传感器自动检测实验报告

传感器技术实训报告一、时间：2012年7月2日～7月6日二、实训时间安排及实训内容：调试电容式传感器电路；：调试半导体应变片传感器：调试差动变压器传感器电路；：调试霍尔式传感器电路；:汇报各调试实验结果。组员：四、实训过程实验一、调试电容式传感器电路测位移（一）实验要求：1、了解电容式传感器工作原理及测量方法；2、按原理图连接线路适当调节并记录相关数据；3、将所记数据输入曲线绘图软件查看实验结果并总结。（二）实验原理：本次电容式传感器是差动平行变面积式，由两组定片和一组动片组成，当安装于振动台上的动片上、下改变位置，与两组静片之间相对面积发生变化，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Cx1，下层定片与动片形成的电容定为Cx2，当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的变化有关，即与振动台的位移有关。（三）实验部件及原理图：电容传感器、电容变换器、差动变换器、低通滤波器、螺旋侧微头、低频振荡器、万用表。图1（四）实验步骤1、按图1接线，电容变换器和差动放大器的增益适度。2、装上微测头，带动振动台位移，使电容动片位于两静片中，此时差动放大器输出理论上应为零。3、以此为起点，向上和向下位移动电容动片，每次0.5mm，直至动片与一组静片全部重合为止。记录数据，并作出U-X曲线，求得灵敏度。（数据、曲线图如下）4、低频振荡器输出接“激振1端”，移开微测头，适当调节频率和振幅，使差放输出波形较大但不失真，用示波器观察波形。表1（测量范围：0mm～15.0mm）X(mm)00.51.01.52.02.53.03.54.0U(mV)-1719-1220-925-882-779-702-639-482-386.9X(mm)4.55.05.56.06.57.07.58.08.5U(mV)-223.9-73.71.754312.3533564779947X(mm)9.09.510.010.511.011.512.012.513.0U(mV)106012591433147215511757199319622231X(mm)13.514.014.515.015.516.0U(mV)23422447260525161623990实验结果：灵敏度S=△U/△X≈0.2251V/mm；静态误差：K=0.073。实验二、半导体应变片半桥称重测试（一）实验要求1、连接半导体半桥电路，调试好后进行称重测试；2记录数据并总结得出结论，与单臂电路进行性能比较；3注意半导体应变计的灵敏度及温度效应。（二）实验原理半导体应变片式传感器是利用半导体材料的“应变效应”进行工作。当用应变片测试时，应变片要牢固的粘贴在测试体表面，当测件受力放生行变，应变片的敏感栅随同变形，起电阻值也随之发生相应的变化。通过测试电路，转换成电信号输出显示。当电桥平衡时，桥路对臂电阻乘积相等，电桥输出为零，在桥臂四个电阻中，电阻的相对变化率为△R/R，个应变片时，∑R＝△R/R；当两个应变片组成差动状态工作，测有∑R＝2△R/R；用四个应变片组成两个差动对工作，且R1＝R2＝R3＝R4＝R，∑R＝4△R/R。可知单臂，半桥，全桥电路的灵敏度依次增大。（三）实验所需部件及原理图直流稳压电源、电桥、差动放大器、半导体应变计、万用表。图2（四）实验步骤1、调零。开启仪器电源，差动放大器增益置100倍（顺时针方向旋到底），“＋、－”输入端用实验线对地短路。输出端接数字电压表，用“调零”电位器调整差动放大器输出电压为零，然后拔掉实验线。调零后电位器位置不要变化。2、按图2将实验部件用实验线连接成测试桥路。桥路中R、WD为电桥中的固定电阻和直流平衡电位器，R1、R2为应变片，（可任选上、下梁中的一片工作片）。直流激励电源为±2V。3、确认接线无误后开启仪器电源，并预热数分钟。调整电桥WD电位器，使测试头系统输出为零。4、测出电压变化V，砝码个数W=20g/个，画出V-W曲线，求出灵敏度。（数据表、曲线图如下所示）表2：W(个)012345678V(mV)0.112.329.249.270.488.5112.7134.2156.1W(g)91011121314151617V(mV)181.7205.4229.5255.4283.1311.1340.2371.4375.0W(g)1819202122V(mV)379.6383.5388.3388.7390.0实验结果：灵敏度S=△V/△W≈1.095mV/g;静态误差K≈0.077。实验三、差动变压器传感器的调试（一）实验要求1、理解差动变压器测试系统的组成，掌握其线性标定方法；2、测量过程中分别用万用表测量差放输出端口及低通滤波输出端口并记录；3、用示波器两通道观察相敏检波器①、②端口，使其波形符合实验要求。（二）实验所需部件及原理图差动变压器、音频振荡器、电桥、差动放大器、移相器、相敏检波器、低通滤波器、万用表、示波器、测微头。图3（三）实验原理差动变压器式传感器主要由一个一次绕组、两个二次绕组、活动衔铁及导磁外壳组成，其可看作是互感式电感传感器，把被测量的变化转换为线圈的互感变化，一次侧接入激励电源后，二次侧因互感而产生电压输出。当绕组间互感随被测量变化时，输出电压将产生相应变化。变压器的输出Uo等于两个二次绕组的感应电动势E₂₁、E₂₂之差，二次侧绕组感应电动势E=-jωMI，M为一次绕组与两个二次绕组的互感系数，I为一次绕组激励电流，则当活动衔铁向上或向下移动时将会改变一次绕组与二次绕组的互感系数，故变压器输出Uo∝△M。差动放大器输出端的输出波形左半部分逐渐下降表示输出电压与激励电压反相，右半部分逐渐升高表示输出电压与激励电压同相。（四）实验步骤1、按图3接线，差动放大器增益适度，音频振荡器LV端输出5KHz，Vp_p值为2V。2、调节电桥WD、WA电位器，调节测微头带动衔铁改变其在线圈中的位置，使系统输出为零。3、旋动测微头使衔铁在线圈中上、下有一个较大的位移，用电压表和示波器观察系统输出是否正负对称（如有削波现象则应减小差动放大器增益）。如有不对称则需反复调节衔铁位置和电桥、移相器，做到正负输出对称。4、旋动测微头，带动衔铁向上5mm，向下5mm位移，每旋一周（0.5mm），用两个万用表分别测量差放输出端及低通滤波输出端电压变化，记录电压变化值。（记录数据表、曲线图如下所示）表3-1（差放输出端电压变化，交流档测量）X(mm)00.51.01.52.02.53.03.54.0V(mV)763702631559484409328245168X(mm)4.55.05.56.06.57.07.58.08.5V(mV)97.721.772.0156.6240.8326.7396481564X(mm)9.09.510.010.511.011.512.012.513.0V(mV)6437227988749461020109111561225表3-2（低通滤波输出端电压变化，直流档测量）X(mm)00.51.01.52.02.53.03.54.0V(mV)-1522-1387-1251-1109-967-817-661-499-348.1X(mm)4.55.05.56.06.57.07.58.08.5V(mV)-187-19.9140.8308.84716388019631123X(mm)9.09.510.010.511.011.512.012.513.0V(mV)127914311581172918702013215222772410曲线图3-1（差放输出端特性曲线）：灵敏度：S=0.0922V/mm；静态误差：K=0.0752。曲线图3-2（低通滤波输出端特性曲线）：实验四、霍尔式传感器调试（一）实验要求1、了解霍尔式传感器的结构、工作原理；2、掌握使用霍尔传感器做静态位移测试方法；3、调试好电路后测量输出电压变化并记录数据。（二）实验所需部件及原理图直流稳压电源、电桥、霍尔传感器、差动放大器、万用表、测微头。图4（三）实验原理霍尔传感器是由工作在两个环形磁钢组成的梯度磁场和位于磁场中的霍尔元件组成。当通以恒定电流时，霍尔式元件就有电动势输出。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位移。（四）实验步骤1、将直流激励电压严格限定在±2V以免损坏霍尔元件。2、按图4接线，装上测微头，调节振动圆盘上、下位置，是霍尔元件位于梯度磁场中间位置。差动放大器增益适度。开启电源，调节电桥WD，使差放输出为零。上、下移动振动台，使差放正负电压输出对称。3、上、下移动测微头各3.5mm，每变化0.5mm（或1.0mm）读取相应的电压值。并计入下表，作出V－X曲线，求出灵敏度及线性。表4：X(mm)00.51.01.52.02.53.03.54.0V(mV)-2.2-3.3-6.3-8.1-10.1-11.3-12.3-13.1-14.6X(mm)4.55.05.56.06.57.07.57.758.0V(mV)-15.4-16.6-17.6-19.3-25.8-39.8-24.1-13.925.2X(mm)8.258.58.759.09.259.59.7510.010.25V(mV)91.8183.5299.8413.055872793311671439X(mm)10.510.7511.011.2511.511.7512.012.2512.5V(mV)167718432109234225512725284629623030曲线图：灵敏度：S=0.339V/mm；静态误差：K=0.196。五、实训总结匆忙的一周实训眨眼就过了，虽然只安排了四个上午的时间分别调试四种传感器的电路性能，但在我们组成员的共同努力之下基本上完成了老师布置的实验任务。不管是哪种传感器电路，在实验过程中我们发现实际电路的精准调试比我们想象中的困难，尤其是差动变压器式传感器和霍尔传感器的调试，我们组前后都分别测量了好几次，每次都记录了大量的数据，但基本上大部分都不太理想，甚至得不到较满意的特性曲线，但几经试验调试，我们最终都得出了一两组较为满意的数据，输入绘图软件后得出的曲线也较为理想，灵敏度及静态误差也在合适的允许范围内。通过这次课程实训，我深刻体会到理论与实际相结合的重要性，在