算z=polyval

48、(p,x);x=0:0.2:5;y=2.35,3.02,3.60,4.12,4.52,4.93,5.27,5.56,5.82,6.04,6.23,6.40,6.54,6.68,6.79,6.89,6.98,7.05,7.12,7.19,7.24,7.30,7.34,7.39,7.42,7.46;p=polyfit(x,y,1);z=polyval(p,x);plot(x,z,'-k',x,y,'r.')title('电涡流传感器量程为5mm位移X与输出电压曲线')xlabel('X/mm')ylabel('V/v'

49、)grid on 灵敏度的计算由matlab软件线性拟合可得量程为5mm时的直线方程，源程序如下：x=0:0.2:5;y=2.35,3.02,3.60,4.12,4.52,4.93,5.27,5.56,5.82,6.04,6.23,6.40,6.54,6.68,6.79,6.89,6.98,7.05,7.12,7.19,7.24,7.30,7.34,7.39,7.42,7.46;p=polyfit(x,y,1)p = 0.8821 3.8429由以上程序可得两条直线方程分别为V=0.8821X +3.8429所以灵敏度分别为S3=0.8821v/mm 线性度的计算z=polyval(p,x);

50、x=5.5:0.2:10.5;y=2.35,3.02,3.60,4.12,4.52,4.93,5.27,5.56,5.82,6.04,6.23,6.40,6.54,6.68,6.79,6.89,6.98,7.05,7.12,7.19,7.24,7.30,7.34,7.39,7.42,7.46;p=polyfit(x,y,1);z=polyval(p,x);c=abs(z-y);Vm=max(c)Vm = 1.4929所以Vmax=1.4929v满量程输出由图可得为VFS=7.46-2.35v=5.11v非线性误差为f1=VmaxVFS×100%=1.49295.11×100

51、%=29%六、思考题：1、电涡流传感器的量程与哪些因素有关，如果需要测量±5mm的量程应如何设计传感器？答：电涡流传感器的量程与金属导体的电阻率c，探头的面积S，厚度t，线圈的励磁电流角频率以及线圈与金属块之间的距离x等参数有关。将探头换为铁，面积尽量减小。2、用电涡流传感器进行非接触位移测量时，如何根据量程使用选用传感器。答：在量程都处于线性区域时，先选择灵敏度较大的探头。当量程超出某一个探头的线性区间时，再选择量程较大的。如果还需扩大量程，可以缩小探头面积。华中科技大学 传感器实验报告系别：自动化学院 专业与班级：物流1104班实验时间：第11周，星期四，上午学生姓名：吴雅娴 学号：U201113759 同组人：龙贲璇实验名称：光纤传感器的位移