10级工程测试与信号处理实验指导书.docx

10级工程测试与信号处理实验指导书.docx

《10级工程测试与信号处理实验指导书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《10级工程测试与信号处理实验指导书.docx（14页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

10级工程测试与信号处理实验指导书

工程测试与信号处理

实验报告

姓名　　　　　　　　　　　　

班级　　　　　　　　　　　　

学号　　　　　　　　　　　　

指导教师　　　　　　　　　　

2012年下学期

实验目录

实验一金属箔式应变片――单臂电桥性能实验

实验二金属箔式应变片――半桥性能实验

实验三金属箔式应变片――全桥性能实验

实验四金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较实验

实验五电容式传感器的位移特性实验

实验六光电转速传感器的转速测量实验

实验七霍尔测速实验

实验八磁电式转速传感器的测速实验

实验九电涡流传感器的位移特性实验

实验十被测体材质对电涡流传感器的特性影响实验

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Uo1=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RW3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）。

关闭主控箱电源（注意：

当Rw3、Rw4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RW1，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RW1，使数显表显示为零。

图1－2应变式传感器单臂电桥实验接线图

4、在电子称上放置一只砝码，读取数显表数值，依次增加砝码和读取相应的数显表值，直到200g（或500g）砝码加完。

记下实验结果填入表1－1，关闭电源。

重量（g）

电压（mv）

5、根据表1－1计算系统灵敏度S＝ΔU/ΔW（ΔU输出电压变化量，ΔW重量变化量）和非线性误差δf1=Δm/yF..S×100％式中Δm为输出值（多次测量时为平均值）与拟合直线的最大偏差：

yF·S满量程输出平均值，此处为200g（或500g）。

五、思考题：

单臂电桥时，作为桥臂电阻应变片应选用：

（1）正（受拉）应变片

（2）负（受压）应变片（3）正、负应变片均可以。

实验二金属箔式应变片――半桥性能实验

一、实验目的：

比较半桥与单臂电桥的不同性能、了解其特点。

二、基本原理：

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UO2＝EKε／2。

三、需用器件与单元：

同实验一。

四、实验步骤：

1、传感器安装同实验一。

做实验

（一）的步骤2，实验模板差动放大器调零。

2、根据图1－3接线。

R1、R2为实验模板左上方的应变片，注意R2应和R1受力状态相反，即将传感器中两片受力相反（一片受拉、一片受压）的电阻应变片作为电桥的相邻边。

接入桥路电源±4V，调节电桥调零电位器RW1进行桥路调零，实验步骤3、4同实验一中4、5的步骤，将实验数据记入表1－2，计算灵敏度S2＝U／W，非线性误差δf2。

若实验时无数值显示说明R2与R1为相同受力状态应变片，应更换另一个应变片。

图1－3应变式传感器半桥实验接线图

表1－2半桥测量时，输出电压与加负载重量值

重量

电压

五、思考题：

1、半桥测量时两片不同受力状态的电阻应变片接入电桥时，应放在：

（1）对边

（2）邻边。

2、桥路（差动电桥）测量时存在非线性误差，是因为：

（1）电桥测量原理上存在非线性

（2）应变片应变效应是非线性的（3）调零值不是真正为零。

实验三金属箔式应变片――全桥性能实验

一、实验目的：

了解全桥测量电路的优点。

二、基本原理：

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U03＝KEε。

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、需用器件和单元：

同实验一

四、实验步骤：

1、传感器安装同实验一。

2、根据图1－4接线，实验方法与实验二相同。

将实验结果填入表1－3；进行灵敏度和非线性误差计算。

1－4全桥性能实验接线图

表1－3全桥输出电压与加负载重量值

重量

电压

五、思考题：

1、全桥测量中，当两组对边（R1、R3为对边）电阻值R相同时，即R1＝R3，R2＝R4，而R1≠R2时，是否可以组成全桥：

（1）可以

（2）不可以。

2、某工程技术人员在进行材料拉力测试时在棒材上贴了两组应变片，如何利用这四片电阻应变片组成电桥，是否需要外加电阻。

图1－5应变式传感器受拉时传感器圆周面展开图

实验四金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较

一、实验目的：

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。

二、实验步骤：

根据实验一、二、三所得的单臂、半桥和全桥输出时的灵敏度和非线性度，从理论上进行分析比较。

阐述理由（注意：

实验一、二、三中的放大器增益必须相同）。

实验五电容式传感器的位移实验

一、实验目的：

了解电容式传感器结构及其特点。

二、基本原理：

利用平板电容C＝εA／d和其它结构的关系式通过相应的结构和测量电路可以选择ε、A、d中三个参数中，保持二个参数不变，而只改变其中一个参数，则可以有测谷物干燥度（ε变）测微小位移（变d）和测量液位（变A）等多种电容传感器。

三、需用器件与单元：

电容传感器、电容传感器实验模板、测微头、相敏检波、滤波模板、数显单元、直流稳压源。

四、实验步骤：

1、按图3－1安装示意图将电容传感器装于电容传感器实验模板上，判别CX1和CX2时，注意动极板接地，接法正确则动极板左右移动时，有正、负输出。

不然得调换接头。

一般接线：

二个静片分别是1号和2号引线，动极板为3号引线。

2、将电容传感器电容C1和C2的静片接线分别插入电容传感器实验模板Cx1、Cx2插孔上，动极板连接地插孔（见图4－1）。

图4－1电容传感器位移实验接线图

3、将电容传感器实验模板的输出端Vo1与数显表单元Vi相接（插入主控箱Vi孔），Rw调节到中间位置。

4、接入±15V电源，旋动测微头推进电容器传感器动极板位置，每间隔0.2mm记下位移X与输出电压值，填入表4－1。

表4－1电容传感器位移与输出电压值

X（mm）

V（mv）

5、根据表4－1数据计算电容传感器的系统灵敏度S和非线性误差δf。

五、思考题：

试设计利用ε的变化测谷物湿度的传感器原理及结构？

能否叙述一下在设计中应考虑哪些因素？

实验六磁电式转速传感器测速实验

一、

实验目的：

了解磁电式测量转速的原理。

二、基本原理：

基于电磁感应原理，N匝线圈所在磁场的磁通变化时，线圈中感应电势：

发生变化，因此当转盘上嵌入N个磁棒时，每转一周线圈感应电势产生N次的变化，通过放大、整形和计数等电路即可以测量转速。

三、需用器件与单元：

磁电式传感器、数显单元测转速档、直流源2－24V。

四、实验步骤：

1、磁电式转速传感器按图5－4安装传感器端面离转动盘面2mm左右。

将磁电式传感器输出端插入数显单元Fin孔。

（磁电式传感器两输出插头插入台面板上二个插孔）

2、将显示开关选择转速测量档。

3、将转速电源2－24V用引线引入到台面板上24V插孔，合上主控箱电开关。

使转速电机带动转盘旋转，逐步增加电源电压观察转速变化情况。

五、思考题：

为什么说磁电式转速传感器不能测很低速的转动，能说明理由吗？

实验七霍尔测速实验

一、实验目的：

了解霍尔转速传感器的应用。

二、基本原理：

利用霍尔效应表达式：

UH＝KHIB，当被测圆盘上装上N只磁性体时，圆盘每转一周磁场就变化N次。

每转一周霍尔电势就同频率相应变化，输出电势通过放大、整形和计数电路就可以测量被测旋转物的转速。

三、需用器件与单元：

霍尔转速传感器、直流源＋5V、转动源2－24V、转动源单元、数显单元的转速显示部分。

四、实验步骤：

1、根据图5－4，将霍尔转速传感器装于传感器支架上，探头对准反射面内的磁钢。

图7－1　霍尔、光电、磁电转速传感顺安装示意图

2、将5V直流源加于霍尔转速传感器的电源端（1号接线端）。

3、将霍尔转速传感器输出端（2号接线端）插入数显单元Fin端，3号接线端接地。

4、将转速调节中的＋2V－24V转速电源接入三源板的转动电源插孔中。

5、将数显单元上的开关拨到转速档。

6、调节转速调节电压使转动速度变化。

观察数显表转速显示的变化。

五、思考题：

1、利用霍尔元件测转速，在测量上有否限制？

2、本实验装置上用了十二只磁钢，能否用一只磁钢？

实验八光电转速传感器的转速测量实验

一、实验目的：

了解光电转速传感器测量转速的原理及方法。

二、基本原理：

光电式转速传感器有反射型和透射型二种，本实验装置是透射型的，传感器端部有发光管和光电池，发光管发出的光源在转盘上反射后由光电池接受转换成电信号，由于转盘上有相间的16个间隔，转动时将获得与转速及黑白间隔数有关的脉冲，将电脉计数处理即可得到转速值。

三、需用器件与单元：

光电转速传感器、直流电源＋5V、转动源及2－24V直流源、数显单元。

四、实验步骤：

1、光电转速传感器已安装在三源板上，把三源板上的＋5V、接地V0与主控箱上的＋5V、地、数显表的Vin相连。

数显表转换开关打到转速档。

2、将转速源2－24V输出旋到最小，接到转动源24V插孔上。

3、合上主控箱电源开关，使电机转动并从数显表上观察电机转速。

思考题：

已进行的实验中用了多种传感器测量转速，试分析比较一下哪种方法最简单、方便。

实验九电涡流传感器位移实验

一、实验目的：

了解电涡流传感器测量位移的工作原理和特性。

二、基本原理：

通过高频电流的线圈产生磁场，当有导电体接近时，因导电体涡流效应产生涡流损耗，而涡流损耗与导电体离线圈的距离有关，因此可以进行位移测量。

三、需用器件与单元：

电涡流传感器实验模板、电涡流传感器、直流电源、数显单元、测微头、铁圆片。

四、实验步骤：

1、根据图8－1安装电涡流传感器。

图8－1电涡流传感器安装示意图

图9-1电涡流传感器安装示意图

图9－2电涡流传感器位移实验接线图

2、观察传感器结构，这是一个平绕线圈。

3、将电涡流传感器输出线接入实验模板上标有L的两端插孔中，作为振荡器的一个元件。

4、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。

5、将实验模板输出端Vo与数显单元输入端Vi相接。

数显表量程切换开关选择电压20V档。

。

6、用连结导线从主控台接入15V直流电源接到模板上标有＋15V的插孔中。

7、使测微头与传感器线圈端部接触，开启主控箱电源开关，记下数显表读数，然后每隔0.2mm读一个数，直到输出几乎不变为止。

将结果列入表8－1。

表8－1电涡流传感器位移X与输出电压数据

X（mm）

V（v）

8、根据表8－1数据，画出V－X曲线，根据曲线找出线性区域及进行正、负位移测量时的最佳工作点，试计算量程为1mm、3mm及5mm时的灵敏度和线性度（可以用端基法或其它拟合直线）。

五、思考题：

1、电涡流传感器的量程与哪些因素有关，如果需要测量±5mm的量程应如何设计传感器？

2、用电涡流传感器进行非接触位移测量时，如何根据量程使用选用传感器。

实验十被测体材质对电涡流传感器特性影响

一、实验目的：

了解不同的被测体材料对电涡流传感器性能的影响。

二、基本原理：

涡流效应与金属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。

三、需用器件与单元：

除与实验二十五相同外，另加铜和铝的被测体圆盘。

四、实验步骤：

1、传感器安装与实验二十五相同。

2、将原铁圆片换成铝和铜圆片。

3、重复实验二十五步骤，进行被测体为铝圆片和铜圆片时的位移特性测试，分别记入表8－2和表8－3。

表8－2被测体为铝圆片时的位移为输出电压数据

X（mm）

V（v）

表8－3被测体为铜圆片时的位移与输出电在数据

X（mm）

V（v）

4、根据表8－2和表8－3分别计算量程为1mm和3mm时的灵敏度和非线性误差（线性度）。

5、分别比较实验二十五和本实验所得结果进行小结。

五、思考题：

当被测体为非金属材料如何利用电涡流传感器进行测试？