《传感器与检测技术》实验指南
传感器与检测技术实验室
实验指导老师：徐华结
适用班级：12电气工程及其自动化
目录
实验一压阻式压力传感器的特性测试实验 (2)
实验二电容传感器的位移特性实验 (5)
实验三直流激励线性霍尔传感器的位移特性实验 (9)
实验四电涡流传感器材料分拣的应用实验 (12)
实验五光纤传感器位移测量实验 (14)
实验一压阻式压力传感器的特性测试实验
一、实验目的
了解扩散硅压阻式压力传感器测量压力的原理和标定方法。
二、实验内容
掌握压力传感器的压力计设计。
三、实验仪器
传感器检测技术综合实验台、压力传感器实验模块、压力传感器、导线。
四、实验原理
扩散硅压阻式压力传感器的工作机理是半导体应变片的压阻效应，在半导体受到力变形时会暂时改变晶体结构的对称性，因而改变了半导体的导电机理，使得它的电阻率发生变化，这种物理现象称之为半导体的压阻效应。一般半导体应变采用N型单晶硅为传感器的弹性元件，在它上面直接蒸镀扩散出多个半导体电阻应变薄膜（扩散出敏感栅）组成电桥。在压力（压强）作用下弹性元件产生应力，半导体电阻应变薄膜的电阻率产生很大变化，引起电阻的变化，经电桥转换成电压输出，则其输出电压的变化反映了所受到的压力变化。图13-1为压阻式压力传感器压力测量实验原理图。
+
-
放大单元主台体上电压表
+4V 压阻式压力传感器Vo+
VS+
Vo-
Vs-
图1-1 压阻式压力传感器压力测量实验原理
五、实验注意事项
1、严禁将信号源输出对地短接。
2、实验过程中不要带电拔插导线。
3、严禁电源对地短路。
六、实验步骤
1、将引压胶管连接到压力传感器上，其他接线按图1-2进行连接，确认连线无误且打开主台体电源、压力传感器实验模块电源。
电电电电
电电电电电电
Vin
Vin
Vout GND
电电电电电电±15V 电电
D5
C4
+
+
E2
C5D4
D6
R29
S1
C1
R12
R13
R17R16
C2
R1
IC1
R14
R3
R5R4
R6
D1IC4
R7R20
R19
R9
C3
RW1
-15V GND
+15V VCC GND Vout-
Vout+
R8R10
D2
R21电电电电电
D3
E1
D5R28
IC2
IC3
R2
R18RW2
电电电电电电电电
电电电电电电电
电
电电电电电电电
电电电电电电电电电
R30
R31R21R21
1234567
810K 20K 51K
100K
P1
+5V
图1-2 压阻式压力传感器的特性测试实验接线图
2、打开气源开关，调节流量计的流量并观察压力表，压力上升到4Kpa 左右时，根据计算所选择的第二级电路的反馈电阻值，接好相应的短接帽；再调节调零电位器RW2，使得图1-3中Vx 与计算所得的值相符；再调节增益电位器RW1，使电压表显示为0.4V 左右。（进行此步之前，请先仔细阅读：七、实验报告要求）
3、再仔细地反复调节流量使压力上升到18KPa 左右时，根据计算，电压表将显示1.8V 左右。
4、重复步骤2和3过程，直到认为已足够精度时调节流量计使压力在4~18KPa 之间，每上升1Kpa 气压分别读取电压表读数，将数值列于表3。
表3 P （Kpa ） V o(p-p)
5、画出实验曲线。
6、实验完毕，关闭所有电源，拆除导线并放置好。
七、实验报告要求
1、要求：当压力为4Kpa 时，使得差分放大单元的电压输出为0.4V ；当压力为18Kpa
时，使得差分放大单元的输出为1.8V 。
32
6
18
7
4
IC1HA-0P07R1210K R13100K
R120K
R1410K
R220K
R410K
R310K
R520K
R1851
R810K
R192K
R9
10k C1103
C2
1031
Vin2
1
Vout
1
Vin1
R17
100K
R620K
R71K
R101K
D23.3V
A
1K 2
D13.3V
R1610K
电电电电
3
2
618
7
4
IC2
HA-0P07
3
2618
7
4
IC3
HA-0P07
3
2618
7
4
IC4
HA-0P07
C3
104
R202.7K
R21
2.7K
+15v
+15V
+15V
+15V
+15V
-15V
-15V
-15V
-15V
-15V
1
3
2
RW110K
RW250K
R3010K R3120K R3251K R33100K
1234567
8
P1
Header 4X2
V1
Vx
图1-3 压力传感器测试电路
2、当压力为4Kpa 时，测得压力传感器的输出电压Vout 与GND 间的电压Va ；当压力为18Kpa 时，测得压力传感器的输出电压V out 与GND 间的电压Vb ；然后根据图1-3列式进行计算，在第二级放大电路的反馈电阻（10K 、20K 、51K 、100K ）中，用跳线帽选择一个合适的反馈电阻。再根据所选择的反馈电阻，确定V1和Vx 的值，便于实验。具体计算公式如下：
当压力为4Kpa 时：
10.2240.2V x Va x
+?=-+ 10.4
10V Vx Vx R
--=
当压力为18Kpa 时：
'10.2240.2V x Vb x +?=-+ '1 1.8
10V Vx Vx R
--= 其中：V1、V1’分别为4Kpa 和18Kpa 时三运放的输出电压，Vx 为调零电位器RW2端
的电压；x 为RW1所需调到的阻值，R 为第二级放大电路的反馈电阻。
3、计算完后，先根据所选择的第二级放大电路的反馈电阻值，接好短接帽，然后再根据计算的电压值V1和Vx 分别调节调节电位器RW1和RW2。
实验二电容传感器的位移特性实验
一、实验目的
了解电容传感器结构及特点。
二、实验内容
掌握电容传感器的基本应用。
三、实验仪器
传感器检测技术综合实验台、电容传感器实验模块、电容传感器、振动源实验模块、示波器、导线。
四、实验原理
1、电容传感器是以各种类型的电容为传感元件，将被测物理量转换成电量的变化来实现测量的。电容传感器的输出是电容的变化量。利用电容C=εA/d的关系式通过相应的结构和测量电路可以选择ε、A、d。三个参数中，保持二个参数不变，只改变其中一个参数，则可以有测干燥度（ε变）、测位移（d变）和测液位（A变）等多种电容传感器。电容传感器极板形状分成平板、圆板形和圆柱形，虽然还有球面形和锯齿形等其它的形状，但一般很少用。本实验采用的传感器为圆筒式变面积差动结构的电容式位移传感器。差动式一般优于单组（单边）式的传感器，它灵敏度高、线性范围宽、稳定性高。如图18-1所示：它是由二个圆筒和一个圆柱组成的。设圆筒的半径为R，圆柱的半径为r，圆柱的长为x，则电容量为C=ε2πx/ln(R/r)。图中C1、C2是差动连接，当图中的圆柱产生Δx位移时，电容量的变化量为ΔC=C1-C2=ε2π2Δx/ln(R/r)，式中ε2π、ln(R/r)为常数，说明Δc与Δx位移成正比，再配上配套的测量电路就能测量位移。
电电1电电2
电电
C1C2电电
r
R
图18-1 实验电容传感器结构
2、测量电路（电容变换器）：如图18-2所示，测量电路的核心部分是图18-3的电路。
3
2
6
15
7
4
U2TRIG 2
Q
3R 4CVolt
5
THR
6
DIS 7
VCC 8
GND 1
U1C8
C5C2
C6
C1C7
C4
C3
R6R4
R3
R5
R7
R8D5
D6
1
1
3
3W
2W1
L1
L2
D2
D1
D4
D3
1
J2
1
Vout 1
GND2
1
J11
GND1RW1
+15V
+15V
-15V
NE555产生输出500K 方波
+15V C10
C9
D8D7
E2
E1
1
-15V
1
+15V
+15V
-15V
123
654S2
R1
R2
1
GND
D9
D10
11
22TEST
环型二极管整流
脉冲产生单元放大单元
1
Fout
1
Fin
-15V
+15V
电源
图18-2 电容测量电路
4
C 3
D 4
D 5
D 6D 1X C 2
X C 1
L 2
L 6
C W
R 1
O V 5
C 1E 2E 1t 2
t 电电
电电
电电
a
b
c
d
o
图18-3 二极管环形充放电电路
在图18-3中，环形充放电电路由D3、D4、D5、D6二极管、C5电容、L1电感和Cx1、Cx2实验差动电容位移传感器组成。
当高频激励电压（f ＞100KHz ）输入到a 点，由低电平E1跃到高电平E2时，电容Cx1和Cx2两端电压均由E1充到E2。充电电荷一路由a 点经过D3到b 点，再对Cx1充电到O
点（地）；另一路由由a点经过C5到c 点,再经D5到d点，再经Cx2充电到O点。此时，D4和D6由于反偏置而截止。在t1充电时间内，由a到c点的电荷量为：
Q1=Cx2(E2-E1) (18-1) 当高频激励电压由高电平E2返回到低电平E1时，电容Cx1 和Cx2均放电。Cx1经过b点、D4、c点、C5、a点、L1放电到O 点；Cx2经过d点、D6、L1放电到O点。在t2放电时间内由c到a点的电荷量为：
Q2=Cx1(E2-E1) （18-2）当然，（18-1）式和（18-2）式是在C5电容值远远大于传感器的Cx1和Cx2电容值的前提下得到的结果。电容C5的充放电回路由图18-3中实线、虚线箭头所示。
在一个充放电周期内（T=t1+t2），由c点到a点的电荷量为：
Q=Q2-Q1=（Cx1-Cx2）（E2-E1）=ΔCxΔE (18-3) 式中；Cx1与Cx2的变化趋势是相反的（由传感器的结构决定的，是差动式）。
设激励电压频率f=1/T，则流过ac支路输出的平均电流i为：
I=fQ=fΔCxΔE （18-4）
五、实验注意事项
1、严禁将信号源输出对地短接。
2、实验过程中不要带电拔插导线。
3、严禁电源对地短路。
六、实验步骤
1、按图18-4示意图接线：电容传感器实验模块电源单元接主台体上的±15V电源；将脉冲调制单元的Fout与电容测量放大单元的Fin相接；将电容传感器安装在电容传感器实验模块的电容测量放大单元上，即将传感器引线插头插入实验模板的插座中，电容传感器黄色和红色引线分别接电容模块J1和J2，蓝色引线接插孔GND；将电容测量放大单元的Vout与GND 接主台体上的电压表的“+”和“-”极，将电压表选择置于“20V”档。
电电电电电电±15V
电电电电电电电电电
D10Test
W1
Vout
GND
-15V GND 15V
D9
电电电电
电电电电电电
电电电电电电电电
D6
C10
C9
D7
E2E1
R2R1
S2
C3C6
D5R3D6R4U1
Fout Fin J2
GND J1
D1
D3
D2
D4
C4
R5
U2
L2
L1
C5
C8
R6
C7
R8
R7
RW1
C1
C2
05
电电电电
电电
电电电
电电电电电
电电电
电电电电电
电电电电电电电电电
图18-4 电容传感器的接线示意图
2、打开主台体电源开关和电容传感器实验模块的电源开关，用示波器观察Fout 的波形，调节脉冲调制单元的电位器W1，使其输出频率为500KHz 的方波，再将电容测量单元的电位器RW1调节到中间位置，旋动测微头推进电容传感器移动至极板中间位置，使电压数显表显示为最小值。
3、旋动测微头，每间隔0.5mm 记下位移X 与输出电压值，填入表8：
表8
X(mm) V(m V )
4、根据上表数据计算电容传感器的系统灵敏度S 和非线性误差δf 。
5、实验完毕，关闭所有电源，拆除导线并放置好。
实验三 直流激励线性霍尔传感器的位移特性实验
一、实验目的
了解霍尔式传感器原理与应用。
二、实验内容
掌握霍尔传感器的位移测量方法。
三、实验仪器
传感器检测技术综合实验台、霍尔传感器模块、线性霍尔传感器、振动源实验模块、测微头、导线。
四、实验原理
霍尔传感器是一种磁敏传感器，基于霍尔效应原理工作。它将被测量的磁场变化（或经磁场为媒介）转换成电动势输出。霍尔效应是具有载流子的半导体同时处在电场和磁场中而产生电势的一种现象。如图19-1所示，把一块宽为b ，厚为d 的导电板放在磁感应强度
为B 的磁场中，并在导电板中通以纵向电流I ，此时在板的横向两侧面A ，A ，
之间就是呈现出一定的电势差，这一现象称为霍尔效应（霍尔效应可以用洛伦兹力来解释），所产生的电势差U H 称霍尔电压。霍尔效应的数学表达式为：
H H
H IB
U R K IB d
== 式中；R H =-1/（ne ）是由半导体本身载流子迁移率决定的物理常数，称为霍尔系数；K H =R H /d ，称为灵敏度系数，与材料的物理性质和几何尺寸有关。
b
Fe
Fm
Vd B
A
A ’
I
d
H
U
图19-1 霍尔效应示意图
具有上述霍尔效应的元件称为霍尔元件，霍尔元件大多采用N 型半导体材料（金属材料中自由电子浓度n 很高，因此R H 很小，使输出U H 极小，不宜作霍尔元件），厚度d 只有1um 左右。
五、实验注意事项
1、请务必断电连线，否则极易烧坏霍尔传感器。
2、注意霍尔传感器引线的接法。
3、注意J16和R1上要接上两个短接帽，如下图19-2所示。
4、注意按顺序进行调零。
六、实验步骤
1、将霍尔传感器、测微丝杆固定在振动源实验模块上的测微支架上，并调节测微丝杆使霍尔传感器大约处于磁场的中间位置。
2、根据图19-2接线，需要注意的是：将线性霍尔传感器的红线和黑线分别接霍尔传感器实验模块的直流激励实验单元的输入端J1和J2，蓝色和黄色线分别接输出端J4和J3端；将电压调节处的旋钮拨至±4V ，并将+Vout 和-V out 接入到直流激励单元的+4V 和-4V 的端子上；将主台体上的±15V 接入到霍尔传感器实验模块的电源单元中；调零单元的OUT2与GND 需接到主台体上的电压表的“+”和“-”极；其他部分的接线严格按照接线图进行。
3、调零：先打开主台体电源开关，再打开霍尔传感器模块电源开关。调节霍尔传感器模块上的RW1电位器，使霍尔传感器的输出J4和J3间的电压为零，关闭霍尔传感器模块电源；将IN1+和IN1-短接并接到GND ，打开霍尔传感器实验模块电源开关，调节电位器W3使调零单元的输出OUT2和GND 间的电压为零，调零完后关闭霍尔传感器实验模块电源，并将IN1+和IN1-间的短接线以及与GND 间的接线拿掉。
电电电电电电电电电
+4V
J1
电电电电电电电电
电电电电OUT2OUT3
GND
电电电电电电电电
D5
C1
++
E1
E2
C2
D6
R14R15S1
U2
电电电电电电电电
电电电电电电
+
-4V
R6
J4
J3J2
W1
LV
GND
J6
J8
J10
J9
D1D2
IN-IN+
OUT1
GND R2
R4
R1
R3
R5
J16
TEST 1R8
R9R10W4
TEST4R1
R13
R11
W3
R12
GND +5V
PULSE
05
电电电电
电电
电电电
电电电电电
电电电电
电电电电电电
电±4V 电电
电
电电
电电
电
电电电
-15V
GND
+15V
图19-2 直流激励线性霍尔传感器接线图
4、打开霍尔传感器实验模块电源，测微头向轴向方向推进，每转动0.5mm 记下调零单元输出电压OUT2的读数，直到读数近似不变，将读数填入表9：
表9
X(mm)
V(m V)
5、根据上表作出V－X曲线，计算不同线性范围时的灵敏度和非线性误差。
6、实验完毕，关闭所有电源，拆除导线并放置好。
七、实验报告要求
必须在断电的情况下接霍尔传感器，霍尔元件的输入电压必须限制在±4V以内，即直流激励单元的+4V和-4V的端子必须严格的接入+4V和-4V。
八、思考题
实验步骤2中J4和J3是分别到IN1+和IN1-的，如果把J3接到IN1+，J4接到IN1-，观察输出电压有什么变化？
实验四 电涡流传感器材料分拣的应用实验
一、实验目的
掌握使用电涡流传感器在材料分拣中的应用方法。
二、实验内容
用铝测体和铜测体验证不同电导率的被测材料对电涡流传感器的特性影响。
三、实验仪器
传感器检测技术综合实验台、电涡流传感器实验模块、振动源实验模块、电涡流传感器、铝圆片、铁圆片、铜圆片、测微头、导线。
四、实验原理
电涡流传感器在被测体上产生的涡流效应与被测导体本身的电阻率和磁导率有关，因此不同的材料就会有不同的性能。基本原理参阅教材。
R2
Rw-1
Q1
R4C2
L1
R3
C8
D1
C1
R5
C3Vi
L2
R6
R7
Q2
C6
C4
电涡流
Vc Vo
C5
+15V
R9
五、实验注意事项
1、实验过程中不要带电拔插导线。
2、严禁电源对地短路。
3、传感器在初始时可能会出现一段死区。
六、实验步骤
1、根据24-2接线图进行接线：先将电涡流传感器安装在振动源实验模块上的测微支架上，在测微头端部装上铁质金属圆片，作为电涡流传感器的被测体；将电涡流传感器实验模块的电源单元接主台体上的+15V ；将电涡流传感器的黄色和绿色引线分别接到电容三点式振荡器的J1和GND 之间。
电电电电电电+15V
电电电电电电电电电电
E1C5D3R10
D2S1
R3 R1 J11 C1
L1
TEST2
TEST1
W1
R4
Q1
R5
R2
C2
TEST3
J12
C7
J1
GND
Vout Vin C6C4
R8
J13 TEST5
R7
Q2
TEST4
TEST6
W2
R9
Vout
GND
C3
R6L2D1
4
5
5
5
05
电电电
电电电电
电电电电
电电电电电电电电电电
电电电电
电电电电电电电电
Л电电电电
电电电电电电电
电
电
电
电
电
电
电
电
电
图24-2 电涡流传感器接线图
2、观察传感器结构，这是一个平绕线圈。
3、将实验模板输出端V out和GND与电压表的“+”和“-”极相连。电压表量程切换到选择电压20V档。
4、使测微头与传感器线圈端部接触，打开主台体电源开关和电涡流传感器实验模块的电源开关，此时电压表读数为最小，然后每隔0.5mm读一个数，直到输出几乎不变为止。将结果列入表12：
5、按上述步骤做实验，将数据列入表13~15中。
表13 被测体为铁圆片时的位移输出电压数据
X（mm）
Vo（V）
表14 被测体为铜时的位移输出电压数据
X（mm）
Vo（V）
表15 被测体为铝圆片时的位移输出电压数据
X（mm）
Vo（V）
6、根据上表的实验数据，在同一从标上画出实验曲线进行比较，分别计算灵敏度和线性度。
7、实验完毕，关闭所有电源，拆除导线并放置好。
七、思考题
分析铁测片、铝测片、铜测片哪一个的灵敏度高，为什么？
实验五光纤传感器位移测量实验
一、实验目的
了解光纤位移传感器的工作原理和性能。
二、实验内容
掌握光纤用于位移测量的方法。
三、实验仪器
传感器检测技术综合实验台、光纤传感器、光纤传感器实验模块、振动源实验模块、导线。
四、实验原理
本实验采用的是传光型光纤，它由两束光纤混合后，组成Y 型光纤，半圆分布即双D 分布：一束光纤端部与光源相接发射光束；另一束端部与光电转换器相接接收光束。两光束混合后的端部是工作端亦称探头，它与被测体相距X，由光源发出的光纤传到端部出射后再经被测体反射回来。另一束光纤将其接收的光信号由光电转换器转换成电量，而光电转换器转换的电量大小与间距X 有关，因此可用于测量位移。
五、实验注意事项
1、实验过程中不要带电拔插导线。
2、严禁电源对地短路。
六、实验步骤
1、根据图30-1 的示意图安装光纤位移传感器和测微头，二束光纤分别插入实验模板上的光电座(其内部有发光管D 和光电三极管T)中；并将信号处理单元的J2和GND分别接到主台体上的电压表的“+”和“-”极。
光纤传感器实验模块电源单元
光源驱动单元
信号处理单元
J2GND 接主台体上的电源
接
主台体上
的电压表
D3C1
++
E1
E2C2
R1R2
S1
W1
-15V
GND
+15V
J1D4
D1
D2光纤插座单元
Q1D5
R5C3
R6U1
R4R3
R8
R7
R9
R11
D6R17R10
U2
U3
C7R18D7
R12
C4
C5R13
R14C6R20
U5
R19
R21
R22
R16
R15
45
5505
测微头紧固螺钉
r 型光纤头
夹紧螺母
光反射面
支架座
图30-1 光纤传感器位移实验接线图
2、检查接线无误后，合上主台体电源开关和光纤传感器实验模块的电源开关。调节测微头，使光反射面与Ｙ型光纤头轻触；再调接光纤传感器实验模块上的电位器W1、使主台体中的电压表(显示选择开关打到20Ｖ档)显示为０Ｖ。
3、旋转测微头，被测体探头，每隔0.1mm 读取电压表显示值，将所测的数据填入表17（表17为光纤位移传感器的输出电压（J2与GND 间的电压）与位移数据）：
表17 X(mm) V(v)
4、根据上表的数据画出V —X 实验曲线，计算测量范围1mm 时的灵敏度和非线性误差。
5、实验完毕，关闭所有电源，拆除导线并放置好。
七、思考题
1.光纤位移传感器测位移时对被测体的表面有些什么要求？
2.光纤传感器实验模块上的信号处理单元里面有三个插孔J1、GND 、J2，用电压表测下J1与GND 以及J2与GND 间的电压，再根据实验的原理图计算下J2与GND 间的理论电压值，比较下理论值与实际值相差多少。
传感器原理与应用实 验指导书
实验一压力测量实验 实验目的： 1．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。 2．比较半桥与单臂电桥的不同性能，了解其特点，了解全桥测量电路的优点。 3．了解应变片直流全桥的应用及电路标定。 二、基本原理： 1．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为电阻丝的电阻相对变化值，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，对单臂电桥而言，电桥输出电压，U01=EKε/4。（E为供桥电压）。 2．不同受力方向的两片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。当两片应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压 U02=EK/ε2，比单臂电桥灵敏度提高一倍。 3．全桥测量电路中，将受力状态相同的两片应变片接入电桥对边，不同的接入邻边，应变片初始阻值是R1= R2= R3=R4，当其变化值ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4
时，桥路输出电压U03=KEε，比半桥灵敏度又提高了一倍，非线性误差进一步得到改善。 4. 电子秤实验原理为实验三的全桥测量原理，通过对电路调节使电路输出的电压值为重量对应值，将电压量纲(V)改为重量量纲(g)即成为一台原始电子秤。 三、实验所需部件：应变式传感器实验模板、应变式传感器、砝码（每只约20g）、数显表、±15V电源、±4V电源、万用表(自备)、自备测试物。 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R1、R 2、R 3、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=350Ω，加热丝阻值约为50Ω左右。 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顺时针调节到大致中间位置，②将差放的正、负输入端与地短接，输出端与主控箱面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在模块内已连接好)，接好电桥调零电位器Rw1，接上桥路电源±4V(从主控箱引入)，检查接线无误后，合上主控箱电源开关，先粗调节Rw1，再细调RW4使数显表显示为零。
实验一 金属箔式应变片性能实验 （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，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： εK R R =? 式中R R ?为电阻丝电阻相对变化， K 为应变灵敏系数， l l ?=ε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，通过它转换被测部位受 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。对单臂电桥输出电压4 1ε EK U O =。 三、需用器件与单元：应变式传感器实验模板、应变式传感器、砝码、数显表、士15V 电源、土4V 电源、万用表（自备）。 四、实验步骤： 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的左上方的1R 、2R 、3R 、4R 。加热丝也接于模板上，可用万用表进行测量判别， Ω====3504321R R R R ，加热丝阻值为Ω50左右。 2．接入模板电源上15V （从主控箱引入），检查无误后，合上主控箱电源开关，将实验模板调节增益电位器3W R 顺时针调节大致到中间位置，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表电压输入端i V 相连，调节实验模板上调零电位器4W R ，使数显表显示为零（数显表的切换开关打到2V 档）。关闭主控箱电源。 3．将应变式传感器的其中一个应变片1R (模板左上方的1R )接入电桥作为一个桥臂与5R 、6R 、7R 接成直流电桥（5R 、6R 、7R 模块内已连接好） ，接好电桥调零电位器4W R ，接上桥路电源上4V （从主控箱引入）如图1—2所示。检查接线无误后，合上主控箱电源
pH 值传感器 (型号：PH-BTA或PH-DIN) 所有传统的pH 计的实验或示范都可以用我们的pH 值传感器。使用此传感器更 可以自动采集数据、作图表、数据分析等功能。它的典型应用是：研究家庭常见的 酸和碱、酸碱滴定、在化学反应、水族箱内光合作用过程中监测pH 的变化、研究 酸雨和缓冲液、河流和湖的水质分析等。 威尼尔(Vernier) 有多本实验手册都有各种使用pH 值传感器的实验。 化学使用威尼尔 水质使用威尼尔 生物使用威尼尔 物理科学威尼尔 初中科学使用威尼尔 科学使用掌上电脑 高级化学使用威尼尔 用pH 值传感器采集数据 以下是使用pH 值传感器的一般操作流程： 数据采集软件 此传感器可以与一个界面以及以下的数据采集软件一起使用。 ?Logger Pro 3 这个计算机程序可配合LabQuest、LabPro、或威尼尔动手做！连接使用。?Logger Pro 2 这个计算机程序可配合ULI 或Serial Box Interface 使用。 ?Logger Lite 这个计算机程序可配合LabQuest、LabPro、或威尼尔动手做！连接使用。?LabQuest App 这个程序是当单独使用LabQuest 时配合使用的。 ?EasyData App 这个TI-83+ 和TI-84+ 计算器应用可配合CBL 2、LabPro、和威尼尔EasyLink 一起使用。我们建议使用2.0 或更新的版本，您可以从威尼尔的网站， https://www.doczj.com/doc/fe6406504.html,/easy/easydata.html，下载，然后转移到计算器上。查看威尼尔的网站，https://www.doczj.com/doc/fe6406504.html,/calc/software/index.html，可得到更多有关应用与程序转移指南的信息。?DataMate 程序采用DataMate 配合LabPro 或CBL 2 与以下计算器使用：TI-73、TI-83、TI-86、TI-89、和Voyage 200。在LabPro 和CBL 2 的使用说明书中可看到将程序转移到计算器的指示。 1如果你是配合ULI 或SBI 使用Logger Pro 2，pH 值传感器是不能自动识别的。在探头与传感器文件夹中打开一个pH 值传感器的实验文件。
现代(传感器)检测技术实验 实验指导书 目录 1、THSRZ-2型传感器系统综合实验装置简介 2、实验一金属箔式应变片——电子秤实验 3、实验二交流全桥振幅测量实验 4、实验三霍尔传感器转速测量实验 5、实验四光电传感器转速测量实验 6、实验五 E型热电偶测温实验 7、实验六 E型热电偶冷端温度补偿实验 西安交通大学自动化系 2008.11
THSRZ-2型传感器系统综合实验装置简介 一、概述 “THSRZ-2 型传感器系统综合实验装置”是将传感器、检测技术及计算机控制技术有机的结合，开发成功的新一代传感器系统实验设备。 实验装置由主控台、检测源模块、传感器及调理（模块）、数据采集卡组成。 1.主控台 (1)信号发生器：1k～10kHz 音频信号，Vp-p=0～17V连续可调； (2)1～30Hz低频信号，Vp-p=0～17V连续可调，有短路保护功能； (3)四组直流稳压电源：+24V,±15V、+5V、±2～±10V分五档输出、0～5V可调，有短路保护功能； (4)恒流源：0～20mA连续可调，最大输出电压12V； (5)数字式电压表：量程0～20V，分为200mV、2V、20V三档、精度0.5级； (6)数字式毫安表：量程0～20mA，三位半数字显示、精度0.5级，有内侧外测功能； (7)频率/转速表：频率测量范围1～9999Hz，转速测量范围1～9999rpm； (8)计时器：0～9999s，精确到0.1s； (9)高精度温度调节仪：多种输入输出规格，人工智能调节以及参数自整定功能，先进控制算法，温度控制精度±0.50C。 2.检测源 加热源：0～220V交流电源加热，温度可控制在室温～1200C； 转动源：0～24V直流电源驱动，转速可调在0～3000rpm； 振动源：振动频率1Hz～30Hz（可调），共振频率12Hz左右。 3.各种传感器 包括应变传感器：金属应变传感器、差动变压器、差动电容传感器、霍尔位移传感器、扩散硅压力传感器、光纤位移传感器、电涡流传感器、压电加速度传感器、磁电传感器、PT100、AD590、K型热电偶、E型热电偶、Cu50、PN结温度传感器、NTC、PTC、气敏传感器（酒精敏感，可燃气体敏感）、湿敏传感器、光敏电阻、光敏二极管、红外传感器、磁阻传感器、光电开关传感器、霍尔开关传感器。包括扭矩传感器、光纤压力传感器、超声位移传感器、PSD位移传感器、CCD电荷耦合传感器：、圆光栅传感器、长光栅传感器、液位传感器、涡轮式流量传感器。 4.处理电路 包括电桥、电压放大器、差动放大器、电荷放大器、电容放大器、低通滤波器、涡流变换器、相敏检波器、移相器、V/I、F/V转换电路、直流电机驱动等 5.数据采集 高速USB数据采集卡：含4路模拟量输入，2路模拟量输出，8路开关量输入输出，14位A/D 转换，A/D采样速率最大400kHz。 上位机软件：本软件配合USB数据采集卡使用，实时采集实验数据，对数据进行动态或静态处理和分析，双通道虚拟示波器、虚拟函数信号发生器、脚本编辑器功能。
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。
传 感 器 实 验 指 导 书 实验一电位器传感器的负载特性的测试 一、实验目的： 1、了解电桥的工作原理及零点的补偿； 2、了解电位器传感器的负载特性； 3、利用电桥设计电位器传感器负载特性的测试电路,并验证其功能。 二、实验仪器与元件： 1、直流稳压电源、高频毫伏表、示波器、信号源、数字万用表； 2、电阻若干（1k, 100K）；电位器(10k)传感器（多圈线绕）； 3、运算放大器LM358；
4、电子工具一批（面包板、斜口钳、一字螺丝刀、导线）。 三、基本原理： ?电位器的转换原理 ?电位器的电压转换原理如图所示，设电阻体长度为L，触点滑动位移量为x，两端输入电压为U i，则滑动端输出电压为 电位器输出端接有负载电阻时，其特性称为负载特性。当电位器的负载系数发生变化时，其负载特性曲线也发生相应变化。 ?电位器输出端接有负载电阻时，其特性称为负载特性。 四、实验步骤： 1、在面包板上设计负载电路。 3、改进电路的负载电阻RL，用以测量的电位器的负载特性。 4、分别选用1k电阻和100k电阻，测试电位器的负载特性，要求每个负载至少有5个测试点，并计入所设计的表格1，如下表。 序号 1 2 3 4 5 6 7 8
五、实验报告 1、 画出电路图，并说明设计原理。 2、 列出数据测试表并画出负载特性曲线。电源电压5V ，测试表格1. 曲线图：画图说明，x 坐标是滑动电阻器不带负载时电压；y 坐标是对应1000欧姆（负载两端电压）或100k 欧姆（负载两端电压），100欧和100K 欧两电阻可以得到两条曲线。 O 1 2 3 4 5 UK UR1UR2 3、 说明本次设计的电路的不足之处，提出改进思路，并总结本次实验中遇到困 难及解决方法。
成都理工大学工程 技术学院 单片机课程设计报告 数字温度计设计
摘要 在这个信息化高速发展的时代，单片机作为一种最经典的微控制器，单片机技术已经普及到我们生活，工作，科研，各个领域，已经成为一种比较成熟的技术，作为自动化专业的学生，我们学习了单片机，就应该把它熟练应用到生活之中来。本文将介绍一种基于单片机控制的数字温度计，本温度计属于多功能温度计，可以设置上下报警温度，当温度不在设置范围内时，可以报警。本文设计的数字温度计具有读数方便，测温范围广，测温精确，数字显示，适用范围宽等特点。 关键词：单片机，数字控制，数码管显示，温度计，DS18B20，AT89S52。
目录 1概述 (4) 1.1设计目的 (4) 1.2设计原理 (4) 1.3设计难点 (4) 2 系统总体方案及硬件设计...................................................... 错误！未定义书签。 2.1数字温度计设计方案论证 (4) 2.2.1 主控制器 (5) 2.4 系统整体硬件电路设计 (7) 3系统软件设计 (8) 3.1初始化程序 (8) 3.2读出温度子程序 (9) 3.3读、写时序子程序 (10) 3.4 温度处理子程序 (11) 3.5 显示程序 (12) 4 Proteus软件仿真 (13) 5硬件实物 (14) 6课程设计体会 (15) 附录1： (14) 附录2: (21)
1概述 1.1设计目的 随着人们生活水平的不断提高,单片机控制无疑是人们追求的目标之一，它所给人带来的方便也是不可否定的，其中数字温度计就是一个典型的例子，但人们对它的要求越来越高，要为现代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的设施就需要从数单片机技术入手，一切向着数字化控制，智能化控制方向发展。 本设计所介绍的数字温度计与传统的温度计相比，具有读数方便，测温范围广，测温准确，其输出温度采用数字显示，主要用于对测温比较准确的场所，或科研实验室使用，可广泛用于食品库、冷库、粮库、温室大棚等需要控制温度的地方。目前,该产品已在温控系统中得到广泛的应用。 1.2设计原理 本系统是一个基于单片机AT89S52的数字温度计的设计，用来测量环境温度，测量范围为-50℃—110℃度。整个设计系统分为4部分：单片机控制、温度传感器、数码显示以及键盘控制电路。整个设计是以AT89S52为核心，通过数字温度传感器DS18B20来实现环境温度的采集和A/D转换，同时因其输出为数字形式，且为串行输出，这就方便了单片机进行数据处理，但同时也对编程提出了更高的要求。单片机把采集到的温度进行相应的转换后，使之能够方便地在数码管上输出。LED采用三位一体共阳的数码管。 1.3设计难点此设计的重点在于编程，程序要实现温度的采集、转换、显示和上下限温度报警，其外围电路所用器件较少，相对简单，实现容易。 2 系统总体方案及硬件设计 2.1数字温度计设计方案论证 由于本设计是测温电路，可以使用热敏电阻之类的器件利用其感温效应，在将随被测温度变化的电压或电流采集过来，进行A/D转换后，就可以用单片机进行数据的处理，在显示电路上，就可以将被测温度显示出来，这种设计需要用到A/D 转换电路，感温电路比较麻烦。进而考虑到用温度传感器，在单片机电路设计中，大多都是使用传感器，所以这是非常容易想到的，所以可以采用一只温度传感器DS18B20，此传感器，可以很容易直接读取被测温度值，进行转换，就可以满足设计要求。 2.2总体设计框图 温度计电路设计总体设计方框图如图1所示，控制器采用单片机AT89S52，温度传感器采用DS18B20，用3位共阴LED数码管以串口传送数据实现温度显示。
物联网 实验指导书 四川理工学院通信教研室 2014年11月
目录 前言 (1) 实验一走马灯IAR工程建立实验 (5) 实验二串口通信实验 (14) 实验三点对点通信实验 (18) 实验四 Mesh自动组网实验 (21) 附录 (25) 实验一代码 (25) 实验二代码 (26) 实验三代码 (28) 实验四代码 (29)
前言 1、ZigBee基础创新套件概述 无线传感器网络技术被评为是未来四大高科技产业之一，可以预见无线传感器网络将会是继互联网之后一个巨大的新兴产业，同时由于无线传感网络的广泛应用，必然会对传统行业起到巨大的拉动作用。 无线传感器网络技术，主要是针对短距离、低功耗、低速的数据传输。数据节点之间的数据传输强调网络特性。数据节点之间通过特有无线传输芯片进行连接和转发形成大范围的覆盖容纳大量的节点。传感器节点之间的网络能够自由和智能的组成，网络具有自组织的特征，即网络的节点可以智能的形成网络连接，连接根据不同的需要采用不同的拓扑结构。网络具有自维护特征，即当某些节点发生问题的时候，不影响网络的其它传感器节点的数据传输。正是因为有了如此高级灵活的网络特征，传感器网络设备的安装和维护非常简便，可以在不增加单个节点成本同时进行大规模的布设。 无线传感器网络技术在节能、环境监测、工业控制等领域拥有非常巨大的潜力。目前无线传感器网络技术尚属一个新兴技术，正在高速发展，学习和掌握新技术发展方向和技术理念是现代化高等教育的核心理念。 “ZigBee基础创新套件”产品正是针对这一新技术的发展需要，使这种新技术能够得到快速的推广，让高校师生能够学习和了解这项潜力巨大的新技术。“ZigBee基础创新套件”是由多个传感器节点组成的无线传感器网络。该套件综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等多种技术领域，用户可以根据所需的应用在该套件上进行自由开发。 2、ZigBee基础创新套件的组成 CITE 创新型无线节点（CITE-N01 ）4个 物联网创新型超声波传感器（CITE-S063）1个 物联网创新型红外传感器（CITE-S073）1个 物联网便携型加速度传感器（CITE-S082）1个 物联网便携型温湿度传感器（CITE-S121 ）1个 电源6个 天线8根 CC Debugger 1套（调试器，带MINI USB接口的USB线，10PIN排线）物联网实验软件一套
《传感器与检测技术》实验指南 传感器与检测技术实验室 实验指导老师：徐华结 适用班级：12电气工程及其自动化
目录 实验一压阻式压力传感器的特性测试实验 (2) 实验二电容传感器的位移特性实验 (5) 实验三直流激励线性霍尔传感器的位移特性实验 (9) 实验四电涡流传感器材料分拣的应用实验 (12) 实验五光纤传感器位移测量实验 (14)
实验一压阻式压力传感器的特性测试实验 一、实验目的 了解扩散硅压阻式压力传感器测量压力的原理和标定方法。 二、实验内容 掌握压力传感器的压力计设计。 三、实验仪器 传感器检测技术综合实验台、压力传感器实验模块、压力传感器、导线。 四、实验原理 扩散硅压阻式压力传感器的工作机理是半导体应变片的压阻效应，在半导体受到力变形时会暂时改变晶体结构的对称性，因而改变了半导体的导电机理，使得它的电阻率发生变化，这种物理现象称之为半导体的压阻效应。一般半导体应变采用N型单晶硅为传感器的弹性元件，在它上面直接蒸镀扩散出多个半导体电阻应变薄膜（扩散出敏感栅）组成电桥。在压力（压强）作用下弹性元件产生应力，半导体电阻应变薄膜的电阻率产生很大变化，引起电阻的变化，经电桥转换成电压输出，则其输出电压的变化反映了所受到的压力变化。图13-1为压阻式压力传感器压力测量实验原理图。 + - 放大单元主台体上电压表 +4V 压阻式压力传感器Vo+ VS+ Vo- Vs- 图1-1 压阻式压力传感器压力测量实验原理 五、实验注意事项 1、严禁将信号源输出对地短接。 2、实验过程中不要带电拔插导线。 3、严禁电源对地短路。 六、实验步骤 1、将引压胶管连接到压力传感器上，其他接线按图1-2进行连接，确认连线无误且打开主台体电源、压力传感器实验模块电源。
ATOS物联网传感器实验系统 使用说明书 上海讯连电子科技发展有限公司 2011年10月
目录 1概述 (4) 1.1背景 (4) 1.2应用领域与使用对象 (4) 1.4参考方案 (4) 1.5术语与缩写解释 (4) 2系统综述 (5) 2.1传感器分类 (5) 2.2软件系统功能简介 (5) 2.3性能 (6) 2.4版权声明 (6) 3运行环境 (6) 3.1硬件设备要求 (6) 3.2支持软件 (6) 4软件操作说明 (7) 4.1安装以及使用前的准备 (7) 4.2 软件启动与登陆 (7) 4.2.1功能描述 (7) 4.2.2界面字段解释 (7) 4.2.3操作说明 (8) A）串口配置功能Serial (8) B）进入实验按钮功能Experiment (10) B1：实验一温湿度传感器实验 (11) B2：实验二光强传感器实验 (14) B3：实验三流量传感器实验 (17) B4：实验四霍尔传感器实验 (20) B5：实验五压力传感器实验 (23) B6：实验六气体压力传感器实验 (26) B7：实验七雨滴传感器实验 (29) B8：实验八火焰传感器实验 (32) B9：实验九震动传感器实验 (35) B10：实验十噪声传感器实验 (38) C）进入图书资源按钮功能Library (41) C1：资料一TINYOS开发环境 (42) C2：资料二WINCE平台 (43) C3：资料三Zigbee开发环境 (43) C4：资料四辅助工具 (44) C5：资料五驱动程序 (44) C6：资料六芯片和传感器手册 (45)
C7：资料七演示中心 (45) C8：资料八应用软件源码 (46) D）退出程序按钮 (46) 4.3 LabVIEW函数库 (47) 4.3.1函数库介绍 (47) 4.3.2如何编写一个应用程序 (49) 4.3.3 应用范例 (49) 5.0出错处理和恢复 (49)
传感器实验指导书 WEIHUA system office room 【WEIHUA 16H-WEIHUA WEIHUA8Q8-
传感器与检测技术实验 指导教师：陈劲松
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： 金属丝在外力作用下发生机械形变时，其电阻值会发生变化，这就是金属的电阻应变效应。 金属的电阻表达式为： S l R ρ = （1） 当金属电阻丝受到轴向拉力F 作用时，将伸长l ?，横截面积相应减小S ?，电阻率因晶格变化等因素的影响而改变ρ?，故引起电阻值变化R ?。对式（1）全微分，并用相对变化量来表示，则有： ρ ρ ?+?-?=?S S l l R R （2） 式中的l l ?为电阻丝的轴向应变，用ε表示， 常用单位με（1με=1×mm mm 610-）。若径向应变为r r ?，电阻丝的纵向伸长和横 向收缩的关系用泊松比μ表示为）（l l r r ?-=?μ，因为S S ?=2（r r ?），则（2）式可以写成： l l k l l l l l l R R ?=???++=?++?=?02121）（）（ρρμρρμ （3） 式（3）为“应变效应”的表达式。0k 称金属电阻的灵敏系数，从式（3）可见，0k 受两个因素影响，一个是（1+μ2），它是材料的几何尺寸变化引起的，另一个是 ） （ρερ?，是材料的电阻率ρ随应变引起的（称“压阻效应”）。对于金属材料而言，以前者为主，则μ210+≈k ，对半导体，0k 值主要是由电阻率相对变化所决定。实验也表明，在金属丝拉伸比例极限内，电阻相对变化与轴向应变成比例。通常金属丝的灵敏系数0k =2左右。
传感器与检测技术 实 验 指 导 书 机械电子工程教研室 2011-10-10 HCX-2000系列传感器与检测技术实验台
HCX-2000型传感器与检测技术实验台 说明书 一、实验台的组成 HCX-2000型传感器与检测技术实验台由主机箱、传感器、实验电路(实验模板)、转动源、振动源、温度源、数据采集卡及处理软件、实验桌等组成。 1、主机箱：提供高稳定的±15V、±5V、＋5V、±2V～±10V（步进可调）、＋2V～＋24V （连续可调）直流稳压电源；音频信号源（音频振荡器）1KHz～10KHz（连续可调）；低频信号源（低频振荡器）1Hz～30Hz（连续可调）；传感器信号调理电路；智能调节仪；计算机通信口；主机箱上装有电压、气压等相关数显表。其中，直流稳压电源、音频振荡器、低频振荡器都具有过载保护功能，在排除接线错误后重新开机恢复正常工作。主机箱右侧面装有供电电源插板及漏电保护开关。 2、振动源（动态应变振动梁与振动台）：振动频率3Hz～30Hz可调（谐振频率9Hz～12 Hz左右）； 3、转动源：手动控制0转/分～2400转／分、自动控制300～2200转／分。 4、温度源：常温～200℃。 5、气压源：0～20Kpa（连续可调）。 6、传感器：基本型有箔式应变片(350Ω)传感器(秤重200g)、扩散硅压力传感器(20Kpa)、差动变压器(±4mm)、电容式位移传感器(±2.5mm)、霍尔式位移传感器(±1mm)、霍尔式转速传感器(2400转/分)、磁电转速传感器(250转/分～2400转/分)、压电式传感器、电涡流传感器(1mm)、光纤位移传感器(1mm)、光电转速传感器(2400转/分)、集成温度(AD590)传感器(室温～120℃)、K热电偶(室温～150℃)、E热电偶(室温～150℃)、Pt100铂电阻(室温～150℃)、Cu50铜电阻(室温～100℃)、湿敏传感器(10～95％RH)、气敏传感器(50～99VJppm)等。 增强型：基本型基础上可选配扭矩传感器(25N·m)、超声位移传感器(200～1500mm)、PSD位置传感器(±2mm)、CCD电荷耦合器件、光栅位移传感器(25mm)、红外热释电传感器、指纹传感器(演示)等。 7、调理电路(实验模板)：基本型有电桥及调平衡网络、差动放大器、电压放大器、电荷放大器、电容变换器、电涡流变换器、光电变换器、温度变换器、移相器、相敏检波器、低通滤波器。增强型增加与选配传感器配套的实验模板。
《传感器原理及应用》实验指导书闻福三郭芸君编著 电子技术省级实验教学示范中心
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、 实验仪器 1、传感器特性综合实验仪 THQC-1型 1台 2、万用表 MY60 1个 三、 实验原理 金属丝在外力作用下发生机械形变时，其电阻值会发生变化，这就是金属的电阻应变效应。 金属的电阻表达式为： S l R ρ = （1） 当金属电阻丝受到轴向拉力F 作用时，将伸长l ?，横截面积相应减小S ?，电阻率因晶格变化等因素的影响而改变ρ?，故引起电阻值变化R ?。 用应变片测量受力时，将应变片粘贴于被测对象表面上。在外力作用下，被测对象表面产生微小机械变形时，应变片敏感栅也随同变形，其电阻值发生相应变化。通过转换电路转换为相应的电压或电流的变化，可以得到被测对象的应变值ε，而根据应力应变关系 εσE = （2） 式中：ζ——测试的应力； E ——材料弹性模量。 可以测得应力值ζ。通过弹性敏感元件，将位移、力、力矩、加速度、压力等物理量转换为应变，因此可以用应变片测量上述各量，从而做成各种应变式传感器。电阻应变片可分为金属丝式应变片，金属箔式应变片，金属薄膜应变片。 四、 实验内容与步骤 1、应变式传感器已装到应变传感器模块上。用万用表测量传感器中各应变片R1、R 2、R 3、R4，R1=R2=R3=R4=350Ω。 2、将主控箱与模板电源±15V 相对应连接，无误后，合上主控箱电源开关，按图1-1顺时针调节Rw2使之中间位置，再进行放大器调零，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 相连，调节实验模板上调零电位器Rw3，使数显表显示为零，（数显表的切换开关打到2V 档）。关闭主控箱电源。（注意：当Rw2的位置一旦确定，就不能改变。） 3、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与R5、R6、R7接成直流电桥，（如四根粗实线），把电桥调零电位器Rw1，电源±5V ，此时应将±5V 地与±15V 地短接（因为不共地）如图1-1所示。检查接线无误后，合上主控箱电源开关。调节Rw1，使数显表显示为零。 4、按表1-1中给出的砝码重量值，读取数显表数值填入表1-1中。
传感器与自动检测技术验 指导书 张毅李学勤编著 重庆邮电学院自动化学院 2004年9月
目录 C S Y-2000型传感器系统实验仪介绍 (1) 实验一金属箔式应变片测力实验（单臂单桥） (3) 实验二金属箔式应变片测力实验（交流全桥） (6) 实验三差动式电容传感器实验 (9) 实验四热敏电阻测温实验 (12) 实验五差动变压器性能测试 (14) 实验六霍尔传感器的特性研究 (17) 实验七光纤位移传感器实验 (21)
CSY-2000型传感器系统实验仪介绍 本仪器是专为《传感器与自动检测技术》课程的实验而设计的，系统包括差动变压器、电涡流位移传感器、霍尔式传感器、热电偶、电容式传感器、热敏电阻、光纤传感器、压阻式压力传感器、压电加速度计、压变式传感器、PN结温度传感器、磁电式传感器等传感器件，以及低频振荡器、音频震荡器、差动放大器、相敏检波器、移相器、低通滤波器、涡流变换器等信号和变换器件，可根据需要自行组织大量的相关实验。 为了更好地使用本仪器，必须对实验中使用涉及到的传感器、处理电路、激励源有一定了解，并对仪器本身结构、功能有明确认识，做到心中有数。 在仪器使用过程中有以下注意事项： 1、必须在确保接线正确无误后才能开启电源。 2、迭插式插头使用中应注意避免拉扯，防止插头折断。 3、对从各电源、振荡器引出的线应特别注意，防止它们通过机壳造成短路，并 禁止将这些引出线到处乱插，否则很可能引起一起损坏。 4、使用激振器时注意低频振荡器的激励信号不要开得太大，尤其是在梁的自振 频率附近，以免梁振幅过大或发生共振，引起损坏。 5、尽管各电路单元都有保护措施，但也应避免长时间的短路。 6、仪器使用完毕后，应将双平行梁用附件支撑好，并将实验台上不用的附件撤 去。 7、本仪器如作为稳压电源使用时，±15V和0~±10V两组电源的输出电流之和 不能超过1.5A，否则内部保护电路将起作用，电源将不再稳定。 8、音频振荡器接小于100Ω的低阻负载时，应从LV插口输出，不能从另外两个 电压输出插口输出。
无线传感器网络 实验指导书 信息工程学院
实验一 质心算法 一、实验目的 掌握合并质心算法的基本思想； 学会利用MATLAB 实现质心算法； 学会利用数学计算软件解决实际问题。 二、实验内容和原理 无需测距的定位技术不需要直接测量距离和角度信息。定位精度相对较低，不过可以满足某些应用的需要。 在计算几何学里多边形的几何中心称为质心，多边形顶点坐标的平均值就是质心节点的坐标。 假设多边形定点位置的坐标向量表示为p i = (x i ，y i )T ，则这个多边形的质心坐标为： 例如，如果四边形 ABCD 的顶点坐标分别为 (x 1, y 1)，(x 2, y 2), (x 3, y 3) 和(x 4,y 4)，则它的质心坐标计算如下： 这种方法的计算与实现都非常简单，根据网络的连通性确定出目标节点周围的信标参考节点，直接求解信标参考节点构成的多边形的质心。 锚点周期性地向临近节点广播分组信息，该信息包含了锚点的标识和位置。当未知结点接收到来自不同锚点的分组信息数量超过某一门限或在一定接收时间之后，就可以计算这些锚点所组成的多边形的质心，作为确定出自身位置。由于质心算法完全基于网络连通性，无需锚点和未知结点之间的协作和交互式通信协调，因而易于实现。 三、实验内容及步骤 该程序在Matlab 环境下完成无线传感器中的质心算法的实现。在长为100米的正方形区域，信标节点（锚点）为90个，随机生成50个网络节点。节点的通信距离为30米。 需完成： 分别画出不同通信半径，不同未知节点数目下的误差图，并讨论得到的结果 所用到的函数： 1. M = min(A)返回A 最小的元素. 如果A 是一个向量，然后min(A)返回A 的最小元素. 如果A 是一个矩阵，然后min(A)是一个包含每一列的最小值的行向量。 2. rand X = rand 返回一个单一均匀分布随机数在区间 (0，1)。 X = rand(n)返回n--n 矩阵的随机数字。 ()1234 1234,,44x x x x y y y y x y ++++++?? = ? ??
《传感器技术》实验指导书 权义萍 南京工业大学自动化学院
目录 实验一金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较实验 (3) 实验二直流全桥的应用――电子秤实验 (7) 实验三电容式传感器的位移特性实验 (9) 实验四压电式传感器振动实验 (11) 实验五直流激励时霍尔式传感器位移特性实验 (13) 实验六电涡流传感器综合实验 (15) 实验七光纤传感器的位移特性实验 (18)
实验一金属箔式应变片单臂、半桥性能比较实验 一、实验目的： 了解金属箔式应变片的应变效应，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，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，通过它转换被测部位受力状态变化、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。，对单臂电桥输出电压U o1= EKε/4。 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U O2＝EKε／2。 三、需用器件与单元： 应变式传感器实验模板、应变式传感器－电子秤、砝码、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（电子秤）已装于应变传感器模板上。传感器中各应变片已 接入模板的左上方的R1、R2、R3、R4。可用万用表进行测量判别，R1＝R2＝R3＝R4＝350Ω，加热丝阻值为50Ω左右 图1－1 应变式传感器安装示意图
《智能传感器技术及应用》 实验指导书 万振武编写 武汉理工大学华夏学院 2014年7月
实验一 扩散反射式光电开关应用实验 一、实验目的 1.熟悉软件开发环境，熟练运用下载软件下载程序，熟练运用串口调试软件进行串口调试。 2.了解本实验中扩散反射式光电开关的结构； 3.会应用串口调试软件测试光电开关。 4.掌握舵机的控制方法 5.搭建光电循线机器人并编程实现机器人走直线。 二、实验原理 1. 光电开关的检测原理 图 1-1 光电开关原理图 光电开关原理如图1-1所示。当图中光电探头前面为浅色物体时，发光二极管发出的光被反射回探头，光电三极管导通，信号端S 输出低电平；当光电探头前面为深色物体时，发光二极管发出的光被吸收，没有光线反射回探头，光电三极管截止，信号端S 输出高电平。 2.舵机的控制原理 舵机是一种位置伺服的驱动器，适用于角度需要不断变化并可以保持的 控制系统。其工作原理是：控制信号进入信号调制芯片，这时会获得直流偏置电压。舵机内部本身有一个基准电路，产生脉宽为1.5ms ，周期为20ms 的基准信号，直流偏置电压与电位器的电压比较，获得电压差输出。该电压差的正负输出到电机驱动芯片，决定电机的正反转。当电机转速一定时，通过级联减速齿轮带动电位器旋转，一直到电压差为0，电机停止转动。 如图所示高电平持续1.5ms ，低电平持续20ms ，然后不断重复的控制脉冲序列。如果将该脉冲序列发给经过零点标定后的伺服电机，伺服电机不会
旋转如图1-2所示。如果此时电机旋转，表明电机需要进行零点标定。从图1-3、图1-4可知，控制电机运转速度是高电平持续的时间，当高电平持续的时间为1.3ms时，电机按图中顺时针方向旋转；当高电平持续的时间为1.7ms 时，电机按图中逆时针方向旋转。 图1-2 1.5ms控制脉冲系列电机转速为零的控制信号时序图 图1-3 1.3 ms的控制脉冲系列使电机全速顺时针旋转的时序图 图1-4 1.7 ms的控制脉冲系列使电机全速逆时针旋转的时序图 三、实验设备 1.实验开发板、不锈钢车体 2.万用表、工具箱 3.光电开关三个 四、实验内容 1.利用串口调试软件测试光电开关
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：
传感器实验指导书 Revised at 2 pm on December 25, 2020.
传 感 器 实 验 指 导 书 实验一电位器传感器的负载特性的测试 一、实验目的： 1、了解电桥的工作原理及零点的补偿； 2、了解电位器传感器的负载特性； 3、利用电桥设计电位器传感器负载特性的测试电路,并验证其功能。 二、实验仪器与元件： 1、直流稳压电源、高频毫伏表、示波器、信号源、数字万用表； 2、电阻若干（1k, 100K）；电位器(10k)传感器（多圈线绕）； 3、运算放大器LM358； 4、电子工具一批（面包板、斜口钳、一字螺丝刀、导线）。 三、基本原理： ?电位器的转换原理 ?电位器的电压转换原理如图所示，设电阻体长度为L，触点滑动位移量为x，两端输入电压为U i，则滑动端输出电压为
电位器输出端接有负载电阻时，其特性称为负载特性。当电位器的负载系数发生变化时，其负载特性曲线也发生相应变化。 ?电位器输出端接有负载电阻时，其特性称为负载特性。 四、实验步骤： 1、在面包板上设计负载电路。 3、改进电路的负载电阻RL，用以测量的电位器的负载特性。 4、分别选用1k电阻和100k电阻，测试电位器的负载特性，要求每个负载至少有5个测试点，并计入所设计的表格1，如下表。 五、实验报告 1、画出电路图，并说明设计原理。 2、列出数据测试表并画出负载特性曲线。电源电压5V，测试表格1.
曲线图：画图说明，x坐标是滑动电阻器不带负载时电压；y坐标是对应1000欧姆（负载两端电压）或100k欧姆（负载两端电压），100欧和100K欧两电阻可以得到两条曲线。 3、说明本次设计的电路的不足之处，提出改进思路，并总结本次实验中遇到困难及 解决方法。 实验二声音传感器应用实验-声控LED旋律灯 一、实验目的： 1、了解声音传感器的工作原理及应用； 2、掌握声音传感器与三极管的组合电路调试。 二、实验仪器与元件： 1、直流稳压电源、数字万用表、电烙铁等； 2、电子元件有： 声音传感器（带脚咪头）1个；弯座1个；线1个；5MM白发蓝LED 5个；9014三极管 2个1M电阻 1个；10K电阻 1个；电阻 1个；1UF电解电容 1个；47UF电解电容1个；万能电路板一块。 三、基本原理： 声控LED旋律灯工作电压。其功能为：本电路制作成功后5只LED会随着音乐或是其它声音的节奏闪动起来，可放置于音响附近，让灯光为音乐伴舞！电路原理图如图1所示。 图1 声控LED旋律灯 当发出声音时，声音波传入声音传感器，声音传感器把声音波转换成电压波动。 这个电压波动可以通过电容C2，传到Q1三极管的基极。然后这个电压波变Q1和Q2两级放大之后，输出较大的电压波。最后这个电压波使得5只LED闪动起来。