实验5--超声波移测量设计实验.doc

实验五 超声波位移测量设计实验 一、实验目的 了解超声波传感器的工作原理，学习用超声波测量位移。 二、实验设备与器件 1、超声波实验模块模块。 2、+15V、+6V电源，示波器。 3、信号发生器（选用）。 三、实验原理 超声波发送电路： 由555集成电路组成。IC（555）组成超声波脉冲信号发生器，工作周期计算公式如下? 超声波接收电路： 超声波接收头和组成超声波信号的检测和放大 四、实验步骤 1、接上模块电源。 2、将两超声波探头距离S=10cm处位置，用示波器光标测量出发送-接收所用时间Δx。 3、调节两超声波探头距离S，用示波器光标测量出发送-接收所用时间Δx。 4、将S、Δx和利用超声波速度与Δx之积计算得到的S′，填入下表。 距离S（cm） 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 时间Δx（μs） 计算的S′（cm） 五、思考题 1、利用上表，分析判断距离S与时间Δx的关系是否为线性。 2、说明上图电路超声波发射和接收的工作原理 图1.12 超声波测距实验接线图 编码器实验 编码器（encoder）是将信号或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备。?编码器把直线位移或角位移转换成电信号前者尺，后者 光栅尺位置特性实验 一、实验目的 学习光栅尺的特性及应用。 二、实验设备与器件 1、光栅尺WTA5-0200MM、游标卡尺。 2、编码器数显表。 三、实验原理 光栅尺位移传感器（简称光栅尺），是利用光栅的光学原理工作的测量反馈装置。光栅尺位移传感器经常应用于机床与现在加工中心以及测量仪器等方面，可用作直线位移或者角位移的检测。其测量输出的信号为数字脉冲，具有检测范围大，检测精度高，响应速度快的特点。在现在中国加工业、制造业越来越成熟，对加工的精度越来越高的时候，在各种机床上，例如：铣床、磨床、车床、线切割、电火花等机床上都可以安装光栅尺，其工作环境要求相对来说不是很苛刻，对操作者的使用来说也十分简单。常见光栅的工作原理都是根据物理上莫尔条纹的形成原理进行工作的当使指示光栅上的线纹与标尺光栅上的线纹成一角度来放置两光栅尺时，必然会造成两光栅尺上的线纹互相交叉。在光源的照射下，交叉点近旁的小区域内由于黑色线纹重叠，因而遮光面积最小，挡光效应最弱，光的累积作用使得这个区域出现亮带。相反，距交叉点较远的区域，因两光栅尺不透明的黑色线纹的重叠部分变得越来越少，不透明区域面积逐渐变大，即遮光面积逐渐变大，使得挡光效应变强，只有较少的光线能通过这个区域透过光栅，使这个区域出现暗带，从而便形成了我们所见到的条纹。在一个莫尔条纹宽度内，按照一定间隔放置4个光电器件就能实现电子细分与判向功能。例如，栅线为50线对/mm的光栅尺，其光栅栅距为0.02mm，若采用四细分后便可得到分辨率为5μm的计数脉冲 光电旋转编码器特性实验 一、实验目的 学习光电旋转编码器的特性及应用。 二、实验设备与器件 1、STIM-015模块、游标卡尺。 2、编码器数显。 3、DB9串口线 三、实验原理 光电编码器，是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。光电编码器主要由光码盘和光电检测装置组成。在伺服系统中，由于光电码盘与电动机同轴，电动机旋转时，光码盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的检测装置检测输出若干脉冲信号，通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前电动机的转速。为判断旋转方向，光码盘还提供相位相差90°的2个通道的信号输出，根据两个通道的相位变化确定电机的转向。 四、实验步骤 1、将STIM-015模块上的光电编码器信号输出口通过串口线连接到编码器数显表接口上。 2、STIM-015模块上电，将STIM-015模块划片移动到最左。 3、打开实验台电源。设置编码器数显表的位置分辨率为3um，计数清零。（位置分辨率的计算是通过STIM-015模块上面的螺杆的螺纹间距和光码盘的线数得到的） 4、按住右移按键让划片向右移动，按下表每移动4mm的距离记录下数显表显示的脉冲数及位置值 读数头 位移（mm） 4 8 16 20 24 28 32 36 40 脉冲数 位移数值 （um） 5、根据上表数据，分析误差原因。 图3.1 光电编码器实验接线图 磁电旋转编码器特性实验 一、实验目的 学习磁电旋转编码器的特性及应用。 二、实验设备与器件 1、STIM-015模块、游标卡尺。 2、编码器数显。 3、DB9串口线 三、实验原理 磁电旋转编码器才用磁电式设计，通过磁感应器件在磁场中的变化产生转子对应的转动位置的信号。与传统编码器相比，磁编码器结构简单，相应速度快，体积小，成本低，受外界污染