传感器实验指导1
北方民族大学
《信号检测与处理》实验指导书
编写：马源泽
校对：樊荣马源泽
审核：盛洪江
北方民族大学电气信息学院
二○一二年七月
前言 (3)
《传感器原理与检测技术》实验教学大纲 (4)
实验一数字式电子秤实验模块-物体质量测量 (7)
实验二电涡流传感器静态特性测距及误差分析实验 (11)
实验三模拟霍尔位置传感器静态特性测量及误差分析实验 (18)
实验四超声波位移测量和红外位移测量实验 (24)
现代科技的发展，使得改革传统教学方式迫在眉睫！通过增加实验和培训课程，重点培养学生的创造能力和实际操作能力是教学改革的重要内容之一。
我系信号检测与处理实验室正是适应这一潮流形势下组建的，主要由TS-TAB-B 信号采集处理综合实验平台、各种传感器及实验设备组成，提供从实验对象、信号获取、信号调理、数据分析及处理的一整套网络化创新实验室解决方案。实验室主要设备有：TS-TAB-B信号采集处理综合实验平台10台、智能控制驱动模块10台、多通道数据采集模块10台。各种传感器及实验设备，包括多传感器特性实验模块10台、悬臂梁特性测量模块10台、数字式电子称试验模块10台、直线位移测控试验系统10台、水箱液位测控实验系统5台、直线位移与倒立摆系统1台。为了增加学生的创新能力，特引进10套测控创新之作模块，包含数字温、湿度计之作模块，照度计制作模块，数字红外体温计制作模块，二氧化碳浓度测量制作模块，噪声测量制作模块。该实验室主要承担信息工程专业、电子信息专业、自动化专业、测控技术与仪器专业、电气工程及其自动化的《传感器原理与应用技术》等课程的相关实验，主要实验项目有：
实验一数字式电子秤实验模块-物体质量测量
实验二电涡流传感器静态特性测距及误差分析实验
实验三模拟霍尔位置传感器静态特性测量及误差分析实验
实验四超声波位移测量和红外位移测量实验
参与这次《〈信号检测与处理〉实验指导书》撰写的老师有自动化教研室的盛洪江老师，信息工程教研室的樊荣老师，当然，该书的形成还与实验室的几位老师的辛勤劳动分不开的，这里特别提出表示感谢。
《传感器原理与应用技术》实验教学大纲
适用专业：信息工程、电子信息、测控技术与仪器、自动化、电气工程及其自动化
课程类别：专业必修课（信息工程、电子信息、测控）、专业限选课（自动化、电气）
课程性质：必修
实验类别：专业基础实验
一、学时与学分
1．课程总学时：64（信息工程、电子信息为52）
2．课程总学分：4
3．实验学时：8
4．实验学分：0
二、实验教学目标与基本要求
传感器技术是自动化、测控技术与仪器等专业的一门重要的必须专业课。本课程主要介绍了传统传感器的传感机理、结构、转换电路和应用方法，以及当代新型传感器的发展状况与应用。《传感器》实验是测控专业、自动化专业本科教学中重要的实践环节，通过实验，学生应加深对课堂专业教学内容的理解，培养学生使用传感器实验设备的能力以及运用实验方法解决实际问题的能力。
三、内容简介
本课程是一门应用范围广、实践性强的多学科知识综合的课程。通过实验增加学生对所学内容的感性认识，因此安排如下实验项目。
实验一数字式电子秤实验模块-物体质量测量
实验二电涡流传感器静态特性测距及误差分析实验
实验三模拟霍尔位置传感器静态特性测量及误差分析实验
实验四超声波位移测量和红外位移测量实验
四、参考教材
刘爱华，满宝元.传感器原理与应用技术.北京：人民邮电出版社.2010年第2版，
贾伯年，俞朴.传感器技术.南京：东南大学出版社.1992年2月第一版
陈杰，黄鸿.传感器与检测技术.北京：高等教育出版社.2002年8月第一版
五、考核方式
平时考勤与平时实验成绩相结合。
六、实验设备及器材配置
实验设备主要有：TS-TAB-B信号采集处理综合实验平台10台、智能控制驱动模块10台、多通道数据采集模块10台。各种传感器及实验设备，包括多传感器特性实验模块10台、悬臂梁特性测量模块10台、数字式电子称试验模块10台、直线位移测控试验系统10台、水箱液位测控实验系统5台、直线位移与倒立摆系统1台。为了增加学生的创新能力，特引进10套测控创新之作模块，包含数字温、湿度计之作模块，照度计制作模块，数字红外体温计制作模块，二氧化碳浓度测量制作模块，噪声测量制作模块。各个传感器实验模块均可通过多通道数据采集模块与电脑连接在一起。直线位移测控试验系统、水箱液位测控实验系统、直线位移与倒立摆系统的电机可通过智能控制驱动模块驱动运转。
七、实验项目一览
适用专业、年级1．自动化专业各年级2．测控技术与仪器专业各年级总学时/实验学时60/8
序号实验项目名称实验内容提要
学
时
实验
要求
实验
类型
每组
人数
面向
专业
编号
备
注
1 数字式电子秤实
验模块-物体质量
测量
学习LabVIEW软件的使用；认
识应变式力传感器的工作原
理；掌握使用应变式传感器进
行物体称重的方法；掌握标定
称重实验台和修正测量误差的
方法；
2 必做验证 2
2 电涡流传感器静
态特性测距及误
差分析实验
了解和掌握电涡流传感器的特
点；利用电涡流传感器进行传
感器静态特性测量；利用机械
结构、传感器、数据采集卡、
虚拟仪器平台构建测试系统。
2 必做开发 2
3 模拟霍尔位置传
感器静态特性测
量及误差分析实
验
认识模拟霍尔位置传感器；掌
握传感器静态特性的测量方
法；掌握使用模拟霍尔位置传
感器进行位移测量的方法；
2 必做验证 2
4 超声波位移测量
和红外位移测量
实验
认识超声波传感器和红外传感
器的工作原理；学习使用超声
波传感器进行位移测量的方
法；掌握使用红外传感器进行
位移测量的方法。
2 必做综合 2
大纲执笔人：
大纲审定人：
2012年7月25日
实验一数字式电子秤实验模块-物体质量测量
一．实验目的
1.学习LabVIEW软件的使用；
2.认识应变式力传感器的工作原理；
3.掌握使用应变式传感器进行物体称重的方法；
4.掌握标定称重实验台和修正测量误差的方法；
二．实验原理
数字式电子秤实验模块由应变式力传感器、信号调理电路板、底座、支架、托盘和外围封装设备构成。其中，应变式力传感器由4片应变片塑封在桥臂的中间两侧，信号调理电路板为全桥电路。当物体加到托盘后，4个应变片会受压发生形变，该形变量转换为电压量的变化,最后通过电桥电路及运算放大电路进行信号处理和输出。图1-1所示为数字式电子秤实验模块结构示意图。
图1-1 数字式电子秤实验模块结构示意图
数字式电子秤实验模块中的力传感器是电阻应变片。电阻应变片是利用物体线性长度发生形变导致阻值发生改变的原理而制成的，其电阻丝一般用康铜材料，它具有高稳定性及良好的温度、蠕变补偿性能。测量电路普遍采用如图1-2所示的惠斯通电桥。
图1-2电阻应变片惠斯通电桥测量电路
称重原理：
使用标准砝码对称重模块进行标定，得到物体质量与输出电压之间的线性关系式。然后利用该线性关系式进行未知质量的物体的测量。
三．需要的仪器和设备
●计算机１台
●LabVIEW实验脚本：数字式电子秤实验模块-物体质量测量.vi 1套
●TS-DEW-1A应变式数字电子称模块 1套
●砝码 1套
●TS-INQ-8U USB多通道数据采集模块 1套
●TS-TAB-B基础实验平台 1套四．实验步骤
1.关闭面板总电源开关，将电子秤模块的电源线连接到基础实验平台的多路电源输出航
空插头；
2.将电子秤模块的信号线连接到USB多通道数据采集模块的通道2上；
3.开启总电源，开启采集卡电源，如图1-3所示，在“数字式电子秤-物体质量测量程序
VI”文件夹中打开“数字式电子秤实验模块-物体质量测量.vi”程序，建立实验环境。
4.通道选择“2”，采样频率选择“10KHz”,点击程序运行按钮启动测量程序。
5.在正式进行物体质量测量的过程中，应该先完成传感器的标定工作。操作步骤为：首
先，不在托盘上放置砝码，此时称重的质量为0，把“0”填入“质量（X1）”空格内，点击“标定1”按钮读取当前状况下的电压值；在托盘上放置500g的砝码，并在“质量
（X2）”空格内填入“500”，然后点击“标定2”按钮读取当前状况下的电压值；点击
“标定结果”完成称重传感器的标定。
图1-3数字式电子秤实验模块-物体质量测量程序界面
6. 标定完成后,即可对未知质量的物体进行测量，在测量过程中请勿超出传感器的量程（实验所用传感器量程为5Kg ），以免损坏传感器。
7. 在物体质量的测量过程中，记录实验数据，填入下表1中。
表1
输出电压（mV ）
物体质量（g ）
8. 如图1-4所示，根据实验数据在直角坐标系中绘制输出电压与物体质量之间的关系曲线，分析其线性度。
图1-4电压-质量关系曲线
五．实验报告要求
1.简述实验目的和原理；
2.简述两点标定法标定称重传感器；
3.详细描述压力传感器称重实验LabVIEW程序的设计思路；
六．注意事项
1.应变式力传感器可承受的最大质量为5Kg，实验时请勿超过此量程；
2.不要冲击传感器或在其上施加过大的力，以免因过载而导致传感器损坏。
七．思考题
1. 电阻应变片的工作原理？
2. 影响应变式力传感器的因素主要有哪些？
实验二电涡流传感器静态特性测距及误差分析实验
一、实验目的
1．了解和掌握电涡流传感器的特点；
2．利用电涡流传感器进行传感器静态特性的测量；
3．利用机械结构、传感器、数据采集卡、虚拟仪器平台构建测试系统。
二、实验原理
1.电涡流位移传感器原理
电涡流位移传感器是以高频电涡流效应为原理的非接触式位移传感器。前置器内产生的高频振荡电流通过同轴电缆流入探头线圈中，线圈将产生一个高频电磁场。当被测金属体靠近该线圈时，由于高频电磁场的作用，在金属表面上就产生感应电流，既电涡流。该电流产生一个交变磁场，方向与线圈磁场方向相反，这两个磁场相互叠加就改变了原线圈的阻抗。
这一变化与金属体磁导率、电导率、线圈的几何形状、几何尺寸、电流频率以及头部线圈到金属导体表面的距离等参数有关。通常假定金属导体材质均匀且性能是线性和各项同性，则线圈和金属导体系统的物理性质可由金属导体的电导率б、磁导率ξ、尺寸因子τ、头部体线圈与金属导体表面的距离D、电流强度I和频率ω参数来描述。则线圈特征阻抗可用Z=F(τ, ξ, б, D, I, ω)函数来表示。通常我们能做到控制τ, ξ, б, I, ω这几个参数在一定范围内不变，则线圈的特征阻抗Z就成为距离D的单值函数，虽然它整个函数是一非线性的，其函数特征为“S”型曲线，但可以选取它近似为线性的一段。于此，通过前置器对信号进行处理，将线圈阻抗Z的变化，即头部体线圈与金属导体的距离D的变化转化成电压或电流的变化。输出信号的大小随探头到被测体表面之间的间距的变化而变化，电涡流传感器就是根据这一原理实现对金属物体的位移、振动等参数的测量。
当被测金属与探头之间的距离发生变化时，探头中线圈的磁场强度也发生变化，磁场强度的变化引起振荡电压幅度的变化，而这个随距离变化的振荡电压经过检波、滤波、线性补偿、放大归一化处理转化成电压（电流）变化，最终完成机械位移(间隙)转换成电压（电流）。
所以探头与被测金属体表面距离的变化可通过探头线圈阻抗的变化来测量。前置器根据探头线圈阻抗的变化输出一个与距离成正比的直流电压。图2-1为电涡流传感器的工作原理示意图。
图2-1电涡流传感器工作示意图
主要技术指标：
供电电压 探头直径 线性量程 输出方式 +24V
11mm
4mm
1~5V
2. 最小二乘法原理
给定平面上一组点，)...5,4,3,2,1)(,(n i y x i i =,用直线拟合。即求得)(x f ，使得
2
1
)]([∑=+-=
n
i i i
b ax y
M 达到最小。
三、 实验仪器和设备
1． 计算机
2． LabVIEW8.2以上版本
3． TS-INQ-8U 多通道数据采集模块
4． TS-EMP-3A 多传感器特性实验模块 5． 动态显示单通道模拟信号.vi
6. 电涡流传感器静态特性测量实验.vi 和电涡流传感器距离测量试验及误差分析实验.vi
四、 实验步骤
1. 观测电涡流传感器的量程
（1） 关闭基础实验平台的直流电源部分的开关。将电涡流传感器的电源线连接到基础实
验平台的24V 直流电源输出端。数据采集模块的电源线连接到多路输出电源输出端（5芯航空插头）。
（2）将电涡流传感器的信号线连接到数据采集模块的通道1上（注：在对实验设备进行操作时请先把电源关闭，再进行操作，带电插拔会对设备造成损坏）。
（3）打开基础实验平台直流电源部分的开关，打开24V直流电源输出端的开关，打开数据采集模块的开关（注：该开关在数据采集模块的后面板上）。
（4）如图2-2所示，在“静态特性及位移测量实验程序VI”文件夹中打开“动态显示单通道模拟信号.vi”实验程序。
图2-2 动态显示单通道模拟信号程序面板
“通道选择”设定为1（与硬件上所选择的通道号相同）、“采样频率”设定为1（“1”对应为10KHz）、“采样长度”为1024字节。设定好以上三个参数后点击如图2-2所示的按钮运行程序，在导轨上移动滑块，观察波形图中显示的电压信号。得到采样信号的平均值，比较滑块距离与显示电压值的关系。
实验所选的电涡流传感器的线性区为：1.2mm~5.2mm，不在此测量范围内时，其函数曲线将不成线性关系。
（5）将千分尺归零，将滑块上反射圆片紧紧靠在电涡流探头表面，观察此时的电压值。（6）滑块渐渐远离传感器，观察电压数值的变化，观测传感器的最大测量距离。
如图2-3所示为传感器的输出特性
图2-3电涡流传感器的输出特性
2.测算传感器的线性表达式
（1）关闭直流电源开关，连接好测量模块中电涡流传感器的电源线（24V），再连接好数据采集模块的电源线（12V）。把电涡流传感器的信号线连接到数据采集模块的通道1。
（2）在“静态特性及位移测量实验程序VI”文件夹中打开“实验一电涡流传感器静态特性测量实验.vi”程序，设置“通道选择”为“1”（该通道号与硬件上所选择的通道号相同），“采样频率”为“1”（“1”对应为10KHz）。
（3）调整滑块到一个初始位置，记录下读数X0，设置每次移动千分尺的距离为
0.5mm，将这两个数值输入到实验程序的“起点坐标”和“采样间隔”控制变量一栏
内。另外，有一点需要注意的是由于电涡流传感器的线性范围为：1.2mm~5.2mm。因此，在设置起点坐标X0时，应该考虑避开传感器测量的盲区，即测量滑块的初始位置应该定位在传感器测量平面的1.2mm以外。图2-4为电涡流传感器静态特性测量实验
程序面板。
图2-4电涡流传感器静态特性测量实验程序面板
（4）运行“电涡流传感器静态特性测量实验.vi”，点击“第1次采集”按钮，指示灯亮后，程序将自动记录对应电涡流传感器的读数。
（5）将千分尺向远离探头方向移动0.5mm，点击“第2次采集”按钮，依次改变测量的距离进行20次测量，采集20组数据。
（6）数据采集完成后，点击“拟合”按钮进行线性拟合，程序将显示拟合曲线。进行线性拟合实验时，需要一定的耐心和细心，并且该实验结果将直接影响下一步采用电涡流传感器测距离的实验。将程序显示的20次采集到的电压数据及拟合直线表达式记录在如下表格内：
采集的20组电压值：
实验次数测量数据实验次数测量数据
1 11
2 12
3 13
4 14
5 15
6 16
7 17
8 18
9 19
10 20
整理上表中的数据，在直角坐标系中绘制电压-距离曲线。
计算该曲线的线性函数关系表达式，用Y=K*X+B表示，把对应的数值填入下表中。
电压-距离函数关系式：
拟合直线表达式斜率K值截距B值
3.电涡流传感器距离测量及误差分析实验
（1）如图2-5所示，在“静态特性及位移测量实验程序VI”文件夹中打开“实验二电涡流传感器距离测量及误差分析实验.vi”程序。
图2-5 电涡流传感器距离测量及误差分析实验
（2）在进行电涡流传感器的特性测量实验中，已经记录了电涡流传感器的静态特性曲线及其线性函数Y=KX+B的K值和B值。把K值和B值分别填入程序面板的系数K和B处；当然也可
以把特性测量的相关工作再做一遍点击“拟合”按钮，对测量参数进行线性拟合。记录下K值和B值。
（3）在电涡流传感器的测量范围内，移动挡板，点击“距离计算”按钮计算当前挡板的实际位移值。
（4）通过千分尺的读数读取当前挡板的位移值，填入程序面板上的“千分尺读数”空格内；在把挡板移动前的初始位移值填入“起始坐标”处；在“当前位移”一栏内所示读数为实际挡板的位移。
（5）点击“误差分析”按钮，进行相对误差的计算，在“相对误差”一栏内会显示实际读数与理论计算位移值之间的相对误差。
（6）多次改变挡板的位移，重复以上实验步骤，进行多次测量，并记录多次测量的相对误差范围完成下表：
实验次数千分尺读数传感器测量结果相对误差1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
五、实验报告要求
●简述实验目的和原理。
●分析实验结果。
实验三模拟霍尔位置传感器静态特性测量及误差分析实验
一、实验目的
1.学习labVIEW软件的使用
2.认识模拟霍尔位置传感器
3.掌握传感器静态特性的测量方法
4. 掌握使用模拟霍尔位置传感器进行位移测量的方法；
二、实验原理及思路
模拟霍尔位置传感器（以下简称霍尔传感器）以SS94A1B霍尔线性位移传感器为基础。该传感器的输出电压与磁场强度（高斯）成线性关系。图3-1所示为霍尔传感器的特征曲线图。
图3-1模拟霍尔位移传感器特征曲线
模拟霍尔位置传感器的输出电压跟磁场强度（高斯）成线性关系，但是，磁场强度与位移并不成线性关系啊。那怎么办呢？怎么样才能让霍尔传感器的输出电压与挡板的位移联系起来呢？
首先我们可以先定位一个实验起始点，假定设定为0。也就是说，实验从0点开始测量此时传感器输出的电压值，然后继续在往后取几个不同的点，记录下此时的位移。并测出此时传感器输出的电压。再用线把这几个在不同的位置测出的电压值用连线连起来，该曲线所体现出来的也就是试验中所使用的霍尔传感器的输出电压与位移的函数关系。通过实验就会发现，以上曲线并不成线性关系啊。
当然，由磁场的知识也可以肯定这点：在电偶极子形成的磁场中位移与磁场并不成线性关系，但是，我们可以通过曲线拟合的方法提取出一条最逼近霍尔传感器输出电压与位移函数关系的直线，然后取最接近线性的那段曲线的函数式作为进行位移测量的依据。
三、实验仪器及设备
1.计算机
https://www.360docs.net/doc/c06578832.html,bVIEW8.2以上版本
3.TS-INQ-8U多通道数据采集模块
4.TS-EMP-3A多传感器特性实验模块
5.实验五模拟霍尔位置传感器特性测量实验.vi和实验六模拟霍尔位置传感器位移测量
与误差分析实验.vi
四、实验步骤
1.关闭直流电源开关，连接好测量模块中模拟霍尔传感器的电源线（5V），再连接好数
据采集模块的电源线（12V）。把红外传感器的信号线连接到数据采集模块的通道1。
2.如图3-2所示，在“静态特性及位移测量实验程序VI”文件夹中打开“实验五模拟
霍尔位置传感器特性测量实验.vi”程序。
图3-2模拟霍尔位置传感器程序面板
3.设置“通道选择”为“1”（该通道号与硬件上所选择的通道号相同），“采样频率”
为“1”（“1”对应为10KHz），点击程序运行按钮，运行程序进行霍尔传感器特性
曲线的绘制。
4.在靠近霍尔传感器面板处定位一个点，记录该点相对于传感器面板的距离，填入“第
1次采集时的量”一栏内，然后点击“第一次采集”按钮采集该处传感器输出的电压值。
5.往远离传感器的方向移动挡板（注意在挡板移动之后，在进行电压采集前要保证面板
上的磁钢正对着霍尔传感器），移动一定位移后，记录此时的相对位置，填入“第2次采集时的量”一栏内，点击“第2次采集”按钮采集此处的电压值。如此重复进行20次电压的采集。
6.点击“画特性曲线”按钮描绘霍尔传感器的输出电压与位移的特性函数；
7.把每次移动的相对位移与相对应的电压值填入下表中：
测量序号每次测量的相对位移输出的电压值
第1次测量
第2次测量
第3次测量
第4次测量
第5次测量
第6次测量
第7次测量
第8次测量
第9次测量
第10次测量
第11次测量
第12次测量
第13次测量
第14次测量
第15次测量
第16次测量
第17次测量
第18次测量
第19次测量
第20次测量
8. 在“静态特性及位移测量实验程序VI”文件夹中打开“实验六模拟霍尔位置传感器位移测量与误差分析实验.vi”程序。
最新传感器原理与应用实验指导书
传感器原理与应用实 验指导书
实验一压力测量实验 实验目的： 1．了解金属箔式应变片的应变效应，单臂电桥工作原理和性能。 2．比较半桥与单臂电桥的不同性能，了解其特点，了解全桥测量电路的优点。 3．了解应变片直流全桥的应用及电路标定。 二、基本原理： 1．电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应，描述电阻应变效应的关系式为： ΔR/R=Kε 式中ΔR/R为电阻丝的电阻相对变化值，K为应变灵敏系数，ε=Δl/l为电阻丝长度相对变化。金属箔式应变片是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件，用它来转换被测部位的受力大小及状态，通过电桥原理完成电阻到电压的比例变化，对单臂电桥而言，电桥输出电压，U01=EKε/4。（E为供桥电压）。 2．不同受力方向的两片应变片接入电桥作为邻边，电桥输出灵敏度提高，非线性得到改善。当两片应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压 U02=EK/ε2，比单臂电桥灵敏度提高一倍。 3．全桥测量电路中，将受力状态相同的两片应变片接入电桥对边，不同的接入邻边，应变片初始阻值是R1= R2= R3=R4，当其变化值ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4
时，桥路输出电压U03=KEε，比半桥灵敏度又提高了一倍，非线性误差进一步得到改善。 4. 电子秤实验原理为实验三的全桥测量原理，通过对电路调节使电路输出的电压值为重量对应值，将电压量纲(V)改为重量量纲(g)即成为一台原始电子秤。 三、实验所需部件：应变式传感器实验模板、应变式传感器、砝码（每只约20g）、数显表、±15V电源、±4V电源、万用表(自备)、自备测试物。 四、实验步骤： 1、根据图(1-1),应变式传感器已装于应变传感器模板上。传感器中各应变片已接入模板左上方的R1、R 2、R 3、R4标志端。加热丝也接于模板上，可用万用表进行测量判别，R1=R2=R3=R4=350Ω，加热丝阻值约为50Ω左右。 2、实验模板差动放大器调零，方法为:①接入模板电源±15V(从主控箱引入)，检查无误后，合上主控箱电源开关，将实验模板增益调节电位器Rw3顺时针调节到大致中间位置，②将差放的正、负输入端与地短接，输出端与主控箱面板上数显电压表输入端Vi相连，调节实验模板上调零电位器RW4，使数显表显示为零(数显表的切换开关打到2V档)，完毕关闭主控箱电源。 3、参考图（1-2）接入传感器，将应变式传感器的其中一个应变片R1(即模板左上方的R1)接入电桥作为一个桥臂，它与R5、R6、R7接成直流电桥(R5、 R6、R7在模块内已连接好)，接好电桥调零电位器Rw1，接上桥路电源±4V(从主控箱引入)，检查接线无误后，合上主控箱电源开关，先粗调节Rw1，再细调RW4使数显表显示为零。
传感器实验指导书(实际版).
实验一 金属箔式应变片性能实验 （一）金属箔式应变片——单臂电桥性能实验 一、实验目的：了解金属箔式应变片的应变效应，单臂电桥工作原理和性能。 二、基本原理：电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应，描述电阻应变效应的关系式为： εK R R =? 式中R R ?为电阻丝电阻相对变化， K 为应变灵敏系数， l l ?=ε为电阻丝长度相对变化， 金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件，通过它转换被测部位受 力状态变化、电桥的作用完成电阻到电压的比例变化，电桥的输出电压反映了相应的受力状态。对单臂电桥输出电压4 1ε EK U O =。 三、需用器件与单元：应变式传感器实验模板、应变式传感器、砝码、数显表、士15V 电源、土4V 电源、万用表（自备）。 四、实验步骤： 1．应变式传感器已装于应变传感器模板上。传感器中各应变片已接入模板的左上方的1R 、2R 、3R 、4R 。加热丝也接于模板上，可用万用表进行测量判别， Ω====3504321R R R R ，加热丝阻值为Ω50左右。 2．接入模板电源上15V （从主控箱引入），检查无误后，合上主控箱电源开关，将实验模板调节增益电位器3W R 顺时针调节大致到中间位置，再进行差动放大器调零，方法为将差放的正、负输入端与地短接，输出端与主控箱面板上数显表电压输入端i V 相连，调节实验模板上调零电位器4W R ，使数显表显示为零（数显表的切换开关打到2V 档）。关闭主控箱电源。 3．将应变式传感器的其中一个应变片1R (模板左上方的1R )接入电桥作为一个桥臂与5R 、6R 、7R 接成直流电桥（5R 、6R 、7R 模块内已连接好） ，接好电桥调零电位器4W R ，接上桥路电源上4V （从主控箱引入）如图1—2所示。检查接线无误后，合上主控箱电源
现代传感器检测技术实验-实验指导书doc
现代(传感器)检测技术实验 实验指导书 目录 1、THSRZ-2型传感器系统综合实验装置简介 2、实验一金属箔式应变片——电子秤实验 3、实验二交流全桥振幅测量实验 4、实验三霍尔传感器转速测量实验 5、实验四光电传感器转速测量实验 6、实验五 E型热电偶测温实验 7、实验六 E型热电偶冷端温度补偿实验 西安交通大学自动化系 2008.11
THSRZ-2型传感器系统综合实验装置简介 一、概述 “THSRZ-2 型传感器系统综合实验装置”是将传感器、检测技术及计算机控制技术有机的结合，开发成功的新一代传感器系统实验设备。 实验装置由主控台、检测源模块、传感器及调理（模块）、数据采集卡组成。 1.主控台 (1)信号发生器：1k～10kHz 音频信号，Vp-p=0～17V连续可调； (2)1～30Hz低频信号，Vp-p=0～17V连续可调，有短路保护功能； (3)四组直流稳压电源：+24V,±15V、+5V、±2～±10V分五档输出、0～5V可调，有短路保护功能； (4)恒流源：0～20mA连续可调，最大输出电压12V； (5)数字式电压表：量程0～20V，分为200mV、2V、20V三档、精度0.5级； (6)数字式毫安表：量程0～20mA，三位半数字显示、精度0.5级，有内侧外测功能； (7)频率/转速表：频率测量范围1～9999Hz，转速测量范围1～9999rpm； (8)计时器：0～9999s，精确到0.1s； (9)高精度温度调节仪：多种输入输出规格，人工智能调节以及参数自整定功能，先进控制算法，温度控制精度±0.50C。 2.检测源 加热源：0～220V交流电源加热，温度可控制在室温～1200C； 转动源：0～24V直流电源驱动，转速可调在0～3000rpm； 振动源：振动频率1Hz～30Hz（可调），共振频率12Hz左右。 3.各种传感器 包括应变传感器：金属应变传感器、差动变压器、差动电容传感器、霍尔位移传感器、扩散硅压力传感器、光纤位移传感器、电涡流传感器、压电加速度传感器、磁电传感器、PT100、AD590、K型热电偶、E型热电偶、Cu50、PN结温度传感器、NTC、PTC、气敏传感器（酒精敏感，可燃气体敏感）、湿敏传感器、光敏电阻、光敏二极管、红外传感器、磁阻传感器、光电开关传感器、霍尔开关传感器。包括扭矩传感器、光纤压力传感器、超声位移传感器、PSD位移传感器、CCD电荷耦合传感器：、圆光栅传感器、长光栅传感器、液位传感器、涡轮式流量传感器。 4.处理电路 包括电桥、电压放大器、差动放大器、电荷放大器、电容放大器、低通滤波器、涡流变换器、相敏检波器、移相器、V/I、F/V转换电路、直流电机驱动等 5.数据采集 高速USB数据采集卡：含4路模拟量输入，2路模拟量输出，8路开关量输入输出，14位A/D 转换，A/D采样速率最大400kHz。 上位机软件：本软件配合USB数据采集卡使用，实时采集实验数据，对数据进行动态或静态处理和分析，双通道虚拟示波器、虚拟函数信号发生器、脚本编辑器功能。
传感器实验指导书11
实验平台介绍 传感器教学实验系列nextsense是针对传感器教学，虚拟仪器教学等基础课程设计的教学实验模块。nextsense系列配合泛华通用工程教学实验平台nextboard使用，可以完成热电偶、热敏电阻、RTD热电阻、光敏电阻、霍尔元件等传感器的课程教学。课程提供传感器以及调理电路，内容涵盖传感器特性描绘、电路模拟以及实际测量等。 图1 nextboard实验平台 nextboard具有6个实验模块插槽；提供两块标准尺寸的面包板，用户可自搭实验电路；为NI 数据采集卡提供信号路由，可完全替代NI数据采集卡接线盒功能，轻松使用数据采集卡资源；还为实验模块和自搭电路提供电源，既可用于有源电路供电，也可作为外接设备供电。 实验模块区共有6个插槽，分别为4个模拟插槽Analog Slot 1-4，2个数字插槽Digital Slot 1-2。数据采集卡的模拟通道和数字通道分配到实验模块区的Analog Slot 和Digital Slot 上。Analog Slot 模拟插槽用于那些需要使用模拟信号的实验模块。Digital Slot 数字插槽用于那些需要同时使用多个数字信号或脉冲信号的实验模块。 图2 模拟插槽和数字插槽
特别需要注意的是： （1）在使用所有模块之前，都要先区分模块的类型：带有正弦波标记的为模拟实验模块，需要插在Analog Slot 上使用；带有方波标记的为数字模块，需要查在Digital Slot 上使用。如果插错插槽，会导致模块工作不正常，甚至损坏模块。 （2）插拔实验模块前关闭nextboard电源。 （3）开始实验前，认真检查模块跳线连接，避免连接错误而导致的输出电压超量程，否则会损坏数据采集卡。 Nextboard的连线： （1）电源线，把220V的电源通过一个15V的直流变压器，送到实验台上。 （2）数据采集卡，将数据采集卡的插头与实验台可靠连接。
传感器实验指导书
传 感 器 实 验 指 导 书 实验一电位器传感器的负载特性的测试 一、实验目的： 1、了解电桥的工作原理及零点的补偿； 2、了解电位器传感器的负载特性； 3、利用电桥设计电位器传感器负载特性的测试电路,并验证其功能。 二、实验仪器与元件： 1、直流稳压电源、高频毫伏表、示波器、信号源、数字万用表； 2、电阻若干（1k, 100K）；电位器(10k)传感器（多圈线绕）； 3、运算放大器LM358；
4、电子工具一批（面包板、斜口钳、一字螺丝刀、导线）。 三、基本原理： ?电位器的转换原理 ?电位器的电压转换原理如图所示，设电阻体长度为L，触点滑动位移量为x，两端输入电压为U i，则滑动端输出电压为 电位器输出端接有负载电阻时，其特性称为负载特性。当电位器的负载系数发生变化时，其负载特性曲线也发生相应变化。 ?电位器输出端接有负载电阻时，其特性称为负载特性。 四、实验步骤： 1、在面包板上设计负载电路。 3、改进电路的负载电阻RL，用以测量的电位器的负载特性。 4、分别选用1k电阻和100k电阻，测试电位器的负载特性，要求每个负载至少有5个测试点，并计入所设计的表格1，如下表。 序号 1 2 3 4 5 6 7 8
五、实验报告 1、 画出电路图，并说明设计原理。 2、 列出数据测试表并画出负载特性曲线。电源电压5V ，测试表格1. 曲线图：画图说明，x 坐标是滑动电阻器不带负载时电压；y 坐标是对应1000欧姆（负载两端电压）或100k 欧姆（负载两端电压），100欧和100K 欧两电阻可以得到两条曲线。 O 1 2 3 4 5 UK UR1UR2 3、 说明本次设计的电路的不足之处，提出改进思路，并总结本次实验中遇到困 难及解决方法。
无线传感网智能组网设计实践_实验指导书
无线传感网智能组网设计实验指导书（实验类）实验 1.Zigbee基本通信实验 1.1实验目的 ?了解实Zigbee的原理及在软件上如何方便使用； ?掌握在Windows CE 6.0下进行UART编程的方法。 1.2实验设备 ?硬件：EduKit-IV嵌入式教学实验平台、Mini270核心子板、Zigbee模块、PC 机； ?软件：Windows 2000/NT/XP 以及Windows 平台下的VS2005开发环境。 1.3实验容 ?利用Microsoft Visual Studio 2005编写一个可运行于EduKit-IV型实验箱Windows CE 6.0操作系统上的应用程序； ?学习和掌握EduKit-IV教学实验平台过UART与Zigbee模块通信，实现对Zigbee 模块的配置和对等网模式下的通信。 1.4实验原理 1.4.1Zigbee起源 无线网络系统源自美国军方的“电子尘埃(eMote)”技术，是目前国、外研究的热点技术之一。该系统基于IEEE802.15.4规的无线技术，工作在2.4 GHz或868／928 MHz，用于个人区域网和对等网状网络。ZigBee是一种新兴的近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线网络技术。它是一种介于红外无线技术和蓝牙之间的技术提案。主要用于近距离无线连接。它依据802.15.4标准。在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。这些传感器只需要很少的能量，以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器，所以它们的通信效率非常高。相对于现有的各种无线通信技术，无线ZigBee网络技术将是近距离通信最低功耗和成本的技术。这一技术目前正向工业、民用方向推广和发展，
物联网实验指导书
物联网 实验指导书 四川理工学院通信教研室 2014年11月
目录 前言 (1) 实验一走马灯IAR工程建立实验 (5) 实验二串口通信实验 (14) 实验三点对点通信实验 (18) 实验四 Mesh自动组网实验 (21) 附录 (25) 实验一代码 (25) 实验二代码 (26) 实验三代码 (28) 实验四代码 (29)
前言 1、ZigBee基础创新套件概述 无线传感器网络技术被评为是未来四大高科技产业之一，可以预见无线传感器网络将会是继互联网之后一个巨大的新兴产业，同时由于无线传感网络的广泛应用，必然会对传统行业起到巨大的拉动作用。 无线传感器网络技术，主要是针对短距离、低功耗、低速的数据传输。数据节点之间的数据传输强调网络特性。数据节点之间通过特有无线传输芯片进行连接和转发形成大范围的覆盖容纳大量的节点。传感器节点之间的网络能够自由和智能的组成，网络具有自组织的特征，即网络的节点可以智能的形成网络连接，连接根据不同的需要采用不同的拓扑结构。网络具有自维护特征，即当某些节点发生问题的时候，不影响网络的其它传感器节点的数据传输。正是因为有了如此高级灵活的网络特征，传感器网络设备的安装和维护非常简便，可以在不增加单个节点成本同时进行大规模的布设。 无线传感器网络技术在节能、环境监测、工业控制等领域拥有非常巨大的潜力。目前无线传感器网络技术尚属一个新兴技术，正在高速发展，学习和掌握新技术发展方向和技术理念是现代化高等教育的核心理念。 “ZigBee基础创新套件”产品正是针对这一新技术的发展需要，使这种新技术能够得到快速的推广，让高校师生能够学习和了解这项潜力巨大的新技术。“ZigBee基础创新套件”是由多个传感器节点组成的无线传感器网络。该套件综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等多种技术领域，用户可以根据所需的应用在该套件上进行自由开发。 2、ZigBee基础创新套件的组成 CITE 创新型无线节点（CITE-N01 ）4个 物联网创新型超声波传感器（CITE-S063）1个 物联网创新型红外传感器（CITE-S073）1个 物联网便携型加速度传感器（CITE-S082）1个 物联网便携型温湿度传感器（CITE-S121 ）1个 电源6个 天线8根 CC Debugger 1套（调试器，带MINI USB接口的USB线，10PIN排线）物联网实验软件一套
传感器实验指南
《传感器与检测技术》实验指南 传感器与检测技术实验室 实验指导老师：徐华结 适用班级：12电气工程及其自动化
目录 实验一压阻式压力传感器的特性测试实验 (2) 实验二电容传感器的位移特性实验 (5) 实验三直流激励线性霍尔传感器的位移特性实验 (9) 实验四电涡流传感器材料分拣的应用实验 (12) 实验五光纤传感器位移测量实验 (14)
实验一压阻式压力传感器的特性测试实验 一、实验目的 了解扩散硅压阻式压力传感器测量压力的原理和标定方法。 二、实验内容 掌握压力传感器的压力计设计。 三、实验仪器 传感器检测技术综合实验台、压力传感器实验模块、压力传感器、导线。 四、实验原理 扩散硅压阻式压力传感器的工作机理是半导体应变片的压阻效应，在半导体受到力变形时会暂时改变晶体结构的对称性，因而改变了半导体的导电机理，使得它的电阻率发生变化，这种物理现象称之为半导体的压阻效应。一般半导体应变采用N型单晶硅为传感器的弹性元件，在它上面直接蒸镀扩散出多个半导体电阻应变薄膜（扩散出敏感栅）组成电桥。在压力（压强）作用下弹性元件产生应力，半导体电阻应变薄膜的电阻率产生很大变化，引起电阻的变化，经电桥转换成电压输出，则其输出电压的变化反映了所受到的压力变化。图13-1为压阻式压力传感器压力测量实验原理图。 + - 放大单元主台体上电压表 +4V 压阻式压力传感器Vo+ VS+ Vo- Vs- 图1-1 压阻式压力传感器压力测量实验原理 五、实验注意事项 1、严禁将信号源输出对地短接。 2、实验过程中不要带电拔插导线。 3、严禁电源对地短路。 六、实验步骤 1、将引压胶管连接到压力传感器上，其他接线按图1-2进行连接，确认连线无误且打开主台体电源、压力传感器实验模块电源。
无线传感器网络实验指导书
无线传感器网络 实验指导书 信息工程学院
实验一 质心算法 一、实验目的 掌握合并质心算法的基本思想； 学会利用MATLAB 实现质心算法； 学会利用数学计算软件解决实际问题。 二、实验容和原理 无需测距的定位技术不需要直接测量距离和角度信息。定位精度相对较低，不过可以满足某些应用的需要。 在计算几何学里多边形的几何中心称为质心，多边形顶点坐标的平均值就是质心节点的坐标。 假设多边形定点位置的坐标向量表示为p i = (x i ，y i )T ，则这个多边形的质心坐标为： 例如，如果四边形 ABCD 的顶点坐标分别为 (x 1, y 1)，(x 2, y 2), (x 3, y 3) 和(x 4,y 4)，则它的质心坐标计算如下： 这种方法的计算与实现都非常简单，根据网络的连通性确定出目标节点周围的信标参考节点，直接求解信标参考节点构成的多边形的质心。 锚点周期性地向临近节点广播分组信息，该信息包含了锚点的标识和位置。当未知结点接收到来自不同锚点的分组信息数量超过某一门限或在一定接收时间之后，就可以计算这些锚点所组成的多边形的质心，作为确定出自身位置。由于质心算法完全基于网络连通性，无需锚点和未知结点之间的协作和交互式通信协调，因而易于实现。 三、实验容及步骤 该程序在Matlab 环境下完成无线传感器中的质心算法的实现。在长为100米的正方形区域，信标节点（锚点）为90个，随机生成50个网络节点。节点的通信距离为30米。 需完成： 分别画出不同通信半径，不同未知节点数目下的误差图，并讨论得到的结果 所用到的函数： 1. M = min(A)返回A 最小的元素. 如果A 是一个向量，然后min(A)返回A 的最小元素. 如果A 是一个矩阵，然后min(A)是一个包含每一列的最小值的行向量。 2. rand X = rand 返回一个单一均匀分布随机数在区间 (0，1)。 X = rand(n)返回n--n 矩阵的随机数字。 ()12341234,,44x x x x y y y y x y ++++++??= ???
传感器实验指导书修订稿
传感器实验指导书 WEIHUA system office room 【WEIHUA 16H-WEIHUA WEIHUA8Q8-
传感器与检测技术实验 指导教师：陈劲松
实验一 金属箔式应变片——单臂电桥性能实验 一、 实验目的： 了解金属箔式应变片的应变效应，单臂电桥工作原理和性能。 二、 基本原理： 金属丝在外力作用下发生机械形变时，其电阻值会发生变化，这就是金属的电阻应变效应。 金属的电阻表达式为： S l R ρ = （1） 当金属电阻丝受到轴向拉力F 作用时，将伸长l ?，横截面积相应减小S ?，电阻率因晶格变化等因素的影响而改变ρ?，故引起电阻值变化R ?。对式（1）全微分，并用相对变化量来表示，则有： ρ ρ ?+?-?=?S S l l R R （2） 式中的l l ?为电阻丝的轴向应变，用ε表示， 常用单位με（1με=1×mm mm 610-）。若径向应变为r r ?，电阻丝的纵向伸长和横 向收缩的关系用泊松比μ表示为）（l l r r ?-=?μ，因为S S ?=2（r r ?），则（2）式可以写成： l l k l l l l l l R R ?=???++=?++?=?02121）（）（ρρμρρμ （3） 式（3）为“应变效应”的表达式。0k 称金属电阻的灵敏系数，从式（3）可见，0k 受两个因素影响，一个是（1+μ2），它是材料的几何尺寸变化引起的，另一个是 ） （ρερ?，是材料的电阻率ρ随应变引起的（称“压阻效应”）。对于金属材料而言，以前者为主，则μ210+≈k ，对半导体，0k 值主要是由电阻率相对变化所决定。实验也表明，在金属丝拉伸比例极限内，电阻相对变化与轴向应变成比例。通常金属丝的灵敏系数0k =2左右。
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 机械电子工程教研室 2011-10-10 HCX-2000系列传感器与检测技术实验台
HCX-2000型传感器与检测技术实验台 说明书 一、实验台的组成 HCX-2000型传感器与检测技术实验台由主机箱、传感器、实验电路(实验模板)、转动源、振动源、温度源、数据采集卡及处理软件、实验桌等组成。 1、主机箱：提供高稳定的±15V、±5V、＋5V、±2V～±10V（步进可调）、＋2V～＋24V （连续可调）直流稳压电源；音频信号源（音频振荡器）1KHz～10KHz（连续可调）；低频信号源（低频振荡器）1Hz～30Hz（连续可调）；传感器信号调理电路；智能调节仪；计算机通信口；主机箱上装有电压、气压等相关数显表。其中，直流稳压电源、音频振荡器、低频振荡器都具有过载保护功能，在排除接线错误后重新开机恢复正常工作。主机箱右侧面装有供电电源插板及漏电保护开关。 2、振动源（动态应变振动梁与振动台）：振动频率3Hz～30Hz可调（谐振频率9Hz～12 Hz左右）； 3、转动源：手动控制0转/分～2400转／分、自动控制300～2200转／分。 4、温度源：常温～200℃。 5、气压源：0～20Kpa（连续可调）。 6、传感器：基本型有箔式应变片(350Ω)传感器(秤重200g)、扩散硅压力传感器(20Kpa)、差动变压器(±4mm)、电容式位移传感器(±2.5mm)、霍尔式位移传感器(±1mm)、霍尔式转速传感器(2400转/分)、磁电转速传感器(250转/分～2400转/分)、压电式传感器、电涡流传感器(1mm)、光纤位移传感器(1mm)、光电转速传感器(2400转/分)、集成温度(AD590)传感器(室温～120℃)、K热电偶(室温～150℃)、E热电偶(室温～150℃)、Pt100铂电阻(室温～150℃)、Cu50铜电阻(室温～100℃)、湿敏传感器(10～95％RH)、气敏传感器(50～99VJppm)等。 增强型：基本型基础上可选配扭矩传感器(25N·m)、超声位移传感器(200～1500mm)、PSD位置传感器(±2mm)、CCD电荷耦合器件、光栅位移传感器(25mm)、红外热释电传感器、指纹传感器(演示)等。 7、调理电路(实验模板)：基本型有电桥及调平衡网络、差动放大器、电压放大器、电荷放大器、电容变换器、电涡流变换器、光电变换器、温度变换器、移相器、相敏检波器、低通滤波器。增强型增加与选配传感器配套的实验模板。
传感器原理实验指导书
《传感器原理及应用》实验指导书闻福三郭芸君编著 电子技术省级实验教学示范中心
实验一 金属箔式应变片——单臂电桥性能实验 一、 实验目的 了解金属箔式应变片的应变效应，单臂电桥工作原理和性能。 二、 实验仪器 1、传感器特性综合实验仪 THQC-1型 1台 2、万用表 MY60 1个 三、 实验原理 金属丝在外力作用下发生机械形变时，其电阻值会发生变化，这就是金属的电阻应变效应。 金属的电阻表达式为： S l R ρ = （1） 当金属电阻丝受到轴向拉力F 作用时，将伸长l ?，横截面积相应减小S ?，电阻率因晶格变化等因素的影响而改变ρ?，故引起电阻值变化R ?。 用应变片测量受力时，将应变片粘贴于被测对象表面上。在外力作用下，被测对象表面产生微小机械变形时，应变片敏感栅也随同变形，其电阻值发生相应变化。通过转换电路转换为相应的电压或电流的变化，可以得到被测对象的应变值ε，而根据应力应变关系 εσE = （2） 式中：ζ——测试的应力； E ——材料弹性模量。 可以测得应力值ζ。通过弹性敏感元件，将位移、力、力矩、加速度、压力等物理量转换为应变，因此可以用应变片测量上述各量，从而做成各种应变式传感器。电阻应变片可分为金属丝式应变片，金属箔式应变片，金属薄膜应变片。 四、 实验内容与步骤 1、应变式传感器已装到应变传感器模块上。用万用表测量传感器中各应变片R1、R 2、R 3、R4，R1=R2=R3=R4=350Ω。 2、将主控箱与模板电源±15V 相对应连接，无误后，合上主控箱电源开关，按图1-1顺时针调节Rw2使之中间位置，再进行放大器调零，方法为：将差放的正、负输入端与地短接，输出端与主控箱面板上数显电压表输入端Vi 相连，调节实验模板上调零电位器Rw3，使数显表显示为零，（数显表的切换开关打到2V 档）。关闭主控箱电源。（注意：当Rw2的位置一旦确定，就不能改变。） 3、应变式传感器的其中一个应变片R1（即模板左上方的R1）接入电桥作为一个桥臂与R5、R6、R7接成直流电桥，（如四根粗实线），把电桥调零电位器Rw1，电源±5V ，此时应将±5V 地与±15V 地短接（因为不共地）如图1-1所示。检查接线无误后，合上主控箱电源开关。调节Rw1，使数显表显示为零。 4、按表1-1中给出的砝码重量值，读取数显表数值填入表1-1中。
传感器与自动检测技术实验指导书.
传感器与自动检测技术验 指导书 张毅李学勤编著 重庆邮电学院自动化学院 2004年9月
目录 C S Y-2000型传感器系统实验仪介绍 (1) 实验一金属箔式应变片测力实验（单臂单桥） (3) 实验二金属箔式应变片测力实验（交流全桥） (6) 实验三差动式电容传感器实验 (9) 实验四热敏电阻测温实验 (12) 实验五差动变压器性能测试 (14) 实验六霍尔传感器的特性研究 (17) 实验七光纤位移传感器实验 (21)
CSY-2000型传感器系统实验仪介绍 本仪器是专为《传感器与自动检测技术》课程的实验而设计的，系统包括差动变压器、电涡流位移传感器、霍尔式传感器、热电偶、电容式传感器、热敏电阻、光纤传感器、压阻式压力传感器、压电加速度计、压变式传感器、PN结温度传感器、磁电式传感器等传感器件，以及低频振荡器、音频震荡器、差动放大器、相敏检波器、移相器、低通滤波器、涡流变换器等信号和变换器件，可根据需要自行组织大量的相关实验。 为了更好地使用本仪器，必须对实验中使用涉及到的传感器、处理电路、激励源有一定了解，并对仪器本身结构、功能有明确认识，做到心中有数。 在仪器使用过程中有以下注意事项： 1、必须在确保接线正确无误后才能开启电源。 2、迭插式插头使用中应注意避免拉扯，防止插头折断。 3、对从各电源、振荡器引出的线应特别注意，防止它们通过机壳造成短路，并 禁止将这些引出线到处乱插，否则很可能引起一起损坏。 4、使用激振器时注意低频振荡器的激励信号不要开得太大，尤其是在梁的自振 频率附近，以免梁振幅过大或发生共振，引起损坏。 5、尽管各电路单元都有保护措施，但也应避免长时间的短路。 6、仪器使用完毕后，应将双平行梁用附件支撑好，并将实验台上不用的附件撤 去。 7、本仪器如作为稳压电源使用时，±15V和0~±10V两组电源的输出电流之和 不能超过1.5A，否则内部保护电路将起作用，电源将不再稳定。 8、音频振荡器接小于100Ω的低阻负载时，应从LV插口输出，不能从另外两个 电压输出插口输出。
传感器技术实验指导书
《传感器技术》实验指导书 权义萍 南京工业大学自动化学院
目录 实验一金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较实验 (3) 实验二直流全桥的应用――电子秤实验 (7) 实验三电容式传感器的位移特性实验 (9) 实验四压电式传感器振动实验 (11) 实验五直流激励时霍尔式传感器位移特性实验 (13) 实验六电涡流传感器综合实验 (15) 实验七光纤传感器的位移特性实验 (18)
实验一金属箔式应变片单臂、半桥性能比较实验 一、实验目的： 了解金属箔式应变片的应变效应，电桥工作原理和性能。 二、基本原理： 电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应，描述电阻应变效应的关系式为：ΔR／R＝Kε式中ΔR／R为电阻丝电阻相对变化，K为应变灵敏系数,ε=Δl/l为电阻丝长度相对变化，金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件，通过它转换被测部位受力状态变化、电桥的作用完成电阻到电压的比例变化，电桥的输出电压反映了相应的受力状态。，对单臂电桥输出电压U o1= EKε/4。 不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边，电桥输出灵敏度提高，非线性得到改 善。当应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压U O2＝EKε／2。 三、需用器件与单元： 应变式传感器实验模板、应变式传感器－电子秤、砝码、数显表、±15V电源、±4V电源、万用表（自备）。 四、实验步骤： 1、根据图（1－1）应变式传感器（电子秤）已装于应变传感器模板上。传感器中各应变片已 接入模板的左上方的R1、R2、R3、R4。可用万用表进行测量判别，R1＝R2＝R3＝R4＝350Ω，加热丝阻值为50Ω左右 图1－1 应变式传感器安装示意图
《智能传感器技术及应用》实验指导书
《智能传感器技术及应用》 实验指导书 万振武编写 武汉理工大学华夏学院 2014年7月
实验一 扩散反射式光电开关应用实验 一、实验目的 1.熟悉软件开发环境，熟练运用下载软件下载程序，熟练运用串口调试软件进行串口调试。 2.了解本实验中扩散反射式光电开关的结构； 3.会应用串口调试软件测试光电开关。 4.掌握舵机的控制方法 5.搭建光电循线机器人并编程实现机器人走直线。 二、实验原理 1. 光电开关的检测原理 图 1-1 光电开关原理图 光电开关原理如图1-1所示。当图中光电探头前面为浅色物体时，发光二极管发出的光被反射回探头，光电三极管导通，信号端S 输出低电平；当光电探头前面为深色物体时，发光二极管发出的光被吸收，没有光线反射回探头，光电三极管截止，信号端S 输出高电平。 2.舵机的控制原理 舵机是一种位置伺服的驱动器，适用于角度需要不断变化并可以保持的 控制系统。其工作原理是：控制信号进入信号调制芯片，这时会获得直流偏置电压。舵机内部本身有一个基准电路，产生脉宽为1.5ms ，周期为20ms 的基准信号，直流偏置电压与电位器的电压比较，获得电压差输出。该电压差的正负输出到电机驱动芯片，决定电机的正反转。当电机转速一定时，通过级联减速齿轮带动电位器旋转，一直到电压差为0，电机停止转动。 如图所示高电平持续1.5ms ，低电平持续20ms ，然后不断重复的控制脉冲序列。如果将该脉冲序列发给经过零点标定后的伺服电机，伺服电机不会
旋转如图1-2所示。如果此时电机旋转，表明电机需要进行零点标定。从图1-3、图1-4可知，控制电机运转速度是高电平持续的时间，当高电平持续的时间为1.3ms时，电机按图中顺时针方向旋转；当高电平持续的时间为1.7ms 时，电机按图中逆时针方向旋转。 图1-2 1.5ms控制脉冲系列电机转速为零的控制信号时序图 图1-3 1.3 ms的控制脉冲系列使电机全速顺时针旋转的时序图 图1-4 1.7 ms的控制脉冲系列使电机全速逆时针旋转的时序图 三、实验设备 1.实验开发板、不锈钢车体 2.万用表、工具箱 3.光电开关三个 四、实验内容 1.利用串口调试软件测试光电开关
传感器实验指导书
传感器实验指导书 Revised at 2 pm on December 25, 2020.
传 感 器 实 验 指 导 书 实验一电位器传感器的负载特性的测试 一、实验目的： 1、了解电桥的工作原理及零点的补偿； 2、了解电位器传感器的负载特性； 3、利用电桥设计电位器传感器负载特性的测试电路,并验证其功能。 二、实验仪器与元件： 1、直流稳压电源、高频毫伏表、示波器、信号源、数字万用表； 2、电阻若干（1k, 100K）；电位器(10k)传感器（多圈线绕）； 3、运算放大器LM358； 4、电子工具一批（面包板、斜口钳、一字螺丝刀、导线）。 三、基本原理： ?电位器的转换原理 ?电位器的电压转换原理如图所示，设电阻体长度为L，触点滑动位移量为x，两端输入电压为U i，则滑动端输出电压为
电位器输出端接有负载电阻时，其特性称为负载特性。当电位器的负载系数发生变化时，其负载特性曲线也发生相应变化。 ?电位器输出端接有负载电阻时，其特性称为负载特性。 四、实验步骤： 1、在面包板上设计负载电路。 3、改进电路的负载电阻RL，用以测量的电位器的负载特性。 4、分别选用1k电阻和100k电阻，测试电位器的负载特性，要求每个负载至少有5个测试点，并计入所设计的表格1，如下表。 五、实验报告 1、画出电路图，并说明设计原理。 2、列出数据测试表并画出负载特性曲线。电源电压5V，测试表格1.
曲线图：画图说明，x坐标是滑动电阻器不带负载时电压；y坐标是对应1000欧姆（负载两端电压）或100k欧姆（负载两端电压），100欧和100K欧两电阻可以得到两条曲线。 3、说明本次设计的电路的不足之处，提出改进思路，并总结本次实验中遇到困难及 解决方法。 实验二声音传感器应用实验-声控LED旋律灯 一、实验目的： 1、了解声音传感器的工作原理及应用； 2、掌握声音传感器与三极管的组合电路调试。 二、实验仪器与元件： 1、直流稳压电源、数字万用表、电烙铁等； 2、电子元件有： 声音传感器（带脚咪头）1个；弯座1个；线1个；5MM白发蓝LED 5个；9014三极管 2个1M电阻 1个；10K电阻 1个；电阻 1个；1UF电解电容 1个；47UF电解电容1个；万能电路板一块。 三、基本原理： 声控LED旋律灯工作电压。其功能为：本电路制作成功后5只LED会随着音乐或是其它声音的节奏闪动起来，可放置于音响附近，让灯光为音乐伴舞！电路原理图如图1所示。 图1 声控LED旋律灯 当发出声音时，声音波传入声音传感器，声音传感器把声音波转换成电压波动。 这个电压波动可以通过电容C2，传到Q1三极管的基极。然后这个电压波变Q1和Q2两级放大之后，输出较大的电压波。最后这个电压波使得5只LED闪动起来。
无线传感器网络指导书-信息与控制学院
无线传感器网络（ZIGBEE）实验指导书 (CC2530) (适用于电子、通信等专业) 沈阳工学院 2012年12月
前言 本课程主要学习Zigbee无线传感器网络的特点，并且以CC2430为主要控制器介绍Zigbee网络中的编程情况，此芯片采用C语言进行编程，并且已经有了较成熟的发展，学生同学理论学习掌握了芯片的基本理论知识，以及在编程过程的相关寄存器的设置。 为了使学生更好地理解和深刻地把握这些知识，并在此基础上，训练和培养学生的动手能力，设置了五个实验项目，其中包括四个验证性实验，一个综合性实验。 这些实验需要学生了解实验器材，熟悉其使用方法，掌握编程软件的操作方法，并且重点掌握在如何编写程序以及程序中的寄存器的设计。 本实验指导书适用于通信专业，强调实际操作,注重基本仪器地使用方法及动手能力的培养。
目录 验证性实验 实验一IAR编程软件的使用与简单实例 实验二CC2530片内温度与1/3电压的测量实验三CC2530串口发/收数实验 实验四点对点无线数据通信实验 综合性实验 实验五Zigbee协议栈实验
实验一IAR编程软件的使用与简单实例 (一)实验目的 1、熟悉IAR软件的使用方法。 2、掌握编辑、下载、运行程序的方法 3、利用IAR软件会编写简单的程序 (二)实验设备 1、zigbee实验装置1套 2、安装有IAR软件的PC机1台 3、PC机与zigbee模块通讯电缆1根 (三)实验内容 一、会使用IAR软件 IAR编程软件简介 1、IAR软件的启动及建立一个新工程 首先安装IAR编程软件。安装之后，选择图标双击鼠标左键，出现如图1.1。 新建一个工程文件。
传感器技术实验指导书
实验一应变片式传感器特性实验 一、实验目的： 1、了解电阻应变片的工作原理与应用并掌握应变片测量电路。 2、了解应变片半桥（双臂）工作特点及性能。 3、了解应变片全桥工作特点及性能。 4、比较单臂、半桥、全桥输出时的灵敏度和非线性度，得出相应的结论。 5、了解应变直流全桥的应用及电路的标定。 二、基本原理：电阻应变式传感器是在弹性元件上通过特定工艺粘贴电阻应变片来组成。一种利用电阻材料的应变效应，将工程结构件的内部变形转换为电阻变化的传感器，此类传感器主要是通过一定的机械装置将被测量转化成弹性元件的变形，然后由电阻应变片将变形转换成电阻的变化，再通过测量电路进一步将电阻的改变转换成电压或电流信号输出。可用于能转化成变形的各种非电物理量的检测，如力、压力、加速度、力矩、重量等，在机械加工、计量、建筑测量等行业应用十分广泛。 1、应变片的电阻应变效应 所谓电阻应变效应是指具有规则外形的金属导体或半导体材料在外力作用下产生应变而其电阻值也会产生相应地改变，这一物理现象称为“电阻应变效应”。以圆柱形导体为例：设其长为：L、半径为r、材料的电阻率为ρ时，根据电阻的定义式得 （1-1） 当导体因某种原因产生应变时，其长度L、截面积A和电阻率ρ的变化为dL、dA、dρ相应的电阻变化为dR。对式（1-1）全微分得电阻变化率dR/R为： （1-2） 式中：dL/L为导体的轴向应变量εL; dr/r为导体的横向应变量εr 由材料力学得：εL= - μεr (1-3）式中：μ为材料的泊松比，大多数金属材料的泊松比为0.3----0.5左右；负号表示两者的变化方向相反。将式（1-3）代入式（1-2）得：
传感器与检测技术实验指南
实验一压阻式压力传感器的压力测量实验第一部分：压阻式压力传感器 一、实验目的：了解扩散硅压阻式压力传感器测量压力的原理和方法。 二、基本原理：扩散硅压阻式压力传感器在单晶硅的基片上扩散出P型或N型电阻条，接成电桥。在压力作用下根据半导体的压阻效应，基片产生应力，电阻条的电阻率产生很大变化，引起电阻的变化，我们把这一变化引入测量电路，则其输出电压的变化反映了所受到的压力变化。 三、需用器件与单元：压力源(已在主控箱)、压力表、压阻式压力传感器、压力传感器实验模板、流量计、三通连接导管、数显单元、直流稳压源±4V、±15V。 四、实验步骤： 1、这里选用的差压传感器两只气咀中，一只为高压咀，另一只为低压咀。本实验模板连接见图1-1，压力传感器有4端：3端接+2V电源，1端接地线，2端为U0+，4端为U0-。1、 2、 3、4端顺序排列见图1-1。端接线颜色通过观察传感器引脚号码判别。 2、实验模板上R w2用于调节零位，R w2可调放大倍数，按图1-1接线，模板的放大器输出V02引到主控箱数显表的V i插座。将显示选择开关拨到合适档位，反复调节R w2(R w1旋到满度的1/3)使数显表显示为零。 3、先松开流量计下端进气口调气阀的旋钮，开通流量计。 图1-1 压力传感器压力实验接线图 4、合上主控箱上的气源开关K3，启动压缩泵，此时可看到流量计中的滚珠
浮起悬于玻璃管中。 5、逐步关小流量计旋钮，使标准压力表指示某一刻度。 6、仔细地逐步由小到大调节流量计旋钮，使在4～14KP之间每上升1KP 分别读取压力表读数，记下相应的数显表值列于表(1-1) 表(1-1)压力传感器输出电压与输入压力值 思考题 1、计算本系统的灵敏度和非线性误差。 2、如果本实验装置要成为一个压力计，则必须对电路进行标定，方法如下：输入4KPa气压，调节R w2(低限调节)使数显表显示0.400V，当输入12KPa气压，调节R w1(高限调节)，使数显表显示1.200V这个过程反复调节直到足够的精度即可。 3、利用本系统如何进行真空度测量？ 第二部分： 扩散硅压阻式压力传感器差压测量 一、实验目的：了解利用压阻式压力传感器进行差压测量的方法。 二、基本原理：压阻式压力传感器的硅膜片受到两个压力P1和P2作用时由于它们对膜片产生的应力正好相反，因此作用在压力膜片上是ΔP=P1-P2，从而可以进行差压测量。 三、需用器件与单元：实验八所用器件和单元、压力气囊。 四、实验步骤： 请同学们自拟一个差压测量的方法，并记录实验数据。
传感器与检测技术指导书
传感器与检测技术实验指导书 学生姓名： 学号： 所在班级： 黑龙江八一农垦大学信息技术学院
实验一金属箔式应变片及电桥性能实验 一金属箔式应变片――单臂电桥性能实验 一、实验目的：了解金属箔式应变片的应变效应，单臂电桥工作原理和性能。 二、基本原理：电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应，描述电阻应变效应的关系式为：ΔR／R＝Kε式中ΔR ／R为电阻丝电阻相对变化，K为应变灵敏系数,ε=Δl/l为电阻丝长度相对变化，金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件，通过它转换被测部位受力状态变化、电桥的作用完成电阻到电压的比例变化，电桥的输出电压反映了相应的受力状态。，对单臂电桥输出电压 U o1= EKε/4。 三、需用器件与单元：应变式传感器实验模板、应变式传感器－电子秤、砝码、数显表、±15V电源、±4V电源、万用表（自备）。 四、实验步骤： 1、根据图（1－1）应变式传感器（电子秤）已装于应变传感器模板上。传 感器中各应变片已接入模板的左上方的R1、R2、R3、R4。加热丝也接于模板上，可用万用表进行测量判别，R1＝R2＝R3＝R4＝350Ω，加热丝阻值为50Ω左右
图1－1 应变式传感器安装示意图 2、接入模板电源±15V（从主控台引入），检查无误后，合上主控台电源 开关，将实验模板调节增益电位器R W3顺时针调节大致到中间位置，再进行差动放大器调零，方法为将差放的正负输入端与地短接，输出端与主控台面板上数显表输入端V i相连，调节实验模板上调零电位器R W4，使数显表显示为零（数显表的切换开关打到2V档）。关闭主控箱电源（注意：当R w3、R w4的位置一旦确定，就不能改变。一直到做完实验三为止）。 3、将应变式传感器的其中一个电阻应变片R1（即模板左上方的R1）接入电 桥作为一个桥臂与R5、R6、R7接成直流电桥（R5、R6、R7模块内已接好），接好电桥调零电位器R W1，接上桥路电源±4V（从主控台引入）如图1－2所示。检查接线无误后，合上主控台电源开关。调节R W1，使数显表显示为零。