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1、个人资料整理仅限学习使用1 / 6 西京学院研究生课程实验报告工程名称：传感器的静态特性分析所属课程：现代传感技术基础及应用实 验 日 期：2018年 4月 3 日班级 研 1201 班学号 12040130014姓名 张文广成绩西京学院研究生部精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 6 页个人资料整理仅限学习使用2 / 6 实验概述：【实验目的及要求】1.实验目的了解光纤位移传感器的工作原理；掌握光纤位移传感器测量位移的方法； 绘出电压特性曲线U0-d； 对电压特性曲线U0-d 进行线性拟合，做出拟合直线； 计算出传感器静态特
2、性时的灵敏度、线性度和迟滞误差；2.实验要求综合运用传感器与检测术及应用的理论知识独立完成一个传感器应用的实验；对该传感器实验进行静态特性分析，绘制电压特性曲线，计算特性曲线的灵敏度、线性度和迟滞误差； 实验时要保持反射镜片的洁净和光纤端面的垂直度；光纤探头在支架上固定时，应保持其端口与反光面平行，不可以摩擦，以免使光纤探头端面受损。3. 实验设计原理本次实验通过使用光纤传感器进行位移测量，选择线性段较好的前坡后，作出拟合直线，进而计算静态特性时的线性度、灵敏度、和迟滞误差。反射式光纤位移传感器的工作原理如图1 所示，光纤采用Y 型结构，两束多模光纤一端合并组成光纤探头，另一端分为两支。在传感
3、器中，一支为接收光钎，另一支为光源光钎，光钎只起传输信号的作用。当光发射器发生的红外光，经光源光纤照射至反射体，被反射的光经接收光纤至光电转换器，光电元件将接收到的光信号转换为电信号。其输出的光强决定于反射体距光纤探头的距离，通过对光强的检测而得到位置量。当反射表面的位置确定后，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，到达最大点后又随着两者的距离增加而减小。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 6 页个人
4、资料整理仅限学习使用3 / 6 实验内容：【实验方案及数据记录、分析】1. 实验方案通过实验数据绘制电压特性曲线，选取线性段较好的前坡进行静态特性分析。在前坡段，通过拟合直线计算线性度，通过三次动态响应计算灵敏度，通过两次来回响应计算迟滞误差。2. 实验数据记录及分析（1）选取线性度较好的前坡段测量范围： d 取 0-5.0mm。供压电源： AC220V 。开启电源，光电变换器接通电压表。旋动测微头，每隔0.25mm 取一个电压值( 单位V。记录数据如表1）所示：表 1 d 0 0.25 0.5 0.75 1.0 1.25 1.5 1.75 2.0 2.25 U00.13 0.44 1.13
5、1.78 2.38 3.01 3.56 4.06 4.46 4.80 d 2.5 2.75 3.0 3.25 3.5 3.75 4.0 4.5 4.75 5.0 U05.0 5.11 5.12 5.04 4.91 4.73 4.54 4.12 3.90 3.62 根据表 1 数据，做出光纤位移传感器的位移特性图U0-d 坐标图），图2 所示。选取线性段较好的前坡d1:0-2.25mm ）。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 6 页个人资料整理仅限学习使用4 / 6 图 2 光纤位移传感器的电压特性U0-d 曲线（2）作拟合直
6、线，计算线性度根据电压特性U0-d 曲线，在线性段较好的前坡段d1:0-2.25mm 内取 15 个点重新测量，由最小二乘法绘制拟合直线U0=2.213d ，如图 2 所示：图 3 电压特性拟合直线最大偏差公式如式1）：1）可计算出位移传感器校准曲线与拟合直线间的最大偏差Lmax=0.248 ；由于线性度公式如式2）： 2 ）其中 UFS=4.67 ，可求出线性度误差rL=5.31%。（3）计算静态响应灵敏度在线性段较好的前坡段d1:0-2.25mm 内，做三次静态响应，记录数据如表2 所示：表 2精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4
7、 页，共 6 页个人资料整理仅限学习使用5 / 6 d 0 0.25 0.5 0.75 1.0 1.25 1.5 1.75 2.0 2.25 U1 0.14 0.48 1.20 1.83 2.42 3.02 3.55 4.04 4.43 4.75 U2 0.16 0.52 1.20 1.81 2.39 3.03 3.55 4.04 4.42 4.74 U3 0.18 0.51 1.22 1.84 2.43 3.05 3.59 4.06 4.46 4.77 根 据 以 上 数 据 可 绘 制 静 态 响 应 曲 线 ， 由 于 输 出 增 量 Rmax=0.04mm, 输 入 增 量UFS=4.
8、77 ，由灵敏度的计算公式3）：3）可以求出静态响应的灵敏度R=0.84% 。（4）计算重复性误差在线性段较好的前坡段d1:0-2.25mm 内，做二次往返的静态响应，记录数据如表 3 所示：D1 0 0.25 0.5 0.75 1.0 1.25 1.5 1.75 2.0 2.25 U1 0.32 0.62 1.31 1.96 2.55 3.17 3.55 4.16 4.56 4.88 U10.32 0.49 1.26 1.88 2.5 3.11 3.47 4.12 4.54 4.87 U2 0.31 0.61 1.30 1.94 2.56 3.21 3.77 4.28 4.66 4.98 U
9、20.30 0.58 1.30 1.93 2.55 3.20 3.79 4.26 4.63 4.95 根据以上数据可绘制静态响应曲线，由于输出最大增量Rmax=0.07mm,输入增量UFS=4.98 ，由公式可计算出重复性误差RH=1.41%。【小结】本次课程设计主要使用光纤位移传感器，分析了静态响应时的线性度、灵敏度和重复性误差，得出了输出电压与光纤探头到反射面间的距离对静态特性的具体影响，这对于进一步利用传感器进行齿轮转速等的研究具有重要意义。参考文献】1 吴松林等 . 传感器及检测技术基础. 北京：北京理工大学出版社，2009.8 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归
10、纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 6 页个人资料整理仅限学习使用6 / 6 2 李泽蓉，谢永春，周丹. 机械设计制造及其自动化专业应用型创业人才培养模式研究与实践 J.攀枝花学院学报 2009 4 吴文君 , 欧伟明 . I2C接囗芯片AD7416温度采样汇编语言程序设计J. 微计算机信息, 2005,(05 5 孙秀娟 , 赵昌洪 , 陈支龙 . 数字式温度传感器AD7416 及其应用 J. 电子产品世界, 2002,(Z2 6 李明 , 杨文昭 . 数字温度传感器AD7416 及其应用J. 国外电子元器件 , 2001, (077 Charles Knapp,Gliffor
11、d Carter. The generalized correlation method for estimation of time delayJ. IEEE Trans. ASSP. 1976,24(4:320-327. 8 Daigle G A, Piercy J E, Embleton T F W. Line-of-sight propagation through atmospheric turbulence near groundJ. J Acoust Soc Am,1983,74(5:1505-1513. 指导教师评语及成绩：评语：指导教师签名：批阅日期 :2018 年月日申明：所有资料为本人收集整理，仅限个人学习使用，勿做商业用途。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 6 页