传感器原理与应用
实验讲义
南阳师范学院物理与电子工程学院
目录
实验一金属箔式应变片性能——单臂电桥 (2)
实验二金属箔式应变片温度效应及补偿 (5)
实验三差动变压器（互感式）的性能 (7)
实验四电涡流式传感器的静态标定 (9)
实验五差动变面积式电容传感器的静态及动态特性 (11)
实验六磁电式传感器的性能 (13)
实验七霍尔传感器的直流激励特性 (15)
实验八压电式传感器的动态响应实验 (17)
实验九热电偶原理及分度表的应用 (19)
实验十光纤位移传感器静态实验 (22)
附录一电路原理图 (24)
附录二传感器安装示意图 (29)
附录三《微机数据采集系统软件》使用说明 (31)
实验一 金属箔式应变片性能——单臂电桥
实验目的：了解金属箔式应变片，单臂电桥的工作原理和工作情况。 实验原理：本实验说明箔式应变片及单臂直流电桥的电源的原理和工作情
况。应变片是最常用的测力传感元件。当用应变片测试时，应变片要牢固地粘贴在测试体表面，当测件受力发生形变，应变片的敏感栅随同变形，其电阻也随之发生相应的变化，通过测量电路，转换成电信号输出显示。
电桥电路是最常用的非电量电测电路中的一种。当电桥平衡时，桥路对臂电阻乘积相等，电桥输出为零，在桥臂四个电阻R 1、R 2、R 3、R 4中，电阻的相对变化率分别为ΔR 1/ R 1、ΔR 2/ R 2、ΔR 3/ R 3、ΔR 4/ R 4，当使用一个应变片时，∑R
R R ?= ；当两个应变片组成差动状态工作，则有∑R
R
R ?=2；用四个应变片组成两个差对工作，且R 1=R 2=R 3=R 4=R ， ∑R
R
R ?=4。由此可知，单臂、半桥、全桥电路的灵敏度依次增大。
实验仪器：直流稳压电源、电桥、差动放大器、双平行梁、测微头、一片应
变片、F/V 表、主、副电源。
旋钮初始位置：
直流稳压电源打到±2V 档，F/V 表打到2V 档，差动放大增益最大。
实验步骤：
1、了解所需单元、部件在实验仪上的位置，观察梁上的应变片，应变片为棕色衬底箔式结构小方薄片。上下两片梁的外表面各贴两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、下、前、后、左、右调节。
2、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F/V 表的输入插口V i 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F/V 表显示为零，关闭主、副电源。
3、根据图1接线。R 1、R 2、R 3为电桥单元的固定电阻；R x = R 4为应变片。将稳压电源的切换开关置±4V 档，F/V 表置20V 档，调节测微头脱离双平行梁，开启主、副电源，调节电桥平衡网络中的W 1，使F/V 表显示为零，然后将F/V 表置2V 档，再调电桥W 1（慢慢地调），使F/V 表显示为零。
4、将测微头转动到10mm 刻度附近，安装到双平行梁的自由端（与自由端磁钢吸合），调节测微头支柱的高度（梁的自由端跟随变化）使F/V 表显示最小，再旋动测微头，使F/V 表显示为零（细调零），这时的测微头刻度为零位的相应刻度。
5、往上或往下旋动测微头，使梁的自由端产生位移，记下F/V 表显示的值。建议每旋动测微头一周即?X=0.5mm 记一个数值填入下表：
6、根据所得结果计算系统灵敏度S=ΔV/ΔX （式中ΔV 为F/V 显示的相应电压变化，ΔX 为梁的自由端位移变化）。
注意事项：
差动放大器
直流电压表 电桥平衡网络
-4V
图1
1、电桥上端虚线所示的四个电阻实际上并不存在，仅作为一标记，让学生组桥容易。
2、做此实验时应将低频振荡器的幅度关至最小，以减小其对直流电桥的影响。
3、电位器W1、W2，在有的型号仪器中标为RD、RA。
实验二 金属箔式应变片温度效应及补偿
实验目的：了解温度对应变测式系统的影响。
实验原理：温度变化引起应变片阻值发生变化的原因是应变片电阻丝的温度
系数及电阻丝与测试件材料的线膨胀系数不同，由此引起测试系统输出电压发生变化。
用补偿片法是应变电桥温度补偿方法中的一种，如图2所示。在电桥中，R 1为工作片，R 2为补偿片，R 1 = R 2。当温度变化时两应变片的电阻变化，ΔR 1与 ΔR 2相等，桥路如原来是平衡的，则温度变化后R 1R 4 = R 2R 3，电桥仍满足平衡条件，无漂移电压输出，由于补偿片所贴位置与工作片位置相差90?，所以只感受温度变化，而不感受悬臂梁的应变。
实验仪器：可调直流稳压电源、-15V 不可调直流稳压电源、电桥、差动放
大器、F/V 表、测微头、加热器、双平行梁、水银温度计（自备）、主、副电源。
旋钮初始位置：主、副电源关闭、直流稳压电源置±4V 档，F/V 表置20V
档，差动放大器增益旋钮置最大。
实验步骤：
1、了解加热器在实验仪中的位置及加热符号，加热器封装在双平行的上片梁与下片梁之间，结构为电阻丝。
2、将差动放大器的(+)(-)输入端与地短接，输出端插口与F/V 表的输入插口V i 相连。
3、开启主、副电源，调节差放零点旋钮，使F/V 表显示零，再把F/V 表的切换开关置2V 档，细调差放零点，使F/V 表显示为零。关闭主、副电源，F/V 表的
图2
切换开关置20V档，拆去差动放大器输入端的连线。
4、按图1接线，开启主、副电源，调电桥平衡网络的W1电位器，使F/V表显示零，然后将F/V表的切换开关置2V档，调W1电位器，使F/V表显示为零。
5、在双平衡梁的自由端（可动端）装上测微头，并调节测微头。使F/V表显示为零。
6、将-15V电源连到加热器的一端插口，加热器另一端插口接地；F/V表的显示在变化，待F/V表显示稳定后，记下显示数值，并用温度计测出温度，记下温度值。（注意：温度计控头不要触在应变片上，只要触及应变片附近的梁体即可）。关闭主、副电源，等待数分钟使梁体冷却到室温。
7、将F/V表的切换开关置20V档，把图中的R3换成→应变片（补偿片），重复4-6过程。
8、比较两种情况的F/V表数值：在相同温度下，补偿后的输出变化小很多。
9、实验完毕，关闭主、副电源，所有旋钮转至初始位置。
实验三差动变压器（互感式）的性能
实验目的：了解差动变压器原理及工作情况。
实验原理：差动变压器由衔铁、初级线圈、次级线圈和线圈骨架等组成。初级线圈作为差动变压器激励用，相当于变压器的原边，次级线圈由两个结构尺寸和参数相同的线
圈反相串接而
成，相当于变压
器的副边，差动
变压器是开磁
路，工作是建立
在互感基础上的。其原理及输出特性见图3A。
实验仪器：音频振荡器、测微头、示波器、主、副电源、差动变压器、振动平台。
旋钮初始位置：音频振荡器4KHz~8KHz之间，双踪示波器第一通道灵敏度500mv/div，第二通道灵敏度10mv/div，触发选择打到第一通道，主、副电源关闭。
实验步骤：
1、根据图3B接线，将差动变压器、音频振荡器（必须从L V输出）、双踪示波器连接起来，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
变压器的输入和输出端，调节差动变压器原边线圈音频振荡器激励信号峰-峰值为2V。
2、用手提压变压器磁芯，观察示波器第二通道波形是否能过零翻转，如不能则改
图3A
变两个次级线圈的串接端。
3、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。
4、向下旋转测微头，使振动平台产生位移。每位移0.2mm，用示波器读出差动变压器输出端峰-峰值填入下表，根据所得的数据计算灵敏度S。S=?V/?X（式中?V为电压变化，?X为相应振动平台的位移变化），作出V-X关系曲线。读数过程中应注意初、次级波形的相应关系。
注意：示波器的第二通道为悬浮工作状态。
实验四 电涡流式传感器的静态标定
实验目的：了解涡流式传感器的原理及工作性能。
实验原理：电涡流式传感器由平面线圈和金属涡流片组成，当线圈中通以高
频交变电流后，与其平行的金属片的电阻率、导磁率、厚度、温度以及线圈的距离X 有关。当平面线圈、被测体（涡流片）、激励源已确定，并保持环境温度不变，阻抗Z 只与X 距离有关。将阻抗变化经涡流变换成电压V 输出，则输出电压是距离X 的单值函数。
实验仪器：涡流变换器、F/V 表、测微头、
铁测片、涡流传感器、示波器、振动平台、主、副电源。
实验步骤：
1、装好传感器（传感器对准铁测片安装）和测微头。
2、观察传感器的结构，它是一个扁平线圈。
3、用导线将传感器接入涡流变换器输入端，将输出端接至F/V 表，电压表置于20V 档，见图4，开启主、副电源。
4、用示波器观察涡流变换器输入端的波形。如发现没有振荡波形出现，再将传感器远离被测体。可见，波形为 波形，示波器的时基为 us/cm ，故振荡频率约为 。
5、调节传感器的高度，使其与被测铁片接触，从此开始读数，记下示波器及电压表的数值，填入下表：
涡流传感器
图4
建议每隔0.10mm读数，到线性严重变坏为止。根据实验数据，在坐标纸上画出V-X曲线，指出大致的线性范围，求出系统灵敏度。（最好能用误差理论的方法求出线性范围内的线性度、灵敏度）。可见，涡流传感器最大的特点是，传感器与被测体间有一个最佳初始工作点。这里采用的变换电路是一种。实验完毕关闭主、副电源。
注意事项：
被测体与涡流传感器测试探头平面尽量平行，并将探头尽量对准被测体中间，以减少涡流损失。
实验五 差动变面积式电容传感器的静态及动态特性
实验目的：了解差动变面积式电容传感器的原理及特性。
实验原理：电容式传感器有多种形式，本仪器中为差动变面积式。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，与两组静片之间的重叠面积发生变化，极间电容也发生相应的变化，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接入桥路作为相邻两臂时，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。
实验仪器：电容传感器、电压放大器、低通滤波器、F/V 表、激振器、示波
器。
旋钮初始位置：差动放大器增益旋钮置于中间，F/V 表置于2V 档。 实验步骤：
1、按图5接线。
2、F/V 表打到20V ，调节测微头，使输出为零。
3、转动测微头，每次0.1mm ，及下此时测微头的读数及电压表的读数，直至电容动片与上（或下）静片覆盖面积最大为止。
低通滤
差动放
电压
图5
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(mm)及V(mV)值。
4、计算系统灵敏度S。S=ΔV/ΔX（式中ΔV为电压变化，ΔX为相应的梁端位移变化），并作出V-X关系曲线。
5、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。
实验六 磁电式传感器的性能
实验目的：了解磁电式传感器的原理及性能。
实验原理：磁电式传感器是一种能将非电量的变化转为感应电动势的传感
器，所以也称为感应式传感器。根据电磁感应定律，ω匝线圈中的感应电动势e 的大小决定于穿过线圈的磁通Ψ的变化率：e= -ω
dt
d
。仪器中的磁电式传感器由动铁与感应线圈组成，永久磁钢做成的动铁产生恒定的直流磁场，当动铁与线圈有相运动时，线圈与磁场中的磁通交链产生感应电势，e 与磁通变化率成正比，是一种动态传感器。
实验仪器：差动放大器、涡流变换器、激振器、示波器、磁电式传感器、涡
流传感器、振动平台、主、副电源。
旋钮初始位置：差动放大器增益旋钮置于中间，低频振荡器的幅度旋钮置
于最小，F/V 表置2KHz 档。
实验步骤：
1、观察磁电式传感器的结构，根据图6的电路结构，将磁电式传感器、差动放大器、低通滤波器、双线示波器连接起来，组成一个测量线路，并将低频振荡器的输出端与频率表（F/V 表置2K 档）的输入端相连，开启主、副电源。
2
、调整好示波器，低频振荡器的幅度旋钮固定至某一位置，调节频率，调节
S 磁电式传感器
差动放大器 低通滤波器 示波器
图6
时用频率表监测频率，用示波器读出峰-峰值填入下表：
实验七 霍尔传感器的直流激励特性
实验目的：了解霍尔式传感器的原理与特性。
实验原理：霍尔式传感器是由两个环形磁钢组成梯度磁场和位于梯度磁场中
的霍尔元件组成。当霍尔元件通过恒定电流时，霍尔元件在梯度磁场中上、下移动，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位移。
实验仪器：霍尔片、磁路系统、差动放大器、直流稳压电源、电桥、F/V 表
（电压表）、主、副电源、振动平台。
旋钮初始位置：差动放大器增益旋钮打到最小，电压表置20V 档，直流稳
压电源置2V 档，主、副电源关闭。
实验步骤：
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，两个半圆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，增益最小，关闭主电源，根据图7接线，W 1、r 为电桥单元的直流电桥平衡网络。
3、装好测微头，调节测微头与振动台吸合并使霍尔片置于半圆磁钢上下正中
图 7
?电桥平衡网络
霍尔式传感器
差动放大器
电压表 霍尔元
环形磁
霍尔元件运动方
位置。
4、开启主、副电源，调整W1使电压表指示为零。
5、上下旋动测微头，记下电压表的读数，建议每0.5mm读一个数，将读数填入下表：
作出V-X曲线，指出线性范围，求出灵敏度，关闭主、副电源。
可见，本实验测出的实际上是磁场情况，磁场分布为梯度磁场，位移测量的线性度，灵敏度与磁场分布有很大关系。
6、实验完毕后关闭主、副电源，各旋钮置初始位置。
注意事项：
1、由于磁路系统的气隙较大，应使霍尔片尽量靠近极靴，以提高灵敏度。
2、一旦调整好后，测量过程中不能移动磁路系统。
3、激励电压不能超过2V，以免损坏霍尔片。
实验八压电式传感器的动态响应实验
实验目的：了解压电式传感器的原理、结构及应用。
实验原理：压电式传感器是一种典型的有源传感器（发电型传感器）。压电传感器元件是力敏感元件，在压力、应力、加速等外力作用下，在电介质表面产生电荷，从而实现非电量的电测。
实验仪器：低频振荡器、电荷放大器、低通滤波器、单芯屏蔽线、压电传感器、双线示波器、激振线圈、磁电传感器、F/V表、主、副电源、振动平台。
旋钮初始位置：低频振荡器的幅度旋钮置于最小，F/V表置于2K档。
实验步骤：
1、观察压电式传感器的结构，根据图8的电路结构，将压电式传感器，电荷放大器，低通滤波器，双踪示波器连接起来，组成一个测量线路。并将低频振荡器
电荷放大器
图8
的输出端与频率表的输入端相连。
2、将低频振荡器信号接入振动台的激振线圈。
3、调整好示波器，低频振荡器的幅度旋钮固定至最大，调节频率，调节时用频率表监测频率，用示波器读出峰-峰值填入下表。
4、示波器的另一通道观察磁电式传感器的输出波形，并与压电波形相比较观察其波形相位差。
实验九 热电偶原理及分度表的应用
实验目的：了解热电偶的原理及分度表的应用。
实验原理：热电偶的基本工作原理是热电效应，两种不同的导体互相焊接成
闭合回路时，当两个接点温度不同时回路中就会产生电流，这一现象称为热电效应，产生电流的电动势叫做热电势。通常把两种不同导体的这种组合称为热电偶（具体热电偶原理参考教材）。即热端和冷端的温度不同时，通过测量此电动势即可知道两端温差。如固定某一端温度（一般固定冷端温度为室温或零摄氏度）。则另一端的温度就可知，从而实现温度的测量。本仪器中热电偶为镍铬-考铜热电偶。
实验仪器：-15V 不可调直流稳压电源、差动放大器、F/V 表、加热器、热
电偶、水银温度计（自备）、主副电源。
旋钮初始位置：F/V 表切换开关置2V 档，差动放大器增益最大。 实验步骤：
1、了解热电偶在实验仪上的位置及符号，实验仪所配的热电偶是由镍铬-考铜组成的简易热电偶，分度号为E 。实验仪有两个热电偶，它封装在双平行梁上片梁的上表面（在梁表面中间二根细金属丝焊成的一点，就是热电偶）和下片梁的下表面，两个热电偶串联在一起产生的热电势为两者的总和。
2、按图9接线，开启主、副电源，调节差动放大器调零旋钮，使F/V 表显示零，记录下自备温度计的室温。
t 热电偶
差放
F/V 表
图9
传感器原理及应用
CSY－998系列传感器实验台 主要技术参数、性能及说明 CSY系列传感器系统实验仪是集被测体、各种传感器、信号激励源、处理电路和显示器于一体，组成一个完整的测试系统。 实验仪主要由实验工作台、处理电路、信号与显示电路三部分组成。传感器位于实验工作台右边，装在圆盘式工作台的四周，依次为（依逆时针方向）电感式（差动变压器）、电容式、磁电式、霍尔式、电涡流式、压阻式等传感器。光纤传感器的一端已固定在“光电变换器”上，另一端为活动的圆柱形探头，可根据要求加以固定。 一、传感器安装台部分： 双平行振动梁的自由端及振动 圆盘下面各装有磁钢，通过各自测微 头或激振线圈接入低频激振器VO 可做静态或动态测量。 应变梁：应变梁采用不锈钢片， 双梁结构端部有较好的线性位移。 传感器： 1．应变式传感器 箔式应变片阻值：350Ω，应变 系数：2。 2．热电偶（热电式） 直流电阻：10Ω左右，由两个铜 一康铜热电偶串接而成，分度号为T冷端温度为环境温度。 3．差动变压器 量程：≥5mm，直流电阻：5Ω－10Ω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。 4．电涡流位移传感器 量程：3mm，直流电阻：1Ω－2Ω，多股漆包线绕制的扁平线圈与金属涡流片组成。 5．霍尔式传感器 日本JVC公司生产的线性半导体霍尔片，它置于环形磁钢构成的梯度磁场中。量程：±1mm。 6．磁电式传感器 直流电阻：30Ω－40Ω，由线圈和动铁（永久磁钢）组成，灵敏度：0.5v／m／s。 7．压电加速度传感器 PZT－5双压电晶片和铜质量块构成。谐振频率：＞－10KHz。 8．电容式传感器 量程：＋5mm，由两组定片和一组动片组成的差动变面积式电容传感器。 9．压阻式压力传感器
光电传感器测转速实验 实 验 指 导 书
简 介 一、本实验装置的设计宗旨： 本实验装置具有设计性、趣味性、开放性和拓展性，实验中大量重复的接线、调试和后续数据处理、分析、可以加深学生对实验仪器构造和原理的理解，有利于培养学生耐心仔细的实验习惯和严谨的实验态度。非常适合大中专院校开设开放性实验。本实验装置采用了性能比较稳定，品质较高的敏感器件，同时采用布局较为合理且十分成熟的电路设计。 二、光电传感器测转速实验实验装置 1．传感器实验台部分 2．九孔实验板接口平台部分：九孔实验板作为开放式和设计性实验的一个桥梁（平台）； 3．JK-19型直流恒压电源部分：提供实验时所必须的电源； 4．处理电路模块部分：差动放大器、电压放大器、调零、增益、移相等模块组成。 三、主要技术参数、性能及说明： （1）光电传感器：由一只红外发射管与接收管组成。 （2）差动放大器：通频带kHz 10~0可接成同相、反相、差动结构，增益为100~1倍的直流放大器。 （3）电压放大器：增益约为5位，同相输入，通频带kHz 10~0。 （4）19JK -型直流恒压电源部分：直流V 15±，主要提供给各芯片电源： V 6 ,V 4 ,V 2±±±分三档输出，提供给实验时的直流激励源；V 12~0：A 1ax Im =作 为电机电源或作其它电源。 光电传感器测转速实验 【实验原理】 如图所示：光电传感器由红外发射二极管、红外接收管、达林顿出管及波形整形组成。
发射管发射红外光经电机转动叶片间隙，接收管接收到反射信号，经放大，波形整形输出方波，再经转换测出其频率，。 图1 【实验目的】 了解光电传感器测转速的基本原理及运用。 【实验仪器】 如图所示，光电式传感器、JK-19型直流恒压电源、示波器、差动放大器、电压放大器、频率计和九孔实验板接口平台。 图2 图3 【实验步骤】 1．先将差动放大器调零，按图1接线；
传感器实验 精04 张为昭 2010010591
实验二电涡流传感器变换特性 一、实验目的 1. 了解电涡流传感器的结构、工作原理及应用； 2. 了解电涡流传感器调频电路的特点，测试电涡流传感器变换特性。 二、实验装置及原理 1.装置 图2.1 电涡流传感器装置 2.原理 涡流传感器是七十年代以后发展较快的一种新型传感器。它广泛应用在位移振动监测、金属材质鉴别、无损探伤等技术领域中。 涡流传感器通常由扁平环形线圈组成。在线圈中通以高频（通常为2.5MHz 左右）电流，则在线圈中产生高频交变磁场。当导电金属板接近线圈时，交变磁场在板的表面层内产生感应电流即涡流。涡电流又产生一个反方向的磁场，从而减弱了线圈的原磁场，也就改变了原线圈的自感量L、阻抗Z及Q值。线圈上述参数的变化在其它条件不变的情况下仅是线圈与金属板之间距离的单值函数。 实验中采用了测量线圈自感量L的调频电路，即把线圈作为谐振回路的一个电感元件。当线圈与金属板之间距离h发生变化时，谐振回路的频率f也发生变化，再用鉴频器将频率变化转换成电压变化输出。 图2.2 电涡流传感器原理 三、实验内容及步骤 1. 测量前置器输出频率f与距离h之间的关系；输出电压V与距离h之间
（1）被测金属板先采用铝板。转动微调机构或千分尺使金属板与传感器端面接触即h＝0，记下相应的输出信号频率，然后改变h并记下相应的输出频率f 的数值于表2－1中。 （2）改变h并记下涡电流传感器相应的输出电压峰峰值于表2－2中。 （3）改变h并记下测量电路最终的输出电压于表2－3中。 2. 换上钢板重复1的步骤，注意钢板在与传感器距离很小时传感器无输出，调整距离至有输出时作为零点，再开始进行后续测量。 3. 估测电涡流传感器的工作测量范围： 铝板：1.5mm 钢板：1.5mm（相对零点的位移） 四、数据整理及问题分析 1.实验数据整理
实验平台介绍 传感器教学实验系列nextsense是针对传感器教学，虚拟仪器教学等基础课程设计的教学实验模块。nextsense系列配合泛华通用工程教学实验平台nextboard使用，可以完成热电偶、热敏电阻、RTD热电阻、光敏电阻、霍尔元件等传感器的课程教学。课程提供传感器以及调理电路，内容涵盖传感器特性描绘、电路模拟以及实际测量等。 图1 nextboard实验平台 nextboard具有6个实验模块插槽；提供两块标准尺寸的面包板，用户可自搭实验电路；为NI 数据采集卡提供信号路由，可完全替代NI数据采集卡接线盒功能，轻松使用数据采集卡资源；还为实验模块和自搭电路提供电源，既可用于有源电路供电，也可作为外接设备供电。 实验模块区共有6个插槽，分别为4个模拟插槽Analog Slot 1-4，2个数字插槽Digital Slot 1-2。数据采集卡的模拟通道和数字通道分配到实验模块区的Analog Slot 和Digital Slot 上。Analog Slot 模拟插槽用于那些需要使用模拟信号的实验模块。Digital Slot 数字插槽用于那些需要同时使用多个数字信号或脉冲信号的实验模块。 图2 模拟插槽和数字插槽
特别需要注意的是： （1）在使用所有模块之前，都要先区分模块的类型：带有正弦波标记的为模拟实验模块，需要插在Analog Slot 上使用；带有方波标记的为数字模块，需要查在Digital Slot 上使用。如果插错插槽，会导致模块工作不正常，甚至损坏模块。 （2）插拔实验模块前关闭nextboard电源。 （3）开始实验前，认真检查模块跳线连接，避免连接错误而导致的输出电压超量程，否则会损坏数据采集卡。 Nextboard的连线： （1）电源线，把220V的电源通过一个15V的直流变压器，送到实验台上。 （2）数据采集卡，将数据采集卡的插头与实验台可靠连接。
2012/4/29
彩色线阵CCD传感器系列实验 实验时间：2012年4月27日星期五 （一）实验目的： 1．了解并学习CCD的使用、驱动原理和功能特性等。 （二）实验内容： 1．本实验共分为以下四个实验部分，主要内容为: 1）线阵原理及驱动 2）特性测量实验 3）输出信号二值化 4）线阵CCD的AD数据采集 （三）实验仪器： 1．双踪迹同步示波器（带宽50MHz以上）一台， 2．彩色线阵CCD多功能实验仪YHCCD－IV一台 3．实验用PC计算机及A/D数据采集基本软件 （四）实验结果及数据分析： 一、线阵原理及驱动 1）驱动频率与周期 表格 1 驱动频率与周期实验结果
由于对不同驱动频率示值，对应不同驱动频率，当显示数值为0时，f=1Mhz；为1时，f=500Khz；为2时，f=250Khz；为3时，f=125Khz； 对应F1，F2频率始终是驱动信号的8分之一，而RS则为F1，F2频率的2倍； 现象及数据分析：由上图可知，在同一频率档位上，随着积分时间档位的增长，FC周期逐渐增加；对于同一积分档位，考虑到驱动频率间的关系，FC周期恰好成倍数关系； 2）积分时间测量 表格 2 积分时间测量结果 现象及数据分析：由上图可知，在同一频率档位上，随着积分时间档位的增长，FC周期逐渐增加；对于同一积分档位，考虑到驱动频率间的关系，FC周期恰好成倍数关系； 二、特性测量实验 表格 3 输出信号幅度与积分时间的关系0档
对应曲线： 图表 1 输出信号幅度与积分时间的关系0档 表格 4 输出信号幅度与积分时间的关系 1档
图表 2 输出信号幅度与积分时间的关系1档 表格 5 输出信号幅度与积分时间的关系2档
实验一数字式电子秤实验模块-物体质量测量 一．实验目的 1.学习LabVIEW软件的使用； 2.认识应变式力传感器的工作原理； 3.掌握使用应变式传感器进行物体称重的方法； 4.掌握标定称重实验台和修正测量误差的方法； 二．实验原理 数字式电子秤实验模块由应变式力传感器、信号调理电路板、底座、支架、托盘和外围封装设备构成。其中，应变式力传感器由4片应变片塑封在桥臂的中间两侧，信号调理电路板为全桥电路。当物体加到托盘后，4个应变片会受压发生形变，该形变量转换为电压量的变化,最后通过电桥电路及运算放大电路进行信号处理和输出。如下图所示为数字式电子秤实验模块结构示意图。 数字式电子秤实验模块结构示意图 数字式电子秤实验模块中的力传感器是电阻应变片。电阻应变片是利用物体线性长度发生形变导致阻值发生改变的原理而制成的，其电阻丝一般用康铜材料，它具有高稳定性及良好的温度、蠕变补偿性能。测量电路普遍采用如下图所示的惠斯通电桥。
电阻应变片惠斯通电桥测量电路 称重原理： 使用标准砝码对称重模块进行标定，得到物体质量与输出电压之间的线性关系式。然后利用该线性关系式进行未知质量的物体的测量。 三．需要的仪器和设备 ●计算机１台 ●LabVIEW实验脚本：数字式电子秤实验模块-物体质量测量.vi 1套 ●TS-DEW-1A应变式数字电子称模块 1套 ●砝码 1套 ●TS-INQ-8U USB多通道数据采集模块 1套 ●TS-TAB-B基础实验平台 1套四．实验步骤 1.关闭面板总电源开关，将电子秤模块的电源线连接到基础实验平台的多路电源输出航 空插头； 2.将电子秤模块的信号线连接到USB多通道数据采集模块的通道1上； 3.开启总电源，开启采集卡电源，如下图所示，在“数字式电子秤-物体质量测量程序 VI”文件夹中打开“数字式电子秤实验模块-物体质量测量.vi”程序，建立实验环境。 4.通道选择“1”，采样频率选择“10KHz”,点击程序运行按钮启动测量程序。 5.在正式进行物体质量测量的过程中，应该先完成传感器的标定工作。操作步骤为：首 先，不在托盘上放置砝码，此时称重的质量为0，把“0”填入“质量（X1）”空格内，点击“标定1”按钮读取当前状况下的电压值；在托盘上放置500g的砝码，并在“质量
物质为主体的高温固体微粒构成的。火焰的热辐射具有离散光谱的气体辐射和连续光谱的固体辐射。不同燃烧物的火焰辐射强度、波长分布有所差异，但总体来说，其对应火焰温度的 1 ～ 2 μm 近红外波长域具有最大的辐射强度。例如汽油燃烧时的火焰辐射强度的波长。 火焰传感器是机器人专门用来搜寻火源的传感器，当然火焰传感器也可以用来检测光线的亮度，只是本传感器对火焰特别灵敏。火焰传感器利用红外线对对火焰非常敏感的特点，使用特制的红外线接受管来检测火焰，然后把火焰的亮度转化为高低变化的电平信号，输入到中央处理器中，中央处理器根据信号的变化做出相应的程序处理。 火焰传感器是探测在物质燃烧时，产生烟雾和放出热量的同时，也产生可见的或大气中没有的不可见的光辐射。 火焰传感器又称感光式火灾传感器，它是用于响应火灾的光特性，即探测火焰燃烧的光照强度和火焰的闪烁频率的一种火灾传感器。 理； 2、通过该实验项目，学生能够学会编写火焰传感器的程序。
1、编写一个读取火焰传感器输出电平信号的程序； 2、将火焰检测状态做简单的处理显示，正常无火焰状态为0，检测到火焰状态为1； 3、用按键KEY1控制ZIGBEEN是否发送数据。 6.4.1硬件部分 1、ZIGBEE调试底板一个； 图6-1 ZIGBEE调试底板 2、20PIN转接线一条和带USB的J-Link仿真器一个； 图6-2 J-Link仿真器 3、转接板一个； 实验内容 6.3 实验设备 6.4 电 源 开 关 电 源 传感器C端口 指示灯 2 J-LINK接 ZigBee_DEBUG 复位键 节点按键 拨码开关 ZigBe按键 红 外 发 射 指 示 灯 1 ZigBee复位键 可 调 电 阻传 感 器 A 端 口 传感器B端口 方口USB线，另一端连接电上电指示灯 20PIN转接线，另一端接转接板 20PIN转接线接口 10PIN转接线接口 串口接口
33传感器原理及应用实验报告 实验人：程昌 09327100 合作人：雷泽雨 09327104 理工学院光信息科学与技术 实验时间：2011年5月20日，5月27日 实验地点：1号台 【实验目的】 1．了解传感器的工作原理。 2，掌握声音、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研究电热丝的加热效率。 【实验仪器】 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），导线若干。 【安全注意事项】 1、插拔传感器的时候需沿轴向平稳插拔，禁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）两端口直接接到750接口或功率放大器的信号输出 端，使用时必须串联300欧姆以上的电阻。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须串联电阻，因为二极管的正向导通电压小于1V，不串联电阻则电 流很大，容易烧毁，也易损坏电流传感器。 【原理概述】 传感器(sensor或transducer)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，并使之按照一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的自动测量、处理和自动控制。现在，传感技术已成为衡量一个国家科学技术发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。有关传感器的研究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，了解并掌握一些有关传感器的基本结构、工作原理及特性的知识是非常重要的。
典型传感器的应用 金属箔式应变片----单臂、半臂、全桥性能实验 一、实验目的： 1)了解金属箔式应变片的应变效应，电桥的工作原理。 2)了解单臂电桥、半桥、全桥的性能，并比较其灵敏度和非线性度。 3)了解应变直流全桥的应用。 二、实验仪器： 应变式传感器实验模板、砝码、数显表、±15V电源、±5V电源 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:ΔR/R=Kε式中:ΔR/R 为:ΔR/R电阻丝电阻相对变化, K为应变灵敏系数, ε=ΔL/L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，通过它转换被测部件受力状态变化、电桥的作用完成电阻到电压的比例变化，电桥的输出电压反映了相应的受力状态。一般根据工作中电阻值参与变化的桥臂数可分为：半桥单臂式、半桥双臂式和全桥连接式联接，如图1所示。对单臂电桥输出电压Uο1=Ek?/4。在半桥性
能实验中，不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边，电桥输出灵敏度提高，非线性得到改善。当应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压Uο2=Ek?/2。在全桥测量电路中，将受力性质相同的两应变片接入电桥对边，不同的接入邻边，当应变片初始阻力值：R1=R2=R3=R4，其变化值ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4时，其桥路输出电压Uο3=Ek?。其输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差和温度误差均得到改善。 图a单臂输入原理图图b双臂输入原理图图c 全桥输入原理图 图1 三中电桥原理图 四、实验步骤： （一）单臂输入时电桥电压输出特性 1、如图2所示，应变式传感器已安装到应变传感器模块上。 传感器中各应变片已接入左上方的R1、R2、R3、R4。其电 阻大小为R1=R2=R3=R4=350欧姆。 图2 应变式传感器安装示意图 2、接入模板电源±15V（从主控箱引入），检查无误后，合上 主控箱电源开关，顺时针调节Rw2使之大致位于中间位置， 再进行差动放大器调零，方法为：将差放的正、负输入端 与地短接，输出端与主控箱面板上数显电压表输入端Vi相
实验一直流激励时霍尔传感器位移特性实验 一、实验目的： 了解霍尔式传感器原理与应用。 二、基本原理： 金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流流过时，在垂直于磁场和电流的方向上将产生 电动势，这种物理现象称为霍尔效应。具有这种效应的元件成为霍尔元件，根据霍尔效应，霍 尔电势 U H＝ K H IB ，当保持霍尔元件的控制电流恒定，而使霍尔元件在一个均匀梯度的磁场中 沿水平方向移动，则输出的霍尔电动势为U H kx ，式中k—位移传感器的灵敏度。这样它就 可以用来测量位移。霍尔电动势的极性表示了元件的方向。磁场梯度越大，灵敏度越高；磁场 梯度越均匀，输出线性度就越好。 三、需用器件与单元： 霍尔传感器实验模板、霍尔传感器、±15V 直流电源、测微头、数显单元。 四、实验步骤： 1、将霍尔传感器安装在霍尔传感器实验模块上，将传感器引线插头插入实验模板的插座 中，实验板的连接线按图9-1进行。 1、 3 为电源±5V ， 2、4 为输出。 2、开启电源，调节测微头使霍尔片大致在磁铁中间位置，再调节Rw1 使数显表指示为零。 图 9-1直流激励时霍尔传感器位移实验接线图 3、测微头往轴向方向推进，每转动0.2mm 记下一个读数，直到读数近似不变，将读数填 入表 9-1。 表9－ 1 X （ mm） V(mv)
作出 V-X 曲线，计算不同线性范围时的灵敏度和非线性误差。 五、实验注意事项： 1、对传感器要轻拿轻放，绝不可掉到地上。 2、不要将霍尔传感器的激励电压错接成±15V ，否则将可能烧毁霍尔元件。 六、思考题： 本实验中霍尔元件位移的线性度实际上反映的时什么量的变化？ 七、实验报告要求： 1、整理实验数据，根据所得得实验数据做出传感器的特性曲线。 2、归纳总结霍尔元件的误差主要有哪几种，各自的产生原因是什么，应怎样进行补偿。
CSY-2000系列传感器与检测技术实验台 编写：吴爱平审核：孙士平 一、设备名称： 传感器与检测技术实验台 二、型号/规格： CSY-2000 三、生产厂家： 浙江高联科技开发有限公司 杭州高联信息技术有限公司 四、操作面板： 五、功能说明： CSY2000系列传感器与检测技术实验台，主要用于各大专院校开设的“自动检测技
术”“传感器原理与技术”“工业自动化控制”“非电量电测技术”等课程的教学实验。CSY2000系列传感器与检测技术实验台上是采用最新推出的模块化结构的产品。希望通过实验能让学生加强对书本知识的理解，并在实验进行的过程中，通过信号的拾取、转换、分析掌握作为一个科技工作者应具备的基本的操作技能与动手能力。 CSY2000系列传感器与检测技术实验台由主控台、三源板（温度源、转动源、振动源）、传感器（基本型18个、增强型23个）、相应的实验模板等四部分组成。 （1） 主控台部分，提供高稳定直流稳压电源、音频信号源、低频信号源、气压源，其中电源、音频、低频均具有断路保护功能；主控台面板上还装有电压、气压、 频率、转速的3位半数显表及计时表、RS232计算机串行接口、流量计、漏电 保护器。高精度温度转速两用仪表，调节仪置内为温度调节、置外为转速调节。 （2） 三源板提供振动源、转动源、加热源。 （3） 传感器：基本型传感器包括：电阻应变式传感器、扩散硅压力传感器、差动变压器、电容式传感器、霍尔式传感器、霍尔式转速传感器、磁电式传感器、压 电式传感器、电涡流传感器、光纤传感器、光电转速传感器、集成温度传感器、 100铂电阻、Cu铜电阻、湿敏传感器、气敏传感器K型热电偶、E型热电偶、P t 共十八个。 （4） 实验模块部分提供相应的实验电路。普通型有应变式、压力、差动变压器、电容式、霍尔式、压电式、电涡流、光纤位移、温度、移相/相敏检波/滤波十个 模块。 六、参数指标： 直流电源： ±15V、＋5V、±2V±4V±6V±8V±10V ＋2V∽＋24V连续可调 音频信号源（音频振荡器）：1KHZ∽10KHZ 低频信号源（低频振荡器）：1HZ∽30HZ 气压源：0∽20kpa 振动频率：1HZ∽30HZ 转速：0－2400转/分 加热源：常温∽150℃（可调）
实验报告2 ――光电传感器测距功能测试 1．实验目的： 了解光电传感器测距的特性曲线； 掌握LEGO基本模型的搭建； 熟练掌握ROBOLAB软件； 2．实验要求： 能够用LEGO积木搭建小车模式，并在车头安置光电传感器。能在光电传感器紧贴红板，以垂直红板的方向作匀速直线倒车运动过程中进行光强值采集，绘制出时间－光强曲线，然后推导出位移－光强曲线及方程。 3．程序设计： 编写程序流程图并写出程序，如下所示：
ROBOLAB程序设计： 4．实验步骤： 1)搭建小车模型，参考附录步骤或自行设计（创新可加分）。 2)用ROBOLAB编写上述程序。 3)将小车与电脑用USB数据线连接，并打开NXT的电源。点击ROBOLAB 的RUN按钮，传送程序。 4)取一红颜色的纸板（或其他红板）竖直摆放，并在桌面平面与纸板垂直 方向放置直尺，用于记录小车行走的位移。 5)将小车的光电传感器紧贴红板放置，用电脑或NXT的红色按钮启动小 车，进行光强信号的采样。从直尺上读取小车的位移。 6)待小车发出音乐后，点击ROBOLAB的数据采集按钮，进行数据采集， 将数据放入红色容器。共进行四次数据采集。 7)点击ROBOLAB的计算按钮，分别对四次采集的数据进行同时显示、平 均线及拟和线处理。 8)利用数据处理结果及图表，得出时间同光强的对应关系。再利用小车位 移同时间的关系（近似为匀速直线运动），推导出小车位移同光强的关 系表达式。 5．调试与分析 a)采样次数设为24，采样间隔为0.05s，共运行1.2s。采得数据如下所示。
b)在ROBOLAB的数据计算工具中得到平均后的光电传感器特性曲线，如图所示： c)对上述平均值曲线进行线性拟合，得到的光强与时间的线性拟合函数：
传感器实验
实验一金属箔式应变计性能——应变电桥 实验目的： 1、观察了解箔式应变片的结构及粘贴方式。 2、测试应变梁变形的应变输出。 3、比较各桥路间的输出关系。 实验原理： 本实验说明箔式应变片及直流电桥的原理和工作情况。 应变片是最常用的测力传感元件。当用应变片测试时，应变片要牢固地粘贴在测试体表面，测件受力发生形变，应变片的敏感栅随同变形，其电阻值也 随之发生相应的变化。通过测量电路，转换成电信号输出显示。 电桥电路是最常用的非电量电测电路中的一种，当电桥平衡时，桥路对臂电阻乘积相等，电桥输出为零，在桥臂四个电阻R1、R2、R3、R4中，电阻的相对变化率分别为△R1/ R1、△R2/ R2、△R3/ R3、△R4/ R4 ，当使用一个应变片时， ∑ ? = R R R；当二个应变片组成差动状态工作，则有∑ ? = R R 2 R；用四个应变片 组成二个差动对工作，且R1= R2= R3= R4=R，∑ ? = R R 4 R。 实验所需部件：(括号{ }内为2001B型内容) 直流稳压电源+4V、公共电路模块（一）{公共电路模块}、贴于主机工作台悬臂梁上的箔式应变计、螺旋测微仪、数字电压表 实验步骤： 1、连接主机与模块电路电源连接线，差动放大器增益置于最大位置（顺时针方向旋到底），差动放大器“+”“—”输入端对地用实验线短路。输出端接电压表2V档。开启主机电源，用调零电位器调整差动放大器输出电压为零，然后拔掉实验线，调零后模块上的“增益、调零”电位器均不应再变动。
（图1） 2、观察贴于悬臂梁根部的应变计的位置与方向，按图（1）将所需实验部件连接成测试桥路，图中R1、R2、R3分别为固定标准电阻，R为应变计（可任选上梁或下梁中的一个工作片），图中每两个节之间可理解为一根实验连接线，注意连接方式，勿使直流激励电源短路。 将螺旋测微仪装于应变悬臂梁前端永久磁钢上，并调节测微仪使悬臂梁基本处于水平位置。 3、确认接线无误后开启主机，并预热数分钟，使电路工作趋于稳定。调节模块上的W D电位器，使桥路输出为零。 4、用螺旋测微仪带动悬臂梁分别向上和向下位移各5mm ,每位移1mm记录一个输出电压值，并记入下表： 位 移 mm 电 压V 根据表中所测数据在坐标图上做出V—X曲线，计算灵敏度S：S=X V? ?。 / 注意事项： 1、实验前应检查实验连接线是否完好，学会正确插拔连接线，这是顺利完成实验的基本保证。 2、由于悬臂梁弹性恢复的滞后及应变片本身的机械滞后，所以当螺旋测微仪回到初始位置后桥路电压输出值并不能马上回到零，此时可一次或几次将螺旋测微仪反方向旋动一个较大位移，使电压值回到零后再进行反向采集实验。 3、实验中实验者用螺旋测微仪进行位移后应将手离开仪器后方能读取测试
电涡流传感器系列实验 实验一：电涡流传感器的静态标定 摘要：电涡流传感器由平面线圈和金属涡流片组成，当线圈中通以高频交变电流后，在与其平行的金属片上感应产生电涡流，电涡流的大小影响线圈的阻抗Z，而涡流的大小与金属涡流片的电阻率，导磁率、厚度、温度以及与线圈的距离X有关，当平面线圈、被测体（涡流片）、激励源确定，并保持环境温度不变，阻抗Z只与距离X有关，将阻抗变化转为电压信号V输出，则输出电压是距离X的单值函数。① 1实验目的 了解电涡流式传感器的原理及工作性能 2实验所用仪器设备 涡流变换器、F/V表、测微头、铁测片、涡流传感器、示波器、振动平台、主副电源② 3实验原理 通以高频电流的线圈产生磁场，当有导体接近时，因导电体涡流效应产生涡流损耗，而涡流损耗与导电体的材料以及和线圈的距离有关，因此可以进行位移测量。② 4实验步骤 （1）装载好传感器 （2）连接电路，电压表置于20V档，开启主副电源 （3）用示波器观察涡流变换器的输入端波形 （4）调节传感器的高度值，改变高度，记下示波器及电压表的示数 5实验结果与分析 (1)涡流变换器输入端的波形为正弦波，示波器的时基为0.2μs/cm (2)改变传感器的高度值，记录电压表示数，记录如下表 X(mm) 16.150 16.050 15.950 15.850 15.750 15.650 15.550 15.450 Vp-p(v) 6.00 6.00 6.00 6.00 6.00 6.00 6.00 6.00 V(v) -4.10 -4.14 -4.18 -4.21 -4.24 -4.27 -4.31 -4.33 V—X曲线如下图所示
竭诚为您提供优质文档/双击可除 光电传感器实验心得 篇一：光电传感器实验 Dh-sJ3光电传感器物理设计性实验装置 （实验指导书） 实 验 讲 义 请勿带走 杭州大华科教仪器研究所 杭州大华仪器制造有限公司 Dh-sJ3光电传感器物理设计性实验装置 光敏传感器是将光信号转换为电信号的传感器，也称为光电式传感器，它可用于检测直接引起光强度变化的非电量，如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等；也可用来检测能转换成光量变化的其它非电量，如零件直径、表面粗糙度、位移、速度、加速度及物体形状、工作状态识别等。光
敏传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点，因而在工业自动控制及智能机器人中得到广泛应用。 光敏传感器的物理基础是光电效应，即光敏材料的电学特性都因受到光的照射而发生变化。光电效应通常分为外光电效应和内光电效应两大类。外光电效应是指在光照射下，电子逸出物体表面的外发射的现象，也称光电发射效应，基于这种效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。内光电效应是指入射的光强改变物质导电率的物理现象，称为光电导效应。大多数光电控制应用的传感器，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、硅光电池等都是内光电效应类传感器。当然近年来新的光敏器件不断涌现，如：具有高速响应和放大功能的ApD雪崩式光电二极管，半导体光敏传感器、光电闸流晶体管、光导摄像管、ccD图像传感器等，为光电传感器的应用开创了新的一页。本实验主要是研究光敏电阻、硅光电池、光敏二极管、光敏三极管四种光敏传感器的基本特性以及光纤传感器基本特性和光纤通讯基本原理。 一、实验目的 1、了解光敏电阻的基本特性，测出它的伏安特性曲线和光照特性曲线。 2、了解光敏二极管的基本特性，测出它的伏安特性和光照特性曲线。 3、了解硅光电池的基本特性，测出它的伏安特性曲线
《传感器与检测技术》实验指导讲义 实验一预备实验 一、实验目的 熟悉实验要求，熟悉实验系统和主控台。学习、掌握虚拟示波器的使用。 二、实验课要求与注意事项 1、实验课同上理论课一样是上课，必须遵守上课的各项规定，不允许做与上课无关事。必须做好预习。 2、实验各组必须独立完成实验，不允许大声讲话，不允许各处走动，不允许与其他组商量。 3、必须单独做好测量原始数据的记录，并交任课教师签字后有效，每人一份。实验报告必须附有任课教师签字的原始数据的记录，否则实验报告无效。 4、自学《深圳大学学生实验守则》和《深圳大学仪器设备损坏、丢失赔偿办法》。 5、必须爱护使用的仪器设备。接线时必须关闭主控台的电源！特别注意主控台电源与实验模块电源的正、负、地要连接一致，不可接错，开启电源前要认真检查。若操作错误，导致设备的损坏将按学校的规定赔偿。 6、实验结束后，关闭主控台的电源，整理好连接线放在实验台上。 三、实验系统简介 SET9000型系列传感器与检测（控制）技术实验台由主控台、测控对象、传感器/实验模板、数据采集卡及处理软件、实验桌等六部分组成。 ☆（1）主控台：提供高稳定的±15V、+5V、±2V～±10V（可调）、+2V～+24V（可调）四种直流稳压电源；0.4KHz～10KHz可调音频信号源；1Hz～30Hz可调低频信号源；面板上装有数显电压、频率、转速、压力表和精度温度控制仪表；0～20kpa可调气压源；计算机数据采集卡；浮球流量计；电源故障报警/复位系统；漏电保护装置。SET9000型还增加了数据采集控制器及测控系统接口。 （2）测控对象：振动源1Hz～30Hz(可调)；转动源0-2400转/分(可调)；温度源<200℃(可调)。SET9000型的上述三种对象均带手动/自动调节功能。 （3）传感器/实验模块配置： ★基础型（17种）： 1.电阻应变式传感器； 2.扩散硅压力传感器； 3.差动变压器； 4.电容式传感器； 5.霍尔式位移传感器； 6.霍尔式转速传感器； 7.磁电转速传感器； 8.压电式传感器； 9.电涡流位移
实验一金属箔式应变片单臂电桥性能实验 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、基本原理：电阻丝在外力作用下发生机械变形时，英电阻值发生变化，这就是电阻应变效应，描 述电阻应变效应的关系式为： △R/R=K￡ 式中AR/R为电阻丝的电阻相对变化值，K为应变灵敏系数，t =Al/l为电阻丝长度相对变化。金属箔式应变片是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件，用它来转换被测部位的受力大小及状态，通过电桥原理完成电阻到电压的比例变化，输出电压UO=EK￡（E为供桥电压），对单臂电桥而言，电桥输出电压，U01=EK e /4o （E为供桥电压）。 三、器件与单元：应变式传感器实验模板、应变式传感器、磁码（每只约20g）、数显表、±15V电 源、±4V电源、万用表（自备）。 四、实验步骤： 1、根据图（1-1）,应变式传感器已装于应变传感器模板上。传感器中各应变片已接入模板左上方的 Rl、R2、R3、R4标志端。加热丝也接于模板上，可用万用表进行测量判别，R1=R2=R3=R4=35OQ,加热丝阻值约为50Q左右。 应变片托盘 图1-1应变式传感器安装示意图 2、实验模板差动放大器调零，方法为:①接入模板电源±15V（从主控箱引入），检查无误后，合上 主控箱电源开关，将实验模板增益调节电位器Rw3顺时针调丹到大致中间位置，②将差放的正、负输入端与地短接，输出端与主控箱而板上数显电压表输入端Vi相连，调节实验模板上调零电位器RW4,使数显表显示为零（数显表的切换开关打到2V档），完毕关闭主控箱电源。3、参考图（1-2）接入传感器，将应变式传感器的其中一个应变片R1（即模板左上方的R1）接入电 桥作为一个桥臂，它与R5、R6、R7接成直流电桥（R5、R6、R7在模块已连接好），接好电桥调零电位器Rwl,接上桥路电源±4V（从主控箱引入），检査接线无误后，合上主控箱电源开关，先粗调VTRwl，再细调RW4使数显表显示为零。
请勿带走！！！ 传 感 器 系 列 实 验 讲 义 中国科学技术大学物理实验教学中心 2015-09
目录 实验一电阻应变片传感器DIY电子秤 ................................................................... 实验二DIY温度控制系统&测记忆合金的恢复温度 ............................................. 实验三压力传感器..................................................................................................... 实验四气敏传感器..................................................................................................... 实验五热释电传感器.................................................................................................
实验要求 目前传感器实验有5个系列实验（见下表），共30套设备，实验时要求每人操作一套设备。实验课的基本任务是每人至少要完成2个实验，其中标“★”号是要求必做的实验，可以完成多于2个实验。为了确保实验课程的顺利运行，超过16:30或者21:30后，原则上不安排基本任务之外的实验。
实验一电阻应变片传感器DIY电子秤 实验目的 1、了解电阻应变片的组成、结构 2、了解直流电桥的应用 3、DIY电子秤称重的原理 实验仪器 直流电源悬臂梁（已贴应变片）电子秤底座（已焊好接线柱） 托盘1个1000 Ω电阻3个C形砝码6个 待测物1个香蕉插头6个螺丝刀1把 导线2根万用表1台（公用） 实验原理 1、电阻应变式传感器的结构 右图中的1是敏感栅，它用厚度为0.003～0.101mm的金属箔栅状或用金属线制作。 2、电阻应变式传感器的原理 金属箔电阻应变片贴牢在悬臂梁上下表面，悬臂梁远端加砝码使它弯曲，有的表面受到拉伸，有的表面受到压缩。所以受到拉伸的电阻阻值变大，受到压缩电阻阻值变小。分别将一个、两个或四个电阻应变片与固定电阻组成电桥（所谓单臂、半桥或全桥），以电压表为平衡检测器。未加砝码时，调节电桥平衡，输出电压为零。随着负载增加，电桥不平衡性加大，电压表读数越大。做M-U图，是线性关系。对应三种情况，分别求出电桥灵敏度（单位质量变化引起电压的变化ΔU/ΔM）。 实验中采用如下图的电桥电路，电源电压为E，桥臂电阻均取1000.0Ω，悬臂梁未受力时应变片阻值R=1000.0Ω。根据伏安关系可求得桥电压U与应变片电阻R之间近似满足以下关系：
2012/4/29 彩色线阵ccD专感器系列实验 实验时间：2012年4月27日星期五 （一）实验目的： 1.了解并学习CCD勺使用、驱动原理和功能特性等。 （二）实验内容： 1. 本实验共分为以下四个实验部分，主要内容为： 1）线阵原理及驱动 2）特性测量实验 3）输出信号二值化 4）线阵CCD勺AD数据采集 （三）实验仪器： 1.双踪迹同步示波器（带宽50MH以上）一台， 2.彩色线阵CC多功能实验仪YHCC B IV—台 3.实验用PC十算机及A/D数据采集基本软件
（四）实验结果及数据分析：一、线阵原理及驱动 1）驱动频率与周期
由于对不同驱动频率示值，对应不同驱动频率，当显示数值为0时，f=1Mhz ;为1时, f=500Khz ;为2时，f=250Khz ;为3时，f=125Khz ； 对应F1, F2频率始终是驱动信号的8分之一，而RS则为F1, F2频率的2倍； 现象及数据分析：由上图可知，在同一频率档位上，随着积分时间档位的增长，FC周期逐渐增加；对于同一积分档位，考虑到驱动频率间的关系，FC周期恰好成倍数关系； 2）积分时间测量 现象及数据分析：由上图可知，在同一频率档位上，随着积分时间档位的增长，FC周期逐渐增加；对于同一积分档位，考虑到驱动频率间的关系，FC周期恰好成倍数关系； 二、特性测量实验
积分时间（档）FC时间 ms 幅度（H）幅度（L）Vh-VI 0 11.78 7.2 -1.2 8.4 2 13.82 10.8 -0.8 11.6 4 15.88 17.2 -0.8 18 6 17.92 21.2 -0.8 22 8 19.98 25.6 -0.8 26.4 10 22.02 30.8 -1.6 32.4 对应曲线： 表格 驱动频率1档输出信号U 幅度积分时间（档）FC时间 ms 幅度（H）幅度（L）Vh-VI 0 23.56 36.4 -2 38.4 2 27.64 44.8 -0.8 45.6 4 31.76 48.8 -0.8 49.6 6 35.84 48.8 -0.8 49.6 8 39.94 48.8 -0.8 49.6 图表1 输出信号幅度与积分时间的关系0档 U14 祝号1丁視,mi 13 3QJ 14 ■ Q _ tf 曲 ?
实验一 金属箔式与半导体式应变计的性能测试 一．实验目的： １．观察了解箔式应变片和半导体应变片的结构及粘贴方式。 ２．验证单臂、半桥、全桥的性能，比较各桥路间的输出关系。 ３．说明实际使用的应变电桥的性能和原理。 ４．了解温度对测试系统的影响，说明箔式应变片和半导体应变计的灵敏度和温度效应。 ５．通过实验对两种应变电路的特性有充分的了解。 二．实验所需部件： 直流稳压电源、应变式传感器实验模块、金属箔式应变计及温度补偿片、半导体式应变计、砝码、数字电压／频率表、应变加热（位于主机面板的温控单元下面）。 三．实验原理： 1. 箔式应变片性能——单臂电桥 本实验说明箔式应变片及直流电桥的原理和工作情况。应变片是最常用的测力传感元件。当用应变片测试时，应变片要牢固地粘贴在测试体表面，测件受力发生形变，应变片的敏感栅随同变形，其电阻值也随之发生相应的变化。通过测量电路，转换成电信号输出显示。电桥电路是最常用的非电量电测电路中的一种，当电桥平衡时，桥路对臂电阻乘积相等，电桥输出为零，在桥臂四个电阻R1、R2、R3、R4中，电阻的相对变化率分别为△R1/ R1、△R2/ R2、△R3/ R3、△R4/ R4 ，当使用一个应变片时，∑= R R R ?； 当二个应变片组成差动状态工作，则有∑= R R R ?2；用四个应变片组成二个差动对工作，且R1= R2= R3= R4=R ， ∑= R R R ?4。 2. 箔式应变片三种桥路性能比较 已知单臂、半桥和全桥电路的∑R 分别为△R/ R 、△2R/ R 、4△R/ R 。根据戴维南定理可以得出测试电桥近似等于4 1·E ·∑·∑R ，电桥灵敏度Ku=V/△R/R ，于是对于单臂、 半桥和全桥的电压灵敏度分别为1/4E 、1/2E 和E 。由此可知，当E 和电阻相对变化一定时，电桥的灵敏度与各桥臂阻值的大小无关 ３．金属箔式应变计的温度效应 温度变化引起应变片阻值发生变化的原因是应变片电阻丝的温度系数及电阻丝与测
传感器实验 实验十四差动变压器性能 一、实验目的： 了解差动变压器的基本结构及原理，通过实验验证差动变压器的基本特性。二、实 验原理： 差动变压器由衔铁、初级线圈、次级线圈和线圈骨架等组成。初级线圈做为差动变压器激励用，相当于变压器的原边，次级线圈由两个结构尺寸和参数相同的线圈反相串接而成，相当于变压器的副边。差动变压器是开磁路，工作是建立在互感基础上的。其原理及输出特性见图（9） 图（9） 三、实验所需部件： 差动变压器、音频振荡器、测微头、示波器。四、实验步骤： 1．按图（10）接线，差动变压器初级线圈必须从音频振荡器LV 端功率输出，双线示波器第一通道灵敏度500mv/格，第二通道10mv ／格。 2．音频振荡器输出频率5KHZ ，输出值V P －P 2V 。 3．用手提压变压器磁芯，观察示波器第二通道波形是否能过零翻转，如不能则改变 两个次级线圈的串接端。 示波器 图（10） 4．旋动测微头，带动差动变压器衔铁在线圈中移动，从示波器中读出次级输出电压V P －P 值，读数过程中应注意初、次级波形的相位关系。 5．仔细调节测微头使次级线圈的输出波形至不能再小，这就是零点残余电压。可以 看出它与输入电压的相位差约为π／2，是基频分量。 6．根据表格所列结果，画出Vop-p －X 曲线，指出线性工作范围。 五、注意事项： 示波器第二通道为悬浮工作状态。 实验二十激励频率对电感传感器的影响
一、实验目的： 说明在不同的激励频率影响下差动螺管式电感传感器的不同特性。二、实验所需部件： 图（15） 三、实验步骤： 1．按图（15）接线，音频振荡器置5KHZ ，幅值居中，差动放大器增益适度。 2．装上测微头，调整衔铁处于线圈中间位置，调节电桥使系统输出为最小。 3．旋动测微头， 移动衔铁，每隔1mm 从示波器读出V P-P 值，填入表格 4．改变音频振荡器频率，并重新调好零位，重复2－3步骤，将结果填入下表。 5．根据所测数据在同一坐标上做出V －X 曲线，计算灵敏度，并做出灵敏度与频率 的关系曲线。 由此可以看出，差动螺管式电感传感器的灵敏度与频率特性密切相关，在某一个特定 频率时，传感器最为灵敏，在其两边，灵敏度都有所下降，故测试系统中应选用这个激励 频率。 实验二十一热电式传感器――热电偶 一、实验目的： 观察了解热电偶的结构，熟悉热电偶的工作特性，学会查阅热电偶分度表。二、实 验原理： 热电偶的基本工作原理是热电效应，当其热端和冷端的温度不同时，即产生热电动势。通过测量此电动势即可知道两端温差。如固定某一端温度（一般固定冷端为室温或0℃），则另一端的温度就可知，从而实现温度的测量。CSY 系列实验仪中热电偶为铜一康铜（T 分度）和镍铬-镍硅（K 分度）。三、实验所需部件： 热电偶、加热器、差动放大器、电压表、温度计（自备）四、实验步骤： 1．打开电源，差动放大器增益放100倍，调节调零电位器，使差放输出为零。 2．差动放大器双端输入接入热电偶，打开加热开关，迅速将差动放大器输出调零。 3．随加热器温度上升，观察差动放大器的输出电压的变化，待加热温度不再上升时（达到相对的热稳定状态），记录电压表读数。 4．本仪器上热电偶是由两支铜－康铜热电偶串接而成，（CSY 10B 型实验仪为一支K 分度热电偶），热电偶的冷端温度为室温，放大器的增益为100倍，计算热电势时均应考