THQGS-1型_光栅传感器实验指导书
目录
前言 (1)
THQGS-1型光栅传感器实验箱实验指导书 (2)
THQGS-1型光栅传感器实验箱使用说明书 (12)
前言
光栅应用于技术领域已有一百多年的历史。早期人们是利用光栅的衍射效应进行光谱分析和光波长的测量，到了20世纪50年代人们才开始利用光栅的莫尔条纹现象进行精密测量，从而出现了光栅传感器。光栅传感器具有许多优点，如测量精度高。在圆分度和角位移测量方面，一般认为光栅传感器是精度最高的一种，可实现大量程测量兼有高分辨率；可实现动态测量，易于实现测量及数据处理的自动化；且具有较强的抗干扰能力等。因此近些年来，光栅传感器在精密测量领域中的应用得到了迅速发展。
THQGS-1型光栅传感器实验箱实验指导书
光栅传感器测量位移实验
一、实验目的
1．了解光栅传感器测量位移的原理。
2．学习光栅传感器测量位移的方法。
3．加深对莫尔条纹形成的光学原理、位移放大作用和误差平均效应的理解。
二、实验设备
THQGS-1型光栅传感器实验箱。
三、实验原理
1．基本工作原理
在玻璃尺、玻璃盘或金属上类似于刻线标尺或度盘那样，进行长刻线（一盘为10～12mm）的密集刻划，得到如图1（a）或（b）所示的黑白相同、间隔细小的条纹，没有刻划的白处透光，刻划的黑处不透光，这种具有周期性的刻线分布的光学元件称为光栅。光栅上的刻线称为栅线，栅线的宽度为a，缝隙宽度为b，一般都取a=b，而W=a+b，W称为光栅的栅距（也称光栅常数或光栅的节距），它是光栅的重要参数。
(a)
(b)
图1光栅栅线放大图
光栅传感器是由光源、透镜、主光栅、指示光栅和光电元件构成的，而光栅是光栅传感器的主要部件，如图2所示。光栅传感器的基本工作原理是用光栅的莫尔条纹现象进行测量的。取两块光栅栅距相同的光栅，其中光栅3为主光栅、光栅4为指示光栅，指示光栅比主光栅要
短，这两者刻面相对，中间留有很小的间隙d，便组成了光栅副。将其置于由光源1和透镜2形成的平行光束的光路中，若两光栅栅线之间有很小的夹角θ，则在近似垂直于栅线方向上就显现出比栅线W宽得多的明暗相间的条纹6，这种由光栅重叠形成的光学图案称为莫尔条纹，其信号光强分布如图2中曲线7所示。中间为亮带，上下为两条暗带。当主光栅沿垂直于栅线的x方向每移动过一个栅距W时，莫尔条纹近似沿栅线方向移过一个条纹间距。用光电元件5接收莫尔条纹信号，经电路处理后计数器计数可得主光栅移动的距离。
图2光栅传感器的构成原理图
W/λ；光源一般采用钨丝灯泡；光对于波长为λ的光源来说，要求光栅副间的间距d=2
电接收元件一般采用光电池和光敏三极管。
2．光栅的种类
光栅的种类很多，若按工作原理分，有物理光栅和计量光栅两种，前者用于光谱仪器，作色散元件，后者主要用于精密测量和精密机械的自动控制中。而计量光栅按其用途可分为长光栅和圆光栅两类。计量光栅的分类如图3所示。
图3 计量光栅的分类
1）长光栅
长光栅主要用于测量长度或直线位移，它的刻线相互平行，条纹密度有每毫米25、50、100、250条等。根据栅线形式的不同长光栅分为黑白光栅和闪耀光栅。黑白光栅是指只对入射光波的振幅或光强进行调制的光栅，所以也称幅值光栅或振幅光栅。图4所示的透射光栅就是黑白
光栅的一种。闪耀光栅是对入射光波的相位进行调制，也称相位光栅。闪耀光栅的线槽断面分对称型和不对称型两种。
图4 黑白透射长光栅
根据光线的走向，长光栅又分为透射光栅和反射光栅。透射光栅是将栅线刻制在透明的玻璃上，反射光栅的栅线则刻制在具有强反射能力的金属（如不锈钢或玻璃镀金属膜）上。
2）圆光栅
圆光栅是把细条纹刻在玻璃圆盘上，也称光栅盘，主要用透射的，主要用来测量角度或角位移。圆光栅的结构如图5所示。根据刻划的方向，可分为两种，一种是径向光栅，其栅线的延长线全部通过光栅盘的圆心。另一种是切向光栅，其全部栅线与一个和光栅盘同心的小圆相切，此小圆直径很小，只有零点几到几个毫米，适用于精度要求较高的场合。径向光栅、切向光栅如图6所示。
图5 圆光栅结构图
（a ）径向光栅 （b ）切向光栅
图6 径向光栅、切向光栅
3． 莫尔条纹
长光栅的横向莫尔条纹如图7所示。相邻的两明暗条纹之间的距离B 称为莫尔条纹间距。 长光栅莫尔条纹间距为
B =
（1）
式（1）中，W 1为主光栅（也称标尺光栅）1的光栅常数；
W 2为指示光栅2的光栅常数； θ为两光栅栅线的夹角。
当光栅副间的夹角θ很小，且两光栅的栅距相等，都为W 时，莫尔条纹间距B 为
θθW W B ≈=2
sin
2 （2）
图7 长光栅横向莫尔条纹
由于θ值很小，条纹近似与栅线的方向垂直，故称为横向莫尔条纹。当θ=0、B =∞时，莫尔条纹随着主光栅明暗交替变化。这时的指示光栅相当于一个闸门的作用，故将这种条纹称为光闸
莫尔条纹。
横向莫尔条纹具有如下几个重要特性： 1）莫尔条纹运动与光栅运动具有对应关系。
在光栅副中，任一光栅沿着垂直于刻线方向移动时，莫尔条纹就沿着近似垂直于光栅移动方向运动。当光栅移动一个栅距时，莫尔条纹就移动一个条纹栅距；当光栅改变移动方向时，莫尔条纹也随之改变移动方向。两者运动方向是对应的。因此可以通过测量莫尔条纹的移动量和移动方向判定光栅（或指示光栅）的位移量和位移方向。
2）莫尔条纹具有位移放大作用。
由于θ值很小，从式（2）可以看出光栅具有放大作用，放大系数为
θ
1≈=W B K （3）
由于θ值很小，因尔K 值很大。虽然栅距W 很小，很难观测到，但B 却远大于W ，莫尔条
纹明显可见，便于观测。例如W=0.02mm 、θ=0.1°,则B=11.45692mm ，K≈573。而用其它方法不易得到这样大的放大倍数。
3）莫尔条纹具有平均光栅误差作用。
莫尔条纹是由一系列刻线的交点组成。如果光栅栅距有误差，则各交点的连线将不是直线， 而通过指示光栅的整个刻线区域，由光电元件接收到的是这个区域中所包含的所有刻线的综合结
果。这个综合结果对各栅距起了平均作用。若假定单个栅距误差为δ，形成莫尔条纹区域内有n 条刻线，则综合栅距误差可近似为n /δ=?。这说明莫尔条纹位置的可靠性大为提高，从而 提高了光栅传感器的测量精度。
4． 光栅传感器 1）光栅线位移传感器
光栅线位移传感器主要应用于直线移动机构，可实现直线移动量的精确测量，广泛应用于金属切削机床加工量的数字显示和CNC 加工中心位置环的控制。本实验箱光栅线位移传感器采用KA-300型光栅尺。
步进电机转动时，通过联轴器带动传动丝杆转动，传动丝杆上的移动块带动光栅尺读数头移动，光栅尺读数头移动方向通过步进电机转动方向控制，移动速度通过步进电机转动速度控制。光栅尺读数头移动时输出相位相差90°的A 、B 两路TTL 方波信号，同时输出一个脉冲的Z 信号，作为参考机械零位。 （2）光栅角位移传感器
光栅角位移传感器作为角位移测控部件，目前已在数控机床、电梯行业、电脑刺绣、纺织机械、轧钢、印刷机、工业机器人及伺服传动、自动控制、位置检测等方面得到广泛应用。本实验箱光栅角位移传感器采用EB38A6-L5AR-1024型增量式光电编码器。
步进电机转动时，通过转盘、联轴器带动光电编码器转动，光电编码器转动时输出相位相差90°的A 、B 两路TTL 方波信号，每转输出一个脉冲的Z 信号，作为参考机械零位。
5． 辨向原理
在实际应用中，大部分被测物体的移动往往不是单向的，既有正向运动，也可能有反向运动。
单个光电元件接收一固定的莫尔条纹信号，只能判别明暗的变化而不能辨别莫尔条纹的移动方 向，因而就不能判别光栅的运动方向，以至不能正确测量位移。如果能够在物体正向移动时，将
得到的脉冲数累加，而物体反向移动时就从已累加的脉冲数中减去反向移动所得的脉冲数，这样
就能得到正确的测量结构。完成这样一个辨向任务的电路是辨向电路。为了能够辨向，应当在相
距B /4的位置上设置两个光电元件1和2，以得到两个相位差90°的方波信号，如图8所示。 然后将信号送到辨向电路中去处理，辨向电路原理框图如图9所示。
图8 相距B /4的两个光电元件
图9 辨向电路原理框图
当主光栅向左移动，莫尔条纹向上运动时，光电元件1和2分别输出如图10所示的的电压 信号u 1、u 2，经放大整形后得到相位差90°的两个方波型号'
1u 、'2u 。'
1u 经反向后得到"
1u 方波。
'1u 和''1u 经RC 微分电路后得到两组光脉冲信号'1w u 和"1w u 分别加到与门Y 1和Y 2的输入端。对
与
门Y 1，由于'1w u 处于高电平时'2u 总是低电平，故脉冲被阻塞Y 1无输出。对与门Y 2，"1w u 处于
u也正处于高电平，故允许脉冲通过，并触发加减控制触发器使之置“1”。可逆高电平时，'
2
计
数器对与门Y2输出的脉冲进行加法计数。同理，当主光栅反向移动时，输出信号波形如图10 所示，与门Y2阻塞，Y1输出脉冲信号使触发器置“0”，可逆计数器对与门Y1输出的脉冲进行减法计数。这样每当光栅移动一个栅距时，辨向电路只输出一个脉冲，计数器所计之脉冲数即代
表光栅位移x。
(a) (b)
图10 光栅移动时辨向电路各点波形
6．细分电路
上述辨向逻辑电路的分辨率为一个光栅栅距W，为了提高分辨率，可以增大刻线密度来减小栅距，但这种办法受到制造工艺的限制。另一种方法是采用细分技术，使光栅每移动一个栅距时输出均匀分布的几个脉冲，从而使分辨率提高到W/n。细分的方法有多种，常用的有直接
细分法和电阻桥细分法，这里只介绍直接细分法。
直接细分也称为位置细分，常用细分数为4，故又称为四倍频细分。实现方法有两种：一是在依次相距B/4的位置安放四个光电元件，因而从每个光电元件获得相位依次相差90°的四个正弦信号，用鉴向器分别鉴取四个信号的零电平，即在每个信号由负到正过零点时发出一个计数脉冲。这样，在莫尔条纹的一个周期内将产生四个计数脉冲，实现了四倍频细分。另一种实现方法是采用在相距B/4的位置上，安放两个光电元件，首先获得相位相差90°的两个正弦信号u1和u2，然后分别通过各自的反向电路后获得与u1和u2相位相反的两个正弦信号u3、u4。最后通过逻辑组合电路在一个栅距内获得均匀分布的四个脉冲信号，送到可逆计数器。本实验箱光栅传感器测量电路采用GAL可编程逻辑器件实现四倍频细分。
7．步进电机驱动
本实验箱通过步进电机驱动来控制光栅线位移传感器(光栅尺)或光栅角位移传感器（光电编码器）运动。
步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接受到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（步距角），它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。利用其没有累积误差的特点，广泛用于各种开环控制。在精度要求高的地方也可用于死循环控制。本实验箱步进电机采用日本TAMAGAWA（多摩川）TS3622N12型混合式步进电机。
四、实验内容与步骤
1．光栅线位移传感器测量直线位移实验
1）用五芯双航空插头线将步进电机驱动“控制输出”接至“步进电机1”。
2）将光栅尺信号输出接至光栅传感器输入接口。
3）打开实验箱后面电源开关，光栅传感器测量电路和步进电机驱动电路上电，相关LED 和数码管显示初始化状态。
4）设置步进电机驱动参数，本实验箱所用步进电机为四相，因此步进电机相数设置为四相，其它参数根据实验需要设定。具体设置参见使用说明书中的步进电机驱动电路操作说明。
5）设置光栅传感器测量参数，参考值设置和测量前先选择光栅类型为线位移。具体设置参见使用说明书中的光栅传感器测量电路操作说明。
6）步进电机驱动和光栅传感器测量各参数设置好后，按“执行”键，步进电机开始运行，光栅尺读数头按设定方向移动，移动速度通过“频率调节”电位器调节。
7）在连续运行方式下，将步进电机转速调节为慢速，观测光栅尺读数头位移变化规律，验证光栅尺分辨率。
8）在连续运行方式下，将步进电机转速调节为快速，使光栅尺读数头从标尺一端移动到另一端，观测光栅尺读数头位移化规律，测量光栅尺读数头从标尺一端移动到另一端的直线位移。光栅尺读数头上有箭头，用于测量定位。
9）在测量过程中，尝试方向设定、公英制转换、参考值设定（置数）、光栅零参考点、清
零、
相对、绝对坐标转换等操作，完成光栅线位移传感器测量直线位移实验。
10）实验完成，关闭电源开关。
2．光栅角位移传感器测量角度位移实验
1）用五芯双航空插头线将步进电机驱动“控制输出”接至“步进电机2”。
2）将光电编码器信号输出接至光栅传感器输入接口。
3）打开实验箱后面电源开关，光栅传感器测量电路和步进电机驱动电路上电，相关LED 和数码管显示初始化状态。
4）设置步进电机驱动参数，本实验箱所用步进电机为四相，因此步进电机相数设置为四相，其它参数根据实验需要设定。具体设置参见使用说明书中的步进电机驱动电路操作说明。
5）设置光栅传感器测量参数，参考值设置和测量前先选择光栅类型为角位移。具体设置参见使用说明书中的光栅传感器测量电路操作说明。
6）步进电机驱动和光栅传感器测量各参数设置好后，按“执行”键，步进电机开始运行，光电编码器轴按设定方向转动，转动速度通过“频率调节”电位器调节。
7）在连续运行方式下，调节步进电机转速，观测光电编码器轴在不同转速下转动角度位移变化规律。
8）在连续运行方式下，设置步进电机拍数为单拍，预置步数为n，记录步进电机停止运行后光电编码器轴转动角度位移θ，计算步进电机步距角θ/n。
9）在手动单步运行方式下，按“执行”键，步进电机单步运行，观测光电编码器轴转动角度
位移变化规律。
10）在测量过程中，尝试方向设定、参考值设定（置数）、光栅零参考点、清零、相对、绝对
坐标转换等操作，完成光栅角位移传感器测量角度位移实验。
11）实验完成，关闭电源开关。
五、预习要求
1．熟悉光栅传感器测量位移的原理和方法。
2．了解步进电机驱动原理。
3．了解位移测量相关知识。
六、思考题
1．光栅传感器测量位移的原理和方法是什么？
2．光栅传感器有哪些应用？
3．怎样提高光栅传感器测量位移的的分辨率？
七、实验注意事项
1．实验前先认真阅读使用说明书。
2．光栅尺有效量程为160mm，当光栅尺读数头上箭头移动到标尺端点时，应采取步进电机驱动
3．反向或停止操作。
4．实验过程中步进电机发热或有噪音均属正常现象，如运行不流畅，可减小步进电机转速。
八、实验报告
1．阐明光栅传感器测量位移的原理和方法。
2．验证光栅尺分辨率，写出提高光栅尺分辨率的方法。
3．用光电编码器测量步进电机步距角。
4．写出实验心得体会。
THQGS-1型光栅传感器实验箱使用说明书
本实验箱是光电实验教学仪器。通过本实验可以使学生了解光栅传感器测量位移的原理，学习光栅传感器测量位移的方法，并加深对莫尔条纹形成的光学原理、位移放大作用和误差平均效应的理解。实验时通过设置步进电机驱动电路参数，可以即时改变步进电机拍数、转向、运行步数、转速，来控制光栅线位移传感器(光栅尺)或光栅角位移传感器（光电编码器）运动，光栅传感器测量电路用来测量光栅线位移传感器(光栅尺)水平位移和光栅角位移传感器（光电编码器）角度。
一、组成和使用
（一）实验仪的供电
实验箱后面板配有带保险丝管（0.25A）的220V单相交流电源三芯插座，另配有三芯插头电源线一根。箱内设有一只变压器，为电路板提供多组交流电源。实验仪适用50Hz，～220V±10%市电供电。
（二）结构
实验箱由步进电动机驱动电路、光栅传感器测量电路、光栅线位移传感器实验装置、光栅角位移传感器实验装置组成。
1．步进电机驱动电路
由单片机和外围数字电路组成，能通过数码管和LED显示步进电机运行状态，步进电机各相
的通电状态用4只LED来指示。
（1）键盘功能说明
“设置”键：步进电机参数设置的功能键。手动单步运行方式和连续运行方式的选择。
“拍数”键：单拍、双拍运行方式选择。
“转向”键：正、反转选择。
“相数”键：相数（三相、四相）选择。
“数位”键：预置步数的数据位设置。
“数据”键：预置步数位的数据设置。
“执行”键：执行当前运行状态。步进电机参数设置好后按“执行”键开始运行。
“复位”键：由于外因导致系统死机时可按此键，经动态自检过程后返回系统初始状态。
（2）操作说明
1）系统开机或复位后，由5位数码管组成的步进电机运行状态显示器自动进入“9999→8888→7777→6666→5555→4444→3333→2222→1111→0000→-1.3000”的动态自检过程，而后停显在系统初始状态“-1.3”。
2）步进电机驱动参数设置
在系统初始状态下，按“设置”键，状态显示器显示“-1.3000”，此状态为步进电机参数设
置的初始状态，此时可以设置步进电机拍数、转向、相数和预置步数。
拍数：按“拍数”键，状态显示器在“┫”与“]”（正转）或“┣”与“[”（反转）之间切换，“┫”或“┣”表示单拍，“]”或“[”表示双拍。
转向：按“转向”键，状态显示器首位在“┫”与“┣”（单拍）或“]”与“[”（双拍）之间切换，“┫”或“]”表示正转，“┣”或“[”表示反转。
相数：按“相数”键，状态显示器第二位在“3”与“4”之间切换，“3”表示三相，“4”表示四相。本实验箱所用步进电机为四相，因此所有实验步进电机相数均设置为四相。
预置步数：按“数位”键，状态显示器逐位显示“0”，出现小数点的位即为选中位。按“数据”键，可以写入选中位所需的数字。分别按“数位”和“数据”键，可将预置步数的各位写入状态显示器的相应位。
3）运行方式设置
步进电机驱动各参数设置好后，按“设置”键，状态显示器在“××000”与“××A”之间切换，“××000”表示连续运行方式，“××A”为手动单步运行方式。
4）执行
步进电机驱动各参数及运行方式设置好后，按“执行”键，步进电机开始运行。
在连续运行方式下，如果没有预置步数，步进电机将一直运行，代表步进电机各相A、B、C、D的相应LED按照设置转向和转速依次循环亮，按“设置”键，步进电机停止运行，状态显示器显示“××A”；如果设置有预置步数，状态显示器作自动减1运算，直到减至0后，步进电机停止运行，状态显示器自动返回连续运行方式的初始状态。
在手动单步运行方式下，按“执行”键，步进电机单步运行，状态显示器末位依次循环显示步进电机通电各相A、B、C、D，并且代表步进电机各相A、B、C、D的相应LED亮。
5）转速调节
在连续运行方式下，步进电机转速通过“频率调节”电位器调节，顺时针调节转速增大，逆时针调节转速减小。
2．光栅传感器测量电路
由单片机、可编程逻辑器件和外围数字电路组成，能对光栅线位移传感器(光栅尺)或光栅角位移传感器（光电编码器）输入的信号进行处理，并通过数码管精确显示光栅线位移传感器(光栅尺)水平位移和光栅角位移传感器（光电编码器）角度。
（1）功能
1）8位数码管显示位移，首位为符号，8只LED显示功能状态；
2）方向设定：正向、反向；
3）公英制转换：公制、英制；
4）清零、参考值设定（预置）；
5）相对、绝对坐标转换：参考值、绝对值；
6）光栅类型选择：角位移、线位移。
（2）操作说明
1）系统开机或复位后，8位数码管显示“0.000”，“正向”、“公制”、“线位移”指示LED亮，系统默认为“正向”、“公制”、“绝对值”、“线位移”状态。按“功能”键，“正向”、“反向”、“英制“、“公制”、“绝对值”、“参考值”、“角位移”、“线位移”指示LED依次循环亮。
2）光栅类型设定
“功能”→角位移/线位移指示LED亮→“确认”，参考值设置和测量前先选择光栅类型。
3）方向设定
“功能”→正/反向指示LED亮→“确认”。
4）公英制转换
“功能”→公/英制指示LED亮→“确认”。公制单位为毫米（mm），英制单位为英寸（inch）。
5）参考值设定（置数）
“功能”→参考值指示LED亮→输入“×××××.×××”(线位移)/ “××××.××.××”(角位移) →“确认”，数据有效，开始测量。
6）光栅零参考点
“功能”→参考值指示LED亮，移动光栅，过零点自动退出“参考值”进入正常测量。
7)清零(三种方法)
a．按“取消”键；
b．按“0”键；
c．“功能”→参考值指示LED亮→输入“0”→“确认”。
8)相对、绝对坐标转换
“功能”→参考值/绝对值指示LED亮→“确认”。
3．光栅线位移传感器实验装置
由步进电机1、联轴器、传动丝杆、双列调心轴承、光栅线位移传感器(光栅尺)组成。
（1）步进电机1
型号：TS3622N12
额定电压：15V
额定电流：0.21A
阻抗：70Ω
相数：四相
（2）光栅线位移传感器：光栅尺
型号：KA-300
有效量程（mm）：160
截面尺寸（mm）：25×34
准确度：±5um（20℃/68℉ 1000mm）
零位参考点：每50mm一个
最大移动速度：60m/min
重复性：±1计数脉冲
密封保护：lp53
栅距（mm）：0.02，每mm50线对
分辨率（um）：5
输出信号：TTL
4．光栅角位移传感器实验装置
由步进电机2、转盘、联轴器、光栅角位移传感器（光电编码器）组成。（1）步进电机2：参数同步进电机1。
（2）光栅角位移传感器：光电编码器
型号：EB38A6-L5AR-1024
输出形式：增量式
输出脉冲数：1024脉冲
输出路数：二路输出A、B
零信号宽度Tz=1T
电源电压VCC：DC5V
输出电压：高电平≥85%VCC，低电平≤0.3 VCC
消耗电流：≤120mA
输出波形：方波
载空比：0.5T±0.1T
启动力矩：1.5×10-3Nm(+25℃)
转动惯量：3.5×10-6kgm2
轴最大负荷：径向：20N，轴向：10N
输出方式：驱动器输出AM26LS31
最高转速：6000rpm
最高频响：0～100kHz
分辨率范围：10～5000P/R
应用温度：-10℃～70℃
二、实验项目
1．光栅线位移传感器测量直线位移实验。
2．光栅角位移传感器测量角度位移实验。
三、使用注意事项
1．光栅尺、光电编码器均为精密高精度光电器件，使用过程中严禁拆卸、敲击和摔打碰撞，否则有可能损坏。
2．光栅线位移传感器实验装置中传动丝杆是精密部件，使用过程中应避免碰撞，以免对丝杆造成损伤，影响传动效果，平时应定期对丝杆加油，以防生锈，缩短使用寿命。
3．光栅线位移传感器实验装置和光栅角位移传感器实验装置出厂前均装配调试好，使用过程中不要自行拆卸，如长期使用后螺丝松动，应由厂家专业技术人员调试好后加固。
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。
研究性实验报告——各向异性磁阻传感器与磁场测量
文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持. 基础物理学 研究性实验报告 题目：各向异性磁阻传感器（AMR）与地磁场测量第一作者： 第二作者： 学院：航空科学与工程学院 专业：飞行器设计与工程 班级：110519 2013年5月14日 1
目录 摘要 ............................................................................................... 错误!未定义书签。关键词 ........................................................................................... 错误!未定义书签。 一、实验要求 ............................................................................... 错误!未定义书签。 二、实验原理 ............................................................................... 错误!未定义书签。 三、实验仪器介绍 ....................................................................... 错误!未定义书签。 四、实验内容 ............................................................................... 错误!未定义书签。 1、测量前的准备工作 ......................................................... 错误!未定义书签。 2、磁阻传感器特性测量...................................................... 错误!未定义书签。 3、测量磁阻传感器的各向异性特性.................................. 错误!未定义书签。 4、赫姆霍兹线圈的磁场分布测量...................................... 错误!未定义书签。 5、地磁场测量 ..................................................................... 错误!未定义书签。 五、思考题 ................................................................................... 错误!未定义书签。 六、误差分析 ............................................................................... 错误!未定义书签。 七、AMR传感器的应用举例 ...................................................... 错误!未定义书签。 八、实验感想 ............................................................................... 错误!未定义书签。参考文献 ....................................................................................... 错误!未定义书签。附录——原始实验数据(影印版).................................................. 错误!未定义书签。 各向异性磁阻传感器与磁场测量 摘要：物质在磁场中电阻率发生变化的现象称为磁阻效应，磁阻传感器利用磁阻效应制成。磁阻传感器可用于直接测量磁场或磁场变化，如弱磁场测量。也可通过磁场变化测量其它物理量，如利用磁阻效应已制成各种位移、角度、转速传感器，广泛用于各类需要自动检测与控制的领域。磁阻元件的发展经历了半导体磁阻（MR），各向异性磁阻（AMR），巨磁阻（GMR），庞磁阻（CMR）等阶段。本实验研究AMR的特性并利用它对磁场进行测量。 关键词：AMR，磁阻效应，电磁转换，磁场测量
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。
传感器测速实验报告(第一组)
传感器测速实验报告 院系： 班级： 、 小组： 组员： 日期：2013年4月20日
实验二十霍尔转速传感器测速实验 一、实验目的 了解霍尔转速传感器的应用。 二、基本原理 利用霍尔效应表达式：U H=K H IB，当被测圆盘上装有N只磁性体时，圆盘每转一周磁场就变化N次。每转一周霍尔电势就同频率相应变化，输出电势通过放大、整形和计数电路就可以测量被测旋转物的转速。 本实验采用3144E开关型霍尔传感器，当转盘上的磁钢转到传感器正下方时，传感器输出低电平，反之输出高电平 三、需用器件与单元 霍尔转速传感器、直流电源+5V，转动源2~24V、转动源电源、转速测量部分。 四、实验步骤 1、根据下图所示，将霍尔转速传感器装于转动源的传感器调节支架上，调节探头对准转盘内的磁钢。 图9-1 霍尔转速传感器安装示意图 2、将+15V直流电源加于霍尔转速器的电源输入端，红（+）、黑（ ），不能接错。 3、将霍尔传感器的输出端插入数显单元F，用来测它的转速。 4、将转速调解中的转速电源引到转动源的电源插孔。 5、将数显表上的转速/频率表波段开关拨到转速档，此时数显表指示电机的转速。 6、调节电压使转速变化，观察数显表转速显示的变化，并记录此刻的转速值。
五、实验结果分析与处理 1、记录频率计输出频率数值如下表所示： 电压（V) 4 5 8 10 15 20 转速（转/分）0 544 930 1245 1810 2264 由以上数据可得：电压的值越大，电机的转速就越快。 六、思考题 1、利用霍尔元件测转速，在测量上是否有所限制？ 答：有，测量速度不能过慢，因为磁感应强度发生变化的周期过长，大于读取脉冲信号的电路的工作周期，就会导致计数错误。 2、本实验装置上用了十二只磁钢，能否只用一只磁钢？ 答：如果霍尔是单极的，可以只用一只磁钢，但可靠性和精度会差一些；如果霍尔 是双极的，那么必须要有一组分别为n/s极的磁钢去开启关断它，那么至少要两只磁钢。
传感器与检测实验指导书2013.
传感器与检测技术实验指导书电气工程学院自动化专业 专业名称 班级 学生姓名 学号 实验成绩 辽宁工业大学 2013年9月
目录 实验一电阻应变式传感器特性实验 (1) 实验二电容传感器特性实验 (5) 实验三电涡流式传感器特性实验 (8) 实验四压电式传感器特性实验 (12) 实验五光电式传感器特性实验 (15) 实验六热电式传感器特性实验 (20) 附录一CSY2000系列传感器实验台说明书 (26) 附录二CSY-V8.1软件操作说明书 (27)
实验一电阻应变式传感器特性实验 一、实验目的 1．熟悉电阻应变式传感器的结构。 2．了解单臂、半桥和全桥测量电路工作原理和性能。 3．比较单臂与半桥、全桥的不同性能，了解各自特点及全桥测量电路的优点。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。 2．对半桥测量电路而言，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。 3．全桥测量电路中，将受力性质相同的两应变片接入电桥对边，当应变片初始阻值：R1＝R2＝R3＝R4，其变化值ΔR1＝ΔR2＝ΔR3＝ΔR4时，其桥路输出电压U O3＝EKε。其输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差和温度误差均得到改善。 三、实验仪器及材料 1．应变式传感器实验模板（应变式传感器－电子秤）、砝码盘、砝码；
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
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。
自动化检测实验指导
实验一应变片单臂、半桥、全桥特性比较 一、实验目的：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。 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，再通过测量电路将电阻的变化转换成电压或电流变化信号输出。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。 三、需用器件与单元：机头中的应变梁的应变片、测微头；显示面板中的F/V表(或电压表)、±2V～±10V步进可调直流稳压电源；调理电路面板中传感器输出单元中的箔式应 1位数显万用表（自备）。 变片、调理电路单元中的电桥、差动放大器； 4 2 五、实验步骤： 1位数显万用表2kΩ电阻档测量所 1、在应变梁自然状态（不受力）的情况下，用4 2 有 应变片阻值；在应变梁受力状态（用手压、提梁的自由端）的情况下，测应变片阻值，观察一下应变片阻值变化情况(标有上下箭头的4片应变片纵向受力阻值有变化；标有左右箭头的2片应变片横向不受力阻值无变化，是温度补偿片)。如下图1—7所示。 图1—7观察应变片阻值变化情况示意图 2、差动放大器调零点：按下图1—8示意接线。将F／V表(或电压表)的量程切换开 关 切换到2V档，合上主、副电源开关，将差动放大器的增益电位器按顺时针方向轻轻转到底
后再逆向回转一点点(放大器的增益为最大，回转一点点的目的：电位器触点在根部估计会接触不良)，调节差动放大器的调零电位器，使电压表显示电压为零。差动放大器的零点调节完成，关闭主电源。 图1—8 差放调零 接线图 3、应变 片单臂电 桥特性实 验： ⑴将±2V～±10V步进可调直流稳压电源切换到4V档，将主板上传感器输出单元中的箔式应变片(标有上下箭头的4片应变片中任意一片为工作片)与电桥单元中R1、R2、R3组成电桥电路，电桥的一对角接±4V直流电源，另一对角作为电桥的输出接差动放大器的二输入端，将W1电位器、r电阻直流调节平衡网络接入电桥中(W1电位器二固定端接电桥的±4V电源端、W1的活动端r电阻接电桥的输出端)，如图1—9示意接线(粗细曲线为连接线)。 图1—9 应变片单臂电桥特性实验原理图与接线示意图 ⑵检查接线无误后合上主电源开关，当机头上应变梁自由端的测微头离开自由端（梁 处 于自然状态，图1—7机头所示）时调节电桥的直流调节平衡网络W1电位器，使电压表显示为0或接近0。 ⑶在测微头吸合梁的自由端前调节测微头的微分筒，使测微头的读数为10mm左右（测微头微分筒的0刻度线与测微头轴套的10mm刻度线对准）；再松开测微头支架轴套的紧固
磁阻效应及磁阻传感器实验
一、实验题目：磁阻效应及磁阻传感器的特性研究 二、实验目的：1、了解磁阻效应的基本原理及测量磁阻效应的方法； 2、测量锑化铟传感器的电阻与磁感应强度的关系； 3、画出锑化铟传感器电阻变化与磁感应强度的关系曲线，并进行相应的曲线 和直线拟合； 4、学习用磁阻传感器测量磁场的方法。 三、实验原理： 磁阻效应是指某些金属或半导体的电阻值随外加磁场变化而变化的现象。和霍尔效应一样，磁阻效应也是由于载流子在磁场中受到的洛仑兹力而产生的。若外加磁场与外加电场垂直，称为横向磁阻效应；若外加磁场与外加电场平行，称为纵向磁阻效应。磁阻效应还与样品的形状有关，不同几何形状的样品，在同样大小的磁场作用下，其电阻不同，该效应称为几何磁阻效应。由于半导体的电阻率随磁场的增加而增加，有人又把该磁阻效应称为物理磁阻效应。目前，磁阻效应广泛应用于磁传感、磁力计、电子罗盘、位置和角度传感器、车辆探测、GPS导航、仪器仪表、磁存储（磁卡、硬盘）等领域。 一定条件下，导电材料的电阻值R随磁感应强度B变化规律称为磁阻效应。如图1所示，当半导体处于磁场中时，导体或半导体的载流子将受洛仑兹力的作用，发生偏转，在两端产生积聚电荷并产生霍尔电场。如果霍尔电场作用和某一速度的载流子的洛仑兹力作用刚好抵消，则小于此速度的电子将沿霍尔电场作用的方向偏转，而大于此速度的电子则沿相反方向偏转，因而沿外加电场方向运动的载流子数量将减少，即沿电场方向的电流密度减小，电阻增大，也就是由于磁场的存在，增加了电阻，此现象称为磁阻效应。如果将图1中U H短路，磁阻效应更明显。因为在上述的情况里，磁场与外加电场垂直，所以该磁阻效应称为横向磁阻效应。 当磁感应强度平行于电流时，是纵向情况。若载流子的有效质量和弛豫时间与移动方向无关，纵向磁感应强度不引起载流子漂移运动的偏转，因而没有纵向霍尔效应的磁阻。而对于载流子的有效质量和弛豫时间与移动方向有关的情形，若作用力的方向不在载流子的有效质量和弛豫时间的主轴方向上，此时，载流子的加速度和漂移移动方向与作用力的方向不相同，也可引起载流子漂移运动的偏转现象，其结果总是导致样品的纵向电流减小电阻增加。在磁感应强度与电流方向平行情况下所引起的电阻增加的效应，被称为纵向磁阻效应。 通常以电阻率的相对改变量来表示磁阻的大小，即用Δρ/ρ（0）表示。其中ρ（0）为零磁场时的电阻率，设磁电阻电阻值在磁感受应强度为B的磁场的电阻率为ρ（B），则Δρ=ρ（B）－ρ（0）。由于磁阻传感器电阻的相对变化率ΔR/ R（0）正比于Δρ/ρ（0），这里ΔR=R （B）－R（0）。因此也可以用磁阻传感器电阻的相对改变量ΔR/ R（0）来表示磁阻效应的大小。 测量磁电阻电阻值R与磁感应强度B的关系实验装置及线路如图2所示。尽管不同的磁阻装置有不同的灵敏度，但其电阻的相对变化率ΔR/ R（0）与外磁场的关系都是相似的。实验证明，磁阻效应对外加磁场的极性不灵敏，就是正负磁场的相应相同。一般情况下外加磁场较弱时，电阻相对变化率ΔR/ R（0）正比于磁感应强度B的二次方；随磁场的加强，ΔR/ R （0）与磁感应强度B呈线性函数关系；当外加磁场超过特定值时，ΔR/ R（0）与磁感应强
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
巨磁电阻实验报告
巨磁电阻实验报告 【目的要求】 1、了解GMR效应的原理 2、测量GMR模拟传感器的磁电转换特性曲线 3、测量GMR的磁阻特性曲线 4、用GMR传感器测量电流 5、用GMR梯度传感器测量齿轮的角位移，了解GMR转速（速度）传感器的原理 【原理简述】 根据导电的微观机理，电子在导电时并不是沿电场直线前进，而是不断和晶格中的原子产生碰撞（又称散射），每次散射后电子都会改变运动方向，总的运动是电场对电子的定向加速与这种无规散射运动的叠加。称电子在两次散射之间走过的平均路程为平均自由程，电子散射几率小，则平均自由程长，电阻率低。电阻定律 R=ρl/S中，把电阻率ρ视为常数，与材料的几何尺度无关，这是因为通常材料的几何尺度远大于电子的平均自由程（例如铜中电子的平均自由程约34nm），可以忽略边界效应。当材料的几何尺度小到纳米量级，只有几个原子的厚度时（例如，铜原子的直径约为0.3nm），电子在边界上的散射几率大大增加，可以明显观察到厚度减小，电阻率增加的现象。 电子除携带电荷外，还具有自旋特性，自旋磁矩有平行或反平行于外磁场两种可能取向。早在1936年，英国物理学家，诺贝尔奖获得者N.F.Mott指出，在过渡金属中，自旋磁矩与材料的磁场方向平行的电子，所受散射几率远小于自旋磁矩与材料的磁场方向反平行的电子。总电流是两类自旋电流之和;总电阻是两类自旋电流的并联电阻，这就是所谓的两电流模型。 在图2所示的多层膜结构中，无外磁场时，上下两层磁性材料是反平行（反铁磁）耦合的。施加足够强的外磁场后，两层铁磁膜的方向都与外磁场方向一致，外磁场使两层铁磁膜从反平行耦合变成了平行耦合。电流的方向在多数应用中是平行于膜面的。 电 阻 \ 欧 姆 磁场强度/ 高斯 图3 某种GMR材料的磁阻特性
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。
传感器实验2012
实验三 电阻式传感器的全桥性能实验 一、实验目的 掌握全桥电路的工作原理和性能。 二、实验所用单元 同实验一。 三、实验原理及电路 将四个应变片电阻分别接入电桥的四个桥臂，两相邻的应变片电阻的受力方向不同，组成全桥形式的测量电路，转换电路的输出灵敏度进一步提高，非线性得到改善。实验电路图见图3-1，全桥的输出电压U O ＝4EK ε 四、实验步骤 1、按实验一的实验步骤1至3进行操作。 2、按图3-1接线，将四个应变片接入电桥中，注意相邻桥臂的应变片电阻受力方向必须相反。 +5V R r R R R 1R 2 R 4 RP 2 OP07R 3R 4 RP 1 R 5 +15V -15V 调零电桥 电 阻传感器 差动放大器 4 3 2 18 76 RP R V 图3-1 电阻式传感器全桥实验电路 3、调节平衡电位器RP ，使数字电压表指示接近零，然后旋动测微器使
表头指示为零，此时测微器的读数视为系统零位。分别上旋和下旋测微器，每次0.4mm，上下各2mm，将位移量X和对应的输出电压值U O记入下表中。 表3-1 X(mm) 0 U O(mV) 0 五、实验报告 1、根据表3-1，画出输入/输出特性曲线)X(f U ，并且计算灵敏度和 O 非线性误差。 2、全桥测量时，四个应变片电阻是否必须全部一样？
实验二十二涡流式传感器的转速测量实验 一、实验目的 了解涡流式传感器用于测量转速的方法。 二、实验所用单元 涡流传感器探头（内附转换电路）、电机（光电传感器中）、电机调速装备（光电传感器转换电路中）、差动放大器、位移台架、直流稳压电源、数字电压表 三、实验原理及电路 利用涡流式传感器探头对旋转体材质的明显变化产生脉冲信号，经电路处理即可测量转速。 四、实验步骤 1、固定好位移台架，将涡流传感器探头装于传感器支架上，将电机放入位移台架的圆孔中，使探头对准电机转盘磁极。 2、将涡流传感器探头的两根输出信号线接至差动放大器的输入端，差动放大器的输出接至数字电压表的输入端。 3、将数字电压表切换开关拨到频率档，调节电机调速旋钮，使电机转动，观察实验现象。