传感器综合实验报告Word格式文档下载.docx

1、1、 金属箔式应变片传感器用到的设备：直流稳压电源、双平行梁、测微器、金属箔式应变片、标准电阻、差动放大器、 直流数字电压表。2、 电容式传感器用到的设备：电容传感器、电容变换器、差动放大器、低通滤波器、电压表、示波器。3、 电涡流式传感器用到的设备：电涡流式传感器、测微器、铝测片、铁测片、铜测片、电压表、示波器。三、 传感器工作原理1、电容式传感器的工作原理：电容器的电容量C是的函数，当被测量变化使 S d或 任意一个参数发生 变化时，电容量也随之而变，从而可实现由被测量到电容量的转换。 电容式传感 器的工作原理就是建立在上述关系上的，若保持两个参数不变，仅改变另一参数， 就可以把该参数的变

2、化转换为电容量的变化，通过测量电路再转换为电量输出。差动平行变面积式传感器是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，与两组静片之间的相对面积发生变化，极间电容也 发生相应变化，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接入双T型桥路作为相邻两 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。依据该 原理，在振动台上加上砝码可测定重量与桥路输出电压的对应关系，称未知重 量物体时只要测得桥路的输出电压即可得出该重物的重量。2、电涡流式传感器的工作原理:电涡流式传感器由平面线圈和金属涡流片组

3、成， 当线圈中通以高频交变电流后，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 乙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器变换成电压 V输出，则输出电压是距离X的单值函数。依据该原理可制成电涡流式传感器电子称。3、金属箔式应变片传感器工作原理：应变片应用于测试时，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。实验中，通过旋转测微器可

4、使双平梁的自由端上、下移动，从而使应变片 的受力情况不同，将应变片接于电桥中即可使双平衡的位移转换为电压输出。 电桥的四个桥臂电阻 Ri、庫、R3、R4，电阻的相对变化率分别为 Ri/Ri、 R2 / R2、A R3 / R3、A R4 / R4 成正比。当E和电阻相对变化一定时，电桥输出电压及其电压灵敏度与各桥臂 阻值的大小无关。四、传感器特性测试（一）电容式传感器特性分析： 按以下步骤进行实验：（1）按图接线，电容变换器和差放的增益均调至最大电容变换器 低通 差放 电压表（2）测微器带动振动台移动至系统输出为零，此时动片位于两静片组之间旋动测微器，每次0.5mm，记下位移X与电压输出U值，

5、直至动片与静片覆盖 面积最大为止。然后向相反方向做上述实验，记下实验数据。特性分析数据记录分析如下：I第一次特性测试1、电容传感器特性曲线4VO电容传感器特性曲线T-电压.V） ： 2 位檸勺晌）实验所得数据如下:位移x（ mm）0.51.01.52.02.5输出电压U（mv）0.0780.1650.2420.3240.4073.03.54.04.55.00.4880.5720.6530.7380.822根据试验段数据绘的电容式传感器的特性曲线如下:从特性曲线可以看出，电容式传感器的输出电压与位移之间几乎是线性的，非 线性误差非常小，线性特性很好。2、传感器特性曲线拟合直线根据实验所得数据利用

6、最小二乘法对电容式传感器的特性曲线进行拟合：利用exceI中的函数LINEST可以使用最小二乘法对已知数据进行最佳直线拟合，由此得到的拟合直线方程为： U=0.164327x-0.00273拟合直线如下:传感器特性曲线拟合直线 系列1从所得的拟合直线可以看出，特性曲线与拟合直线基本保持一致，说明电容式传感器的线性特性很好，同时说明在所测的范围内，电容传感器均保持线性， 所以可以利用该特性将电容式传感器应用于电子秤， 在线性范围内可以用于程未 知重量的物体质量。3、回差正行程:反行程:0.0790.1590.4050.4870.6550.742画出正反行程得出的曲线如下:电容传感器特性曲线回差图

7、4 3 2 1 00O.G a兰三一金电压（v）电压2 （V）&位移（mm）两条曲线基本重合，说明回差非常小。4、综合特性分析：（1） 线性度：根据特性曲线可知，电容式传感器的输出电压与位移之间几 乎是线性的，非线性误差非常小，线性特性很好。（2） 灵敏度：根据电容式传感器特性曲线的拟合曲线可以的到它的灵敏度 即拟合直线的斜率为：0.164327.（3） 量程：在量程范围内基本保持线性。（4） 回差：根据回差曲线图可以看出电容传感器的回差接近于 0.II第二次特性测试0.0860.1750.2590.3420.4310.5150.5940.6770.7530.830f系列1Illi12 3 4

8、 5 位移（nn）18 6 4 2 0 a a a a 3 ss从特性曲线可以看出，电容式传感器的输出电压与位移之间几乎是线性的, 非线性误差非常小，线性特性很好。利用excel中的函数LINEST可以使用最小二乘法对已知数据进行最佳直线拟 U=0.166673x+0.007136所得的拟合直线可以看出，特性曲线与拟合直线基本保持一致， 说明电容式 传感器的线性特性很好，同时说明在所测的范围内，电容传感器均保持线性。综合特性分析：根据特性曲线可知，电容式传感器的输出电压与位移之间几乎是 线性的，非线性误差非常小，线性特性很好。根据电容式传感器特性曲线的拟合曲线可以的到它的灵敏度即拟合直线的斜率

9、为：0.166673.（二）电涡流传感器特性分析 按以下步骤进行实验：（1）按下图接线，用导线将涡流式传感器与涡流变换器输入端相接，将变换 器输出端接至直流电压表。电压表量程设定为20V档（差动放大器的增益旋到 较小位置，否则输出易饱和）。10V（2）测微头位移将电涡流线圈与涡流片分开一定距离，此时输出端有一电压 值输出。用示波器接涡流变换器输入端观察电涡流传感器的高频波形，信号频 率约为1MHZ。用测微头带动振动平台使平面线圈贴紧金属涡流片，此时涡流 变换器输出电压为零。（3）旋动测微头使平面线圈离开金属涡流片，从电压表开始有读数起每位移0.25mm记录一个读数。将 V、X数据填入下表，作出

10、 V X曲线，指出线性范围，求出灵敏度。1、电涡流传感器特性曲线电涡流传翩特性曲线1电压（V）5 1 O位移（mrj）0.10.20.30.40.60.7输出电压（V）0.81.331.631.842.042.252.440.911.11.21.31.42.632.82.963.133.293.463.63.75位移（mm1.61.71.81.922.12.22.33.94.044.174.254.314.434.544.672.42.62.72.934.794.915.025.145.255.355.45根据试验段数据绘的电涡流式传感器的特性曲线如下: U=0.013261x+3.96522

11、383、综合特性分析：根据特性曲线可知，电涡流式传感器的输出电压与位移之间在某 一段内是线性的，非线性误差较小。超出该范围，曲线非线性变大。根据电涡流式传感器特性曲线的拟合曲线可以的到它的灵敏度即拟合直线的斜率为：0.013261五实际测试与实验数据处理（一）电容传感器测重物质量按如下步骤进行实验：（1） 按图（1）接线，输出接电压表20V档，利用特性测试的结果，将平面线 圈安装在线性工作范围的起始点。（2） 调整电桥 Wd，使系统输出为零。（3） 在平台中间逐步加上砝码，记录 V、W值，并做出VW曲线，计算灵 敏度。W（g）V（v）（4）取下砝码，放上未知重量的待测物电池，根据标定曲线大致求

12、出被称物 的重量。实验结果记录分析：1、由给定砝码对砝码进行标定实验结果如下所示:砝码重量m （g）19.839.659.479.299输出电压U（ mv）0.0010.0330.0660.1020.1420.178称重南孚电池时显示的电压：0.165 mv根据标定所得数据绘制折线图如下：1505电容传感器质量-电压图电压O）20 40 60 80 100 120磁码质量（K）从标定得到的砝码质量与输出电压的折线图可以看出， 输出电压与砝码的质 量基本接近线性，并且输出电压在特性曲线的线性范围内， 因此可以对该曲线进 行最小二乘法拟合，得到线性拟合直线，由此得出重物质量。2、砝码质量-电压拟合

13、直线根据实验所得数据利用最小二乘法对电容式传感器测的的砝码质量 -电压曲线进行拟合：利用exceI中的函数LINEST可以使用最小二乘法对已知数据进行最佳直线拟合，由此得到的拟合直线方程为： U=0.001801m-0.00214拟合直线如下：质量-电压拟合直线系列10.156 050 C-0. 05祛码质量血（g）因为砝码标定时的输出电压与重物称重时的输出电压均在电感式传感器的 线性范围内，故可以利用拟合线性直线的方法算出重物质量。将称重南孚电池时显示的电压0.165 mv带入拟合直线方程U=0.001801m-0.00214可以计算得出电池的质量m=92.804 g（三）电涡流式传感器测质

14、量（用于验证）按以下步骤进行实验（1） 按图（1）接线，差放增益为1,输出接电压表20V档，利用特性测试的 结果，将平面线圈安装在线性工作范围的起始点。实验结果如下所示：输出电压U（v）3.944.234.514.785.20v电涡流传感器孑质量-电压6T-电压G）-一从标定得到的砝码质量与输出电压的折线图可以看出，输出电压与砝码的质 量基本接近线性，因此可以对该曲线进行最小二乘法拟合，得到线性拟合直线， 由此得出重物质量。根据实验所得数据利用最小二乘法对电容式传感器测的的砝码质量 -电压曲线进行拟合： U=0.013261m+3.965238因为砝码标定时的输出电压与重物称重时的输出电压均在

15、电涡流式传感器的 线性范围内，故可以利用拟合线性直线的方法算出重物质量。将称重南孚电池时显示的电压5.20 v带入拟合直线方程：U=0.013261m+3.965238可以计算得出电池的质量 m=93.112g六实验结果分析此次实验以电容式传感器为主来测量重物质量， 对电容传感器的特性进行了一系列分析。从线性度、灵敏度、量程、回差等角度对电容式传感器特性曲线分 析的出的结论是：电容式传感器的线性特性很好，灵敏度，同时说明在所测的范 围内，电容传感器均保持线性，所以可以利用该特性将电容式传感器应用于电子 秤，在线性范围内可以用于程未知重量的物体质量。 故由电容式传感器测量得出的重物的质量比较可靠

16、。电容式传感器测量得出的重物质量是 m=92.804 g,又因为测量精度为1%，故重物质量在91.87596g93.73204g之间。实验还利用电涡流式传感器测量质量来验证电容式传感器测出重物的质量， 通过对电涡流传感器的特性进行的分析，发现电涡流式传感器特性曲线的线性程 度并不如电容式传感器的好。所以我们的测量结果以电容式传感器的为主。 利用电涡流验证得出的重物质量是 m=93.112g,又因为测量精度为1%,故重物质量 在92.18088g94.04312之间。这个结果与电容式传感器得出的结果节本接近， 所以可以得知，电容式传感器的测量结果是可靠的。经过上述分析，我们得出的重物质量为 m=

17、91.87596g93.73204g七、结论1、数据结论我们的主传感器电容式传感器测量得出的重物质量是 m=92.804 g,又因为测量精度为1%,我们得出的重物质量范围为 m=91.87596g93.73204g2、心得体会本次传感器综合实验基本达到了预期目标， 通过这次综合实验我进一步的了 解了各传感器的工作原理、工作特性、适用范围和优缺点，通过用各种传感器测 一个未知质量的重物，把课堂上所学的理论知识真正的与实际运用相结合， 让我们更加理解了理论知识，也能把理论知识运用到现实中用以解决实际问题。 同时我们也通过这次实验，提高了数据处理与分析的能力，能把多而复杂的实验数据 通过拟合、分析、

18、处理从而得到较为准确的实验结果。另外，我们了解了相敏检 波器的原理，并通过实验知道了相敏检波器的作用。在实验中，我们先做了相敏检波器的实验，刚开始实施反向作用后示波器的 波形却不显示反向，后来通过反复分析和实验，才发现移相器有移向作用，只是 变化很不明显。另外由于这次实验所使用的是数字示波器， 操作起来还有些不熟 悉，但总体来说，相敏检波器的实验进行得很快也很顺利。随后，我们进行了测未知物体重量的实验，这个实验老师没有给任何提示， 就靠实验室的各种传感器来测重量，自己通过对各传感器的特性测试来选取最佳 的两、三个传感器来测量，后期通过对实验数据的分析处理得到最准确的重量值， 并要分析处理出量程

19、、线性度、灵敏度、回差等，这个实验很好的检验了学生的 分析能力，处理实际问题的能力，对传感器的掌握能力和数据处理能力等， 实验 中，我们组的两个人分别运用霍尔传感器、电涡流式传感器、金属应变片式传感 器和电容式传感器进行测量，最终通过所测得数据综合考虑传感器的线性范围、 线性度、灵敏度和准确性等，我们选取了电容式传感器作为基本的测量传感器， 电涡流式传感器作为检验的传感器， 电容式的线性很好，量程大，电涡流式的虽 然量程小但精度高。经过多次的特性测量、砝码标定、重物测量，我们得到多组 数据，经过最小二乘法等处理方法进行曲线拟合、数据处理后得到最终待测物的 重量为go总之，这次实验让我们学到很多

20、，这是课堂上无法学到的，通过查阅大量有 关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识， 也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。培养了我们创新工作的能力，树立了对自 己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。 而且大大 提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中的探索的艰难和成功的喜 悦。八、参考文献1王化祥、张淑英，传感器原理及应用，天津大学出版社 -2版，1999、22仝卫国、苏杰、赵玉辉、赵劲松，传感器原理及应用实验指导书 华北电力大学3刘爱华、满宝元，传感器实验与设计，人民邮电出版社， 2010相敏检波器实验一、 实验目的：说明由施密特开关电

21、路及运放组成的相敏检波电路的原理。二、 实验设备：相敏检波器、移相器、音频振荡器、直流稳压电源、低通滤波器、电压表、示波器。三、 实验原理：相敏检波电路如图（7）所示：图中为输入信号端，为输出端，为交流参考电压电输入端，为直流参考电压输入。当、端输入控制电压信号时，通过差动放大器的作用使 D和J处于开关状态，从而把端输入的正弦信号转换成半波整流信号。 Ci 104Ri 30K四、实验步骤：1 将音频振荡器频率、幅度旋钮居中，输出信号（ 0或180均可）。接相敏检波器输入端。2 将直流稳压电源2V档输出电压（正或负均可）接相敏检波器端。3.示波器两通道分别接相敏输入、输出端，观察输入、输出波形的

22、相位关 系和幅值关系。4.改变端参考电压的极性，观察输入、输出波形的相位和幅值关系。结论：当参考电压为正时，输入与输出同相，当参考电压为负时，输入与 输出反相。5 .将音频振荡器180端输出信号送入移相器输入端，移相器的输出端与检敏检波器的参考输入端连接，相敏检波器的信号输入端接音频 180输出。6用示波器两通道观察参考输入端和附加观察插口、的波形。相敏检波器中整形电路的作用是将输入的正弦波转换成方波，使相 敏检波器中的电子开关能正常工作。7. 将相敏检波器的输出端与低通滤波器的输入端连接， 低通输出端接数字 电压表20V档。8.示波器两通道分别接相敏检波器输入、输出端。9.适当调节音频振荡器

23、幅值旋钮和移相器“移相”旋钮，观察示波器中波 形变化和电压表电压值变化，然后将相敏检波器的输入端改接至音频振荡器 180输出端口，观察示波器和电压表的变化。当相敏检波器的输入信号与开关信号同相时，输出为正极性的全波 整流信号，电压表指示正极性方向最大值，反之，则输出负极性的全波整流波 形，电压表指示负极性的最大值。10.调节移相器“移相”旋钮，利用示波器和电压表，测出相敏检波器的 输入Vp p值与输出直流电压的关系。11. 使输入信号与参考信号的相位改变 180，测出上述关系。12.当相敏检波器输入为直流时，输出波形为一方波，平均值为零。记录数据输入 Vp-p（V）81620正向输出UO（V）0.270.451.011.873.746.416.52反向输出UO1 （V）-.0.25-0.44-0.96-1.85-3.70-5.56-5.57