传感器与检测技术实验指导书

传感器与检测技术实验指导书

传感器和检测技术

实验指令

网

实验管理规定-1实验1，金属箔应变仪的性能-单臂电桥-2实验2，金属箔应变仪:单臂、半桥、全桥比较-5实验3，金属箔应变仪的温度效应和补偿-8实验4，金属箔应变仪交流全桥的应用-电子秤之一-实验7，热电偶的原理和现象-实验8，图像移位器实验-17实验9，相敏检波器实验-18实验10，差动变压器(互感型)的性能-

2、实验教师应及时回答学生的问题，态度要和蔼，不要随意离岗。

三、实验结束后，实验准备人员必须检查实验设备室，关闭稳压电源和照明

电，并锁门

4、要求学生不迟到、不早退，爱护实验设备，保持房间整洁五、实验前要预习实验说明，做好必要的预习报告

6。在实验中仔细听老师的解释。连接后请检查电缆。只有打开电源，

才能迅速关闭电源，并向老师报告事故。

7、实验过程中认真记录测量数据，原始数据只有经过老师检查和签字后才能删除，

整理好桌椅，离开实验室前在登记簿上签字，必须亲自签字，严禁代表签字

8、在未经允许的实验中不得擅挪用其他实验室设备九、实验结束后要按要求认真完成实验报告

十、意外损坏的仪器，要填写损坏清单，对不按规定操作的损坏仪器要写

检查，并按价批评赔偿

西南大学电工电子实验教学中心

XXXX 8月

2

实验1金属箔式应变片性能-单臂电桥

1、实验目的:

了解金属箔的工作原理和工作条件二。所需单元和组件:

DC稳定电源、电桥、差分放大器、双平衡梁、微探针、应变仪和伏安仪旋钮初始位置:DC稳定电源至2V，V/F计至2V，差分放大增

益至最大三。实验步骤:

1。观察所需单元和部件在实验仪器上的位置观察梁上的应变片，上下梁的外表面分别贴有两个应力应变片，测微头安装在双平行梁右端的支架上，可以上下左右前后调节。

2。将差分放大器归零:用一根10厘米长的连接线将差分放大器的正极(+)、负极(-)和地短路将差分放大器的输出端与伏安表的输入端Vi 相连；打开主电源和辅助电源；将差分放大器的增益调节到最大位置，然后调节差分放大器的调零旋钮，使伏/频表显示为零(或接近于零)，并关闭主、辅电源

3。锁定实验仪器中配备的插头导线的使用方法:连接导线时，将导线插头插入仪器上的插座中，顺时针旋转约30度进行接触是可靠的。多个插头可以连续地插在插头的上侧，并且插头可以自由扩展并且具有三维阶梯线逆时针转动插头约30度，将其拔出。拔出电线时，注意不要直接拉电线。握住导线头并将其向上拉，以避免折断实验导线。4。根据图1中的布线，R1、R2和R3是桥单元的固定电阻器，Rx=R4是应变仪。将稳压电源的开关设置为4伏，电压/频率表设置为20伏。调整测微头，使其与双平衡梁分离，打开一次和二次电源，调整电桥平衡网络中的RD(W1)，使伏安显示为零。然后将气压表设置为2V，并慢慢调整电桥RD(W1)，使气压表显示为零

3

最小，示波器的波形大致是一条水平线(当V/F表中显示的值与示波器的值不完全一致时，两者都可以考虑)。然后用手轻轻按住双平行光束重传感器托盘的中间(位于光束右端的磁钢处)，以产生位移，并调整移相器的相移旋钮。让示波器显示全波检测模式。放开后，光束恢复。示波器模式基本上是直线

4。将砝码放在传感器托盘上，并记下此时的电压值。然后为每个额外的重量写下一个值，并将这些值填入下表。根据所得结果计算灵敏度S=△V/△W，并绘制一条V-W关系曲线。△V是电压变化率，△W 是相应的质量变化率。

重量(g)电压(mv) 4。思考:

在交流电桥中，必须有两个可调参数来平衡电桥，这是电路的存在造成的

实验5交流全桥应用——振幅测量

1。实验目的

本实验了解交流激励金属箔应变片电桥的应用。所需单元和组件: 音频振荡器、电桥、差分放大器、移相器、相位敏感检测器、低通滤波器。低频振荡器、V/F表、双线示波器、激励线圈I.

相关旋钮的初始位置:音频振荡器5HZ、低频振荡器频率旋钮5HZ、最小振幅、最大差分增益、主、辅电源关闭。3.实验步骤:

1，布线如图6所示，保持实验4 (1)、(2)、(3)的步骤

？1LV音频振荡器？2R 1 W2C 4移相器+-VW 1RR 2R3应变计~示

波器相敏检波器低通滤波器V/F表电桥平衡网络图6

14

2，关闭主、辅电源，将低频振荡器的输出V o信号连接到激励线圈I的一端，激励线圈的另一端接地。将低频振荡器的振幅旋钮置于中间位置，打开主辅电源，双平行梁振动，缓慢调节低频振荡器的频率旋钮，使梁的振动更加明显。如果光束的振幅不够大，可以调整大型低频振荡器的振幅，但应注意不要使光束的振幅接触激励线圈光束。3，将示波器的x轴扫描旋钮调到5-10ms/div。y轴切换至50mv/div 或0.1v/div，分别观察差分放大器输出、相位敏感检波器输出和低通输出的波形。跟踪所有级别的波形。低频振荡器的频率f(3～xxxx年度感应表面中间由两根细金属线焊接的点是热电偶)和下横梁的下表面被改变。两个热电偶串联在一起，产生两者之和的热电势。

3，并如图7所示连接。打开主辅电源，调节差动放大器的调零旋钮，使伏/频表显示为零。记录独立温度计的室温。

17

+8V TNT TN-V+-8V加热器热电偶差分放大器V/F表

图7

4。将+8V DC电源连接到加热器的一端，并将加热器的另一端连接到-8V。(将-15V DC电源连接到加热器的一端，加热器的另一端接地)观察电压表显示值的变化，当显示值稳定时，记录电压表显示的读数

E 5。用自带的温度计测量上面两个表面热电偶的温度，并记录下来。(注意:温度计的温度计探针不应接触应变仪。只要它接触到热电偶附近的光束)

6，根据热电偶的热电势与温度的关系:Eab(t，to)=Eab(t，tn)+Eab(tn，To)

，其中:T-热电偶256的热端(工作端或测温端)的温度+ TN-热电偶冷端(自由端或热电势输出端)的温度为室温至-0℃

。冷端温度是室温下的热电势，Eab(t，tn)=(f/v显示表E)/100

×2 (100是差分放大器的放大系数，2是两个热电偶的串联)。(2)热端温度为室温，冷端温度为0℃，铜-康铜的热电势为Eab(tn，To):当附着在

以下的热电偶自由端为0℃时，检查热电势与温度的关系，即铜-康铜热电偶指数表，得到室温下的热电势(用温度计测量)。

(3)计算:热端温度t，冷端温度0℃时的热电势，Eab(t，to)。根据计算结果，温度T(4)

铜-康铜热电偶刻度(自由端温度0℃)

刻度数:T

工作端温度-100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

-0.383-0.421-0.000-0.039 0.391 0.789 1.1999 965 4.432-0.534-0.154 0.156 0.549 0.951 1.361 1.780 2.207 2.643 3.087 3.538 4.012 4.479 18

-0.571-0.193 0.195 0.589 0.992 1.403 1.822 2.250 2.687 3.131 3.584 4.058 4.529-0.608-0.231 0.234 0.629 1.032 1.444 1.865 2.294 2.731

3.176 3.636 打开主电源和辅助电源，将音频振荡器的频率调节至5至8 khz之间，最好不要使差分输出波形失真，音频幅度为2vp-p。使用示波器和电压表以类似于实验4 (3)的方式调节平衡和调零旋钮。电压表的读数为零(电压表总是不为零，表明差动变压器的铁芯不在中间位置。千分尺头可适当调整)

4。转动千分尺头，记录实验数据，填写下表(每旋转0.20毫米读取一次)

位移(毫米)电压(毫伏)制作V-X曲线，并计算灵敏度。比较这个实验和实验12的异同。4.注意事项:

1。这个实验只使用了两个差动变压器线圈。注意连接2。音频振荡器必须从低压插座

1输入

实验16差动螺线管(自感)电感传感器的动态性能。实验目的:

了解差动电磁感应传感器2的幅频特性和工作情况。所需单元和部件:

差分螺旋电感传感器、音频振荡器、电桥、差分放大器、相位敏感检测器、移相器、低通滤波器、V/F表、低频振荡器、双线示波器、振动平台

相关旋钮的初始位置:音频振荡器5KHZ、低压输出幅度Vp-p值2V、差分放大器的增益旋钮转到中间、V/F表设置到2KHZ位置。低频振荡器的幅度旋钮设置在最低注意事项:(1)音频振荡器的信号必须从低压输出端输出(2)差动线圈电感的两个线圈相互连接(3) (4)在

实验中，电桥平衡网络的电位计W1和W2必须在调整实验中相互匹配，为了便于观察，示波器的灵敏度需要调整

3。实验步骤:

1。如图18所示连接电线(电压表可以连接也可以不连接)。连接差动线圈电感传感器、音频振荡器、桥式平衡网络差动放大器、相敏检波器、移相器和低通滤波器组成测量电路。将示波器探头分别连接到差分放大器的输出端和相敏检测器

2的输出端，旋转测微头，从振动平台上分离并移开，这样振动时振动平台不会再次被吸走，打开主、辅助电源

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3，调整电桥平衡网络的电位计W1、W2。为了最小化差分放大器输出端的信号输出，将差分放大器的增益旋钮调到最大(如果电器平衡网络不能调至零，电感中铁芯的位置需要上下调整)

4。为了使相位敏感检测器输出端的两个半波的参考一致，可以调节差分放大器的调零电位计5，并且低频振荡器的输出端连接到激励线圈ii。调节低频振荡器的频率旋钮，将振幅旋钮固定在一定位置，使光束上下振动

6。调整移相器上的移相电位器，使相敏检波器输出端的波形如图19所示

VT

图19

7，将示波器探头切换到低通滤波器

8的输出端，调整频率，调整时用频率计监测频率，用示波器读数的峰峰值填写下表:绘制幅频特性曲线

。关闭主电源和辅助电源频率(赫兹)3 4 5 6 7 8 10 12 20 30 V o(p-p) 4。思维:

这个实验类似于实验13。请指出他们各自的特点？

实验17涡流传感器的静态校准

1。实验目的:

了解涡流传感器2的原理和工作性能。所需单元和部件:

涡流转换器、伏安表、探头、铁片、涡流传感器、示波器、振动平台3，实验步骤:

1，安装传感器(传感器与铁测量片对齐)和测微头

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涡流转换器V涡流传感器V/F表

2，观察传感器的结构，它是一个扁平线圈

2根据图20，传感器通过导线连接到涡流转换器的输入端，输出端连接到V/F计，V/F计置于20V档，主电源和辅助电源

4接通，通过示波器观察涡流转换器的输入端的波形，如果没有发现振荡波形，则传感器远离被测体可见，波形为波形。示波器的时基是us/cm，因此振荡频率约为0.5。调整传感器的高度，使其与要测量的铁板接触。从现在开始读取，记下示波器和电压表的值，并填写下表:X(mm) Vp-p(v) V(v)建议每隔0.10毫米读取一次，直到线性度严重下降。根据实验数据，在坐标纸上画一条V-X曲线，指出近似线性

范围，求出系统灵敏度S = △ V/△ X(最好用误差理论求出线性范围内的线性和灵敏度)。可以看出，涡流传感器最大的特点是在传感器和被测物体之间有一个最佳的初始工作点。这种转换电路就是其中之一。实验结束后，关闭主电源和辅助电源。

注意事项:被测体和涡流传感器测试探头应尽可能平行，探头应尽可能对准被测体的中部。为了减少涡流损耗。

实验18被测物体材料对涡流传感器特性的影响

1。实验目的:

了解被测物体材料对涡流传感器性能的影响2。所需单元和部件:

涡流传感器、涡流转换器、铁试件、伏/福计、千分尺、另一个试件。振动台，主、辅电源3，实验步骤:

1，安装涡流传感器，调整位置，安装测微头2，如图20所示连接导线，检查是否没有错误，打开主、辅电源

3，从传感器与铁测量片接触开始，旋转测微头改变传感器与被测体的距离，记录伏/福表读数(伏/福表设置为20V档)。直到出现明显的非线性，然后用另一个试件替换试件，并重复上述实验。结果填写在下表中(建议每0.05毫米读取一次)

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x(毫米)V另一(v) V铁(V)。根据得到的结果，在同一张坐标纸上画两条V-X曲线，其中被测物体是铁和旧的。根据实验17的方法，计算灵敏度和线性跃迁，并比较它们的线性范围和灵敏度。关闭主电源

和辅助电源是可见的。当被测物体不同时，该涡流传感器必须再次工作。4.注意事项:(1) (2)

传感器开始时可能有一个死区

。该涡流转换器电路属于频率转换和幅度调制电路。传感器是振荡器中的一个严格元件。被测材料与传感器输出特性之间的关系不同于恒频调幅电路。

实验19涡流传感器的应用-振幅测量

1。实验目的:

了解涡流传感器测量振动的原理和方法2。所需单元和部件:

涡流传感器。涡流转换器、差动放大器、电桥、铁试件、DC稳定电源、低频振荡器、激励环二、伏安表、示波器

相关旋钮的初始位置:差动放大器增益设置为最小值(逆时针到底)，DC稳定电源设置为4V档，3。实验步骤:1。旋转测微头，将振动平台(中间磁铁)与测微头分开。当梁振动时，它将不会被再次吸入(当振动台处于自由和静止状态时)。适当调整涡流传感器头的高低位置(目视检查)。参考实验17的结果(最好在线性范围的焦点附近)。

2。如图21所示，连接涡流传感器探头、涡流转换器、桥式平衡网络、差分放大器、电压/频率计和DC稳定电源。形成一条测量线(此时DC稳定电源应设置为4V档)，电压/频率计应设置为20V档。打开主辅电源

涡流传感器+-R差分放大器W1VV/F表-4V示波器+4V涡流传感器电桥平衡网络

图21

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3，调整电桥平衡网络，使电压表读数为零

4，拆除差分放大器和电压表之间的连接，将差分放大器的输出与示波器连接，使电压表读数为零低频振荡器的输出端连接到激励线圈II，并连接到频率计

5的输入端。低频振荡器的振幅旋钮旋转到一定位置(振动台振动时最好不要与其他部件碰撞)。频率调整为

3KHZ-25KHZ。在调整过程中，频率计用于监测频率，示波器用于读取峰峰值并填写下表。关闭主电源和辅助电源。

F(hz) V(p-p)四个考虑因素:

1。根据实验结果，我们可以知道振动台的固有振动频率约为256±1992。如果已知待测光束的振幅为0.2毫米，传感器必须安装在最佳工作点3吗？如果这个传感器仅仅用于测量振动频率，工作点问题是否仍然非常重要？

3KHZ？？25KHZ实验20电涡流传感器的应用-电子秤3

1，实验目的:

了解电涡流传感器在静态测量中的应用2，所需的单位和部件:

电涡流传感器、电涡流转换器、伏安表、砝码、差动放大器、电桥、铁试件相关旋钮的初始位置:将伏安表设置为20V档，并将差动放大器的增益调到最小3。实验步骤:1 .根据图20的电路连接

2。根据实验17的结果，将传感器的位置调整到接近线性范围的起点距离(传感器与被测物体之间的距离接近线性起点，目视检查)

3，并打开主电源和辅助电源。调节电桥装置上的电位计W1，使电压表归零。4.将砝码放在平台上，读出仪表的指示值，并填写下表:W(g) V(v) 5。将重物放在平台上，记下电压表读数，根据实验数据做一个V-X曲线，计算重物的灵敏度和重量

说明:差动放大器的增益是合适的。根据说明，

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4。注意事项:(1)

的重量不会使位移超过

的线性范围。这个实验应该用电子秤来做。两相比较。

实验21霍尔传感器的静态位移特性-DC激励

1。实验目的:

了解霍尔传感器2的原理和特性。所需单元和组件:

霍尔芯片、磁路系统、电桥、差分放大器、电压/频率计、DC稳定电源。微头振动平台

相关旋钮的初始位置:差动放大器的增益旋钮调到最小，电压表调到20V档，DC稳定电源调到2V档，主辅电源关闭。3.实验步骤:

1。了解霍尔传感器的结构和在实验仪器上的安装位置，熟悉实验面板上霍尔板的符号，霍尔板安装在实验仪器的振动盘上。两个半圆形

永磁钢固定在实验仪器的顶板上。这两种半圆形永磁钢组合成霍尔传感器

2。在主电源和辅助电源接通以使差分放大器归零后，增益设置为最小值，主电源关闭。根据图22，接线W1、R是DC桥式平衡网络

+2vw1+-RV-2v稳压电源桥式平衡网络的

桥式单元。霍尔传感器差分放大器V/F表

图22

3。安装千分尺头。调整微探头与振动台吸附并融合，将霍尔板放置在半圆形磁钢的上下中心位置。4.打开主电源和辅助电源。调整W1，使电压表指示零

5。上下旋转微型探针，记录电压表读数。建议每隔0.2毫米读取一个数字。填写下表中的读数:

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X(mm)V(V)X(mm)V(V)绘制一条V-X曲线，指出线性范围，找出灵敏度，并关闭主电源和辅助电源，以查看本实验中测量的磁场实际上是磁场。线性度越好，位移测量的线性过渡越好。其变化越陡，位移测量的灵敏度越大，为

6。实验完成后，关闭主电源和辅助电源，并将每个旋钮设置到初始位置4。注意事项:

1。由于磁路系统中的空气间隙较大，霍尔板应尽可能靠近极靴，以提高灵敏度2。调整后，磁路系统在测量过程中不能移动。3.激发电

压不能太大，以免损坏霍尔传感器

实验22-电子秤4

1的应用。实验目的:

了解霍尔传感器在静态测量中的应用2。所需单元和组件:

霍尔芯片。磁路系统、差动放大器、DC稳定电源、电桥、砝码、电压表及振动平台相关旋钮的初始位置:DC稳定电源设置为2V档，电压表设置为2V档。主电源和辅助电源关闭3。实验步骤:1，2，3，4，5，W(g) V(v) 6，已知重量

4。注意事项:(1)

打开主电源和辅助电源，并将差分放大器设置为零。如图22所示，关闭主、辅电源，调整测微头与平台分离，并将其连接到远离振动台的地方。打开主、辅电源，将系统调零

差分放大器的增益旋钮调到最小位置，然后不加改动不在称重平台上放砝码，填写下表:在平台上放一个未知重量的砝码，记录仪表读数，根据实验结果做一个V-W曲线。发现霍尔传感器的线性范围很小。因此，重量和重量不应太重

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(2)

重量应放在平台中间

实验23霍尔传感器特性-交流激励

1，实验目的:

了解交流激励霍尔板的特性二。所需单元和部件:

霍尔板、磁路系统、音频振荡、差分放大器、测微头、电桥、移相器、相位敏感检测器、低通滤波器、伏安表、示波器、振动平台

相关旋钮的初始位置:音频振荡器设置为1KHZ，差分放大器增益调整至最大。主电源和辅助电源关闭。3.实验步骤:1、2、

打开主、辅电源，将差分放大设置为零，关闭主、辅电源

，调整测微头，使其脱离振动平台，远离振动台，如图23所示连接导线，打开主、辅电源，将音频振荡器的输出幅度调整为5Vp-p，并将差分放大增益设置为最小值。根据实验 4 (3)的方法，用示波器和频率计调整W1和W2，使示波器和频率计的显示最小化，调整移相器和相移旋钮，使示波器显示全波检测模式，然后转动千分尺头，使振动台吸收，继续调整千分尺头，使频率计显示零点(频率计设置为20V档位)。

CLv？1？2音频振荡器W1W2+-低通滤波器V差分放大器R电桥平衡网络霍尔传感器相敏检波器V/F仪表示波器

3，

图23

检查磁路系统，使霍尔元件靠近极片

4，旋转千分尺头，每0.1毫米记录一次仪表读数，并填写下表:x (mm) v (v)

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|计算灵敏度四。注意事项:

1。交流励磁信号必须从电压输出端L0或Lv输出，其幅值应限制在峰峰值以下，以免在霍尔芯片中引起自热现象

2。由于W1和W2是可替代的，因此，交流不等电位可能不可调非常小

实验24霍尔传感器应用-振幅测量

1，实验目的:

了解霍尔传感器在振动测量中的应用2，所需的单元和元件:

霍尔板、磁路系统、差分放大器、电桥、移相器、相敏检波器、低通滤波器、低频振荡器、音频振荡器、振动平台、激励线圈II、双线示波器。DC稳定电源

相关旋钮初始位置:差分放大器增益旋钮至最大值，音频振荡器1KHZ 3，实验步骤:

1，主、辅助电源开启，差分放大器输入短路接地。调零后，美国关闭主电源和辅助电源

2。如图24所示，连接霍尔传感器、电桥平衡网络、差分放大器和电压表，形成测量电路(电压表设置在20V，基本保持实验23的电路)。将差分增益设置为

Lv？1？2音频振荡器W12C+-差分放大器R电桥平衡网络霍尔传感器相位敏感检测器低通滤波器示波器

图24

3，打开主电源和辅助电源，转动千分尺头，将振动平台中间的磁铁与千分尺头分开，并远离它。当梁振动时，它不是

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。至于再次被吸入(当振动台处于自由静止状态时)

4，电桥平衡电位计W1和W2被调节，并且V/F表指示零

5。差分放大器和电压表之间的连接被拆除。将差分放大器的输入和输出与示波器连接，将V/F计设置为

2KHZ，将低频振荡器的输出端与激励线圈II连接，然后用V/F计监控频率

6，将低频振荡器的幅度旋钮固定在一定位置，调整低频振荡频率(频率计监控的频率)。用示波器

读出低通滤波器输出的峰峰值，填写下表:f(赫兹)VP-p4，思维: 1。根据实验结果，我们可以知道振动平台的近似固有频率。2.在某个固定频率下，调整低频振荡器的振幅旋钮，以改变梁的振幅。振动期间梁的位移可以从示波器读出的数据中计算出来吗

3，考虑一下，用其他方法测量振动平台振动时的位移范围，并与实验结果进行对比验证。注意:磁路部分应仔细调整，使传感器通过梯度磁场。否则，灵敏度将大大降低

实验25磁电式传感器

1的性能，实验目的:

了解磁电式传感器2的原理和性能，所需的单元和部件:

差动放大器、涡流转换器、励磁机、双线示波器、磁电式传感器、涡流传感器相关旋钮的初始位置和振动平台:

差动放大器增益旋钮设置在中间，低频振荡器的振幅旋钮设置为最小值，V/F计设置为2KHZ档位3，实验步骤:

1，观察磁电传感器的结构，按照图25的电路结构连接磁电传感器、差分放大器、低通滤波器和双线示波器。形成一个测量电路，低频振荡器的输出端连接激励线圈二和频率计(V/F计设置为2K)的输入端，以及主、辅电源

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