测试技术基础实验报告_图文

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1、测试技术基础实验报告班级：学号：姓名：2014-6-19实验一光栅传感器测位移实验1 ) 实验FI的1 了解光栅传感器的基木结构、特点、工作原理。2 掌握光栅传感器测量位移的原理及方法。2) .实验原理光栅位移传感器由光源、聚光灯、标尺光栅、指示光栅和光电元件组成。 光源发出的光线经过透镜照射在光栅上，再通过光栅照射在光电元件上，把光 信号转换 成电信号。光栅测量位移的工作原理是基于莫尔条纹现象。两块栅距w相同，黑白宽度相 同的长光栅，当它们的刻线而彼此平行互相靠近，且沿刻线方向保持成一个很 小的夹角8吋，由于遮光效应或光的衍射作用，在ap线上，两块光栅的黑色 刻线相交，透光缝隙相重，因此形成

2、一条亮带。在b-b线上，一块光栅上的黑 色刻线正好将另一块光栅的透光部分挡住，形成一条暗带。这些明暗相间的条 纹就是所谓的莫尔条纹。当光栅透过的光线越多，光电元件的输出越大，当光栅透过的光线越少, 输出信号与位移间的关系可近似的用正弦函数表示。即：V=Vo+VmSin(2 nx/w)式中：V 一光电元件输出的电压信号；Vo-输出信号中的平均直流分量；Vm-输出正弦信号的幅值；W -栅距。X 两光栅间的瞬吋相对位移量。由上式可见，光电元件的输出电压的大小反映了光栅瞬时位移量的大小，从而 实现了位移量向电量的转换。在实际应用中，被测物体的移动方向是经常改变的，而莫尔条纹的明暗变 化只与位移有关，而

3、与位移方向无关，为了辨别位移的方向必须增加一个观测点, 然后根据两个观测点输出信号门、U2间的相位关系来定位移的方向。当光栅正 向运动时，U1超前U2 90度，当光栅反向运动吋，U2超前U1 90度，利用这一 特点，便可构成简单的辨向电路。通常采用的是“四倍频辨向电路”。所谓四倍频电路是一种位置细分法，就是 使正弦信号在0度、90度、180度、270度都有脉冲输出，可使测量精度提高四 倍。将辨向电路输出信号(Y 1、Y2)送到加、减计数电路进行记数，再通过 译码驱动电路，将位移量显示出来。本实验所采用的光栅栅距为0.02毫米，即 每毫米为50对线，经四倍频后，每移动一毫米则应显示200。3)

4、.实验内容1实验装置装置框图2 实验步骤1.熟悉四倍频辩向电路图,熟悉74LS04、74LS00、74LS54四件的功能，按照线 路图插接线路板。2 检查无误后，再通过实验，同吋用示波器观察各点的波形，并将辩向、四倍 频波形描绘下来c3.与光栅传感器联调，测试板首先清零显示为00000,移动动尺前进100mm,观 察记数显示结果并记录下來，然后动尺后退到原点，观察记录显示结果并记录 下来。4 ) 实验报告1、四倍频辨向电路的工作原理四倍频电路是一种位置细分法，就是使正弦信号在0度、90度、180度、270 度都有脉冲输出，可使测量精度提高四倍。光栅传感器输出两路相位相差为90的方波信号A和B.

5、如图1所示，用A, B 两相信号的脉冲数表示光栅走过的位移量，标志光栅分正向与反向移动.四倍频 后的信号，经计数器计数后转化为相对位置.计数过程一般有两种实现方法：一 是由微处理器内部定时计数器实现计数；二是由可逆计数器实现对正反向脉冲的 计数.III(b)光栅反向移动光栅传感器输出信号示意图当光栅正向移动吋，光栅输出的A相信号的相位超前B相90,则在一个一 p乍，如果每发牛 久加计数，从I信号90,则込稠期丙两和宿琴童有t次和变吃司理，如果每发 牛一次变化，可逆计数器使实现一次减计数，在一个周期内，共可实现4次减计 数，就实现了反转。2、四倍频辨向电路波形图实验二：电容式、涡流式传感器的特性

6、及应用实验一、实验目的1. 了解电容式传感器的基本结构，掌握二极管环形电桥的工作原理；2. 了解涡流式传感器的基本结构及特性，掌握涡流式传感器的工作原理及 应用方法。二、实验装置HY-811C型传感器与检测技术实验平台，如图1所示。该平台主耍由台体、 主而板、各传感器组件、各传感器实验单元等组成。各实验小都耍用到主而板（直流稳压电源、数字电压表、差动放大器板）、 位移台架及导线。除此之外，各实验还要使用一些单独的实验模块：1. 电容式传感器实验还使用电容式传感器、电容式传感器转换电路板。2. 电涡流式传感器还使用转速与频率表（在主而板上）、涡流式传感器、涡 流式传感器转换电路板、铁片、铜片和铝

7、片、转速传感器、电机调速装备（光电 传感器转换电路小）等。图1 HY-811C型传感器与检测技术实验平台三、电容式传感器特性实验(-)变面积式电容传感器特性实验1. 实验原理及电路实验电路框图如图2所示。电容的变化通过电容转换电路转换成电压信号, 经过差动放大器后，用数字电压表显示出来图2电容式传感器实验电路框图图3电容转换电路原理图图4二极管环形电桥原理图图2的电容转换电路图如图3所示。图中的信号发牛器用于产牛方波信号。 电容转换由二极管环形电桥完成，二极管电桥工作原理如图4所示。固定频率的方波脉冲由A点输入，在方波的上升沿，Co被充电，充电途径 是VD3Co;与此同吋，CX也被充电，其充电

8、途径是C9-VD5-CXio在方波 的下降沿，Co和Cxi都放电，C。的放电途径是C0VD4-C9; Cxi的放电途径是 Cxi-VD6o由于Cg在一个周期内的充电和放电平均电流分别为lu二fVpCxi和 Id二MCo，式中f是脉冲频率，Vp为方波峰值电压，因此AB间的平均电流 I=ID-Iu=fVp （Co-Cxi）o从该式中可以看出电容的变化与AB之间电流成正比。在图3中，增加了 LI、L2、C10和R6o L1和L2对高频方波的阻抗很大, 而直流电阻很小，与R6起形成了 A、B间的直流通路，使充放电流的直流分 量得以通过c C10用作滤波。这样R6两端输出的直流电压就与电容的变化量成正比

9、。2. 实验步骤1）固定好位移台架，将电容式传感器置于位移台架丄，调节测微器使其指 示15mm左右。将测微器装入位移台架丄部的开口处，再将测微器测杆与电容式 传感器的动极旋紧然后调节两个滚花螺母，使电容式传感器的动极上表面与静 极上表面基本平齐，且动极能上下轻松滑动，这时将两个滚花螺母旋紧C2）差动放大器调零。将主面板上的+15V、15V和地端，用导线连接到差动 放大器上，将放大器放大倍数电位器RP1旋钮（对应主面板上增益旋钮）顺吋 针旋到终端位置；用导线将差动放大器的止负输入端短接，再将其输出端接到数 字电压表的输入端；电压量程切换开关拨至20V挡；接通电源开关，旋动放大 器的调零电位器RP

10、2旋钮，使电压表指示向零趋近，然后切换到2V量程扌当，旋 动调零电位器RP2旋钮使电压指示为零；此后调零电位器RP2旋钮不再调节， 根据实验适当调节增益电位器RP1 o3）按图3连线，将可变电容CX1与同定电容CO接到实验板上，位移台架上的接地孔与转换电路的地线相连接。4) 接通电源，调节测微器使输出电压Uo接近零，然后丄移或下移测微仪lmm,调节差动放大器增益，使输出电压的值为200400mV左右，再回调测微 器，使输出电压为0mV,并以此为系统的零位，分别上旋和下旋测微器，每次0.5mm,上下各2.5mm,将位移量X与对应的输出电压Uo记入表1中。1、根据表1实测数据，画出输入/输出特性曲

11、线Uo=f (X),并且计算灵敏度和 非线性误差。表M变面积电容传感器实测数据记录表X(mm)2.5-21.50.50Uo(mV)0.350.280.200.140.0400.340.290.21030.0500.340.300.200.130.050平均值0.3433330.290.2033330.13333330.0466670X(mm)0.511.522.5Uo(mV)-0.07-0.13-0.21-0.28-0.35-0.06-0.12-0.22-0.29-0.35-0.060.14-0.22-0.28-0.36平均值-0.063333-0.13-0.216667-0.28333330

12、.3533333输入/输出特性曲线X (mm) U0线性(U0)由表一数据及所绘制的X-Uo曲线可得电容传感器的系统灵皱度即曲线的斜 率；曲线拟合直线方程为Uo二0.1393X灵敏度计算公式为S= A Uo/ A X=-0. 1393mv/mm由所得X-Uo函数表达式及所测的实验数据用excel计算岀各点误差如表1-2 所示，可得输出V的最大误差 U=0. 02298mv.非线性误差5 =最大i吴差A V/满量程输出FSu=6.50%(-)差动式电容传感器特性实验1.实验原理及电路实验电路图如图5所示与变面积式电容实验不同之处在于，该实验接入电 容转换电路的两个电容为可变电容，当电容传感器的动

13、极上下移动吋，两个电容 器的电容量都发牛变化，但方向相反，这样就构成了差动式的电容传感器。图5羞动电容式传感器实验电路框图按照变而积式电容传感器的实验步骤进行实验，注意接入电路板的两个电容为 CX1和CX2,将实验结果记录在表2中。根据表2实测数据，画出输入/输出特性曲线Uo=f (X),并且计算灵敏度和 非线性误差。表2-1变差动电容传感器实测数据记录表X(mm)-2.5-2-1.5-1-0.50Uo(mV) 0.112-0.086-0.069-0.047-0.0340-0.110-0.085-0.068-0.037-0.0220 0.109-0.085-0.068-0.038-0.0200

14、平均值-0.110333-0.085333-0.068333-0.040667-0.0253330X(mm)0.511.522.5Uo(mV)0.0220.0500.0710.1010.1200.0210.0520.0740.0940.1100.0180.0460.0630.0900.108平均值0. 0203330.0493330.0693330. 0950.112667输入/输出特性曲线0.15-0.15X (mm)e U0线性(U0)由表二数据及所绘制的X-Uo曲线可得电容传感器的系统灵敏度即曲线的斜 率；曲线拟合直线方程为Uo=0.0446X灵敏度计算公式为S= A Uo/ A X=0. 0446mv/mm由所得X-Uo函数表达式及所测的实验数据用excel计算出各点误差如表2-2 所示，可得输出V的最大误差 U二0.003033mv.非线性误差5 =最大误差A V/满量程输出FSu=2.66%四、电涡流式传感器特性及应用实验（-）电涡流式传感器特性实验1. 实验原理及电路通过高频电流的线圈产牛磁场，当有导电体接近吋，因导电体涡流效应产牛 涡流损耗，引起线圈的电感发牛变化C而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。实验电路如图6所