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1、如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流传感器实验讲义【精品文档】第 14 页传感器实验讲义江西师范大学物理与通信电子学院2007-3-5目 录第一章 产品说明 第二章 实验指导 一、金属箔式应变片性能单臂电桥 二、金属箔式应变片：单臂、半桥、全桥比较 三、相敏检波器实验 四、交流全桥的应用电子秤 五、差动变压器（互感式）的性能 六、电涡流传感器的静态标定 七、电涡流传感器的应用振幅测量 八、霍尔式传感器的直流激励特性 九、霍尔传感器的应用电子秤 十、压电传感器的动态响应实验 十一、光纤位移传感器静态实验 十二、光电开关的转速测量实验 第一章 产品说明一、CSY传感器实验仪简介（CSY-910
2、、910A、998A、998A+、998B、998B+等六种型号）实验仪主要由四部分组成：传感器安装台、显示与激励源、传感器符号及引线单元、处理电路单元。传感器安装台部分：装有双平行振动梁（应变片、热电偶、PN结、热敏电阻、加热器、压电传感器、梁自由端的磁钢）、激振线圈、双平行梁测微头、光纤传感器的光电变换座、光纤及探头、小机电、电涡流传感器及支座、电涡流传感器引线3.5插孔、霍尔传感器的二个半圆磁钢、振动平台（圆盘）测微头及支架、振动圆盘（圆盘磁钢、激振线圈、霍尔片、电涡流检测片、差动变压器的可动芯子、电容传感器的动片组、磁电传感的可动芯子）、半导体扩散硅压阻式差压传感器、气敏传感器及湿敏元
3、件安装盒，热释电传感器、光电开关、硅光电池、光敏电阻元件安装盒，具体安装部位参看附录三。显示及激励源部分：电机控制单元、主电源、直流稳压电源（2V - 10V分5档调节）、F/V数字显示表（可作为电压表和频率表）、（5mV-500mV)、音频振荡器、低频振荡器、15V不可调稳压电源。实验主面板上传感器符号单元：所有传感器（包括激振线圈）的引线都从内部引到这个单元上的相应符号中，实验时传感器的输出信号（包括激振线圈引入低频激振器信号）按符号从这个单元插孔引线。处理电路单元：电桥单元、差动放大器、电容变换放大器、电压放大器、移相器、相敏检波器、电荷放大器、低通滤波器、涡流变换器等单元组成。二、主要
4、技术参数、性能及说明（一）传感器安装台部分：双平行振动梁的自由端及振动圆盘下面各装有磁钢，通过各自测微头或激振线圈,接入低频激振器V0可做静态或动态测量。应变梁：应变梁采用不锈钢片，双梁结构端部有较好的线性位移。(或采用标准双孔悬臂梁传感器应变梁)1差动变压器（电感式）量程：5mm 直流电阻：5-10由一个初级、二个次级线圈绕制而成的透明空心线圈，铁芯为软磁铁氧体。2电涡流位移传感器量程：1mm 直流电阻：1-2 多股漆包线绕制的扁平线圈与金属涡流片组成。3霍尔式传感器量程：2mm 直流电阻：激励源端口800-1.5K；输出端口300-500日本JVC公司生产的线性半导体霍尔片，它置于环形磁钢
5、构成的梯度磁场中。4热电偶直流电阻：10左右 由两个铜一康铜热电偶串接而成，分度号为T，冷端温度为环境温度。5电容式传感器量程：2mm 由两组定片和一组动片组成的差动变面积式电容。6热敏电阻半导体热敏电阻NTC：温度系数为负，25时为10K。7光纤传感器由多模光纤、发射、接收电路组成的导光型传感器，线性范围2mm。红外线发射、接收、直流电阻：500-2.5k 260股Y形、半圆分布。8半导体扩散硅压阻式压力传感器量程：10Kpa（差压） 供电：6V 美国摩托罗拉公司生产的MPX型压阻式差压传感器。9、压电加速度计PZT-5压电晶片和铜质量块构成。谐振频率：10KHZ，电荷灵敏度：q20pc/g
6、。10应变式传感器箔式应变片电阻值：350、应变系数：2，平行梁上梁的上表面和下梁的下表面对应地贴有4片应变片，受力工作片分别用符号 和 表示。在910、998B型仪器中，横向所贴的两片为温度补偿片，用符号 表示。11PN结温度传感器 利用半导体P-N结良好的线性温度电压特性制成的测温传感器，能直接显示被测温度。灵敏度：-2.1mV/。12.磁电式传感器 0.211000 直流电阻：30-40由线圈和动铁（永久磁钢）组成，灵敏度：0.5v/m/s13.气敏传感器MQ3（酒精）：测量范围：50-200ppm。14.湿敏电阻高分子薄膜电阻型（RH）：几兆-K响应时间：吸湿、脱湿小于10秒。温度系数
7、：0.5RH%/ 测量范围：10%-95% 工作温度：0-5015.光电开关：（反射型）16.光敏电阻：cds材料：几-几M17.硅光电池：Si日光型18.热释电红外传感器：远红外式（二）信号及变换1电桥：用于组成直流电桥，提供组桥插座，标准电阻和交、直流调平衡网络。2差动放大器 通频带010kHz 可接成同相、反相，差动结构，增益为1-100倍的直流放大器。3电容变换器 由高频振荡，放大和双T电桥组成的处理电路。4电压放大器 增益约为5倍 同相输入 通频带010KHz5. 移 相 器 允许最大输入电压10Vp-p 移相范围20（5KHz时）6. 相敏检波器 可检波电压频率0-10KHz允许最
8、大输入电压10Vp-p 极性反转整形电路与电子开关构成的检波电路7. 电荷放大器 电容反馈型放大器，用于放大压电传感器的输出信号。8低通滤波器 由50Hz陷波器和RC滤波器组成，转折频率35Hz左右。9涡流变换器 输出电压|8|V（探头离开被测物） 变频调幅式变换电路，传感器线圈是振荡电路中的电感元件10光电变换座 由红外发射、接收管组成。（三）二套显示仪表1数字式电压/频率表：3位半显示，电压范围02V、020V，频率范围3Hz2KHz、10Hz20KHz，灵敏度50mV。2.指针式毫伏表：85C1表，分500mV、50mV、5mV三档，精度2.5%（四）二种振荡器1.音频振荡器：0.4KH
9、z10KHz输出连续可调，Vp-p值20V输出连续可调，180、0反相输出，LV端最大功率输出电流0.5A。2.低频振荡器：1-30Hz输出连续可调，Vp-p值20V输出连续可调，最大输出电流0.5A，Vi端可提供用做电流放大器。（五）二套悬臂梁、测微头双平行式悬臂梁二副（其中一副为应变梁，另一副装在内部与振动圆盘相连），梁端装有永久磁钢、激振线圈和可拆卸式螺旋测微头，可进行位移与振动实验（右边圆盘式工作台由“激振I带动，左边平行式悬臂梁由带动）。（六）电加热器二组电热丝组成，加热时可获得高于环境温度30左右的升温。（七）测速电机一组 由可调的低噪声高速轴流风扇组成，与光电开关、光纤传感器配合
10、进行测速（八）二组稳压电源直流15V，主要提供温度实验时的加热电源，最大激励1.5A。2V10V分五档输出，最大输出电流1.5A。提供直流激励源。（九）计算机联接与处理数据采集卡：十二位A/D转换，采样速度10000点/秒，采样速度可控制，采样形式多样。标准RS-232接口，与计算机串行工作。良好的计算机显示界面与方便实用处理软件，实验项目的选择与编辑、数据采集、数据处理、图形分析与比较、文件存取打印。使用仪器时打开电源开关，检查交、直流信号源及显示仪表是否正常。仪器下部面板左下角处的开关为控制处理电路15V的工作电源，进行实验时请勿关掉，为保证仪器正常工作，严禁15V电源间的相互短路，建议平
11、时将此两输出插口封住。指针式毫伏表工作前需对地短路调零，取掉短路线后指针有所偏转是正常现象，不影响测试。注意，本仪器是实验性仪器各电路完成的实验主要目的是对各传感器测试电路做定性的验证，而非工业应用型的传感器定量测试。三、各电路和传感器性能建议通过以下实验检查是否正常。 1.应变片及差动放大器，进行单臂、半桥和全桥实验，各应变片是否正常可用万用表电阻档在应变片两端测量。各接线图两个节点间即一实验接插线，接插线可多根迭插。2.进行“相敏检波器实验”，相敏检波器端口序数规律为从左至右，从上到下，其中5端为参考电压输入端。3.进行“电容式传感器特性”实验，当振动圆盘带动动片上下移动时，电容变换器Vo
12、端电压应正负过零变化。4.进行“光纤传感器位移测量，”光纤探头可安装在原电涡流线圈的横支架上固定，端面垂直于镀铬反射片，旋动测微仪带动反射片位置变化，从差动放大器输出端读出电压变化值。5.进行光纤（光电）式传感器测速实验，从F/V表Fo端读出频率信号。F/V表置2K档。6.低通滤波器：将低频振荡器输出信号送入低通滤波器输入端，输出端用示波器观察，注意根据低通输出幅值调节输入信号大小。7.进行“差动变压器性能”实验，检查电感式传感器性能，实验前要找出次级线圈同名端，次级所接示波器为悬浮工作状态。8.进行“霍尔式传感器直流激励特性”实验，直流激励信号不能大于2V。9.进行“电涡流传感器的静态标定”
13、实验，接线参照图19，其中示波器观察波形端口应在涡流变换器的左上方，即接电涡流线圈处，右上端端口为输出经整流后的直流电压。10.进行“光电开关（反射）”实验。11.如果仪器是带微机接口和实验软件的，请参阅微机数据采集系统软件使用说明。数据采集卡已装入仪器中，其中A/D转换是12位转换器。 仪器后部的RS232接口与计算机串行口相接，信号采集前请正确设置串口，否则计算机将收不到信号。 仪器工作时需要良好的接地，以减小干扰信号，关尽量远离电磁干扰源。 仪器的型号不同，传感器种类不同，则检查项目也会有所不同。 上述检查及实验能够完成，则整台仪器各部分均为正常。 实验时请注意实验指导书中的实验内容后的
14、“注意事项”，要在确认接线无误的情况下再开启电源，要尽量避免电源短路情况的发生，实验工作台上各传感器部分如位置不太正确可松动调节螺丝稍作调整，用手按下振动梁再松手，各部分能随梁上下振动而无碰擦为宜。 本实验仪器需防尘，以保证实验接触痕好，仪器正常工作温度0-40第二章 实验指导实验一 金属箔式应变片性能一单臂电桥一、实验目的：了解金属箔式应变片，单臂单桥的工作原理和工作情况。二、实验原理：本实验说明箔式应变片及单臂直流电桥的电源的原理和工作情况。应变片是最常用的测力传感元件。当用应变片测试时，应变片要牢固地粘贴在测试体表面，当测件受力发生形变，应变片的敏感栅随同变形，其电阻也随之发生相应的变化
15、，通过测量电路，转换成电信号输出显示。电桥电路是最常用的非电量电测电路中的一种，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R1、R2、R3、R4中，电阻的相对变化率分别为R1/R1、R2/R2、R3/R3、R4/R4，当使用一个应变片时， ；当二个应变片组成差动状态工作，则有 ；用四个应变片组成二个差对工作，且R1=R2=R3=R4=R， 。由此可知，单臂、半桥、全桥电路的灵敏度依次增大。所需单元及部件：直流稳压电源、电桥、差动放大器、双平行梁、测微头、一片应变片、F/V表、主、副电源。旋钮初始位置：直流稳压电源打到2V档，F/V表打到2V档，差动放大增益最大。三、实验步
16、骤：（1）了解所需单元、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和一片补偿应变片，测微头在双平行梁前面的支座上，可以上、下、前、后、左、右调节。（2）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F/V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F/V表显示为零，关闭主、副电源。（3）根据图1接线。R1、R2、R3为电桥单元的固定电阻；Rx=R4为应变片。将稳压电源的切换开关置4V档，F/V表置20V档。调节测微头脱离双平行
17、梁，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档，再调电桥W1（慢慢地调），使F/V表显示为零。（4）将测微头转动到10mm刻度附近，安装到双平等梁的自由端（与自由端磁钢吸合），调节测微头支柱的高度（梁的自由端跟随变化）使F/V表显示最小，再旋动动测微头，使F/V表显示为零（细调零），这时的测微头刻度为零位的相应刻度。 图 1（5）往下或往上旋动测微头，使梁的自由端产生位移记下F/V表显示的值。建议每旋动测微头一周即X=0.5mm记一个数值填入下表：（6）据所得结果计算灵敏度S=V/X（式中X为梁的自由端位移变化，V为相应F/V表显示的电压相应变化）。（
18、7）实验完毕，关闭主、副电源，所有旋钮转到初始位置。四、注意事项：（1）电桥上端虚线所示的四个电阻实际上并不存在，仅作为一标记，让学生组桥容易。（2）做此实验时应将低频振荡器的幅度关至最小，以减小其对直流电桥的影响。（3）电位器W1、W2，在有的型号仪器中标为RD、RA。五、问题：（1）本实验电路对直流稳压电源和对放大器有何要求？（2）根据所给的差动放大器电路原理图，分析其工作原理，说明它既能作差动放大，又可作同相或反相放大器。实验二 金属箔式应变片：单臂、半桥、全桥比较一、实验目的：验证单臂、半桥、全桥的性能及相互之间关系。二、实验原理：说明实际使用的应变电桥的性能和原理。已知单臂、半桥和全
19、桥电路的R分别为R/R、2R/R、4R/R。根据戴维定理可以得出测试电桥的输出电压近似等于1/4.E.R，电桥灵敏度Ku=V/R/R，于是对应单臂、半桥和全桥的电压灵敏度分别为1/4E、1/2E和E.。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。所需单元和部件：直流稳压电源、差动放大器、电桥、F/V表、测微头、双平行梁、应变片、主、副电源。有关旋钮的初始位置：直流稳压电源打到2V档，F/V表打到2V档，差动放大器增益打到最大。三、实验步骤：（1）按实验一方法将差动放大器调零后，关闭主、副电源。（2）按图1接线，图中Rx=R4为工作片，r及W1为电桥平衡网络。（3
20、）调整测微头使双平行梁处于水平位置（目测），将直流稳压电源打到4V档。选择适当的放大增益，然后调整电桥平衡电位器W1，使表头显示零（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，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F/V表显示表显示为零，重复（4）过程同样测得读数，填入下表：（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
21、应变片的受力方向相同，邻臂应变片的受力方向相反即可，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F/V表显示零。重复（4）过程将读出数据填入下表（7）在同一坐标纸上描出X-V曲线，比较三种接法的灵敏度。四、注意事项：（1）在更换应变片时应将电源关闭。（2）在实验过程中如有发现电压表发生过载，应将电压量程扩大。（3）在本实验中只能将放大器接成差动形式，否则系统不能正常工作。（4）直流稳压电源4V不能打的过大，以免损坏应变片或造成严重自热效应。（5）接全桥时请注意区别各片子的工作状态方向。 实验三 相敏检波器实验一、实验目的：了解相每检波器的原理和工作情况。
22、二、实验原理：相敏检波电路如图3A所示，图中为输入信号端，为输出端，为交流参考电压输入端，为直流参考电压输入。当端输入控制电压信号时，通过开环放大器的作用场效应晶体管处于开关状态。从而把输入的正弦信号转换成半波整流信号。 所需单元和部件：相敏检波器、移相器、音频振荡器、双踪示波器、直流稳压电源、低通滤波器、F/V表、主、副电源。 有关旋钮的初始位置：F/V表置20K档。音频振荡器频率为4KHz,幅度置最小（逆时针到底），直流稳压电湖输出置于2V档，主、副电源关闭。三、实验步骤：（1）了解相敏检波器和低通滤波器在实验仪面板上符号。（2）根据图3A的电路接线，将音频振荡器的信号0输出端输出至相敏检
23、波器输入端，把直流稳压电源2V输出接至相敏检波器的参考输入端,把示波器两根输入线分别接至相敏检波器的输入端和输出端组成一个测量线路。 图 3A（3）调整好示波器，开启主、副电源，调整音频振荡器的幅度旋钮，示波器输出电压为峰峰值4V，观察输入和输出波形的相位和幅度值关系。（4）改变参考电压的极性，观察输入和输出波形的相位和幅值关系。由此可得出结论，当参考电压为正时，输入和输出同相，当参考电压为负时，输入和输出相反。（5）关闭主、副电源，根据图3B重新接线，将音频振荡器的信号从0输出至相敏检波器的输入端，并同时按相敏检波器的参考输入端，把示波器的两根输入线分别接至相敏检波器的输入和输出端，将相敏检
24、波器输出端同时与低通滤波器的输入端连接起来，将低通滤波器的输出端与直流电压表连接起来，组成一个测量线路。（此时，F/V有表置于20V档）。（6）开启主、副电源，调整音频振荡器的输出幅度，同时记录电压表的读数，填入下表。 图 3B单位：V（7）关闭主、副电源，根据图3C的电路重新接线，将音频振荡器的信号从00端输出至相敏检波器的输入端，将从1800输出端输出接至移相器的输入端，把移相器输出端接至相敏检波器的参考输入端把示波器的两根输入线分别接至相敏检波器的输入端和输出端同时与低通滤波器输入端连接起来，将低通滤波器输出端与直流电压表连接起来，组成一测量线路。 图 3C（8）开启主、副电源，转动移相
25、器上的移相电位器，观察示波器的显示波形及电压表的读数，使得输出最大。（9）调整音频振荡器的输出幅度，同时记录电压表的读数，填入下表。单位：V 四、思考题：（1）根据实验结果，可以知道相敏检波器的作用是什么？移相器在实验线路中的作用是什么？（即参考端输入波形相位的作用）（2）在完成第五步骤后，将示波器两根输入线分别接至相敏检波器的输入端和附加观察端和，观察波形来回答相敏检波器中的整形电路是将什么波转换成什么波，相位如何？起什么作用？（3）当相敏检波器的输入与开关信号同相时，输出是什么极性的什么波，电压表的读数是什么极性的最大值。实验四 交流全桥的应用电子秤一、实验目的：了解交流供电的金属箔式应变
26、片电桥的实际应用。所需单元及部件：音频振荡器、电桥、差动放大器、移相器、低通滤波器、F/V表，砝码、主副电源、双平行梁、应变片。二、实验步骤：（1）差动放大调整为零，将差动放大（+）、（-）输入端与地短接，输出端与F/V表输入端Vi相连，开启主副电源后调差放的调零旋钮使F/V表显示为零，再将F/V表切换天关置2V档，再细调差放调零旋钮使F/V表显示为零，然后关闭主、副电源。（2）按图4接线，图中R1、R2、R3、R4为应变片；W1、W2、C、r为交流电桥调节平衡网络，电桥交流激励源必须从音频振荡器的LV输出口引入，音频振荡器旋钮置中间位置。（3）按住振动梁（双平行梁）的自由端。旋转测微头远离振
27、动梁自由端。将F/V表的切换开关置20V档，示波器X轴扫描时间切换到0.10.5ms，Y轴CH1和CH2切换开关置5V/div,音频振荡器的频率旋钮置5KHz，幅度旋钮置中间幅度。开启主、副电源，调节电桥网络中的W1和W2，使F/V表和示波器显示最小，再把F/V表和示波器Y轴的切换开关分别置2V档和50mv/div，细调W1和W2及差动放大器调零旋钮，使F/V表的显示值最小，示波器的波形为一条水平线（F/V表显示值与示波器图形不完全相符时二者兼顾即可）。现用手按住梁的自由端产生一个大位移。调节移相器的移相旋钮，使示波器显示全波检波的图形。放手后，梁复原，示波器图形基本成一条直线，否则调节W1和
28、W2。（4）在梁的自由端加所有砝码，调节差放增益旋钮，使F/V表显示对应的量值，去除所有砝码，调W1使F/V表显示零，这样重复几次进行标定。（5）在梁自由端（磁钢处）逐一加上砝码，把F/V表的显示值填入下表。并计算灵敏度。W(g)V(v) (6)梁自由端放上一个重量未知的重物，记录F/V表的显示值，得出未知重物的重量。三、注意事项： 砝码和重物应放在梁自由端的磁钢上的同一点。四、思考题：要将这个电子秤方案投入实际应用，应如何改进？图4实验五 差动变压器(互感式）的性能一、实验目的：了解差动变压器原理及工作情况二、实验原理：差动变压器由衔铁、初级线圈、次级线圈和线圈骨架等组成。初级线圈做为差动变
29、压器激励用，相当于变压器的原边，次级线圈由两个结构尺寸和参数相同的线圈反相串接而成，相当于变压器的副边，差动变压器是开磁路，工作是建立在互感基础上的。其原理及输出特性见图5A。所需单元及步件：音频振荡器、测微头、示波器、主、副电源、差动变压器、振动平台。有关旋钮室始位置：音频振荡器4KHz8KHz之间，双踪示波器第一通道灵敏度500mv/div，第二通道灵敏度10mv/div，触发选择打到第一通道，主、副电源关闭。三、实验步骤：（1）根据图5B接线，将差动变压器、音频振荡器（必须LV输出）、双踪示波器连接起来，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和输出端，调节
30、差动变压器源边线圈音频振荡器激励信号峰峰值为2V。（2）用手提压变压器磁芯，观察示波器第二通道波形是否能过零翻转，如不能则改变两个次级线圈的串接端。图5A 图5B（3）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。（4）向下旋钮测微头，使振动平台产生位移。每位移0.2mm，用示波器读出差动变压器输出端峰峰值填入下表，根据所得数据计算灵敏度S。S=V/X（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。读数过程中应注意初、次级波形的相应关系。X（mm)5mm4.8mm4.6mm0.2mm0mm-0.2mm-4.8mm-5mmVo(p-p) 四、
31、思考题：（1）根据实验结果，指出线性范围。（2）当差动变压器中磁棒的位置由上到下变化时，双线示波器观察到的波形相位会发生怎样的变化？（3）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阻抗端信号为最小，这个最小电压是什么？由于什么原因造成？注意：示波器第二通道为悬浮工作状态。实验六 电涡流式传感器的静态标定一、实验目的：了解涡流式传感器的原理及工作性能二、实验原理：电涡流式传感器由平面线圈和金属涡流片组成 ，当线圈中通以高频交变电流后，与其平行的金属片上产生电涡流，电涡流的大小影响线圈的阻抗Z，而涡流的大小与金属涡流片的电阻率、导磁率、厚度、温度以及线圈的距离X有关。当平面线圈、
32、被测体（涡流片）、激励源已确定，并保持环境温度不变，阻抗Z只与X距离有关。将阻抗变化经涡流变换成电压V输出，则输出电压是距离X的单值函数。 所需单元及部件：涡流变换器、F/V表、测微头、铁测片、涡流传感器、示波器、振动平台、主、副电源。三、实验步骤：（1）装好传感器（传感器对准铁测片安装）和测微头。（2）观察传感器的结构，它是一个扁平线圈。（3）用导线将传感器接入涡流变换器输入端，将输出端接至F/V表，电压表置于20V档，见图6，开启主、副电源。 （4）用示波器观察涡流变换器输入端的波形。如发现没有振荡波形出现，再将传感器远离被测体。 可见，波形为 波形，示波器的时基为 us/cm，故振荡频率
33、约为 。（5）调节传感器的高度，使其与被测铁片接触，从此开始读数，记下示波器及电压表的数值，填入下表： 建议每隔0.10mm读数，到线性严重变坏为止。根据实验数据。在座标纸上画出V-X曲线，指出大致的线性范围，求出系统灵敏度。（最好能用误差理论的方法求出线性范围内的线性度、灵敏度）。可见，涡流传感器最大的特点是 ，传感器与被测体间有一个最佳初始工作点。这里采用的变换电路是一种 。实验完毕关闭主、副电源。四、注意事项： 被测体与涡流传感器测试探头平面尽量平行，并将探头尽量对准被测体中间，以减少涡流损失。图6实验七 电涡流式传感器的应用振幅测量一、实验目的：了解电涡流式传感测量振动的原理和方法 所
34、需单元部件：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、F/V表、示波器、主、副电源。 有关旋钮的初始位置：差动放大器增益置最小（逆时针到底），直流稳压电源置4V档。二、实验步骤：（1）转动测微器，将振动平台中间的磁铁与测微头充分分离，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的高低位置（目测），以实验十九的结果（线性范围的中点附近为佳）为参考。（2）根据图7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（这时直流稳压电源应置于4V档），F/V表
35、置20V档，开启主、副电源。图7（3）调节电桥平衡网络，使电压表读数为零。（4）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2KHz档，并将低频振荡器的输出端与频率表的输入端相连。（5）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。三、思考题：（1）根据实验结果，可以知道振动台的自振频率大致是多少？（2）如果已知被测梁振幅度为0.2mm，传感器是否一定要安装在最佳工作点？（3）如果此传感器仅用来测量振动频率，工作点问题是否仍十分重要？实验八 霍尔式传感器的直流激
36、励特性一、实验目的：了解霍尔式传感器的原理与特性。二、实验原理：霍尔式传感器是由两个环形磁钢组成梯度磁场和位于梯度磁场中的霍尔元件组成。当霍尔元件通过恒定电流时，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。 所需单元及部件：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。 有关旋钮初始位置：差动放大器增益旋钮打到最小，电压表置20V档，直流稳压电源置2V档，主、副电源关闭。三、实验步骤：（1）了解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
37、装在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。（2）开启主、副电源将差动放大器调零后，增益最小，关闭主电源，根据图8接线，W1、r为电桥单元的直流电桥平衡网络。 图 8 （3）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。（4）开启主、副电源，调整W1使电压表指示为零。（5）上下旋动测微头，记下电压表的读数，建议每0.5mm读一个数，将读数填入下表：作出V-X曲线指出线性范围，求出灵敏度，关闭主、副电源。 可见，本实验测出的实际上是磁场情况，磁场分布为梯度磁场与磁场分布有很大差异，位移测量的线性度，灵敏度与磁场分布有很大关系。（6）
38、实验完结关闭主、副电源，各旋钮置初始位置。四、注意事项：（1）由于磁路系统的气隙较大，应使霍尔片尽量靠近极靴，以提高灵敏度。（2）一旦调整好后，测量过程中不能移动磁路系统。（3）激励电压不能过2V，以免损坏霍尔片。实验九 霍尔式传感器的应用电子秤一、实验目的：了解霍尔式传感器在静态测量中的应用。 所需单元及部件：霍尔片、磁路系统、差动放大器、直流稳压电源、电桥、砝码、F/V表（电压表）、主、副电源、振动平台。 有关旋钮初始位置：直流稳压电源置2V档，F/V表置2V档，主、副电源关闭。二、实验步骤：（1）开启主、副电源将差动放大器调零，关闭主、副电源。（2）调节测微头脱离平台并远离振动台。（3）
39、按图8接线，开启主、副电源，将系统调零。（4）差动放大器增益调至最小位置，然后不再改变。（5）在称重平台上放上砝码，填入下表：（6）在平面上放一个未知重量之物，记下表头读数。根据实验结果作出V-W曲线，求得未知重量。三、注意事项：（1）此霍尔传感器的线性范围较小，所以砝码和重物不应太重。（2）砝码应置于平台的中间部分。实验十 压电传感器的动态响应实验 一、实验目的：了解压电式传感器的原理、结构及应用。二、实验原理：压电式传感器是一种典型的有源传感器（发电型传感器）。压电传感器元件是力敏感元件，在压力、应力、加速等外力作用下，在电介质表面产生电荷，从而实验非电量的电测。 所需单元及设备：低频振荡
40、器、电荷放大器、低通滤波器、单芯屏蔽线、压电传感器、双线示波器、激振线圈、磁电传感、F/V表、主、副电源、振动平台。 有关旋钮的初始位置：低频振荡器的幅度旋钮置于最小，F/V表置于2K档。三、实验步骤：（1）观察压电式传感器的结构，根据图10的电路结构，将压电式传感器，电荷放大器，低通滤波器，双踪示波器连接起来，组成一个测量线路。并将低频振荡器的输出端与频率表的输入端相连。 图10（2）将低频振荡器信号接入振动台的激振线圈。（3）调整好示波器，低频振荡器的幅度旋钮固定至最大，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。（4）示波器的另一通道观察磁电式传感器的输出波形，并与压电
41、波形相比较观察其波形相位差。四、思考题（1）根据实验结果，可以知道振台的自振频率大致多少？（2）试回答压电式传感器的特点。比较磁电式传感器输出波形的相位差 大致为多少，为什么？实验十一 光纤位移传感器静态实验一、实验目的：了解光纤位移传感器的原理结构、性能。二、实验原理：反射式光纤位移传感器的工作原理如图11A所示，光纤采用Y型结构，两束多膜光纤一端合并组成光纤探头，另一端分为两束，分别作为光源光纤和接收光纤，光纤只起传输信号的作用，当光发射器发出的红外光，经光源光纤照射至反射面，被反射的光经接收光纤至光电转换器将接受到的光纤转换为电信号。其输出的光强决定于反射体距光纤探头的距离，通过对光强的
42、检测而得到的位移量如图11A所示图11A所需单元及部件：主副电源、差动放大器、F/V表、光纤传感器、振动台。三、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，探头固定在Z型安装架上，外表为螺丝的端面为半圆分布的光纤探头。（2）了解振动台在实验仪上的位置（实验仪台面上右边的圆盘，在振动台上贴有反射纸作为光的反射面。）（3）如图11B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。（4）旋转测微头，使光纤探头与振动台面接触，调节差动放大器增益最大，调节差动放大器零位旋钮使电压表读数尽量为零，旋转测微头
43、使贴有反射纸的被测体慢慢离开探头，观察电压读数由小-大-小的变化。（5）旋转测微头使F/V电压表指示重新回零；旋转测微头，每隔0.05mm读出电压表的读数，并将其填入下表：（6）关闭主、副电源，把所有旋钮复原到初始位置图11B（7）作出V-X曲线，计算灵敏度S=V/X及线性范围。实验十二 光电开关的转速测量实验一、实验目的：了解光电式传感器（反射式）测量转速的原理与方法。二、实验原理：光电式传感器有反射型和直射型两种，本实验是装置反射型，传感器端部装有发光管和接收管，发光管发射的光在转盘上反射后被接收管接受转换成电信号，由于转盘上有黑白相间的2个间隔 ，转动时将获得与黑白间隔数有关的脉冲，将脉
44、冲信号计数处理即可得到转速值。所需单元及元件：光电传感器、直流电源、测速小电机、电机控制、主、副电源、示波器。三、实验步骤：（1） 按图12接线，将差动放大器的增益置最大，F/V表的切换开关置2V，开启主、副电源。图12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。（2）光电开关探头装至电机上方对准电机的反光纸，调节高度，使传感器端面离反光纸表面23mm，将传感器引线分别插入相应插孔，其中红色接入直流电源，黑色为接地端，蓝色接入数显表置2K档。（3）将直流稳压电源置10V档，在电机控制单元的V+处接入+10V电压，调节转速旋钮使电机运转。（4）F/V表置2K档，用示波器观察fo输出端的转速脉冲信号。（Vp-p=4V）.（5）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。（6）实验完毕关闭主、副电源，拆除接线，把所有旋钮复原。四、注意：如示波上观察不到脉冲波形，请调整探头与电机间的距离，同时检查一下示波器的输入衰减开关位置是否合适（建议使用不带衰减的探头）。