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1、THQC-2 型传感器系统综合实验仪天煌科技天煌教仪1目目录录目录.1实验一金属箔式应变片单臂电桥性能实验.2实验二金属箔式应变片半桥性能实验.4实验三金属箔式应变片全桥性能实验.6实验四移相实验.8实验五相敏检波实验.9实验六交流全桥性能测试实验.12实验七扩散硅压阻式压力传感器压力实验.14实验八差动电感性能实验.16实验九电容式传感器位移特性实验.18实验十电容传感器动态特性实验.20实验十一霍尔传感器位移特性实验.21实验十二磁电式传感器振动实验.23实验十三压电式传感器振动实验.24实验十四电涡流传感器位移特性实验.26实验十五电涡流传感器振动实验.28实验十六光纤传感器位移特性实验
2、.29实验十七光电转速传感器转速测量实验.31实验十八铂热电阻温度特性实验.32实验十九K 型热电偶温度特性实验.33实验二十正温度系数热敏电阻（PTC）温度特性实验.35实验二十一负温度系数热敏电阻（NTC）温度特性实验.36实验二十二PN 结温度特性实验.37实验二十三气敏（酒精）传感器实验.38实验二十四湿敏传感器实验.39THQC-2 型传感器系统综合实验仪天煌科技天煌教仪2实验一实验一金属箔式应变片金属箔式应变片单臂电桥性能实验单臂电桥性能实验一、实验目的一、实验目的了解金属箔式应变片的应变效应，单臂电桥工作原理和性能。二、实验仪器二、实验仪器双杆式悬臂梁应变传感器、电压温度频率表、
3、直流稳压电源（4V）、差动放大器、电压放大器、万用表（自备）三、实验原理三、实验原理电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应，描述电阻应变效应的关系式为kRRkRR（1-1）式中RRRR为电阻丝电阻相对变化；k k为应变系数；llll为电阻丝长度相对变化。金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件。如图 1-1 所示，将四个金属箔应变片(R1、R2、R3、R4)分别贴在双杆式悬臂梁弹性体的上下两侧，弹性体受到压力发生形变，应变片随悬臂梁形变被拉伸或被压缩。图 1-1 双杆式悬臂梁称重传感器结构图通过这些应变片转换悬臂梁被测部位受力状态变化，可将应变片
4、串联或并联组成电桥。如图 1-2 信号调理电路所示，R5=R6=R7=R 为固定电阻，与应变片一起构成一个单臂电桥，其输出电压RRRREU211/40RRRREU211/40（1-2）E为电桥电源电压；式 1-2 表明单臂电桥输出为非线性，非线性误差为 L=%10021RR%10021RR。THQC-2 型传感器系统综合实验仪天煌科技天煌教仪3图 1-2 单臂电桥面板接线图四、实验内容与步骤四、实验内容与步骤1悬臂梁上的各应变片已分别接到面板左上方的 R1、R2、R3、R4 上，可用万用表测量判别，R1=R2=R3=R4=350。2按图 1-2 接好“差动放大器”和“电压放大器”部分，将“差动
5、放大器”的输入端短接并与地相连，“电压放大器”输出端接电压温度频率表（选择 U），开启直流电源开关。将“差动放大器”的增益调节电位器与“电压放大器”的增益调节电位器调至中间位置（顺时针旋转到底后逆时针旋转 5 圈），调节调零电位器使电压温度频率表显示为零。关闭“直流电源”开关。（两个增益调节电位器的位置确定后不能改动）3按图 1-2 接好所有连线，将应变式传感器 R1 接入“电桥”与 R5、R6、R7 构成一个单臂直流电桥。“电桥”输出接到“差动放大器”的输入端，“电压放大器”的输出接电压温度频率表。预热两分钟。(直流稳压电源的 GND1 要与放大器共地)4将千分尺向下移动，使悬臂梁处于平直状
6、态，调节 Rw1 使电压温度频率表显示为零（选择 U）。5移动千分尺向下移 0.5mm，读取数显表数值，依次移动千分尺向下移 0.5mm 读取相应的数显表值，直到向下移动 5mm，记录实验数据填入表 1-1。表 1-1位移(mm)0.511.522.533.544.55电压(mV)6实验结束后，将千分尺向上旋转，使悬臂梁恢复平直状态，关闭实验台电源，整理好实验设备。五、实验报告五、实验报告1.根据实验所得数据绘制出电压位移曲线，并计算其线性度。2.根据实验内容试设计一种电子秤。六、注意事项六、注意事项实验所采用的弹性体为双杆式悬臂梁称重传感器，量程较小。因此，加在传感器上的压力不应过大，以免造
7、成应变传感器的损坏！THQC-2 型传感器系统综合实验仪天煌科技天煌教仪4实验二实验二金属箔式应变片金属箔式应变片半桥性能实验半桥性能实验一、实验目的一、实验目的比较半桥与单臂电桥的不同性能，了解其特点。二、实验仪器二、实验仪器同实验一三、实验原理三、实验原理不同受力方向的两只应变片（R1、R2）接入电桥作为邻边，如图 2-1。电桥输出灵敏度提高，非线性得到改善，当两只应变片的阻值相同、应变系数也相同时，半桥的输出电压为RREkEU220RREkEU220（2-1）式中RRRR为电阻丝电阻相对变化；k k为应变系数；llll为电阻丝长度相对变化；E为电桥电源电压。式 2-1 表明，半桥输出与应
8、变片阻值变化率呈线性关系。图 2-1 半桥面板接线图四、实验内容与步骤四、实验内容与步骤1应变传感器已安装在悬臂梁上，可参考图 1-1。2按图 2-1 接好“差动放大器”和“电压放大器”电路。“差动放大器”的调零，参考实验一步骤 2。3按图 2-1 接好所有连线，将受力相反的两只应变片 R1、R2 接入电桥的邻边。4参考实验一步骤 4。5移动千分尺向下移 0.5mm，读取数显表数值，依次移动千分尺向下移 0.5mm 和读取相THQC-2 型传感器系统综合实验仪天煌科技天煌教仪5应的数显表值，直到向下移动 5mm，记录实验数据填入表 2-1。表 2-1位移(mm)0.511.522.533.54
9、4.55电压(mV)6实验结束后，将千分尺向上旋转，使悬臂梁恢复平直状态，关闭实验台电源，整理好实验设备。五、实验报告五、实验报告1.根据实验所得数据绘制出电压位移曲线，并计算其线性度。2.根据实验内容试设计一种电子秤。六、思考题六、思考题半桥测量时非线性误差的原因是什么？七、注意事项七、注意事项实验所采用的弹性体为双杆式悬臂梁称重传感器，量程较小。因此，加在传感器上的压力不应过大，以免造成应变传感器的损坏！THQC-2 型传感器系统综合实验仪天煌科技天煌教仪6实验三实验三金属箔式应变片金属箔式应变片全桥性能实验全桥性能实验一、实验目的一、实验目的了解全桥测量电路的优点。二、实验仪器二、实验仪
10、器同实验一三、实验原理三、实验原理全桥测量电路中，将受力性质相同的两只应变片接到电桥的对边，不同的接入邻边，如图3-1，当应变片初始值相等，变化量也相等时，其桥路输出Uo=RRE（3-1）式中E为电桥电源电压。RRRR为电阻丝电阻相对变化；式 3-1 表明，全桥输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差得到进一步改善。图 3-1 全桥面板接线图四、实验内容与步骤四、实验内容与步骤1 应变传感器已安装在悬臂梁上，R1、R2、R3、R4 均为应变片，可参考图 1-1。2 按图 3-1 先接好“差动放大器”和“电压放大器”部分，“差动放大器”的调零参照实验一步骤 2。3按图 3-1 接好所有连线，将应
11、变片接入电桥，参考实验一步骤 4。4移动千分尺向下移 0.5mm，读取数显表数值，依次移动千分尺向下移 0.5mm 和读取相应的数显表值，直到向下移动 5mm，记录实验数据填入表 3-1。THQC-2 型传感器系统综合实验仪天煌科技天煌教仪7表 3-1位移(mm)0.51.01.522.533.544.55电压(mV)5实验结束后，将千分尺向上旋转，使悬臂梁恢复平直状态，关闭实验台电源，整理好实验设备。五、实验报告五、实验报告1根据实验所得数据绘制出电压位移曲线，并计算其线性度。2根据实验内容试设计一种电子秤。3比较单臂、半桥、全桥三者的特性曲线，分析他们之间的差别。六、思考题六、思考题全桥测
12、量中，当两组对边（R1、R3 为对边）电阻值 R 相同时，即 R1R3，R2R4，而R1R2 时，是否可以组成全桥？七、注意事项七、注意事项实验所采用的弹性体为双杆式悬臂梁称重传感器，量程较小。因此，加在传感器上的压力不应过大，以免造成应变传感器的损坏！THQC-2 型传感器系统综合实验仪天煌科技天煌教仪8实验四实验四移相实验移相实验一、实验目的一、实验目的了解移相电路的原理和应用。二、实验仪器二、实验仪器移相器、信号源、示波器（自备）三、实验原理三、实验原理由运算放大器构成的移相器原理图如下图所示：图 4-1 移相器原理图通过调节 Rw，改变 RC 充放电时间常数，从而改变信号的相位。四、实
13、验步骤四、实验步骤1 将“信号源”的 US100幅值调节为 6V，频率调节电位器逆时针旋到底，将 US100与“移相器”输入端相连接。2 打开“直流电源”开关，“移相器”的输入端与输出端分别接示波器的两个通道，调整示波器，观察两路波形。3 调节“移相器”的相位调节电位器，观察两路波形的相位差。4 实验结束后，关闭实验台电源，整理好实验设备。五、实验报告五、实验报告根据实验现象，对照移相器原理图分析其工作原理。六、注意事项六、注意事项实验过程中正弦信号通过移相器后波形局部有失真，这并非仪器故障。THQC-2 型传感器系统综合实验仪天煌科技天煌教仪9实验五实验五相敏检波实验相敏检波实验一、实验目的
14、一、实验目的了解相敏检波电路的原理和应用。二、实验仪器二、实验仪器移相器、相敏检波器、低通滤波器、信号源、示波器（自备）、电压温度频率表三、实验原理三、实验原理开关相敏检波器原理图如图 5-1 所示，示意图如图 5-2 所示：图 5-1 检波器原理图图 5-2 检波器示意图图 5-1 中 Ui 为输入信号端，AC 为交流参考电压输入端，Uo 为检波信号输出端，DC 为直流参考电压输入端。当 AC、DC 端输入控制电压信号时，通过差动电路的作用使、处于开或关的状态，从而把 Ui 端输入的正弦信号转换成全波整流信号。输入端信号与 AC 参考输入端信号频率相同，相位不同时，检波输出的波形也不相同。当
15、两者相位相同时，输出为正半周的全波信号，反之，输出为负半周的全波信号。四、实验步骤四、实验步骤1 打开“直流电源”开关，将“信号源”US100输出调节为 1kHz，Vp-p8V 的正弦信号（用示波器检测），然后接到“相敏检波器”输入端 Ui。2 将直流稳压电源的波段开关打到“4V”处，然后将“U+”“GND1”接“相敏检波器”的“DC”“GND”。THQC-2 型传感器系统综合实验仪天煌科技天煌教仪103 示波器两通道分别接“相敏检波器”输入端 Ui、输出端 Uo，观察输入、输出波形的相位关系和幅值关系。4 改变 DC 端参考电压的极性（将直流稳压电源处的“U-”接到相敏检波器的“DC”端），
16、观察输入、输出波形的相位和幅值关系。5 由以上可以得出结论：当参考电压为正时，输入与输出同相，当参考电压为负时，输入与输出反相。6 去掉 DC 端连线，将信号源 US100接到“移相器”输入端 Ui，“移相器”的输出端接到“相敏检波器”的 AC 端，同时将信号源 US100输出接到“相敏检波器”的输入端 Ui。7 用示波器两通道观察、的波形。可以看出，“相敏检波器”中整形电路的作用是将输入的正弦波转换成方波，使相敏检波器中的电子开关能正常工作。8 将“相敏检波器”的输出端与“低通滤波器”的输入端连接，如图 5-4（图 5-3 为低通滤波器的原理图），“低通滤波器”输出端接电压温度频率表（选择
17、U）。9 示波器两通道分别接“相敏检波器”输入、输出端。10 调节移相器“相位调节”电位器，使电压表显示最大。11调节信号源 US100幅度调节电位器，测出“相敏检波器”的输入 Vp-p 值与输出直流电压 UO的关系，将实验数据填入下表。12 将“相敏检波器”的输入信号 Ui 从 US100转接到 US11800。得出“相敏检波器”的输入信号 Vp-p 值与输出直流电压 UO1的关系，并填入下表。表 5-1输入 Vp-p(V)12345678910输出 UO（V）输出 UO1（V）13 实验结束后，关闭实验台电源，整理好实验设备。图 5-3 低通滤波器原理图图 5-4 低通滤波器示意图五、实验
18、报告五、实验报告THQC-2 型传感器系统综合实验仪天煌科技天煌教仪11根据实验所得的数据，作出相敏检波器输入输出曲线（Vp-pVo、Vo1），对照移相器、相敏检波器原理图分析其工作原理。THQC-2 型传感器系统综合实验仪天煌科技天煌教仪12实验六实验六交流全桥性能测试实验交流全桥性能测试实验一、实验目的一、实验目的了解交流全桥电路的原理。二、实验仪器二、实验仪器应变传感器、移相器、相敏检波器、低通滤波器，差动放大器，电压放大器，信号源，示波器（自备），电压温度频率表三、实验原理三、实验原理图 6-1 是交流全桥的一般形式。设各桥臂的阻抗为 Z1Z4，当电桥平衡时，Z1 Z3=Z2Z4，电桥
19、输出为零。若桥臂阻抗相对变化为Z1/Z1、Z2/Z2、Z3/Z3、Z4/Z4，则电桥的输出与桥臂阻抗的相对变化成正比。交流电桥工作时增大相角差可以提高灵敏度，传感器最好是纯电阻性或纯电抗性的。交流电桥只有在满足输出电压的实部和虚部均为零的条件下才会平衡。图 6-1交流全桥接线图四、实验步骤四、实验步骤1 轻按住悬臂梁，向上调节千分尺，使千分尺远离悬臂梁。2 打开“直流电源”，调节信号源使 US100输出 1kHz，Vp-p8V 正弦信号。3 将“差动放大器”的输出接到“电压放大器”的输入，“电压放大器”输出接电压温度频率表（选择 U）。调节“差动放大器”和“电压放大器”的增益调节电位器调到最大
20、（顺时针旋到底）。将“差动放大器”输入短接，调节调零电位器，使电压温度频率表显示为零。4 取下“差动放大器”输入端的短接线。按图 6-1 接好所有连线，将应变传感器接入电桥，GND3 与放大器共地。将 US100接到移相器的输入端，移相器输出端接相敏检波器的 AC端。电压放大器的输出接相敏检波器的输入端，相敏检波器输出端接滤波器的输入端，滤波器的输出端接电压温度频率表（选择 U）。5 用手轻压悬臂梁到最低，调节“相位调节”电位器使“相敏检波器”输出端波形成为首尾相接的全波整流波形，然后放手，调节千分尺与悬臂梁相接触，并使悬臂梁恢复至水平位置，再调节电桥中 Rw1 和 Rw2 电位器，使系统输出
21、电压为零，此时桥路的灵敏度最高。THQC-2 型传感器系统综合实验仪天煌科技天煌教仪136 移动千分尺向下移 0.5mm，读取数显表数值，依次移动千分尺向下移 0.5mm 和读取相应的数显表值，直到向下移动 5mm，记录实验数据填入下表：表 6-1位移(mm)0.51.01.52.2.533.544.55电压(mV)5实验结束后，关闭实验台电源，整理好实验设备。五、实验报告五、实验报告1根据实验所得数据绘制出电压位移曲线，并计算其线性度。2根据实验内容试设计一种电子秤。六、注意事项六、注意事项实验所采用的弹性体为双杆式悬臂梁称重传感器，量程较小。因此，加在传感器上的压力不应过大，以免造成应变传
22、感器的损坏！THQC-2 型传感器系统综合实验仪天煌科技天煌教仪14实验七实验七扩散硅压阻式压力传感器压力实验扩散硅压阻式压力传感器压力实验一、实验目的一、实验目的了解扩散硅压阻式压力传感器测量压力的原理与方法。二、实验仪器二、实验仪器压力传感器、气室、气压表、差动放大器、电压放大器、电压温度频率表三、实验原理三、实验原理在具有压阻效应的半导体材料上用扩散或离子注入法，可以制备各种压力传感器。摩托罗拉公司设计出 X 形硅压力传感器，如图 7-1 所示，在单晶硅膜片表面形成 4 个阻值相等的电阻条。将它们连接成惠斯通电桥，电桥电源端和输出端引出，用制造集成电路的方法封装起来，制成扩散硅压阻式压力
23、传感器。扩散硅压力传感器的工作原理如图 7-1，在 X 形硅压力传感器的一个方向上加偏置电压形成电流i i，当敏感芯片没有外加压力作用，内部电桥处于平衡状态，当有剪切力作用时（本实验采用改变气室内的压强的方法改变剪切力的大小），在垂直于电流方向将会产生电场变化iEiE，该电场的变化引起电位变化，则在与电流方向垂直的两侧得到输出电压Uo。idEdUOidEdUO（7-1）式中 d 为元件两端距离。实验接线图如图 7-2 所示，MPX10 有 4 个引出脚，1 脚接地、2 脚为 Uo+、3 脚接+5V 电源、4 脚为 Uo-；当 P1P2 时，输出为正；P1P2 时，输出为负（P1 与 P2 为传
24、感器的两个气压输入端所产生的压强）。图 7-1 扩散硅压力传感器原理图THQC-2 型传感器系统综合实验仪天煌科技天煌教仪15图 7-2 扩散硅压力传感器接线图四、实验内容与步骤四、实验内容与步骤1 按图 7-2 接好“差动放大器”与“电压放大器”，“电压放大器”输出端接电压温度频率表（选择 U，20V 档），打开直流电源开关。（将“220V 直流稳压电源”输出调为 5V）2 调节“差动放大器”与“电压放大器”的增益调节电位器到中间位置并保持不动，用导线将“差动放大器”的输入端短接，然后调节调零电位器使电压温度频率表显示为零。3 取下短路导线，并按图 7-2 连接“压力传感器”。4 气室的活塞
25、退回到刻度“17”的小孔后，使气室的压力相对大气压均为 0，气压计指在“零”刻度处，调节调零电位器使电压温度频率表显示为零。增大输入压力到 0.005MPa，每隔 0.005Mpa 记下“电压放大器”输出的电压值 U。直到压强达到 0.1Mpa；填入下表。表 7-1P(kP)5101520253035404550U（V）P(kP)556065707580859095100U（V）5 实验结束后，关闭实验台电源，整理好实验设备。五、实验报告五、实验报告1.根据实验所得数据，计算压力传感器输入输出（PU）曲线，并计算其线性度。2.根据实验内容，试设计电子气压计。THQC-2 型传感器系统综合实验仪
26、天煌科技天煌教仪16实验八实验八差动电感性能实验差动电感性能实验一、实验目的一、实验目的了解差动电感的工作原理和特性。二、实验仪器二、实验仪器差动电感、测微头、差动放大器、信号源、示波器（自备）三、实验原理三、实验原理差动电感由一只初级线圈和两只次级线圈及一个铁芯组成。铁芯连接被测物体。移动线圈中的铁芯，由于初级线圈和次级线圈之间的互感发生变化促使次级线圈的感应电动势发生变化，一只次级线圈的感应电动势增加，另一只次级线圈的感应电动势则减小，将两只次级线圈反向串接（同名端连接）引出差动输出，则输出的变化反映了被测物体的移动量。四、实验内容与步骤四、实验内容与步骤1 差动电感已经根据图 8-1 安
27、装在传感器固定架上。图 8-1 差动变压器安装图THQC-2 型传感器系统综合实验仪天煌科技天煌教仪17图 8-2 差动电感接线图2 将“信号源”“Us10”输出接至 L1，打开“直流电源”开关，调节 Us1的频率和幅度（用示波器监测），使输出信号频率为（4-5）kHz，幅度为 Vp-p=2V，按图 8-2 接线。3 将“差动放大器”的增益调到最大（增益调节电位器顺时针旋到底）。4 用示波器观测“差动放大器”的输出，旋动实验台中右侧的千分尺，用示波器观测到的波形峰峰值 Vp-p 为最小，这时可以上下位移，假设向上移动为正位移，向下移动为负，从 Vp-p 最小开始旋动测微头，每隔 0.2mm 从
28、示波器上读出输出电压 Vp-p 值，填入表 8-1，再从 Vp-p 最小处反向位移做实验，在实验过程中，注意上、下位移时，初、次级波形的相位关系。表 8-1X(mm)-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.8Vp-p(V)5 实验结束后，关闭实验台电源，整理好实验设备。五、实验报告五、实验报告1.实验过程中注意差动电感输出的最小值即为差动电感的零点残余电压大小。根据表 81画出 Vp-pX 曲线。2.分析一下该测试电路的误差来源。六、注意事项六、注意事项实验过程中加在差动电感原边的音频信号幅值不能过大，以免烧毁差动电感传感器。THQC-2 型传感器系统综合实验仪天煌科技天煌教仪
29、18实验九实验九电容式传感器位移特性实验电容式传感器位移特性实验一、实验目的一、实验目的了解电容传感器的结构及特点。二、实验仪器二、实验仪器电容传感器、电容变换器、测微头、电压温度频率表三、实验原理三、实验原理电容式传感器是指能将被测物理量的变化转换为电容量变化的一种传感器它实质上是具有一个可变参数的电容器。利用平板电容器原理：dSdSCr0dSdSCr0（9-1）式中，S 为极板面积，d 为极板间距离，0为真空介电常数，r为介质相对介电常数，由此可以看出当被测物理量使 S、d 或r发生变化时，电容量 C 随之发生改变，如果保持其中两个参数不变而仅改变另一参数，就可以将该参数的变化单值地转换为
30、电容量的变化。所以电容传感器可以分为三种类型：改变极间距离的变间隙式，改变极板面积的变面积式和改变介电常数的变介电常数式。这里采用变面积式，如图 9-1，两只平板电容器共享一个下极板，当下极板随被测物体移动时，两只电容器上下极板的有效面积一只增大，一只减小，将三个极板用导线引出，形成差动电容输出。通过处理电路将电容的变化转换成电压变化，进行测量。图 9-1 电容传感器内部结构示意图四、实验内容与步骤四、实验内容与步骤1 电容传感器已经按图 9-2 安装在实验台。图 9-2 电容传感器安装示意图THQC-2 型传感器系统综合实验仪天煌科技天煌教仪19图 9-3 电容传感器接线图2 将底面板上“电
31、容传感器”与“电容变换器”相连，“电容变换器”的输出接到电压温度频率表（选择 U）。（注：此处应选用三根相同长度的实验导线，而且越短越好。）3 打开“直流电源”开关。调节“电容变换器”的增益调节电位器到中间位置，调节螺旋测微器使得电压温度频率表显示为 0。（增益调节电位器确定后不能改动）4 调节螺旋测微器推进电容传感器的中间极板（内极板）上下移动，每隔 0.2mm 将位移值与电压温度频率表的读数填入表 9-1。表 9-1X(mm)-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.8U(V)五、实验报告五、实验报告1.根据表 9-1 的数据作做出电压位移曲线。2.试分析电容传感器转接电容变
32、换器的导线为什么要长度一致。THQC-2 型传感器系统综合实验仪天煌科技天煌教仪20实验十实验十电容传感器动态特性实验电容传感器动态特性实验一、实验目的一、实验目的了解电容传感器的动态性能的测量原理与方法。二、实验仪器二、实验仪器电容传感器、电容变换器、低通滤波器、信号源、示波器（自备）、电压温度频率表、振动源三、实验原理三、实验原理与电容传感器位移特性实验原理相同。四、实验内容与步骤四、实验内容与步骤1 将悬臂架上的千分尺升高使其远离托盘，将底面板电容传感器对应接入电容变换器中（注：选用三根相同长度的实验导线）。将“电容变换器”的输出端接“低通滤波器”的输入端，“低通滤波器”输出端接示波器。
33、电容变换器的“增益调节”电位器调到最大位置（顺时针旋到底）。图 10-1 电容传感器动态实验接线图2 打开实验台电源，将信号源 Us2接到“振动源 1”。信号源 Us2输出信号频率调节为“10-15Hz”之间，振动幅度调到最大。3 用电压温度频率表（选择“F”）监测 Us2的频率。4 调节信号源改变输出频率，用示波器测出“低通滤波器”输出波形的峰-峰值。填入下表。表 10-1振动频率(Hz)1010.511.011.512.012.513.013.514.0Vp-p(mV)五、实验报告五、实验报告1.作电容传感器 F-Vp-p 曲线，找出振动源的固有频率。2.分析一下该测试电路的误差来源。TH
34、QC-2 型传感器系统综合实验仪天煌科技天煌教仪21实验十一实验十一霍尔传感器位移特性实验霍尔传感器位移特性实验一、实验目的一、实验目的了解霍尔传感器的原理与应用。二、实验仪器二、实验仪器霍尔传感器、测微头、电桥、差动放大器、电压温度频率表、直流稳压电源（4V）三、实验原理三、实验原理根据霍尔效应，霍尔电势 UH=KHIB，其中 KH为霍尔系数，由霍尔材料的物理性质决定，当通过霍尔组件的电流 I 一定，霍尔组件在一个梯度磁场中运动时，就可以用来进行位移测量。四、实验内容与步骤四、实验内容与步骤1 将悬臂架上测微头向下移动，使测微头接触托盘。按图 11-1 接线（将直流稳压电源的GND1 与仪表
35、电路共地），输出 Uo 接电压温度频率表。2 将“差动放大器”的增益调节电位器调节至中间位置。3 开启“直流电源”开关，电压温度频率表选择“V”档，手动调节测微头的位置，先使霍尔片处于磁钢的中间位置（数显表大致为 0），再调节 Rw1 使数显表显示为零。4 分别向上、下不同方向旋动测微头，每隔 0.2mm 记下一个读数，直到读数近似不变，将读数填入表 11-1。表 11-1。X（mm）1.00.80.60.40.20-0.2-0.4-0.6-0.8-1.0U(mV)图 11-1 霍尔传感器位移接线图五、实验报告五、实验报告根据实验所得数据，作出 UX 曲线。THQC-2 型传感器系统综合实验仪
36、天煌科技天煌教仪22THQC-2 型传感器系统综合实验仪天煌科技天煌教仪23实验十二实验十二磁电式传感器振动实验磁电式传感器振动实验一、实验目的一、实验目的了解磁电式传感器的原理及应用。二、实验仪器二、实验仪器振动源 1、磁电式传感器、信号源、示波器（自备）、电压温度频率表、低通滤波器三、实验原理三、实验原理磁电感应式传感器是以电磁感应原理为基础，根据电磁感应定理，线圈两端的感应电动势正比于线圈所包围的磁通对时间的变化率，即dtdNdtdedtdNdtde其中 N 是线圈匝数，为线圈所包围的磁通量（本实验中当永磁磁钢接近传感器时，磁通量增加，反之，减小）。若线圈相对磁场运动速度为 v 或角速度
37、，则上式可改为 e=-NBlv 或者 e=-NBS，l为每匝线圈的平均长度；B 为线圈所在磁场的磁感应强度；S 为每匝线圈的平均截面积。四、实验内容与步骤四、实验内容与步骤1 实验台上已按图 12-1 安装好磁电感应式传感器，磁钢已经固定在支架上。将千分尺向上移动，使其远离托盘。2 如图 12-2 接线，将“信号源”Us2与“振动源 1”相连，磁电传感器接低通滤波器输入端。用电压温度频率表（选择“F”）检测 Us2 的频率。3 打开实验台电源，调节“信号源”改变输出频率，用示波器测出低通滤波器输出波形的峰-峰值。填入下表。表 12-1振动频率(Hz)10.511.011.512.012.513
38、.013.514.0Vp-p(mV)图 12-1 磁电传感器安装示意图图 12-2 磁电传感器接线图五、实验报告五、实验报告1.作出磁电传感器 F-Vp-p 曲线，找出振动源的固有频率。2.利用磁电传感器在实验中表现出来的特性，试设计一种惯性传感器。THQC-2 型传感器系统综合实验仪天煌科技天煌教仪24实验十三实验十三压电式传感器振动实验压电式传感器振动实验一、实验目的一、实验目的了解压电式传感器测量振动的原理和方法。二、实验仪器二、实验仪器振动源 2、信号源、压电传感器、低通滤波器、电荷放大器、示波器（自备）三、实验原理三、实验原理压电式传感器由惯性质量块和压电陶瓷片等组成（实验用的压电式
39、加速度计结构如图 13-1）工作时传感器与试件振动的频率相同，质量块便有正比于加速度的交变力作用在压电陶瓷片上，由于压电效应，压电陶瓷产生正比于运动加速度的表面电荷。图 13-1 压电传感器结构图四、实验内容与步骤四、实验内容与步骤1 将“振动源 2”的千分尺向上移动到 25mm 刻度处。2 按下图 13-2 接线，将面板上的“压电传感器”接口接到“电荷放大器”的输入端，将“电荷放大器”输出端接到“低通滤波器”输入端，将“低通滤波器”输出端接示波器，观察输出波形。3 将“信号源”的“Us2”接到面板的“振动源 2”，打开“直流电源”开关，调节幅度电位器到中间位置，调节频率电位器使振动梁起振。4
40、 电压温度频率表选择“F”，检测 Us2的频率。图 13-2 压电传感器振动实验接线图THQC-2 型传感器系统综合实验仪天煌科技天煌教仪255.改变低频信号源输出信号的频率，用示波器观察，并记录振动源不同振动频率下压电传感器输出波形的峰峰值 VP-P。并由此得出振动系统的共振频率。表 13-1振动频率(Hz)14.014.515.015.516.016.517.017.518.0Vp-p(mV)五、实验报告五、实验报告1.作出压电传感器 F-Vp-p 曲线，找出振动源 2 的固有频率。2.利用压电传感器在实验中表现出来的特性，试设计一种加速度传感器。六、注意事项六、注意事项当频率较小时，振动
41、幅度较小，输出波形毛剌较为严重（毛剌为机械振动产生），实验频率可从 14Hz 左右开始，实验现像较为明显。THQC-2 型传感器系统综合实验仪天煌科技天煌教仪26实验十四实验十四电涡流传感器位移特性实验电涡流传感器位移特性实验一、实验目的一、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、实验仪器二、实验仪器电涡流传感器、不锈钢反射面、涡流变换器、测微头、电压温度频率表三、实验原理三、实验原理通过高频电流的线圈产生磁场（高频电流产生电路可参照图 14-1），当有导电体接近时，因导电体涡流效应产生涡流损耗，从而使线圈两端电压发生变化。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。
42、图 14-1 涡流变换器原理图四、实验内容与步骤四、实验内容与步骤1 按图 14-2 安装电涡流传感器。图 14-2 电涡流传感器安装示意图2 将千分尺下移，使其与托盘接触，电涡流传感器移至不锈钢反射面上方与其平贴，并将锁紧螺母锁紧。THQC-2 型传感器系统综合实验仪天煌科技天煌教仪27图 14-3 电涡流传感器接线图3 按图 14-3，将面板上电涡流传感器连接到“涡流变换器”上标有“”的两端，涡流变换器输出端接电压温度频率表（选择 U）。4 打开实验台“直流电源”开关，记下电压表读数，调节千分尺使其向下移动，然后每隔 0.2mm 读一个数，直到输出几乎不变为止。将结果列入下表 14-1。表
43、 14-1X（mm）00.20.40.60.81.01.21.41.61.82.0UO(V)五、实验报告五、实验报告根据表 14-1 数据，画出 UX 曲线。THQC-2 型传感器系统综合实验仪天煌科技天煌教仪28实验十五实验十五电涡流传感器振动实验电涡流传感器振动实验一、实验目的一、实验目的了解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、不锈钢反射面、振动源、信号源、涡流变换器、示波器（自备）、低通滤波器三、实验原理三、实验原理根据电涡流传感器的动态特性和位移特性，选择合适的工作点即可测量振幅。四、实验内容与步骤四、实验内容与步骤1 上移千分尺，使其远离托盘，并根
44、据图 15-1 安装电涡流传感器，注意传感器端面与不锈钢片反射面之间的安装距离，将升降支架升至最高位置。2 将“涡流”传感器连接到“涡流变换器”上标有“”的两端。“涡流变换器”输出端接示波器。将信号源的“US2”接到“振动源 1”输入端，US2幅度调节电位器调到最大位置，打开“直流电源”开关。3 调节 Us2调频电位器，使振动源有微小振动。再慢慢调节频率使振动源振动幅度最大，同时慢慢下移升降架，使振动平台振动最大时不碰到涡流传感器底部。电压/频率显示表选择“F”，检测 Us2的频率。4“涡流变换器”输出端接“低通滤波器”的输入端，从示波器观察“低通滤波器”的输出波形，记录不同振动频率下“低通滤
45、波器”输出波形的峰峰值。图 15-1 电涡流传感器安装示意图表 15-1振动频率(Hz)10.010.511.011.512.012.513.013.514.0Vp-p(mV)五、实验报告五、实验报告根据实验所得数据，作振动频率和输出峰值曲线，得出系统的共振频率。六、注意事项六、注意事项当频率较小时，振动幅度较小，输出波形毛剌较为严重，实验频率可从 10Hz 左右开始，实验现象较为明显。THQC-2 型传感器系统综合实验仪天煌科技天煌教仪29实验十六实验十六光纤传感器位移特性实验光纤传感器位移特性实验一、一、实验目的实验目的了解反射式光纤位移传感器的原理与应用。二、实验仪器二、实验仪器Y 型光
46、纤传感器、测微头、反射面、差动放大器、电压放大器、电压温度频率表三、实验原理三、实验原理反射式光纤位移传感器是一种传输型光纤传感器。其原理如图 16-1 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，射向反射面，再被反射到接收光纤，最后由光电转换器接收，转换器接收到的光源与反射体表面的性质及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面时，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
47、达最大值点后又随两者的距离增加而减小。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 16-1 反射式光纤位移传感器原理图 16-2 光纤位移传感器安装示意图四、实验内容与步骤四、实验内容与步骤1 将千分尺下移，使其与托盘相接触，光纤传感器的安装如图 16-2 所示，光纤分叉两端插入“光纤插座”中。探头对准不锈钢反射面。按图 16-3 接线。2 调节光纤传感器的高度，使反射面与光纤探头端面紧密接触，固定光纤传感器。3 将“差动变压器”与“电压放大器”的增益调节电位器调到中间位置。打开直流电源开关。4 将“
48、电压放大器”输出端接到电压温度频率表（选择 U），仔细调节调零电位器使电压温度频率表显示为零。5 旋动测微头，使反射面与光纤探头端面距离增大，每隔.1读出一次输出电压值，填入下表。THQC-2 型传感器系统综合实验仪天煌科技天煌教仪30表 16-1X（mm）00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0Uo(V)图 16-3 光纤位移传感器接线图五、实验报告五、实验报告1.根据所得的实验数据，做出位移电压曲线，确定光纤位移传感器大致的线性范围。2.试总结在光纤传感器对位移的测量应用中被测物体的约束条件有哪些？六、注意事项六、注意事项1.实验时，请保持反射面的清洁。2.切勿将光纤
49、折成锐角，保护光纤不受损伤。THQC-2 型传感器系统综合实验仪天煌科技天煌教仪31实验十七实验十七光电转速传感器转速测量实验光电转速传感器转速测量实验一、一、实验目的实验目的了解光电转速传感器测量转速的原理及方法。二、二、实验仪器实验仪器转动源、反射式光电传感器、直流稳压电源（220V）、电压温度频率表、示波器（自备）三、三、实验原理实验原理光电式转速传感器有反射型和透射型二种，本实验装置是反射型的，传感器端有发光管和接收管，发光管发出的光被转盘上的圆孔透过，并转换成电信号。由于转盘上有 1 个透射孔，转动时将获得与转速有关的脉冲，用示波器观察频率即可得到转速值。四、四、实验内容与步骤实验内
50、容与步骤1如图 17-1 所示，光电传感器已经安装在转动源上，将直流稳压电源“U+”“U-”调至4V 并对应接至“转动源”的“+”“-”端。将“光电”传感器接至电压温度频率表（选择 F）输入。2打开“直流电源”开关，调节直流稳压电源，用不同的电压驱动转动源，待转速稳定后记录相应的转速，填入下表。图 17-1 光电测转速安装示意图表 17-1驱动电压V(V)4V6V8V10V频率(Hz)五、实验报告五、实验报告1.根据所得实验数据，绘制转速驱动电压曲线。2.试设计一种方案，使用对射式光电开关检测转盘的转速。THQC-2 型传感器系统综合实验仪天煌科技天煌教仪32实验十八实验十八铂热电阻温度特性实