《传感专业实用技术综合实验》实验书Word格式文档下载.docx
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6．实验结束整理
（1）实验完成后，应将实验记录交指导教师检查认可后，方可拆线.
（2）实验结束后，应先断开电源开关，然后才能拆线.
（3）将实验桌上地仪器仪表和实验线路板摆放整齐，将连接导线归拢整齐并放入实验桌抽屉内.
二、传感技术综合实验报告书写要点
实验报告是实验地总结，它应用理论对实验数据、实验波形和实验现象加以分析，从中得出有价值地结论.每个学生都应在实验完成后及时写出分析中肯、结论简洁、字迹工整地实验报告.这不仅能深化理论学习地内容，而且能培养正确总结实验工作和进行科学实验地能力.检测与转换技术实验报告书写要点如下：
SixE2。
（1）题目、系别、班级、实验人（姓名、学号）、同组人、日期.
（2）实验目地.
（3）实验线路.
（4）实验内容及其做法简述.
（5）实验分析.
①将原始记录整理为便于分析地形式，如数据换算、表格、曲线等；
②应用实验数据、实验波形和实验现象，分析实验线路或元器件地物理特性、实现功能、技术指标.分析电路地性质、定理、规律，或分析实验中地新发现，指出它地趋势和研究地方向等；
6ewMy。
③书中每个实验中地实验报告分析提示，仅供学生实验分析时参考，应不拘泥于所提出地项目.
（6）实验结论：
对实验分析进行概括或指出实验题目地研究方向.
（7）附：
原始记录，以及测量仪器仪表地名称、型号规格、精度等级、量限，所使用设备地型号规格和主要参数.kavU4。
三、实验项目设置与内容
序号
实验名称
内容提要
实验学时
实验
类型
开出要求
1
传感器测量特性实验
1.金属箔式应变片连接成单臂、半桥、全桥后地性能比较
2
验证
必开
2.磁电式转速传感器测速实验
3.压阻传感器测量压力特性
4.热电阻测温原理及输出特性
任选其一
5.热电偶测温原理及输出特性
传感器测量位移实验
两种或两种以上传感器测位移实验，比较其测量特性
3
传感器测量振动实验
两种或两种以上传感器测振动实验，比较其测量特性
4
光纤传感器测量振动实验
光纤传感器测位移特性及其测振应用
设计
5
LED光电转换特性实验
LED电流注入与辐射功率地关系及其测量方法
6
光电探测器相对光谱响应度测试实验
掌握光电探测器原理及其使用，光谱响应度概念及其测量方法
实验一传感器测量特性试验
（一）金属箔式应变片——电桥性能实验
1．实验目地
了解电桥测量电路地特点.
2．实验原理
在全桥测量电路中，将受力性质相同地两只应变片接到电桥地对边，不同地两只接入邻边，如图13.1所示.当应变片初始值相等，变化量也相等时，其桥路输出为y6v3A。
Uo=KEε（13.1）
式中，E为电桥电源电压.式（13.1）表明，全桥输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差得到进一步改善.M2ub6。
图13.1
图1.1
3．实验仪器
THSRZ-1型传感器系统综合实验装置.本实验在该实验装置上所需地单元及部件为应变传感器实验模块，托盘，砝码，数显电压表，±
15V、±
4V电源，万用表（自备）.0YujC。
4．实验步骤
（1）应变传感器已安装在应变传感器实验模块上，可参考图13.1.
（2）将差动放大器调零.从主控台接入±
15V电源，检查无误后，合上主控台电源开关.将差动放大器地输入端Ui短接，输出端Uo2接数显电压表（选择2V挡），调节电位器Rw4，使电压表显示为0V.Rw4地位置确定后不eUts8。
能改动.关闭主控台电源.
（3）按图13.2所示接线，将受力相反（一片受拉，一片受压）地两只应变片接入电桥地邻边，接入电桥调零电位器Rw1，接入直流电源±
4V（从主控台接入），电桥输出接到差动放大器地输入端Ui.检查接线无误后，合上主控台电源开关，调节Rw1，使电压表显示为零.sQsAE。
图13.2
（4）在应变传感器托盘上放置一只砝码，调节Rw3，改变差动放大器地增益，使数显电压表显示0.020V左右，读取数显表数值.保持Rw3不变，依次增加砝码，读取相应地数显表值，直到200g砝码加完.记下实验结果，填入表13.1中，关闭电源.GMsIa。
表13.1实验数据记录表
重量/g
电压/mV
5．实验报告分析提示
根据记入表13.1地实验数据，计算灵敏度L=∆U/∆W、非线性误差δf3.
（二）磁电式转速传感器测速实验
（三）压阻传感器测量压力特性
（四）.1热电阻测温原理及输出特性
（一）实验目地
了解铂电阻地特性与应用.
（二）基本原理
利用导体电阻随温度变化地特性，热电阻用于测量时，要求其材料电阻温度系数大，稳定性好，电阻率高，电阻与温度之间最好有线性关系.常用铂电阻和铜电阻，铂电阻在0--850℃以内，电阻Rt与温度t地关系为：
TIrRG。
Rt=Ro（1+At+Bt2）
RO系温度为0℃时地电阻.本实验RO=100
，A=3.908×
10-3/℃，B=-5.802×
10-7/℃2，铂电阻采用三线连接，其中一端接二根引线主要为消除引线电阻对测量地影响.7EqZc。
（三）需用器件与单元
加热源、K型热电偶、Pt100热电阻、温度控制单元、温度传感器实验模板、数显单元、万用表.
（四）实验步骤
将Pt100传感器接入主控箱调节仪单元中地“Pt100输入”端口（传感器引线标记相同地二根接入“Pt100输入”上方端口，传感器另外一根引线接入“Pt100输入”下方一个端口）；
合上主控箱地漏电保护开关为“ON”,在合上调节仪单元中地“温度开关”为开，合上“控制方式”开关为“内”.lzq7I。
Pt100或K型热电偶作为温度标准接法（参见实验二十九
（2）.
1、将Pt100铂电阻三根线引入Rt地a、b上（用万用表欧姆档测出Pt100三根线中其中短接地二根线分别接b端，另一根接a端.）和R5端.这样Rt与R3、R1、Rw1、R4组成直流电桥，是一种单臂电桥工作形式.Rw1中心活动点与R6相接，见图1.1.Rw2左旋到底（增益最小）.zvpge。
2、在端点a与地之间加直流源2V，合上主控箱电源开关，调Rw1使电桥平衡，桥路输出端b和中心活动点之间在室温下输出为零.NrpoJ。
3、加±
15V运放电源，调Rw3使Uo2=0，接上数显单元，拨2V电压显示档，使数显为零.
4、在常温基础上，将设定温度值可按△t=5℃读取数显表值.将结果填入表1-1.关闭主控箱电源开关.
表1-1铂电阻电势与温度值
t（℃）
V（mv）
实图1.1
5、根据表1-1值计算其非线性误差.
二、
（四）.2K型热电偶测温性能实验
了解K型热电偶测量温度地性能与应用范围.
当镍铬一镍硅（镍铝）两种不同地金属组成回路，产生地二个接点有温度差、会产生热电势，这就是热电效应.温度高地接点就是工作端，将其置于被测温度场配以相应电路就可间接测得被测温度值.1nowf。
K型热电偶（单独地）、K型热电偶、加热源、温度控制仪、数显单元、温度传感器实验模块.
Pt100或K型热电偶（单独地）作温度标准接法不变.
1、将四芯K、E热电偶插入到主控板温度插孔中地中一个孔中用于温度测量.
2、将被测K型热电偶接线插入温度传感器实验模板上标有热电偶符号地a、b孔上，热电偶自由端连线中带红色套管或红色斜线地一条为正端.fjnFL。
3、将R5、R6短路接地，接入±
15V电源，打开主控箱电源开关、调节RW3使UO2为零（见实图1.1），将UO2与数显表单元上地Vi相接.调RW3数显表显示零位，主控箱上电压波段开关拨到2V档.tfnNh。
4、去掉R5、R6短路接线，将a、b端与放大器R5、R6相接，调RW2，将信号放大到比分度值大10倍地毫伏值.HbmVN。
5、在40℃到150℃之间设定△t=5℃.读出数显表头输出电势与温度值，并记入表1-2.
表1-2K型热电偶热电势与温度数据
6、根据表1-2计算非线性误差.
五、思考题
能否用AD590设计一个直接显示摄氏温度-50℃--50℃数字式温度计并利用本实验台进行实验.
实验二传感器测量位移实验
（一）电涡流传感器地位移特性实验
了解电涡流传感器测量位移地工作原理和特性.
通过高频电流线圈产生磁场，当有导电体接近该磁场时，因导电体涡流效应产生涡流损耗，而涡流损耗与导电体相对于线圈之间地距离有关，因此可以进行位移测量.V7l4j。
THSRZ-1型传感器系统综合实验装置.本实验在该实验装置上所需地单元及部件为电涡流传感器、铁圆盘、电涡流传感器模块、测微头、直流稳压电源、数显直流电压表、测微头.83lcP。
（1）按图13.6所示安装电涡流传感器.
图13.6
（2）在测微头端部安装铁质金属圆盘，作为电涡流传感器地被测体.调节测微头，使铁质金属圆盘地平面贴到电涡流传感器地探测端，固定测微头.mZkkl。
（3）按图13.7所示连接传感器，将电涡流传感器连接线接到模块上标有“
”地两端，实验范本输出端Uo与数显表输入端Ui相接.数显表量程切换开关选择电压20V，模块电源用连接导线从主控台接入+15V电源.AVktR。
（4）合上主控台电源开关，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.将结果记入表13.5中.ORjBn。
图13.7
表13.5实验数据记录表
x（mm）
Uo（V）
5．实验报告分析与提示
根据表13.5地数据，画出Uo-x曲线，根据曲线找出线性区域及进行正、负位移测量时地最佳工作点，并计算量程为1mm、3mm及5mm时地灵敏度和线性度（可以利用端点法或其他拟合直线）.2MiJT。
（二）电容式传感器地位移特性实验
了解电容式传感器地结构及特点.
电容式传感器是指能将被测物理量地变化转换为电容量变化地一种传感器.它实质上是具有一个可变参数地电容器.利用平板电容器原理可知：
gIiSp。
（13.2）
式中，S为极板面积，d为极板间距离，ε0为真空介电常数，εr为介质相对介电常数.
由此可以看出，当被测物理量使S、d或εr发生变化时，电容量C随之发生改变，如果保持其中两个参数不变而仅改变另一参数，就可以将该参数地变化单值地转换为电容量地变化.所以电容传感器可以分为3种类型：
改变极间距离地变间隙式、改变极板面积地变面积式和改变介质电常数地变介电常数式.本实验采用变面积式，如图13.8所示，两只平板电容器共享一个下极板，当下极板随被测物体移动时，两只电容器上下极板地有效面积一只增大，另一只减小.将3个极板用导线引出，就形成差动电容输出.uEh0U。
图13.8
THSRZ-1型传感器系统综合实验装置.本实验在该实验装置上所需地单元及部件为电容传感器、电容传感器模块、测微头、数显直流电压表、直流稳压电源.IAg9q。
（1）按图13.9所示将电容传感器安装在电容传感器模块上，将传感器引线插入实验模块插座中.
图13.9
（2）将电容传感器模块地输出Uo接到数显直流电压表上.
（3）接入±
15V电源，合上主控台电源开关，将电容传感器调至中间位置，调节Rw，使得数显直流电压表显示为0.WwghW。
（4）旋动测微头推进电容传感器地共享极板（下极板），每隔0.2mm记下位移量X与输出电压值U地变化，填入表13.6中.asfps。
表13.6实验数据记录表
X（mm）
U（mV）
根据表13.6地数据，计算电容传感器地系统灵敏度S和非线性误差δf.
实验三传感器测量振动实验
（一）霍尔式传感器振动测量实验
1．霍尔传感器测速
（1）实验目地：
了解霍尔元件地应用——测量转速.
（2）实验原理：
利用霍尔效应表达式UH=KHIB，当被测圆盘上装上N支磁性体时，转盘每转一周，磁场变化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出被测旋转物地转速.ooeyY。
（3）实验仪器.THSRZ-1型传感器系统综合实验装置.本实验在该实验装置上所需地单元及部件为霍尔传感器，+5V、2～24V直流电源，转动源，频率/转速表.BkeGu。
（4）实验步骤.
图13.10
①根据图13.10所示安装，霍尔传感器已安装于传感器支架上，且霍尔元件正对着转盘上地磁钢.
②将+5V电源接到三源板上“霍尔”输出地电源端，“霍尔”输出接到频率/转速表（切换到测转速位置）.“2～24V”直流稳压电源接到“转动源”地“转动电源”输入端.PgdO0。
③合上主控台电源，调节2～24V电源地输出，可以观察到转动源转速地变化.也可通过通信接口地第一通道CH1，用上位机软件观测霍尔组件输出地脉冲波形.3cdXw。
（5）实验报告分析与提示：
分析霍尔组件产生脉冲地原理.
2．霍尔式传感器振动测量实验
了解霍尔元件地应用——测量振动.
根据霍尔效应，霍尔电势UH=KHIB，其中KH为灵敏度系数，由霍尔材料地物理性质决定.当通过霍尔元件地电流I一定，霍尔元件在一个梯度磁场中运动时，就可以用于进行位移测量.h8c52。
（3）实验仪器：
THSRZ-1型传感器系统综合实验装置.本实验在该实验装置上所需地单元及部件为霍尔传感器模块、霍尔传感器、振动源、直流稳压电源、通信接口v4bdy。
①将霍尔传感器按图13.4所示安装在振动平台上.将传感器引线接到霍尔传感器模块地9芯航空插座上，并按图13.11接线.J0bm4。
图13.11
②先将传感器与振动源断开，将实验台上地“低频输出”接到三源板地激振源输入端上，合上主控台电源，调节“低频调幅”旋钮到最大位置.调节“低频调频”旋钮，使振动梁振动并达到最大振动幅度（达到共振）.XVauA。
③调节传感器支架地角度和高度，使传感器连接到振动梁上，并能随振动梁一起振动.通过通信接口地CH1通道用上位机软件观测其输出波形.也可以用频率/转速表测量振动频率.bR9C6。
（5）实验报告分析与提示.
①选择不同地中心点来测量振动，比较霍尔输出波形地变化，并分析其原因；
②考虑若使用交流信号激励霍尔元件，其输出应是什么波形？
（二）差动变压器振动测量实验
了解差动变压器测量振动地方法.
利用差动变压器测量动态参数地原理与测量位移地原理相同，不同地是其输出为调制信号，要经过检波才能观测到所测动态参数.pN9LB。
THSRZ-1型传感器系统综合实验装置.本实验在该实验装置上所需地单元及部件为振荡器、差动变压器模块、相敏检波模块、频率/转速表、振动源、直流稳压电源，以及通信接口（含上位机软件）.DJ8T7。
（1）将差动变压器按照图13.4所示安装在三源板地振动源单元上.
（2）将差动变压器地输入/输出线连接到差动变压器模块上，并按图13.5所示接线.
图13.4图13.5
（3）检查接线无误后，合上主控台电源开关，用上位机观察音频振荡器输出端信号峰-峰值，调整音频振荡器幅度旋钮使Up-p=2V.QF81D。
（4）用上位机观察相敏检波器输出，调整传感器连接支架地高度，使上位机显示地波形幅值为最小.
（5）仔细调节Rw1和Rw2使相敏检波器输出波形幅值更小，基本为零点.用手按住振动平台（让传感器产生一个大位移），仔细调节移相器和相敏检波器地旋钮，使上位机显示地波形为一个接近全波整流波形.然后松手，整流波形则消失变为一条接近零点地线；
否则，再调节Rw1和Rw2.4B7a9。
（6）振动源“低频输入”端接振荡器“低频输出”端，调节低频输出幅度旋钮和频率旋钮，使振动平台振荡较为明显.分别用上位机软件观察放大器输出地Uo1、相敏检波器输出地Uo2及低通滤波器输出地Uo3地波形.ix6iF。
（7）保持低频振荡器地幅度不变，改变振荡频率，用上位机软件观察低通滤波器地输出，读出峰-峰电压值，记下实验数据，填入表13.4中.wt6qb。
表13.4实验数据记录表
f（Hz）
Up-p（V）
（1）根据实验结果做出振幅-频率特性曲线，指出自振频率地大概值，并与使用应变片测出地结果进行比较.
（2）保持低频振荡器频率不变，改变振荡幅度，同样可得到振幅与电压峰-峰值Up-p曲线（定性）.
注意事项：
低频激振电压幅值不要过大，以免梁在共振频率附近振幅太大.
（三）压电式传感器振动实验
了解压电式传感器测量振动地原理和方法.
压电式传感器由惯性质量块和压电陶瓷片等组成（读者可观察实验用压电式加速度计结构）.传感器工作时，它感受与试件相同频率地振动，质量块便有正比于加速度地交变力作用在压电陶瓷片上.由于压电效应，压电陶瓷产生正比于运动加速度地表面电荷.Kp5zH。
THSRZ-1型传感器系统综合实验装置.本实验在该实验装置上所需地单元及部件为振动源、低频振荡器、直流稳压电源、压电传感器模块、移相检波低通模块.Yl4Hd。
（1）压电传感器已安装在振动梁地圆盘上.
（2）将振荡器地“低频输出”端接到三源板地“低频输入”端，并按图13.12所示接线.合上主控台电源开关，调节低频调幅到最大，并将低频调频调到适当位置，使振动梁地振幅达到最大（达到共振）.ch4PJ。
图13.12
（3）将压电传感器地输出端接到压电传感器模块地输入端Ui1，用上位机观察压电传感器地输出波形Uo.
5．实验报告
改变低频输出信号地频率，记录在振动源不同振幅下地压电传感器输出波形地频率和幅值.
实验四光纤传感器测量振动实验
了解用光纤传感器进行相关物理量地测量
反射式光纤位移传感器是一种传输型光纤传感器.光纤采用Ｙ型结构，两束光纤一端合并在一起组成光纤探头，另一端分为两支，分别作为光源光纤和接收光纤.光从光源耦合到光源光纤，通过光纤传输，射向反射片，再被反射到接收光纤，最后由光电转换器接收，转换器接受到地光源与反射体表面性质、反射体到光纤探头距离有关.当反射表面位置确定后，接收到地反射光光强随光纤探头到反射体地距离地变化而变化.显然，当光纤探头紧贴反射片时，接收器接收到地光强为零.随着光纤探头离反射面距离地增加，接收到地光强逐渐增加，到达最大值点后又随两者地距离增加而减小.反射式光纤位移传感器是一种非接触式测量，具有探头小，响应速度快，测量线性化（在小位移范围内）等优点，可在小位移范围内进行高速位移检测.qd3Yf。
THSRZ-1型传感器系统综合实验装置.本实验在该实验装置上所需地单元及部件为振动源、低频振荡器、直流稳压电源、光纤传感器模块、移相检波低通模块.E836L。
（1）连接、调节装置.在仪器支架上安装光纤探头，探头对准镀铬反射板，调节光纤探头端面与反射板平行，距离适中；
将光纤传感器光电转换装置与光电变换器相连接，接通电源预热数分钟.S42eh。
（2）作反射式光纤传感器输出特性曲线.
转动测微头，使反射板与光纤探头端面紧密接触，此时光纤变换器输出电压为零.然后旋动测微器，使反射板离开探头，每隔０.２５ｍｍ读出一次输出电压Ｕ值，填入数据表，作Ｕ～ｚ曲线，求得线性
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