傳感器技术与应用实验指导书.doc

《传感器技术及应用》 实验指导书 陈益民 岳克宁 广东工业大学信息工程学院 二００九年四月修订 前 言 《传感器技术及应用》课程配套开设了8学时的实践性实验环节，目的在于检验学生对传感器理论知识的掌握程度，引导学生将理论知识应用到实践中，并将电子技术、测试技术、计算机技术与传感器技术融合在一起，拓宽传感技术的应用领域，逐步建立工程应用的概念。通过实验，帮助广大学生加强对书本知识的理解，培养学生实际动手能力,增强学生对各种不同的传感器及测量原理如何组成测量系统有直观而具体的感性认识；培养学生对材料力学、电工学、物理学、计算技术等知识的综合运用能力；同时在实验的进行过程中通过信号的拾取、转换、分析，掌握作为一个科技工作者应具有的基本的操作技能与动手能力。 传感器实验全部安排在“CSY型传感器系统综合实验仪”上进行。实验一～实验三为必做实验，实验四为选做实验；实验五为综合性实验，该综合性实验课内学时只安排２学时，因此实验方案及程序设计要求在实验课外时间完成。 目 录 实验一 金属箔式应变片及转换电路性能 ……………………3 实验二 电容式传感器静特性测试与动特性观测 ……………9 实验三 霍尔传感器的应用――位移及振幅测量 ………… 13 实验四 振动信号的多种传感器测量与比较（选做） ……… 18 实验五 工程量的多传感器测量与信号分析处理（综合性） …24 附录一 CYS型传感器系统综合实验仪使用指南 ……………… 34 附录二 CYS综合实验仪信号处理常用模块电路原理图 ………… 38 附录三 PCI-6024E数据采集卡的安装检验与参数设置…………… 实验一 金属箔式应变片及转换电路性能 实验项目名称：金属箔式应变片及转换电路性能 实验项目性质：普通实验 所属课程名称：传感器原理与设计 实验计划学时：2学时 实验目的 1、了解应变片的测试原理与应用领域； 2、掌握应变片测试方法及典型转换电路原理； 3、通过实验数据分析处理，掌握获得传感器静态特性性能指标的过程和方法。 实验内容和要求 1、观察金属箔式应变片的结构、贴片方式以及接桥方式； 2、测试应变梁变形时的应变输出； 3、比较应变片不同接桥方式对电桥输出结果的影响。 4、进行实验前，先预习附录一“CYS型传感器系统综合实验仪使用指南”，了解该设备的基本结构与组成。 实验主要仪器设备和材料 1、CYS型传感器系统综合实验仪 本次实验所用模块包括：①悬臂梁及金属箔式应变片；②电桥模块；③差动放大器；④直流稳压电源（±4Ｖ档）；⑤测微头；⑥毫伏表。 2、若干接插连接实验导线。 3、万用表（非必需）。 实验方法、步骤及结果测试 一）实验原理 应变片是最常用的测力传感元件。当使用应变片进行测试时，首先要将应变片牢固地粘贴到测试体表面。当测件受力发生变形，应变片敏感栅也随同变形，其电阻值也随之发生相应变化。之后，再通过测量转换电路，将电阻值变化转换成电压信号输出显示。 直流电桥是最常用的一种电测转换电路。当电桥的相对臂电阻阻值乘积相等时，电桥平衡，此时电桥输出电压为零。若设电桥桥臂的四个电阻初始值分别为：R1＝R2＝R3＝R4＝R，当测试体表面产生变形，则其电阻的相对变化率分别为△R1/R1、△R2/R2、△R3/R3和△R4/R4。当使用一个应变片时，可组成半桥单臂电桥，在电阻变化量△R较小的情况下，电桥输出电压为U0＝；当使用二个应变片差动联接，组成半桥双臂电桥，则有U0＝；而用四个应变片组成全桥形式，则输出电压为U0＝。由此可见，半桥单臂、半桥双臂和全桥电路的灵敏度是依次增大的。 通过本实验，可以验证说明箔式应变片组成半桥单臂、半桥双臂电桥和全桥的原理及工作性能。 二）实验步骤及结果测试 1、仪表及电路调零 任何测试仪器或仪表，在使用前均需调零。本实验需要调零的部件是毫伏表、直流电桥和差动放大器。 ①毫伏表调零。将综合实验仪上的毫伏表输入端对地短接，调整“调零”电位器，使指针居“零”位。拔掉短接线，指针有偏转是有源指针式电压表输入端悬空时的正常情况。调零后关闭仪器电源。 ②差动放大器调零。开启仪器电源，将差动放大器增益调至适中位置（调节旋钮旋到中位附近），差动放大器的“＋、－”输入端用实验线对地短路，放大器输出端接毫伏表或数字电压表，用“调零”电位器调整差动放大器输出电压至零。然后拔掉短接实验线。 注意： 调零后，放大器增益调节旋钮和“调零”电位器的位置不要改变。若两者任一旋钮位置有变，需重新进行调零。 2、半桥单臂接桥方式测试 ①接桥。按图１半桥单臂电桥测试接线原理图，将实验模块用实验线连接成测试电桥。桥路中R1、R2、R3（因实验设备不同，实验设备上的电阻标