《传感器的应用实验报告_基础物理实验.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《传感器的应用实验报告_基础物理实验.docx（9页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、试验 33 传感器原理及应用【试验目的】1. 了解传感器的工作原理。2. 把握声音、电压等传感器的使用方法。3. 用基于传感器的计算机数据采集系统争论电热丝的加热效率。【试验仪器】PASCO 公司 750 传感器接口 1 台，温度传感器 1 只，电流传感器 1 只，电压传感器 1 只，声音传感器 1 只，功率放大器 1 台，电阻 1 只(1k)，电容 1 只非电解电容，参数不限，二极管 1 只非稳压二极管，参数不限，导线假设干。【安全留意事项】1. 插拔传感器的时候需沿轴向平稳插拔，制止上下或左右摇动插头，否则易损坏 750接口。2. 严禁将电流传感器(Current sensor)两端口直接
2、接到 750 接口或功率放大器的信号输出端，使用时必需串联300 以上的电阻。由于电流传感器的内阻很小，直接接信号输出端则电流很大，极易损坏。3. 测量二极管特性时必需串联电阻，由于二极管的正向导通电压小于1V，不串联电阻则电流很大，简洁烧毁，也易损坏电流传感器。【原理概述】传感器有时亦被称为换能器、变换器、变送器或探测器，是指那些对被测的某一物理量、化学量或生物量的信息具有感受与检出功能，并使之依据肯定规律转换成与之对应的有用输出信号的元器件或装置。为了与现代电子技术结合在一起，通常都转换为电信号，特别是电压信号，从而将各种理化量的测量简化为统一的电压测量，易于进一步利用计算机实现各种理化量
3、的自动测量、处理和自动掌握。现在，传感技术已成为衡量一个国家科学技术进展水平的重要标志之一，与信息技术、计算机技术并称为支撑整个现代信息产业的三大支柱。有关传感器的争论也得到深入而广泛的关注，在中国期刊全文数据库中可检索到超过2 万篇题目中包含“传感器”三字的论文。因此，了解并把握一些有关传感器的基杠工作原理及特性的学问是格外重要的。1. 传感器根本构造及分类传感器一般是利用物理、化学和生物等学科的某些效应或机理依据肯定的工艺和构造研制出来的，因此不同传感器的组成细节有较大差异。但一般都由敏感元件、转换元件和其它关心部件三局部组成，根本构造如图 1 所示。按被测量的性质可分为物理量传感器、化学
4、量传感器、和生物量传感器等，本试验只介绍有关物理量的传感器。假设将物理量传感器进一步细分，还 可分为力学传感器如压力、转动、位置、速度、加速度、声音等，热学传感器如温度、温差等，电传感器如微电流、弱电压等，磁传感器如霍尔传感器，磁通等，光传感器如光功率、光谱等。可以说，随着传感器技术的进展，现在几乎每种被测物理量都有 假设干种传感器与之对应。按信号转换的机理来分，还可分为应变式、电容式、电感式、压电式、光导纤维式传感器等。按输出信号的种类又可分为模拟式和数字式传感器等。可见，传 感器的种类是格外庞杂的，为了描述的便利，我们还可以引入其它的分类方法，这里不再详 述。下面就以美国 PASCO 公司
5、生产的系列传感器为例介绍传感器的简洁应用。2750 接口及系列传感器美国 PASCO 公司生产的综合物理组合试验仪是基于750 数据接口和传感器的综合物理试验系统，可完成近 60 个根底物理试验工程。其根本组成如图2 所示，包括计算机、数据接口、传感器、被测系统四大局部。其中计算机上已安装了名为Data Studio 的掌握软件， 该软件具有采集数据，掌握试验设备，数据处理和结果输出等功能。750 接口外形如图 3 所示，后面板有 9V 电源插孔、电源开关、USB 接口；前面板有四个数字接口、三个模拟接口、两个函数信号输出端口其中一端口为接地端。传感器连接至 750 接口前面板的数字或模拟接口
6、中，通过 接口实现与计算机的通信。各种传感器作为被测试验系统的一局部，用于 测量试验过程中的各种物理量。每个试验都至少使用一种传感器。本试验供给了十种传感器， 包括电压、电流、电荷、声音、气压、拉力、光强、位移、转动等，在使用前请认真阅读试验室供给的说明书，按说明书的要求进展操作。3. 基于 750 接口的计算机数据采集系统的使用方法（1） 将 750 接口反面的开关拨至 off，插上电源。用 USB 线将接口反面的插口与计算机相连，将开关拨至on 的位置，这时 750 接口前面板上绿色的电源指示灯点亮。（2） 双击计算机桌面上的Data Studio 图标，进入掌握软件。计算机自动检测到75
7、0 接口，提示设备已预备好，可以进展试验了。主控程序界面如图4 所示。（3） 将要使用的传感器接入 750 接口的模拟或数字端口。在传感器列表中选择相应的传感器图标，单击鼠标左键并将图标拖放至相应的端口。这时，传感器的图标就显示在端口的四周，并通过一黑线与端口相连。5将传感器连接至被测试验系统中，点击据通过图表的形式在屏幕上实时显示出来。按钮就可开头记录数据了。并将数（4） 双击传感器的图标，弹出传感器参数设置窗口，按试验具体要求更改参数后点击“确定”。则数据采集系统设置完毕。每种传感器的参数都不尽一样，设置前需查阅说明书。4. 电子元器件的伏安特性电阻、电容、二极管等元器件是构成电子线路的一
8、些根本单位。在元件两端加上电压， 测量流过元件的电流随电压的变化关系，就称为元件的伏安特性。假设所加电压为直流电压， 则测量的是直流特性；相应地，假设电压为沟通电压，则测出的相位、分压幅度等参数随频 率的变化关系则称为沟通特性。生疏并把握上述元器件的交直流特性将为进一步深入学习电 子线路打下肯定的根底。【试验内容】1. 用大约 1.5 小时的时间，把握 PASCO 公司的 Data Studio 软件和基于 750 接口的计算机数据采集系统的使用方法。2. 分别将声音、电流、电压、温度等四种传感器和功率放大器等接入750 接口，依据说明书把握其使用方法，并在屏幕上分别显示出传感器采集到的信号曲
9、线。3. 承受电流和电压两种传感器，测量电阻、电容、二极管的直流伏安特性。测量电路如图 5。画出三种元件的直流伏安特性曲线，并计算电阻的阻值，二极管的正向导通电压和反向击穿电压，并与标称值比较。其中反向击穿电压在上述测量系统中不肯定测得出来，试说明缘由。一第一周试验内容1. 生疏SW 750接口或SW500接口的使用方法，用电压传感器测量试验室内的电磁干扰下面以SW750接口为例介绍试验步骤：（1） 翻开计算机，接通SW750接口的电源。（2） 翻开Data Studio 掌握软件，点击“试验更改接口”，选择750接口。（3） 将电压传感器插入A、B 或C 任一个模拟通道Analog Chan
10、nel。（4） 在Data Studio 软件界面中双击电压传感器图标或将其拖放到对应通道中，此时在SW750 接口通道下应当消灭传感器的图标，表示传感器可以使用了。（5） 点击“启动”开头采集数据，点击“停顿”可完毕数据采集。（6） 在显示子窗口中分别点击“表格”、“示波器”、“数字表”、“图表”、“仪表”、“直方图”等选项，观看在不同模式下被采集数据的显示效果。（7） 用“示波器”模式观看电磁干扰信号，观看用两手分别接触电压传感器两端前后信号的异同，并记录观看到的现象。（8） 停顿采集数据，单击电压传感器图标，按“Del”键删除传感器，再将传感器从SW750 接口中拔出，就可完毕传感器的使
11、用。其他传感器的使用方法与此类似。2. 学习和把握功率放大器的使用方法使用SW500接口的该内容不做功率放大器实际上是一台程控信号发生器，可以输出正弦波、三角波、方波等信号。依说明书操作。3. 观看传感器采集参数对测量结果的影响（1） 用功率放大器输出f =10Hz、Vp =2V 的三角波。使用SW500接口的承受函数信号发生器供给（2） 用电压传感器观看被测信号。转变电压传感器的试验参数，“采样率”分别取1Hz、10Hz、100Hz、1kHz，“灵敏度”分别取“低1”、“中10”等，观看参数转变前后信 号波形的变化状况，并记录现象。4. 用声音传感器观测音叉、说话声、桌面震惊等声音信号的波形
12、，并观看和分析这些信号的频谱（1） 用声音传感器，在“图表”模式下观看音叉振动的信号。（2） 使用傅立叶变换“FFT”模式观看并分析音叉振动信号的频谱，记录音叉的固有振动频率。（3） 承受一样方法，观看并分析“用手敲击桌面”、“试验者说话”两种声音信号及其频谱。记录振动频率最低的频率以及振动幅度最大的频率。二其次周试验内容1. 测量电阻、二极管的直流伏安特性承受电流传感器、电压传感器、功率放大器等设备。自行设计和搭建电子元器件直流伏安特性测量电路。测量电阻、二极管的直流伏安特性，并画出电路图。留意：测量二极管时需串联限流电阻。2. 测量 RC 串联电路的幅频特性RC串联，保持功率放大器输出正弦
13、电压Vpp = 4V 不变，测量并记录不同频率下电阻高通滤波器或电容低通滤波器两端电压的Vpp值。作出Vpp 随频率的变化关系曲线， 就得到该电路的幅频特性。【试验数据整理与分析】数据保存路径：E:/陈海疆10329051 陈嘉平103300251. 用电压传感器测量电磁干扰。图1 电压传感器测量端短路图2 电压传感器测量端开路分别测量电压传感器在开路、右手接触正极、右手接触负极、双手联通正负极、短路等五个状态时的传感信号。截取图像。图3 右手握电压传感器测量端正极图4 右手握电压传感器负极图5 双手分别握电压传感器正负极由操作原理及试验结果可以看得出，图像显示下的电压传感器其实就是相当于一个
14、示波器。图1所显示的电压传感器在短路时所得到的测量图像说明传感器内部有格外微小可以无视的噪声。图2开路的图像则说明空间中的电磁干扰较强，且造成的信号不整齐，可能与试验室内还有多台仪器以及其他电子设备在工作有关。图3和图4单手接触传感器一个测量端，所得图像说明正负极测量差异很小。比起图2，图3与图4更接近正弦波。可以理解为人体与大地构成一个大电容，对空间的电磁干扰有整流作用。图5测量的双手双手分别握电压传感器正负极，图像整体位于X轴上方，说明人体对地电势并不严格为0。波形趋势为正弦波，但不规整，这主要是来自人体体内的电磁干扰。2. 观看传感器测量参数的转变对测量结果的影响用功率放大器产生f=10
15、Hz、Vp=2V的三角波。用电压传感器测量所得到的信号，然后分别转变采样率1Hz、10Hz、100Hz、1000Hz和灵敏度低1、中10，用图像模式观测，截取所得图像，如下：低1中101Hz10Hz100Hz1KHz不同采样率与灵敏度对测量结果的影响1. 由所得图像比较可知，当采样频率太小，例如像本试验中小于等于样品信号频率的，是无法得到样品信号的图像的。2. 当灵敏度为低、采样频率大于样品信号频率时，所得图像将越来越接近真是样品信号图像。例如本试验中100Hz和1KHz，可以测量出完整三角波波形。且采样频率越高，所得数据点越密，图像越准确。3. 灵敏度为中时，当频率到达肯定时，虽然消灭了完整
16、波形，但电压在1V时不再上升，信号图样被截断，故测得波形为如图不完整三角波形已失真。4. 由信号与系统的分析知道，当采样频率大于或等于10倍样品频率时，得到的波形失真已经很少，试验与这个结论很好的吻合了。5. 试验中可以观看到，即使是显示完整三角波，但信号峰值并为完全到达2V，这与传感器等的内部的电阻有关。3. 使用声音传感器测量不同的声音接上声音传感器，分别测量标准音叉、人说话声、拍桌子噪声等的声音。分别用时轴图像和快速傅里叶变换频谱图来描述声音。得到如下的图：长音叉低音波形图长音叉低音FFT频谱图 测量频率f=739Hz中音叉中音波形图中音叉中音FFT频谱图 测量频率f=124Hz短音叉高音波形图短音叉高音FFT频谱图 测量频率f=1012Hz人声说话频谱图，最高点位于f=534Hz人声说话频谱图，最低点位于f=540Hz敲桌子频谱图，最高点位于f=554Hz敲桌子频谱图，最低点位于f=211Hz