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1、福建农林大学计算机与信息学院福建农林大学计算机与信息学院信息工程类信息工程类实验报告实验报告课程名称：姓名：系：专业：年级：学号：指导教师：职称：传感器技术吕志缘电子信息工程系电子信息工程2014 级副教授2016 年12月 30日实验项目列表序号1234567891011121314151617181920实验项目名称实验一 金属箔式应变片：单臂、半桥、全桥比较实验二 差动变压器性能成绩指导教师易金聪易金聪易金聪易金聪实验三 差动变面积式电容传感的静态及动态特性实验四 霍尔式传感器的直流激励静态位移特性福建农林大学计算机与信息学院信息工程类实验报告福建农林大学计算机与信息学院信息工程类实验报
2、告系：电子信息工程专业：电子信息工程年级：2014 级姓名：吕志缘学号：3146004063实验课程：传感器技术实验室号：田实 410实验设备号：实验时间：2016.11.29/12.6指导教师签字：易金聪成绩：实验一 金属箔式应变片：单臂、半桥、全桥比较1 1实验目的和要求实验目的和要求本实验为验证性实验，目的是验证单臂、半桥、全桥的性能及相互之间关系；比较单臂、半桥、全桥输出时的灵敏度并得出相应的结论。2 2实验原理实验原理已知单臂、半桥和全桥电路的R 分别为R、2R、4R。根据戴维南定理可以得出单RRR臂电桥的输出电压近似等于UO1EKu，于是对应半桥和全桥的电压灵敏度分别为EKu和EK
3、u。42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。3 3主要仪器设备（实验用的软硬件环境）主要仪器设备（实验用的软硬件环境）ZY13Sens12BB 型传感器技术实验仪，包括直流稳压电源、差动放大器、电桥、电压表、测微头、双平行梁、应变片、主、副电源等。4 4操作方法与实验步骤操作方法与实验步骤（1）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电压表的输入插口 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电压表显示为零，关闭主、副电源，拆去实验连线。（2）按图 1-1 接
4、线，图中 R4 为应变片，r 及 W1 为调平衡网络。（3）调整测微头使测微头与双平行梁吸合，并使双平行梁处于水平位置（目测），然后将直流稳压电源打到4V 档，选择适当的放大增益。调整电桥平衡电位器 W1，使表头显示为零（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 1-1，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 使电压表显示表显示为零，重复 4 过程同样测得读数，填入下表 1-2。（6）
5、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 同样使电压表显示为零。重复 4 过程将读出数据填入下表 1-3。（7）在同一坐标系中作出 X-V 曲线，比较三种接法的灵敏度。图 1-15 5实验内容及实验数据记录实验内容及实验数据记录表 1-1位移（mm）0电压（mv）00.510.80.526.20.5100.8124.1表 1-2位移（mm）0电压（mv）0151表 1-3位移（mm）0电
6、压（mv）58.31142.21.5183.22224.12.5263.11.572.2299.42.51221.533.0245.52.566.36 6实验数据处理与分析实验数据处理与分析7 7质疑、建议、问题讨论质疑、建议、问题讨论单臂电桥、半桥、全桥的灵敏度有何关系？在相同形变量下，半桥灵敏度约是单臂的两倍，全桥灵敏度越是半桥的两倍，即约为全桥的四倍。福建农林大学计算机与信息学院信息工程类实验报告福建农林大学计算机与信息学院信息工程类实验报告系：电子信息工程专业：电子信息工程年级：2014 级姓名：吕志缘学号：3146004063实验课程：传感器技术实验室号：田实 410实验设备号：实验
7、时间：2016.11.29/12.6指导教师签字：易金聪成绩：实验二 差动变压器性能1 1实验目的和要求实验目的和要求本实验为验证性实验，目的是了解差动变压器原理及工作特性，验证变压器式电感传感器的原理和工作特性。2 2实验原理实验原理差动变压器由一只初级线圈和二只次级线圈及一个铁芯组成，根据内外层排列不同，有二段式和三段式，本实验采用三段式结构。当传感器随着被测体移动时，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感应电势产生变化，一只次级感应电势增加，另一只感应电势则减少，将两只次级反向串接（同名端连接），就引出差动输出。其输出电势反映出被测体的移动量。3 3主要仪器设备（实验用的
8、软硬件环境）主要仪器设备（实验用的软硬件环境）ZY13Sens12BB 型传感器技术实验仪，包括音频振荡器、测微头、示波器、主、副电源、差动变压器（两副边 L0 的下端为同名端）、振动平台等。4 4操作方法与实验步骤操作方法与实验步骤（1）根据图2-1 接线，将差动变压器、音频振荡器（必须LV输出）、双线示波器连接起来，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端和输出端，观察差动变压器原边线圈音频振荡器激励信号峰峰值为 2V。（2）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。（3）往下旋动测微头，使振动平台产生位移。每位移0.2
9、mm，用示波器读出差动变压器输出端的峰峰值填入下表 2-1，根据所得数据计算灵敏度（SV，式中V为电压变化，XX为相应振动平台的位移变化），作出关系曲线。图 2-15 5实验内容及实验数据记录实验内容及实验数据记录X(mm)5mmVo(p-p)2104.8mm4.6mm2302560.2mm0mm350408表 2-1-0.2mm420-4.8mm-5mm5465616 6实验数据处理与分析实验数据处理与分析7 7质疑、建议质疑、建议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端信号为最小，这个最小电压称作什么？由于什么原因造成的？答:最小电压被称为零点残余电压。当活动衔铁向上
10、移动时，同于磁阻的影响，2a 中磁通将大于2b，使 M1M2，因而 E2 增加，而 E2b 减小。反之，E2b 增加，E2a 减小，因为U2E2a-E2b，所以当 E2a、E2b 随着衔铁位移 x 变化时，U2 也必将随 x 变化。零点残余电压的产生的原因主要是传感器的两次级绕组的电气参数与几何尺寸不对称，以及磁性材料的非线性等问题引起的。福建农林大学计算机与信息学院信息工程类实验报告福建农林大学计算机与信息学院信息工程类实验报告系：电子信息工程专业：电子信息工程年级：2014 级姓名：吕志缘学号：3146004063实验课程：传感器技术实验室号：田实 410实验设备号：实验时间：2016.1
11、1.29/12.6指导教师签字：易金聪成绩：实验三 差动变面积式电容传感的静态及动态特性1 1实验目的和要求实验目的和要求本实验为验证性实验，目的是了解差动变面积式电容传感器的原理及其特性，利用差动变面积式电容传感器的特性进行静态位移测量及动态测量。2 2实验原理实验原理电容式传感器有多种形式，本仪器中是差动平行变面积式。传感器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，与两组静片之间的相对面积发生变化，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定为 CX1，下层定片与动片形成的电容定为 CX2，当将 CX1 和 CX2 接入双 T 型桥路作为相邻两
12、臂时，桥路的输出电压与电容量的变化有关，即与振动台的位移有关。3 3主要仪器设备（实验用的软硬件环境）主要仪器设备（实验用的软硬件环境）ZY13Sens12BB 型传感器技术实验仪，包括电容传感器、电压放大器、低通滤波器、电压表、激振器、示波器等。4 4操作方法与实验步骤操作方法与实验步骤（1）根据图 3-1 接线。（2）电压表打到 2V，调节测微头，使输出为零。图 3-1（3）以此为起点，向上和向下转动测微头,每次 0.5mm，记下此时测微头的读数及电压表的读数填入表 3-1，直至电容动片与上(或下)静片复盖面积最大为止。（4）退回测微头至初始位置。并开始以相反方向旋动。同上法，记下 X(m
13、m)及 V(mv)值，填入表 3-2。（5）计算系统灵敏度。（SV，式中V为电压变化，X为相应相应的梁端位移变化），X并作出关系曲线。（6）卸下测微头，断开电压表，接通激振器，用示波器观察输出波形。5 5实验内容及实验数据记录实验内容及实验数据记录表 3-1位移(mm)00.2510800.522050.753202表 3-2位移(mm)00.25-8900.5-19600.75-30301-41801.25-52601.5-6302电压（mV）0142551.2553201.56460电压（mV）06 6实验数据处理与分析实验数据处理与分析实验中可以发现当差动电容的动片位置上下移动时，与两组
14、静片之间的重叠面积发生改变，从而引起极间电容发生改变使电路输出变化，实现传感功能7 7质疑、建议、问题讨论质疑、建议、问题讨论如果不着重调整电容片的相对位置，会有什么现象？会发生发热、鼓包、烧毁福建农林大学计算机与信息学院信息工程类实验报告福建农林大学计算机与信息学院信息工程类实验报告系：电子信息工程专业：电子信息工程年级：2014 级姓名：吕志缘学号：3146004063实验课程：传感器技术实验室号：田实 410实验设备号：实验时间：2016.11.29/12.6指导教师签字：易金聪成绩：实验四 霍尔式传感器的直流激励静态位移特性1 1实验目的和要求实验目的和要求本实验的目的是了解霍尔式传感
15、器的原理与特性，利用霍尔式传感器的特性在直流激励下测量静态位移。2 2实验原理实验原理霍尔式传感器是由工作在四个方形磁钢组成的梯度磁场和位于磁场中的霍尔元件组成。当霍尔元件通以恒定电流时，霍尔元件就有电势输出。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态位移。3 3主要仪器设备（实验用的软硬件环境）主要仪器设备（实验用的软硬件环境）ZY13Sens12BB 型传感器技术实验仪，包括霍尔片、磁路系统、电桥、差动放大器、电压表、直流稳压电源、测微头、振动平台、主、副电源等。4 4操作方法与实验步骤操作方法与实验步骤
16、（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。霍尔片安装在实验仪的振动圆盘上，四个方形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，增益置最小，关闭主电源，根据图 4-1 接线，W1、r 为电桥单元的直流电桥平衡网络。图 4-1（3）安装好测微头，调节测微头与振动台吸合并使霍尔片置于方形磁钢上下之间正中位置；开启主、副电源调整 W1 使电压表指示为零。（4）上下旋动测微头，记下电压表的读数，每隔一定距离读一个数，将读数填入下表4-1，作出曲线指出线性范围，求出灵敏度。（5）实验完毕，关闭主、副电源，各旋钮置初始位置。5 5实验内容及实验数据记录实验内容及实验数据记录表 4-1X(mm)V(v)X(mm)V(v)X(mm)V(v)0.20.7391.00.0851.8-0.4650.40.5231.2-0.082.0-0.5750.60.3471.4-0.2350.80.1771.6-03546 6实验数据处理与分析实验数据处理与分析7 7质疑、建议、问题讨论质疑、建议、问题讨论霍尔传感器的特点？既能够测量交流又能够测量直流，应用广泛，霍尔传感器还具有体积小、重量轻、灵敏度高、抗电磁干扰能力强的优点。缺点：互换性差，信号随温度变化，非线性输出，最好用单片机进行非线性和温度校正。