《传感技术实验》PPT课件

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1、刘嘉新刘嘉新传感技术实验传感技术实验目录目录 1. 实验须知实验须知 3. 实验原理实验原理 2. 实验仪器简介实验仪器简介 1 1实验须知实验须知 实验的基本态度实验的基本态度进行任何科学实验，实验人员均应具备一种最基本的态度实事求是的态度。 “实事求是”，就是说要把实验中所得到的现象、数据及其规律性忠实地记录下来，记录下来的是实际观测的情况，而不能以任何理由进行编造、修改或歪曲。实验中直接观察到的现象和数字，也可能不够准确，或是错误的，此时就需要反复多次测量，并加以核对，或通过数据处理，或改进实验方法来改善其准确性。只有遵循“实事求是”的态度，才能从实验中获得知识，并提高科学实验的能力。实

2、验的基本知识实验的基本知识1.1.实验准备实验准备（1）实验前必须认真预习实验内容，明确实验的目的和要求。（2）根据实验的要求，拟定实验方案并熟悉实验线路及其原理。（3）熟悉实验中所使用的仪器、设备的基本原理及使用方法。（4）根据实验的具体任务及理论根据，研究实验的方法，并估计实验数据的变化规律。2.2.实验组织实验组织 一般实验可能由几个人合作进行，因此实验时必须做好组织工作，实验方案的拟定应在组内讨论，实验时应明确分工，并且做到既分工又合作，这样既能保证实验质量，又能使实验人员受到全面训练。3.3.实验数据的记录实验数据的记录（1）事先拟好实验数据记录表格，在表格中应记下有关物理量的名称、

3、符号和单位，并要保证数据完整。实验数据位数的取值是以实验仪器所能达到的精度为依据的，同一条件下至少读取两次数据(研究不稳定过程或动态过程的实验除外)，而且只有当两次读数比较接近时，才能改变操作条件，在另一条件下进行观测。（2）记录实验中使用的仪器、设备等的型号、规格及使用的条件等。 （3）凡影响实验效果或数据整理过程中必须的数据都需测取并记录。如天气条件、环境温度、湿度等。 （4）实验中的记录数据应以实际读数为准，但因客观条件的原因，如由于测量条件的意外改变（如电源电压及环境温度的突然变化、机械冲击、外界振动等），数据出现不正常的情况或有粗大误差时，应在备注栏中加以说明。4.4.实验过程的注意

4、事项实验过程的注意事项（1）在进行实验线路的接线、改接线或拆线之前，必须断开电源，严禁带电操作，避免在接线或拆线过程中，造成电源设备或部分实验线路短路，进而损坏设备或实验线路中的元器件。（2）密切注意整个实验系统的变化，应使整个操作过程均在规定条件下进行。（3）实验过程中应观察现象，特别是发现不正常现象时更应抓紧时机进行处理，并分析、研究产生不正常现象的原因。5.5.整理实验数据整理实验数据（1）同一条件下测得一组数据时，应舍去含有粗大误差的数据，然后进行数据处理。（2）整理数据时应根据有效数字的运算法则，确定测量结果的数据位数。（3）数据整理时可采用列表法、图解法，这视其具体情况而定，以尽可

5、能准确描述实验结果或实验结论为最终目的。6.6.实验报告的内容及要求实验报告的内容及要求一份好的实验报告，必须写得简单、明了，数据完整，交待清楚，结论明确，有讨论，有分析，得出的公式或图线有明确的使用条件。实验报告的格式虽不必强求一致，但一般应包括下列各项： （1）实验题目，实验者及共同实验人员、班级、日期； （2）实验目的及要求； （3）实验设备及环境条件；（4）实验的基本原理、实验线路、接线图或流程图；（5）实验内容及主要操作简述；（6）整理原始实验数据，作出便于处理和分析的表格、曲线或波形；（7）根据实验数据，对传感器的原理、性能特性、技术指标、实验现象等进行分析，对实验中发现的问题进行

6、讨论，提出新的设想及研究的方法。 2 2实验仪器简介实验仪器简介CSY-910CSY-910型传感器实验仪简介型传感器实验仪简介图21为CSY-910型传感器实验仪的外形图。整个仪器整个仪器由三部分组成，由三部分组成，即激励源（电源和信号源）、试验台和信号即激励源（电源和信号源）、试验台和信号调理电路单元，三部分之间没有内部连接。调理电路单元，三部分之间没有内部连接。 各个传感器实验可用专用连接线或迭插式导线将所需单各个传感器实验可用专用连接线或迭插式导线将所需单元在面板上进行连接。元在面板上进行连接。在实验仪上可进行不同传感器的静态传感器的静态传感器的静态传感器的静态实验、动态实验和传感器系

7、统应用实验。实验、动态实验和传感器系统应用实验。实验、动态实验和传感器系统应用实验。实验、动态实验和传感器系统应用实验。通过实验即可对各种不同传感器及其测量线路原理有一个从理性到感性的认识，对如何组成测量系统有一个直观而具体的实践过程。n图图21CSY-910型传感器实验仪的外形型传感器实验仪的外形 箔式应变片箔式应变片双平行悬梁双平行悬梁电涡流传感器电涡流传感器差动变压器差动变压器压电加速度传感器压电加速度传感器霍尔传感器霍尔传感器电容传感器电容传感器振动平台振动平台激振线圈激振线圈热电偶传感器热电偶传感器螺旋测微器螺旋测微器2.1.1 2.1.1 传感器安装台传感器安装台1.1.二套悬臂梁

8、、激振电路、测微头二套悬臂梁、激振电路、测微头 双平行式悬臂梁的自由端及振动圆盘双平行式悬臂梁的自由端及振动圆盘下面各装有永久下面各装有永久磁钢、激振线圈和可拆卸式螺旋测微头。磁钢、激振线圈和可拆卸式螺旋测微头。通过各自的测微头或激振线圈，可进行静态或动态测量。可进行静态或动态测量。可进行静态或动态测量。可进行静态或动态测量。 应变梁采用不锈钢片，双梁结构。端部有良好的线性位移。2.2.传感器传感器1. 1. 电阻应变传感器：电阻应变传感器：由BHF泊式应变片构成，6片工作片、2片补偿片。2. 2. 热电式热电式( (热电偶热电偶) )传感器：传感器：由两个铜一康铜热电偶串接而成冷端温度为环境

9、温度。 加热器由电热丝组成，加热时可获得高于环境温度30左右的升温。3. 3. 压电加速度传感器：压电加速度传感器：PZT5双压电晶片和铜质量块构成。f 1OKHZ、Q电荷20pcg4. 4. 电感式电感式( (差动变压器差动变压器) )传感器：传感器：由一个初级、二个次级线圈绕制而成的透明空心线圈，铁芯为软磁铁氧体，测量范围12mm。5. 5. 电涡流传感器：电涡流传感器：多股漆包线绕制的扁平线圈与多种被测金属涡流片组成，线性范围3mm。6. 6. 霍尔式传感器：霍尔式传感器：HZ型日本JVC公司生产的线性半导体霍尔片，置于环形磁钢构成的梯度磁场中，霍尔信号线性范围3mm。7. 7. 电容式

10、传感器：电容式传感器：由两组定片和一组动片组成的差动变面积式电容，线性范围3mm 。传感器安装示意图传感器安装示意图1 1传感器安装示意图传感器安装示意图2 22.1.2 2.1.2 信号调理电路信号调理电路1. 1. 电电 桥：桥：用于组成应变电桥，提供组桥插座，标准电阻和交、直流调平衡网络。2. 2. 差动放大器：差动放大器：可接成同相、反相，差动结构，增益为1-1 00倍的直流放大器。 3. 3. 电容变换器：电容变换器：由高频振荡，放大和双T电桥组成的处理电路。4. 4. 移相器：移相器：增益为1，移相范围400(与fi有关)5. 5. 相敏检波器：相敏检波器：极性反转电路构成的检波电

11、路o6. 6. 电荷放大器：电荷放大器：电容反馈型放大器，用于放大压电式传感器的输出信号。7. 7. 涡流变换器：涡流变换器：变频式调幅变换电路，传感器线圈是振荡电路中的电感元件。 传感器面板示意图传感器面板示意图2.1.3 2.1.3 振荡器振荡器 1.1.音频音频信号发生器音频音频信号发生器2. 04KHz10KHz输出连续可调，Vpp值20V，1800、00反相输出，Lv端最大功率输出电流05A，输出作为交输出作为交流激励信号。流激励信号。3.3.2. 2. 低频振荡器低频振荡器4.4. 130Hz输出连续可调，Vpp值20V，最大输出电流05A，输出作为振动平台的振动信号。输出作为振动

12、平台的振动信号。 2.1.4 2.1.4 稳压电源稳压电源1.1.直流直流1 5V1 5V 主要提供温度实验时的加热电源，最大输出。 2.2V2.2V1 0V(1 0V(分五档输出分五档输出) ) 提供传感器直流信号源，最大输出电流。2.1.5 2.1.5 显示仪表显示仪表1.1.数字式电压频率表数字式电压频率表2. 3位半显示，电压范围O2V、O20V， 频率范围3. 10Hz20KHz， 灵敏度50mV。2. 2. 指针式毫伏表指针式毫伏表 分500mV、50mV、5mV三档，精度2 5。3 3传感器实验传感器实验实验一实验一 金属箔式应变片传感器金属箔式应变片传感器单臂、半桥、全桥比较及

13、电子秤应用单臂、半桥、全桥比较及电子秤应用 一、实验目的一、实验目的观察了解箔式的结构及粘贴方式；测试应变梁变形的应变输出；验证单臂、半桥、全桥的性能及相互之间关系；掌握电子秤的标定方法。 二、实验设备二、实验设备直流稳压电源；差动放大器；电桥；F/V表；测微头双平行梁；应变片；主、副电源。 三、实验原理三、实验原理1 1应变电桥的性能和原理应变电桥的性能和原理(1)(1)电阻应变式传感器静态性能实验原理电阻应变式传感器静态性能实验原理电阻应变式传感器静态性能实验的基本原理是调整螺旋测微器以改变双平行悬梁的应变，此时粘贴在悬梁上的应变片将应变转换成电阻值的变化，再通过转换电路（测量电桥）将电阻

14、的变化转换成电压的变化，在数字电压表上显示出与应变对应的电压值，实验原理框图如图31所示。3-1 3-1 电阻应变式传感器静态性能实验原理框图电阻应变式传感器静态性能实验原理框图 图32为电阻应变式传感器静态性能实验原理电路图。测量电桥为直流电桥，R1、R2、R3、R4为四个桥臂电阻，可以接成单臂电桥、半桥差动电桥和全桥差动电桥的形式，RW1为电桥平衡调节电位器，UCC和USS为电桥电源。差动放大器为由集成运算放大器组成的增益可调的交直流差动放大器，可接成同相、反相及差动状态，增益在1100倍可调。输出由直流电压表显示。图图3-2 3-2 实验接线图实验接线图图图3-3 3-3 电桥平衡网络原

15、理图电桥平衡网络原理图 （2 2）应变电桥的性能比较）应变电桥的性能比较 已知单臂、半桥和全桥电路的R分别为R/R、2R/R、4R/R。在 的条件下，根据戴维定理可以得出测试电桥的输出电压近似等于U=1/4.E.R，电桥灵敏度Ku=U/R/R，于是对应单臂、半桥和全桥的电压灵敏度分单臂、半桥和全桥的电压灵敏度分单臂、半桥和全桥的电压灵敏度分单臂、半桥和全桥的电压灵敏度分别为别为别为别为1/4E1/4E1/4E1/4E、1/2E1/2E1/2E1/2E和和和和E E E E。 由此可知，当由此可知，当由此可知，当由此可知，当E E E E和电阻相对变化一定时，电桥及电压灵和电阻相对变化一定时，电

16、桥及电压灵和电阻相对变化一定时，电桥及电压灵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。敏度与各桥臂阻值的大小无关。敏度与各桥臂阻值的大小无关。敏度与各桥臂阻值的大小无关。 图图3-43-4差动放大器电路原理图差动放大器电路原理图A Aifi2i1iiRi = R1 Rf = R3 根据“虚短”和“虚断” 的原则： 由A点节点电流方程的： 差动放大器增益为： 采用该电路，实现选取小采用该电路，实现选取小Rf电阻值，获得高电阻值，获得高的的Au的目的的目的！p箔式应变片电阻值：350、应变系数：2；p平行梁上梁的上表面和下梁的下表面对应地贴有4片应变片，受力工作片分别用符号 和 表示。p在910型仪器中，横向所贴的两片为温度补偿片，用符号表示。 2 2应变式传感器应变式传感器四、实验步骤四、实验步骤 1. 1. 单臂电桥静态特性单臂电桥静态特性 （1）了解所需单元、部件在实验仪上的所在位置，了解所需单元、部件在实验仪上的所在位置，观察梁上的应变片，应变片为棕色衬底箔式结构小方薄片。上下二片梁的外表面各贴二片受力应变片和一片补偿应变片，测微头在双平行梁前面的支座上，可以上