实验一应变式传感器与检测系统实验
一、实验目的
1．熟悉金属箔式应变片的应变效应和测量电桥（全桥）的组成、工作原理和性能；利用应变片制作的称重实验台进行物品称重，并掌握称重实验台的定标和测量误差修正方法；
2．结合称重实验系统的构建，熟悉典型的自动检测系统的硬件结构和工作原理；掌握检测技术软件（数据采集和处理软件DRVI）的基本功能和使用方法。
二、实验原理
本实验所用的DRCZ-A型称重台由应变式力传感器、底座、支架和托盘构成。其中，力传感器由测力环和4个应变片构成的全桥电路组成。当物料加到载物台后，4个应变片会发生变形，通过电桥放大后产生电压输出。
图1称重实验台结构示意图
电阻应变片是利用物体线性长度发生变形时其阻值会发生改变的原理制成的，其电阻丝一般用康铜材料，它具有高稳定性及良好的温度补偿性能。测量电路普遍采用惠斯通电桥（如图1-2所示），利用的是欧姆定律，输出量是电压差。
图2 电阻应变片惠斯通电桥测量电路
为提高测量精度，称重实验台使用前可用标准砝码对其进行标定，得到物料重量与输出电压的关系曲线，实际使用时将测量电压按该曲线反求出实际重量就。关系曲线用y=k x+b拟合，方法有：①理论拟合；②端点连线平移拟合；③端点连线拟合；④过零旋转拟合；⑤最小二乘拟
合等。本实验用两个砝码进行标定，通过计算直线的方法（端点连线拟合）进行标定。
测量误差修正除前述的标定外，还可通过数据处理的方法来实现，如：平均值处理等。三、实验仪器设备和器材
1．计算机１台
2．检测软件DRVI 1套
3．称重实验台（DRCZ-A）1个
4．砝码1套
5．USB数据采集器1台
四、实验要求
1.预习要求：
阅读、理解实验指导书的实验原理，并思考回答以下问题：
a) 为什么称重实验台能用应变片来称重？采用全桥电路有什么优点？
b) 为什么称重实验台使用前要用标准砝码进行标定？
c) 如何分析称重实验台称重时所产生的误差？
2. 实验内容：
用DRDAQ-USB型数据采集仪和DRCZ-A型称重台称一色块的重量，并计算静态误差与该系统测量的非线性误差。
3．注意事项：
a) DRYB-5-A型传感器的称重或测量不超过2Kg的力（平稳，不含过强冲击）。
b) 不要冲击传感器或在其上施加过大的力，以免因过载而损坏传感器。
五、实验步骤
第一步搭建“重量检测系统”硬件平台
1.关闭DRDAQ-USB型数据采集仪电源，将选用的传感器、信号预处理模板等连接到采集仪的数据采集通道上。(禁止带电从采集仪上插拔传感器，否则会损坏采集仪和传感器)
2.开启总电源、DRDAQ-USB型数据采集仪电源、直流电源以及将模块电源选择选择在第一模块上，如都显示绿灯，进行下一步实验。
第二步启动数据采集与处理软件，熟悉其运行环境、软件结构、界面内容和使用方法
3.运行“DRVI”主程序，点击DRVI快捷工具条上的"联机注册"图标，选择其中的“DRVI 采集仪主卡检测（USB）”进行软件注册。
4.点击DRVI快捷工具条上的“脚本样例”图标，并在相应菜单中选择“转子实验台[服务器]”或“环形输送线实验台[服务器]”，而后在实验菜单上选择“动平衡配重测量实验”或“称重实验台实验”。
5.实验时，先用两点标定法对称重传感器进行标定：先后用2个砝码，分别选“标定1”、
“标定2”，再按“标定结果”得到本传感器电压/重量关系曲线。
图1-3
图3 应变式力传感器称重实验
6.记录得到的传感器“电压/重量”关系曲线y=kx+b，并称重4个不同重量的砝码。
7.重复实验4、5步骤三到五次，记录数据处理。（了解迟滞、重复）
8．查看VBSCRIPT文件，逐行理解；了解各软件模块，或称为“芯片”的功能。
9．（选作）修改定标方法，进行测试。
六、实验思考题
数据采集与处理软件在本实验中有什么作用？
七、实验报告要求
实验报告除填写“实验目的”外，在内容栏应主要包括如下几部分：
1.“实验原理”简述；
2.“实验系统硬件结构”描述；（要求图文并茂，包括电路图、整个系统结构图，并有对应的文字说明。）
3.“检测软件功能”说明；
4.“实验步骤和实验数据”记录；
5.“实验数据处理分析”；（对实验数据统计、整理，将实验结果用图表和文字进行分析，并给出结论。）
6.“其他”；可以提出该实验存在的问题、本人尚不明白的问题、建议和意见等。
实验二多传感器工程检测综合实验（Ⅰ）
一、实验目的
1.通过本实验，让学生熟悉几种传感器的结构和工作原理；
2.让学生掌握自动生产线上多种传感器实际应用方法、检测系统的组成和工作过程。
二、实验原理
利用环形输送线试验模型，，模拟自动生产线上物料的输送、检测工作。图1是该实验台的结构图，由外壳、链板（测试物品的载板）、链条、链轮、直流电机、传感器支架、链条张紧装置、传动装置、6个测试样品（金属、塑料各三个，三种颜色）和传感器组成。其运行线速度为：4～5cm/s（12V）；1.6~2.2cm/s（5V）。
图1 环形输送线试验模型结构图
环形输送线试验台可以引入：光电对射传感器检测速度、红外传感物品计数、电涡流传感金属物体识别、超声波传感物体测距、色差传感颜色识别、应变传感物体质量测量实验、霍尔传感工位定位实验等实验。
三、实验仪器设备和器材
1．计算机１台；2．检测软件DRVI 1套；3．环形输送线试验台1个；
4．USB数据采集器1台；5. 多种传感器一套.
四、实验要求
1. 预习要求：
实验前，要阅读、理解实验指导书的实验原理，熟悉实验内容。
2. 实验内容：
（1）物体检测：可选用红外反射式传感器（DRHF-12-A）检测物体。红外反射式传感器及反光板的安装在支架上，使传感器的下边沿平行于输送线的顶盖板。反光板固定在传感器发射面
的前面，使反光面中心正对着传感器。开动环形输送线，当测试样品随链板运动经过传感器时，由于物体遮挡了红外线的反射，传感器会输出一个跳变的信号。
图2 红外反射式传感器物体检测
（2）金属物体检测：可选用电涡流接近开关进行测量，探测距离一般< 20mm。在进行实验之前，传感器探头与被测物体之间的距离调整到5～10mm。链板拖动被测物体经过传感器探头前面，当金属材质（铝）的物体经过探头时，传感器会输出跳变的信号。
图3电涡流接近开关金属物体检测
（3）输送线运行速度测量：可选用红外对射式传感器测量速度。如图4所示，红外对射式传感器的发射和接收窗口被固定在传动链条的两侧，当链条在电动机的拖动下运动时，链条的滚子会有规律的遮挡传感器发出的红外线，在传感器的输出端上就会得到连续的脉冲。由于链条的滚子之间的距离（即节距）相等，（节距：d=12.7mm）所以测得传感器输出的脉冲频率（F），就可以推算出链条的运动速度S[S=d*F（mm/s）]。
图4 红外对射传感器运动速度测量原理示意图
说明：红外对射式传感器安装在环形输送线的链板的下面，在输送线上部观察不到该传感器，使用时也不需要进行调整。由于链条的运行速度比较慢：16～50mm/s；对应传感器测量信号频率大约是1.26～3.94Hz。因此，采样频率参数不能设置得过高，可根据采样长度(1024)内包含至少2个脉冲周期来确定采样频率。
（4）色差传感器物体表面颜色识别实验：选用色差识别传感器使用的是红外反射式色差传感器，工作原理是依据不同颜色的物体表面对红外线的吸收率和反射率。在相同的测试距离上，黑色的吸收率最高，白色的吸收率最低。因此，可以根据物体对红外线的反射率来判断物体的表
面颜色。在标准测试距离上，随环形输送线提供的三种测试颜色样品。
注意：在传感器的使用过程中请注意探头和被测物体表面的清洁，根据光的吸收与反射定律，如果被测物体表面有污物，会影响光的反射，也就是影响测量精度。另外避免光源直射传感器端面或测试样品，否则也会影响测试结果。
（5）工件位置测定：选用霍尔传感器检测到磁钢经过传感器时磁场的变化，输出脉冲信号。当这些安装有磁钢的链板经过传感器探头时，传感器就会“认出”这些磁钢。
图5 霍尔传感器定位原理图
五、实验步骤
1．系统安装：
（1）关闭DRDAQ-USB型数据采集仪电源，将选用的传感器分别安装在实验模型上，并连接到采集仪的数据采集通道上，与计算机相连接。
（2）弄清系统结构和工作原理，画出实验平台的结构图。
(禁止带电插拔传感器，否则会损坏采集仪和传感器)
2．系统调试运行：
（1）开启DRDAQ-USB型数据采集仪电源。
（2）运行DRVI主程序，点击DRVI快捷工具条上的"联机注册"图标，选择其中的“DRVI 采集仪主卡检测”或“网络在线注册”进行软件注册。
（3）在DRVI地址信息栏中输入WEB版实验指导书的地址，在实验目录中选择“环形输送线试验”，建立实验环境。
3．具体实验步骤：
ⅰ、物体计数与铁磁物体计数
（1）在菜单中选择“物体（铁磁物体）计数实验”
（2）在环形传送线实验台上，找出红外反射式传感器和电涡流接近开关传感器，并找出对应的采集通道。
（3）对比通道与实验平台的通道一致否，若一致，进行下一步实验。
（4）按一定的间距摆放5个色块，并使色块位置位于传送带的中间。
（5）按下实验平台中软“运行”、“复位”键。让传送线运行2圈，记录所测得色块总数和铁磁色块数。并与实际的数目比较。
ⅱ、输送线运行速度测量
（1）在菜单中选择“输送线运行速度实验”
（2）在环形输送线实验台上，找出红外对射传感器的采集通道。
（3）对比通道与实验平台上的通道一致否，若一致，进行下一步实验。
（4）在12V的运行线的输入电压情况下，按下实验平台中软“运行”，让输送线运行2圈，记录3-5组运行速度的数据。
（5）将12V换为5V的输入电压，注意：在老师检查完以后才能运行输送线。按下实验平台中软“运行”，让输送线运行2圈，记录3-5组运行速度的数据。有条件的同学
可以改变采样率，进行测量。
ⅲ、工件定位（运行速度）测量
（1）在菜单中选择“工件定位实验”
（2）在环形输送线实验台上，找出霍尔传感器和它的采集通道。
（3）对比通道与实验平台上的通道一致否，若一致，进行下一步实验。
（4）在12V的运行线的输入电压情况下，按下实验平台中软“运行”，让输送线运行2圈，记录3-5组运行速度的数据。
（5）将12V换为5V的输入电压，注意：在老师检查完以后才能运行输送线。按下实验平台中软“运行”，让输送线运行2圈，记录3-5组运行速度的数据。有条件的同学
可以改变采样率，进行测量。
（6）比较霍尔传感器和红外对射传感器的测量结果。
ⅳ、颜色识别实验（可选）。
（1）在菜单中选择“颜色识别实验”
（2）在环形输送线实验台上，找出红外反射式色差传感器和它的采集通道。
（3）对比通道与实验平台上的通道一致否，若一致，进行下一步实验。
（4）按下实验平台中软“运行”键。观察不同颜色通过时它的识别情况。
六、实验报告要求
实验报告除填写“实验目的”外，在内容栏应主要包括如下几部分：
1．“实验系统硬件结构”描述；（要求图文并茂，包括各种传感器应用原理、电路图、整个系统结构图，并有对应的文字说明。）
2．“调试过程和实验结果”记录；（逐项记录调试过程、结果分析）
3．“实验数据处理分析”；（对实验数据统计、整理，将实验结果用图表和文字进行分析，并给出结论。）
4．“其他”；可以提出该实验存在的问题、本人尚不明白的问题、建议和意见等。
实验二多传感器的工程检测综合实验（Ⅱ）
一、实验目的
1．掌握磁电、光电等各种传感器的工作原理；利用以上传感器进行振动、速度等参数的测量，并采用适当的信号分析方法对测量结果进行分析和显示。
2．结合本实验项目，掌握检测系统的结构和组成，并熟悉振动、速度、轴心轨迹等物理量的测量和工程应用方法。
二、实验台简介
多功能转子实验台较好地模拟大型设备（如机床）运行时候的工作状态，提供了振动、转速等测试对象，可以开设磁电、光电、压电等多种传感器的综合实验。利用不同的传感器，可以对同一个物理量，采用多种方式测量，再现了实际工程应用中物理量的工程测试方法。
转子实验台由以下几个部分组成：1底座、2主轴、3偏心飞轮、4直流电机、5主轴支座、6含油轴承及油杯、7电机支座、8连轴器及护罩、9 RS9008电涡流传感器支架、10磁电转速传感器支架、11测速齿轮(15齿)、12保护挡板支架，如图1所示。
图1 DRZZS-A型多功能转子试验台传感器安装位置示意图
主要技术指标为：
可调转速范围：0~2500转/分，无级；
电源：DC12V；
主轴长度：500mm；主轴直径：12mm；外形尺寸：640×140×160mm；
重量：12.5kg。
三、实验原理
1、转子实验台底座振动测量实验
机械在运动时，由于旋转件的不平衡、负载的不均匀、结构刚度的各向异性、间隙、润
滑不良、支撑松动等因素，总是伴随着各种振动。机械振动往往会降低机器性能，破坏其正常工作，缩短使用寿命，甚至导致事故，因此有必要进行机械结构的振动分析和振动测试。
对于转子实验台的振动，可以采用磁电速度传感器和压电加速度传感器进行测量。将带有磁座的速度和加速度传感器放置在试验台的底座上，如图2所示。
1）采用磁电速度传感器的振动测量：
磁电速度传感器是由一个线圈组件和壳体组成的。如图3所示，壳体中固定有磁铁，线圈组件用弹性元件悬挂在壳体上。工作时，将传感器壳体固定在振动体上，这样当振动体振动时，在传感器工作频率范围内，线圈与磁铁相对运动，切割磁力线，在线圈内产生感应电压，该电压值正比于振动速度值。
2）采用压电加速度传感器测量：
根据压电效应，当晶体受到振动作用力后，将产生电荷量，该电荷量与作用力成正比，这就是压电传感器完成机电转换的工作原理。
2、实验台转速测量
图2 加速度和速度传感器振动测量
图 3 磁电式振动速度传感器结构示意图
对于转子实验台的转速，可以分别采用光电转速传感器和磁电转速传感器进行测量。
1）采用光电传感器测量：
将反光纸贴在圆盘的侧面，使其前面的红外光源对准反光纸，使在反光纸经过时传感器的探测指示灯亮，反光纸转过后探测指示灯不亮。当旋转部件上的反光贴纸通过光电传感器前时，光电传感器的输出就会跳变一次。通过测出这个跳变频率f ，就可知道转速n 。
2）采用磁电传感器测量：
将磁电传感器安装在转子实验台上专用的传感器架上，如图5所示。使其探头对准测速用15齿齿轮的中部，调节探头与齿顶的距离，使测试距离为1mm 。齿轮在旋转过程会导致磁阻的改变，从而导致输出信号的变化。在已知齿轮齿数的情况下，测得的传感器输出信号脉冲的频率就可以计算出测速齿轮的转速。如设齿轮齿数为N ，转速为n ，脉冲频率为f ，则有：n=f/N 。通常，转速的单位是转/分钟，所以要在上述公式的得数再乘以60，才能转速数据，即n=60×f/N 。
3、轴心轨迹测量
电涡流传感器一般由探头、延伸电缆、前置器组成，如图6所示。前置器中高频振荡电流通过延伸电缆流入探头线圈，在探头头部的线圈中产生交变的磁场。当有被测金属体靠近这一磁场，在此金属表面产生电涡流，其大小与探头和金属物体的距离等参数有关。与此同时该电涡流将产生一个方向与头部线圈方向相反的交变磁场，使头部线圈的电感量发生改变，导致振荡器的振荡能力衰减，传感器将输出跳变的信号。
图4 反射式光电转速传感器
图5 磁电转速传感器的工作方式
图6 电涡流传感器基本工作系统
将两个电涡流位移传感器探头安装到实验台支架上，如图7所示。转子工作时，主轴的轴心会在偏心飞轮的带动下会发生偏移，改变了探头和轴心之间的距离，则传感器的输出信号就反应了轴心的位置变化情况。实验中，让两个传感器相互成90度，则它们所测量的就是轴心在两个垂直方向(X,Y)上的瞬时位移，合成为李沙育图就是转子的轴心运动轨迹。
图7 轴心轨迹测量
四、实验仪器设备和器材
1．计算机１台
2．检测软件DRVI 1套
3．转子实验台1个
4．USB数据采集器1台
五、实验要求
1.预习要求：
阅读、理解实验指导书的实验原理，并思考回答以下问题：
a) 为什么磁电传感器能用来测量转速？
b) 对比光电转速传感器和磁电转速传感器的测量结果，哪个的精度更好？为什么？
c)在轴心轨迹测量中，什么状态下轴心的位置是良好的，这时候的输出波形是什么？
2. 实验内容：
利用不同的传感器对振动、转速等物理量进行测量，并对比相同物理量用不同传感器所
得的测量结果。
3．注意事项：
a) 轴心轨迹测量中，两个传感器探头到主轴的距离应调为约1.6mm，目的是使从前置器输出的信号刚好为0（mV）。
b) 光电转速测试中，测量信号不好的情况下，应适当调整光电传感器的位置，传感器探头一般放置在被测物体前2～3cm，必要时可调节传感器后部的敏感度电位器。
六、实验步骤
第一步搭建“检测系统”硬件平台
1.关闭DRDAQ-USB型数据采集仪电源，将选用的传感器、信号预处理模板等连接到采集仪的数据采集通道上。(禁止带电从采集仪上插拔传感器，否则会损坏采集仪和传感器)
2.开启总电源、DRDAQ-USB型数据采集仪电源、直流电源以及将模块电源选择选择在第一模块上，如都显示绿灯，进行下一步实验。
第二步启动相应的数据采集与处理软件，熟悉其软件结构、界面内容和使用方法
3.运行“DRVI”主程序，点击DRVI快捷工具条上的"联机注册"图标，选择其中的“DRVI 采集仪主卡检测（USB）”进行软件注册。
4.点击DRVI工具条上的“脚本样例”图标，在菜单中选择“转子实验台[服务器]”。
5.在实验“菜单”栏选择“速度传感器振动测量实验（服务器）”，得到软件测试环境。
6. 启动转子实验台，调整到一个稳定的转速，点击面板中的"开关"按钮，观察和分析所得到振动信号的波形和频谱，改变电机转速，并分快、中、慢三种情况，记录实验结果。
7. 在实验“菜单”栏选择“加速度传感器振动测量实验（服务器）”，得到软件测试环境。
8.点击面板中的"开关"按钮，观察和分析所得到振动信号的波形和频谱，
9. 分别点击“原始信号”和“低通滤波”，观察滤波前后振动信号波形和频谱的变化情况，改变电机转速，分快、中、慢三种情况，记录实验结果。
10. 在实验“菜单”栏选择“光电传感器转速测量（服务器）”，得到软件测试环境。
11. 点击面板中的"开关"按钮进行测量，观察并记录测量的转速值，调整传感器的位置，同时观察检测到的转速波形和传感器位置之间的关系，并分析由此带来的测量误差。
12. 在实验“菜单”栏选择“磁电传感器转速测量（服务器）”，得到软件测试环境。
13. 点击面板中的"开关"按钮进行测量，调整传感器的位置，同时观察检测到的转速波形，并改变电机转速，分快、中、慢三种情况，记录实验结果。
14. 在实验“菜单”栏选择“轴心轨迹测量（服务器）”，得到软件测试环境。
15. 调节电机转速，观察随着转速的变化，轴心轨迹曲线的变化情况，分析并记录实验结果。
七、思考题
1.常用的振动信号测量方式有那些？
2.电涡流传感器有什么特性？可以用在那些特征量的检测上？
3.采用光电传感器测量转速的精度如何，怎样保证测量的准确性？
4.转速测量还可以采用其它那些传感器进行？
5.为什么要采用加速度传感器来测量振动信号？
八、实验报告要求
实验报告除填写“实验目的”外，在内容栏应主要包括如下几部分：
1.“实验系统硬件结构”描述；（要求图文并茂，包括各种传感器应用原理、电路图、整个系统结构图，并有对应的文字说明。）
2.“调试过程和实验结果”记录；（逐项记录调试过程、结果分析）
3.“实验数据处理分析”；（对实验数据统计、整理，将实验结果用图表和文字进行分析，并给出结论。）
4.“其他”；可以提出该实验存在的问题、本人尚不明白的问题、建议和意见等。
实验三 测控电路综合实验
一、 实验目的
1．掌握虚拟示波器的组成、仪器操作方法，包括界面调整、参数设置等；
2．掌握包括仪表放大器（IA ）在内的测控电路的搭建及调试方法；
3．开放实验室的综合设计平台，学生可以自行设计、组装和集成各种信号检测实验系统，完成软硬件调试。
二、 实验原理
对于仪表放大器，主要要求其放大倍数可调，以便对不同大小的信号进行放大；其输入阻抗要高，以便减少对信号源的影响；其共模抑制比要高，以便抑制线路上可能串入的共模干扰。下面介绍两种高共模抑制比放大电路：
1．两运放仪器放大器
来自传感器的信号通常都伴随着很大的共模电压（包括干扰电压）。一般采用差动输入集成运算放大器来抑制它，但是必须要求外接电阻完全平衡对称、运算放大器具有理想特性。否则放大器将有共模误差输出，其大小既与外接电阻对称精度有关，又与运算放大器本身的共模抑制能力有关。一般运算放大器共模抑制比可达80 dB ，而采用由几个集成运算放大器组成的测量放大电路，共模抑制比可达100～120dB 。图1所示是由两个运算放大器组成共模抑制约100dB 的差动放大电路，即两运放仪表放大器。
图1 两运放仪器放大器 由电路可得u o1=(1+
12R R )u i1, 321R ui uo -=4
2R uo ui - 所以 u o=(1+34R R )u i3－(1+12R R )34R R u i1 因输入共模电压u ic=(u i1+u i2)/2，输入差模电压u id=u i3－u i1,可将上式改写为 u o=(1－3142R R R R )u ic+21(1+342R R +3
142R R R R )u id 为了获得零共模增益，上式等号右边第一项必须为零，可取 21R R ＝3
4R R ＝R Rf 此时，电路的差动闭环增益为 Kd =1+R Rf 这种电路采用了两个同相输入的运算放大器，因而具有极高的输入阻抗。
2．三运放仪器放大器
在自动控制和非电量系统中，常用各种传感器将非电量（温度、应变、压力等）的变化变换为电压信号，而后输入系统。但这种电信号的变化非常小（一般只有几毫伏到几十毫伏），所以
要将电信号加以放大，有的甚至放大上千倍或上万倍，因此都采用这种仪表放大电路（如图2所示）。电路有两级放大级，第一级由A 1、A 2组成，他们都是同相输入，输入电阻高，并且由于电路结构对称，可抑制零点漂移；第二级由A 3组成差动放大电路，它具有很大的共模抑制比、极高的输入电阻，且其增益能在大范围内可调。
如果R 2=R 3 、R 4=R 5 、R 6=R 7
改变R 1的电阻阻值，即可调节放大倍数，而不影响电路的对称性。
图2 三运放仪器放大电路
由电路可得 1
12211322R ui ui R uo ui R ui uo -=-=- 由此可得2121)121(1ui R R ui R R uo -+
= ， 1132)131(2ui R R ui R R uo -+= 于是，输入级的输出电压，级运算放大器A1、A2输出之差为 )12)(1
321(12ui ui R R R uo uo -++
=- 其差模增益 13211212R R R ui ui uo uo Kd ++=--= 由此可得，当A1、A2性能一致时，输入级的差动输出及其差模增益只与差模输入电压有关，而其共模输出、失调及漂移均在R1两端相互抵消，因此电路具有良好的共模抑制能力，又不要求外部电阻匹配。但为了消除A1、A2偏置电流等的影响，通常取R2=R3。
第二级A3组成差分放大电路，外接电阻完全对称。有
)12)(1
221(56)21(56ui ui R R R R uo uo R R uo -+=-= （R4=R5，R2=R3） 电路的总电压放大倍数为 56)1221(12R R R R ui ui uo Au +=-=
另外，这种电路还具有增益调节能力，调节R1可以改变增益而不影响电路对称性。
三运放仪器放大器抑制共模成分的能力取决于A3，因此，它的增益常设计为1，即取R4=R5=R6＝R7。而且，要求这四个电阻必须严格匹配，以保证电路严格对称。
三、实验仪器设备和器材
1. 计算机１台
2. DRVI快速可重组虚拟仪器平台1套
3. 测控电路实验箱1套
4. F120型数字合成函数/任意波信号发生器/计数器1套
5. USB数据采集仪1台
四、实验要求
1.预习要求：
（1）复习教材中与实验有关的内容，熟悉与本次实验相关的理论知识；
（2）预习实验指导书，了解本次实验的目的和内容；掌握本次实验的工作原理和方法
2. 实验内容：
（1）．检查芯片、测量图1、2所示的仪器放大器实验电路，（令f=1kHz，V I1= V I2=0V，用数字万用表测量V O1=V O2=V O。）
（2）．测量共模电压放大倍数和差模电压放大倍数
（单端输入，v I=5mV，f=1kHz的输入信号，测量输出电压v O的值。
双端输入，v I=5mV，f=1kHz的输入信号，测量输出电压v O的值。）
五、实验步骤
1．系统安装：
（1）关闭DRDAQ-USB型数据采集仪电源，将选用的传感器分别安装在实验模型上，并连接到采集仪的数据采集通道上，与计算机相连接。
（2）弄清系统结构和工作原理，画出实验平台的结构图。
2．系统调试运行：
（1）开启DRDAQ-USB型数据采集仪电源。
（2）运行DRVI主程序，点击DRVI快捷工具条上的"联机注册"图标，选择其中的“DRVI 采仪主卡检测”或“网络在线注册”进行软件注册。
3．具体实验步骤：
（1）在DRVI地址信息栏中输入WEB版实验指导书的地址，在实验目录中选择“多通道数据采集”，建立实验环境。
(2)熟悉F120的使用
i）调节信号输出幅度，（选择幅度键，调整旋钮或输入数字）当调整得较小时。
关闭电源，与采集器输入模块的相连。
ii）信号波形的输出，使信号输出频率为1K，按下SHIFT 选择方波、正旋波等，通过“多通道数据采集”实验环境观看
（3）测量共模电压放大倍数和差模电压放大倍数
准备：给各模块供电，和接地。
i）测量共模电压放大倍数
单端输入，v I=5mV，f=1kHz的输入信号，观测双运放和三运放的输出，在“多通道数据采集”的实验环境中测量输出电压v O的值。
ii）测量差模电压放大倍数
双端输入，v I=5mV，f=1kHz的输入信号，观测双运放和三运放的输出，在“多通道数据采集”的实验环境中测量输出电压v O的值。
六、实验报告要求
实验报告除填写“实验目的”外，在内容栏应主要包括如下几部分：
1.“实验系统硬件结构”描述；（要求图文并茂，包括各种传感器应用原理、电路图、整个系统结构图，并有对应的文字说明。）
2.“调试过程和实验结果”记录；（逐项记录调试过程、结果分析）
3.“实验数据处理分析”；（对实验数据统计、整理，将实验结果用图表和文字进行分析，并给出结论。）
4.“其他”；可以提出该实验存在的问题、本人尚不明白的问题、建议和意见等。
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。
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
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。
传感器与检测技术实验指导书电气工程学院自动化专业 专业名称 班级 学生姓名 学号 实验成绩 辽宁工业大学 2013年9月
目录 实验一电阻应变式传感器特性实验 (1) 实验二电容传感器特性实验 (5) 实验三电涡流式传感器特性实验 (8) 实验四压电式传感器特性实验 (12) 实验五光电式传感器特性实验 (15) 实验六热电式传感器特性实验 (20) 附录一CSY2000系列传感器实验台说明书 (26) 附录二CSY-V8.1软件操作说明书 (27)
实验一电阻应变式传感器特性实验 一、实验目的 1．熟悉电阻应变式传感器的结构。 2．了解单臂、半桥和全桥测量电路工作原理和性能。 3．比较单臂与半桥、全桥的不同性能，了解各自特点及全桥测量电路的优点。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。 2．对半桥测量电路而言，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。 3．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，当应变片初始阻值：R1＝R2＝R3＝R4，其变化值ΔR1＝ΔR2＝ΔR3＝ΔR4时，其桥路输出电压U O3＝EKε。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。 三、实验仪器及材料 1．应变式传感器实验模板（应变式传感器－电子秤）、砝码盘、砝码；
无线传感网智能组网设计实验指导书（实验类）实验 1.Zigbee基本通信实验 1.1实验目的 ?了解实Zigbee的原理及在软件上如何方便使用； ?掌握在Windows CE 6.0下进行UART编程的方法。 1.2实验设备 ?硬件：EduKit-IV嵌入式教学实验平台、Mini270核心子板、Zigbee模块、PC 机； ?软件：Windows 2000/NT/XP 以及Windows 平台下的VS2005开发环境。 1.3实验容 ?利用Microsoft Visual Studio 2005编写一个可运行于EduKit-IV型实验箱Windows CE 6.0操作系统上的应用程序； ?学习和掌握EduKit-IV教学实验平台过UART与Zigbee模块通信，实现对Zigbee 模块的配置和对等网模式下的通信。 1.4实验原理 1.4.1Zigbee起源 无线网络系统源自美国军方的“电子尘埃(eMote)”技术，是目前国、外研究的热点技术之一。该系统基于IEEE802.15.4规的无线技术，工作在2.4 GHz或868／928 MHz，用于个人区域网和对等网状网络。ZigBee是一种新兴的近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线网络技术。它是一种介于红外无线技术和蓝牙之间的技术提案。主要用于近距离无线连接。它依据802.15.4标准。在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。这些传感器只需要很少的能量，以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器，所以它们的通信效率非常高。相对于现有的各种无线通信技术，无线ZigBee网络技术将是近距离通信最低功耗和成本的技术。这一技术目前正向工业、民用方向推广和发展，
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
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。 ()12341234,,44x x x x y y y y x y ++++++??= ???
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。
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。
实验一应变片单臂、半桥、全桥特性比较 一、实验目的：了解电阻应变片的工作原理与应用并掌握应变片测量电路。 二、基本原理：电阻应变式传感器是在弹性元件上通过特定工艺粘贴电阻应变片来组成，一种利用电阻材料的应变效应将工程结构件的内部变形转换为电阻变化的传感器，此类传感器主要是通过一定的机械装置将被测量转化成弹性元件的变形，然后由电阻应变片将变形转换成电阻的变化，再通过测量电路将电阻的变化转换成电压或电流变化信号输出。可用于能转化成变形的各种非电物理量的检测，如力、压力、加速度、力矩、重量等，在机械加工、计量、建筑测量等行业应用十分广泛。 三、需用器件与单元：机头中的应变梁的应变片、测微头；显示面板中的F/V表(或电压表)、±2V～±10V步进可调直流稳压电源；调理电路面板中传感器输出单元中的箔式应 1位数显万用表（自备）。 变片、调理电路单元中的电桥、差动放大器； 4 2 五、实验步骤： 1位数显万用表2kΩ电阻档测量所 1、在应变梁自然状态（不受力）的情况下，用4 2 有 应变片阻值；在应变梁受力状态（用手压、提梁的自由端）的情况下，测应变片阻值，观察一下应变片阻值变化情况(标有上下箭头的4片应变片纵向受力阻值有变化；标有左右箭头的2片应变片横向不受力阻值无变化，是温度补偿片)。如下图1—7所示。 图1—7观察应变片阻值变化情况示意图 2、差动放大器调零点：按下图1—8示意接线。将F／V表(或电压表)的量程切换开 关 切换到2V档，合上主、副电源开关，将差动放大器的增益电位器按顺时针方向轻轻转到底
后再逆向回转一点点(放大器的增益为最大，回转一点点的目的：电位器触点在根部估计会接触不良)，调节差动放大器的调零电位器，使电压表显示电压为零。差动放大器的零点调节完成，关闭主电源。 图1—8 差放调零 接线图 3、应变 片单臂电 桥特性实 验： ⑴将±2V～±10V步进可调直流稳压电源切换到4V档，将主板上传感器输出单元中的箔式应变片(标有上下箭头的4片应变片中任意一片为工作片)与电桥单元中R1、R2、R3组成电桥电路，电桥的一对角接±4V直流电源，另一对角作为电桥的输出接差动放大器的二输入端，将W1电位器、r电阻直流调节平衡网络接入电桥中(W1电位器二固定端接电桥的±4V电源端、W1的活动端r电阻接电桥的输出端)，如图1—9示意接线(粗细曲线为连接线)。 图1—9 应变片单臂电桥特性实验原理图与接线示意图 ⑵检查接线无误后合上主电源开关，当机头上应变梁自由端的测微头离开自由端（梁 处 于自然状态，图1—7机头所示）时调节电桥的直流调节平衡网络W1电位器，使电压表显示为0或接近0。 ⑶在测微头吸合梁的自由端前调节测微头的微分筒，使测微头的读数为10mm左右（测微头微分筒的0刻度线与测微头轴套的10mm刻度线对准）；再松开测微头支架轴套的紧固
《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
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。
实验三 电阻式传感器的全桥性能实验 一、实验目的 掌握全桥电路的工作原理和性能。 二、实验所用单元 同实验一。 三、实验原理及电路 将四个应变片电阻分别接入电桥的四个桥臂，两相邻的应变片电阻的受力方向不同，组成全桥形式的测量电路，转换电路的输出灵敏度进一步提高，非线性得到改善。实验电路图见图3-1，全桥的输出电压U O ＝4EK ε 四、实验步骤 1、按实验一的实验步骤1至3进行操作。 2、按图3-1接线，将四个应变片接入电桥中，注意相邻桥臂的应变片电阻受力方向必须相反。 +5V R r R R R 1R 2 R 4 RP 2 OP07R 3R 4 RP 1 R 5 +15V -15V 调零电桥 电 阻传感器 差动放大器 4 3 2 18 76 RP R V 图3-1 电阻式传感器全桥实验电路 3、调节平衡电位器RP ，使数字电压表指示接近零，然后旋动测微器使
表头指示为零，此时测微器的读数视为系统零位。分别上旋和下旋测微器，每次0.4mm，上下各2mm，将位移量X和对应的输出电压值U O记入下表中。 表3-1 X(mm) 0 U O(mV) 0 五、实验报告 1、根据表3-1，画出输入/输出特性曲线)X(f U ，并且计算灵敏度和 O 非线性误差。 2、全桥测量时，四个应变片电阻是否必须全部一样？
实验二十二涡流式传感器的转速测量实验 一、实验目的 了解涡流式传感器用于测量转速的方法。 二、实验所用单元 涡流传感器探头（内附转换电路）、电机（光电传感器中）、电机调速装备（光电传感器转换电路中）、差动放大器、位移台架、直流稳压电源、数字电压表 三、实验原理及电路 利用涡流式传感器探头对旋转体材质的明显变化产生脉冲信号，经电路处理即可测量转速。 四、实验步骤 1、固定好位移台架，将涡流传感器探头装于传感器支架上，将电机放入位移台架的圆孔中，使探头对准电机转盘磁极。 2、将涡流传感器探头的两根输出信号线接至差动放大器的输入端，差动放大器的输出接至数字电压表的输入端。 3、将数字电压表切换开关拨到频率档，调节电机调速旋钮，使电机转动，观察实验现象。
无线传感器网络（ZIGBEE）实验指导书 (CC2530) (适用于电子、通信等专业) 沈阳工学院 2012年12月
前言 本课程主要学习Zigbee无线传感器网络的特点，并且以CC2430为主要控制器介绍Zigbee网络中的编程情况，此芯片采用C语言进行编程，并且已经有了较成熟的发展，学生同学理论学习掌握了芯片的基本理论知识，以及在编程过程的相关寄存器的设置。 为了使学生更好地理解和深刻地把握这些知识，并在此基础上，训练和培养学生的动手能力，设置了五个实验项目，其中包括四个验证性实验，一个综合性实验。 这些实验需要学生了解实验器材，熟悉其使用方法，掌握编程软件的操作方法，并且重点掌握在如何编写程序以及程序中的寄存器的设计。 本实验指导书适用于通信专业，强调实际操作,注重基本仪器地使用方法及动手能力的培养。
目录 验证性实验 实验一IAR编程软件的使用与简单实例 实验二CC2530片内温度与1/3电压的测量实验三CC2530串口发/收数实验 实验四点对点无线数据通信实验 综合性实验 实验五Zigbee协议栈实验
实验一IAR编程软件的使用与简单实例 (一)实验目的 1、熟悉IAR软件的使用方法。 2、掌握编辑、下载、运行程序的方法 3、利用IAR软件会编写简单的程序 (二)实验设备 1、zigbee实验装置1套 2、安装有IAR软件的PC机1台 3、PC机与zigbee模块通讯电缆1根 (三)实验内容 一、会使用IAR软件 IAR编程软件简介 1、IAR软件的启动及建立一个新工程 首先安装IAR编程软件。安装之后，选择图标双击鼠标左键，出现如图1.1。 新建一个工程文件。
实验一应变片式传感器特性实验 一、实验目的： 1、了解电阻应变片的工作原理与应用并掌握应变片测量电路。 2、了解应变片半桥（双臂）工作特点及性能。 3、了解应变片全桥工作特点及性能。 4、比较单臂、半桥、全桥输出时的灵敏度和非线性度，得出相应的结论。 5、了解应变直流全桥的应用及电路的标定。 二、基本原理：电阻应变式传感器是在弹性元件上通过特定工艺粘贴电阻应变片来组成。一种利用电阻材料的应变效应，将工程结构件的内部变形转换为电阻变化的传感器，此类传感器主要是通过一定的机械装置将被测量转化成弹性元件的变形，然后由电阻应变片将变形转换成电阻的变化，再通过测量电路进一步将电阻的改变转换成电压或电流信号输出。可用于能转化成变形的各种非电物理量的检测，如力、压力、加速度、力矩、重量等，在机械加工、计量、建筑测量等行业应用十分广泛。 1、应变片的电阻应变效应 所谓电阻应变效应是指具有规则外形的金属导体或半导体材料在外力作用下产生应变而其电阻值也会产生相应地改变，这一物理现象称为“电阻应变效应”。以圆柱形导体为例：设其长为：L、半径为r、材料的电阻率为ρ时，根据电阻的定义式得 （1-1） 当导体因某种原因产生应变时，其长度L、截面积A和电阻率ρ的变化为dL、dA、dρ相应的电阻变化为dR。对式（1-1）全微分得电阻变化率dR/R为： （1-2） 式中：dL/L为导体的轴向应变量εL; dr/r为导体的横向应变量εr 由材料力学得：εL= - μεr (1-3）式中：μ为材料的泊松比，大多数金属材料的泊松比为0.3----0.5左右；负号表示两者的变化方向相反。将式（1-3）代入式（1-2）得：
传感器与检测技术实验指导书 学生姓名： 学号： 所在班级： 黑龙江八一农垦大学信息技术学院
实验一金属箔式应变片及电桥性能实验 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：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。 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。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，加热丝阻值为50Ω左右
图1－1 应变式传感器安装示意图 2、接入模板电源±15V（从主控台引入），检查无误后，合上主控台电源 开关，将实验模板调节增益电位器R W3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，输出端与主控台面板上数显表输入端V i相连，调节实验模板上调零电位器R W4，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R w3、R w4的位置一旦确定，就不能改变。一直到做完实验三为止）。 3、将应变式传感器的其中一个电阻应变片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（R5、R6、R7模块内已接好），接好电桥调零电位器R W1，接上桥路电源±4V（从主控台引入）如图1－2所示。检查接线无误后，合上主控台电源开关。调节R W1，使数显表显示为零。
目 录 实验一实验二 实验三 实验四 实验五 实验六 实验七 实验八 实验九 实验十 实验十一实验十二实验十三实验十四实验十五实验十六实验十七实验十八实验十九实验二十电阻式传感器的单臂电桥性能实验…………………… 电阻式传感器的半桥性能实验………………………… 电阻式传感器的全桥性能实验………………………… 电阻式传感器的单臂、半桥和全桥的比较实验……… 电阻式传感器的振动实验* ………………………… 电阻式传感器的电子秤实验* ……………………… 变面积式电容传感器特性实验………………………… 差动式电容传感器特性实验………………………… 电容传感器的振动实验* ………………………… 电容传感器的电子秤实验* ………………………… 差动变压器的特性实验………………………… 自感式差动变压器的特性实验……………………… 差动变压器的振动实验* ………………………… 差动变压器的电子秤实验* ………………………… 光电式传感器的转速测量实验………………………… 光电式传感器的旋转方向测量实验…………………… 接近式霍尔传感器实验………………………………… 霍尔传感器的转速测量实验…………………………… 涡流传感器的位移特性实验…………………………… 被测体材质对涡流传感器特性的影响实验…………… 1 3 5 6 7 8 9 11 13 14 15 16 18 19 20 22 23 25 25 27 实验二十一涡流式传感器的振动实验* ………………………… 实验二十二涡流式传感器的转速测量实验………………………… 实验二十三温度传感器及温度控制实验(AD590) ………………… 实验二十四K型热电偶的温度控制实验…………………………… 2 PDF 文件使用"pdfFactory Pro" 试用版本创建29 30 33