自动检测技术报告

自动检测技术实验报告

组长：吴涛涛

班级：电（1）

组员：

张贵林：201304170137

杨永飞：201304170339

韩云亮：201304170111

吴涛涛：201304170131

实验一 金属箔式应变片性能实验

——单臂、半桥、全桥电路性能比较

一、实验目的：

1． 观察了解箔式应变片的结构及粘贴方式。 2． 测试应变梁形变的应变输出。 3． 比较各种桥路的性能（灵敏度）。 二、实验原理：

应变片是最常用的测力传感元件，当用应变片测试时，应变片要牢固地粘贴在测试体表面，当测件受力发生形变, 应变片的敏感栅随同变形，其电阻值也随之发生相应的变化。通过测量电路，转换成电信号输出显示。

电桥电路是最常见的非电量电测电路中的一种，当电桥平衡时，桥路对臂电阻乘积相等，电桥输出为零，在桥臂四个电阻R 1、R 2、R 3、R 4中，电阻的相对变化率分别为

44332211R R R R R R R R ????、、、，当使用一个应变片时，

∑?

=

R

R ；当二个应变片组成差动状态工作，则有

∑?=

R

R

R 2；用四个应变片组成二个差动对工作，且∑?=====R

R

R R R R R R 4,4321。根据戴维南定理可以得出测试电桥的输出电压近似等于1/4 ? E ?ΣR ，电桥灵敏度R R V K u //?=，于是对应于单臂、半桥、全桥的电压灵敏度分别为1/4E 、

1/2E 和E 。由此可知，当E 和电阻相对变化一定时，电桥及电压灵敏度与各桥臂阻值的大小无关，单臂、半桥、全桥电路的灵敏度依次增大。 三、实验所需部件：

直流稳压电源（V 4±档）、电桥、差动放大器、金属箔式应变片、测微头、电压表。

四、实验接线图：

图（1） 五、实验步骤：

1、调零。开启仪器电源，差动放大器增益置100倍（顺时针方向旋到底），“+，-”输入端用实验线对地短路。输出端接数字电压表，用“调零”电位器调整差动放大器输出电压为零，然后拔掉实验线。调零后电位器位置不要变化。

如需使用毫伏表，则将毫伏表输入端对地短路，调整“调零”电位器，使指针居“零”位。拔掉短路线，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、按图（1）将实验部件用实验线连接成测试桥路，单臂桥路中R 2、R

3、R 4和W D 为电桥中的固定电阻和直流调平衡电位器，R 1为应变片（可任选上、下梁中的一片工作片）。直流激励电源为±4V ；半桥桥路中R 1和R 2为箔式应变片，R 3、R 4仍为固定电阻；全桥桥路中R 1、R 2、R 3、R 4全部使用箔式应变片。在接半桥、全桥桥路时应特别注意其应变片的受力方向，一定要接成差动形式。

3、调节测微头，使悬臂梁处于基本水平状态。

4、确认接线无误后开启仪器电源，并预热数分钟。

5、调整电桥电位器W D ，使测试系统输出为零。

6、旋动测微头，带动悬臂梁分别作向上和向下的运动，以水平状态下输出电压为零，向上和向下移动各5mm ，测微头每移动0.5mm 记录一个差动放大器输出电压值，并列表。根据表中所测数据计算灵敏度S ，S = △V ／△X ，并在一个坐标图上做出V-X 关系曲线。比较三种桥路的灵敏度，并作出定性的结论。 六、实验数据分析：

实验所得数据如下表所示：

+4V

-4V

根据表中所测数据，在一个坐标图上做出V-X关系曲线图，如下图：

根据S=△V／△X，分别计算灵敏度，得：

S全=△U／△X =0.00059 S半=△U／△X =0.00044 S单=△U／△X =0.00015实验结论：

当E和电阻相对变化一定时，电桥及电压灵敏度与各桥臂阻值的大小无关，单臂、半桥、全桥电路的灵敏度依次增大。

实验二差动螺管式电感传感器位移测量

一、实验目的：

了解差动螺管式电感传感器位移测量地方法。

二、实验原理：

利用差动变压器的两个次级线圈和衔铁组成。衔铁和线圈的相对位置变化引起螺管线圈电感值的变化。次级两个线圈必须呈差动状态连接，当衔铁移动时将使一个线圈电感增加，而另一线圈电感减小。三、实验所需部件：

差动变压器、音频振荡器、电桥、差动放大器、移相器、相敏检波器、低通滤波器、电压表、示波器、测微头。

四、实验步骤：

1.差动变压器两个次级线圈组成差动状态，按图（6）接线，音频振荡器LV端做为恒流源供电，差动放大器增益适度。差动变压器的两个线圈和电桥上的两个固定电阻R组成电桥的四臂，电桥的作用是将电感变化转换成电桥电压输出。

2、旋动测微头使衔铁在线圈中位置居中，此时L0′=L0″，系统输出为零。

3、当衔铁上、下移动时，L0′≠L0″，电桥失衡就有输出，大小与衔铁位移量成比例，相位则与衔铁移动方向有关，衔铁向上移动和向下移动时输出波形相位相差约1800，由于电桥输出是一个调幅波，因此必须经过相敏检波器后才能判断电压极性，以衔铁位置居中为起点，分别向上、向下各位移2mm，记录V，X值，做出V—X曲线，求出灵敏度。

图（6）

五、实验数据分析及结果：

根据实验数据及X-U图可求得灵敏度： S=△U/△X=0.00235

实验三电涡流式传感器的静态标定

一、实验目的：

了解电涡流传感器的结构、原理、工作特性。

二、实验原理：

电涡流式传感器由平面线圈和金属涡流片组成，当线圈中通以高频交变电流后，与其平行的金属片上产生电涡流，电涡流的大小影响线圈的阻抗Z，而涡流的大小与金属涡流片的电阻率、导磁率、厚度、温度以及与线圈的距离X有关。当平面线圈、被测体（涡流片）、激励源已确定，并保持环境温度不变，阻抗Z只与X距离有关。将阻抗变化经涡流变换器变换成电压V输出，则输出电压是距离X的单值函数。

三、实验所需部件：

电涡流线圈、金属涡流片、电涡流变换器、测微头、示波器、电压表。

四、实验步骤：

1、安装好电涡流线圈和金属涡流片，注意两者必须保持平行。安装好测微头，按图（1）连接好电路，将电涡流线圈接入涡流变换器输入端。涡流变换器输出端接电压表20V档。

2、开启仪器电源，用测微头将电涡流线圈与涡流片分开一定距离。此时输出端有一电压值输出。用示波器接涡流变换器输入端观察电涡流传感器的高频波形，信号频率约为1MHZ。

3、用测微头带动振动平台使平台线圈完全贴紧金属涡流片，此时涡流变换器输出电压为零。涡流变换器中的振荡电路停振。

4、旋动测微头使平面线圈离开金属涡流片，从电压表开始有读数起每位移0.25mm记录一个读数，并用示波器观察变换器的高频振动波形，同时每位移0.25mm从示波器读出对应的频率f。将V、f、X数据填入表格，分别作出V－X曲线和f—X曲线，指出线性范围，求出灵敏度。

五、实验数据分析：

实验测得数据如下表所示：

根据所得数据分别绘制U-X和f-X曲线图如下图所示：

根据曲线图求出灵敏度：

S=△U／△X= 0.001

由U-X曲线图可知线性范围是：

0.30 mm < X < 2.75 mm

六、本实验注意事项:

当涡流变换器接入电涡流线圈处于工作状态时，接入示波器会影响线圈的阻抗，使变换器的输出电压减少，或是传感器在初始状态有一死区。

实验四霍尔式传感器的直流激励特性

一、实验目的：

了解霍尔式传感器的结构、工作原理，学会用霍尔式传感器做静态位移测试。

二、实验原理：

霍尔式传感器是由两个环形磁钢组成梯度磁场和位于梯度磁场中的霍尔元件组成。当霍尔元件通以恒定电流时，霍尔元件就有电势输出。霍尔元件在梯度磁场中上、下移动时，输出的霍尔电势V取决于其在磁场中的位移量X，所以测得霍尔电势的大小便可以获知霍尔元件的静位移。

三、实验所需部件：

直流稳压电源、电桥、霍尔传感器、差动放大器、电压表、测微头。

图（8）

四、实验步骤：

1、按图（8）接线，装上测微头，调节振动圆盘上、下位置，使霍尔元件位于梯度磁场中间位置。开启电源，调节测微头和电桥W D，使差放输出为零。上、下移动振动台，使差放正负电压输出对称。

2、上、下移动测微头各4.0mm，每变化0.5mm读取相应的电压值，并记入下表，作出V-X曲线，求出灵敏度及线性。

五、实验所得数据处理及分析：

X(mm) 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0

U（v）0.02 0.82 1.78 2.70 3.46 4.21 4.85 5.40 5.97 X(mm) 0.0 -0.5 -1.0 -1.5 -2.0 -2.5 -3.0 -3.5 -4.0 U（v）-0.02 -0.79 -1.68 -2.50 -3.20 -3.72 -4.13 -4.44 -4.69

由上表数据作出U-X 曲线图如下：

根据所得数据及图形求出灵敏度：

S=△U ／△X =0.0013

六、本实验注意事项：

直流激励电压须严格限定在±2V ，绝对不能任意加大，以免损坏霍尔元件。

实验五 光纤传感器位移、转速测量

一、实验原理：

1、位移测量

反射式光纤位移传感器的工作原理如图（7）所示，光纤采用Y 型结构，两束多模光纤一端合并组成光纤探头，另一端分为两束，分别作为接收光纤和光源光纤，光纤只起传输信号的作用。当光发射器发生的红外光，经光源光纤照至反射体，被反射的光经接收光纤至光电转换元件将接收到的光信号转换为电信号。其输出的光强决定于反射体距光纤探头的距离，通过对光强的检测而得到位移量。

图（7）反射式光纤位移传感器原理图及输出特性曲线

2、转速测量

当光纤探头与反射面的相对位置发生周期性变化，光电变换器输出电量也发生相应的变化，经V / F 电路变换，成方波频率信号输出。 二、实验所需部件：

U-X曲线-6

-5-4-3-2-10123456-4.5-4-3.5-3-2.5-2-1.5-1-0.500.51

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

X/mm

U /V

光纤、光电变换器、低频振荡器、示波器、测微头、反射片、支架、电压 / 频率表、测速电机及转盘。

三、实验步骤：

1、观察光纤结构：本仪器中光纤探头为半圆型结构，由数百根光导纤维组成，一半为光源光纤，一半为接收光纤。

2、装上光纤探头，探头对准镀铬反射片（即电涡流平片）。

3、光电变换器V0端接电压表，开启电源，旋动测微头，带动振动平台，使光纤探头端面紧贴反射镜面，此时V0输出为最小。然后旋动测微头，使反射镜面离开探头，每隔0.25mm取一V0电压值填入表5—1，作出U-X曲线。得出输出电压特性曲线如图所示，分前坡和后坡，通常测量是采用线性较好的前坡。

4、振动实验：将测微头移开，振动台处于自由状态，根据U-X曲线选取前坡中点位置好光纤探头。将低频振荡器输出接“激振Ⅰ”，调节激振频率和幅度，使振动台保持适当幅度的振动（以不碰到光纤探头为宜）。用示波器观察V0端输出电压波形，并用电压/频率表读出振动频率。

5、转速测量：将光纤探头转一角度置于测速电机上方，并调整探头高度使其距转盘面1mm左右，光纤探头以对准转盘边缘内3mm处为宜。

6、光电变换器F0端分别接电压/频率表和示波器DC档。开启电机开关，调节转盘转速，用示波器观察输出波形并读出频率。

电机转速=F0端方波频率÷2（每周两个方波信号）

四、实验所得数据及数据处理：

1、位移测量：

测得数据如下表所示：

表5—1：

根据所得数据作出U—X曲线如下：

2、振动实验：

实验中用示波器观察V0的如下波形：

由频率表读出振动频率为： f = 0.012 KHz = 12 Hz

3、转速测量：

用示波器可以看到输出波形为方波波形，其频率为：F=90Hz

计算出电机转速为：电机转速 =F0端方波频率÷2 = F÷2 = 90÷2 = 45 rad/s

五、本实验注意事项：

1、实验时请保持反射镜片的洁净与光纤端面的垂直度。

2、光纤勿成锐角曲折。

3、光纤探头在支架上固定时应保持与转盘面平行，切不可相擦，以免使光纤端面受损。

实验六热电式传感器——热电偶

一、实验目的：

观察了解热电偶的结构，熟悉热电偶的工作特性，学会查阅热电偶分度表。

二、实验原理：

热电偶的基本工作原理是热电效应，当其热端和冷端的温度不同时，即产生热电动势。通过测量此

电动势即可知道两端温差。如固定某一端温度（一般固定冷端为室温或0摄氏度），则另一端的温度就可知，从而实现温度的测量。本仪器中热电偶为铜—康铜热电偶。

三、实验所需部件：

热电偶、加热器、差动放大器、电压表、温度计（自备）

四、实验步骤：

1如图，.差动放大器双端输入接入热电偶，打开电源，差动放大器增益放100倍，调节调零电位器，使差放输出为零。

2.打开加热器，差动放大器输出如有微小变化，马上调节调零电位器再度调零。

3.随加热器温度上升，观察差动放大器的输出电压的变化，待加热温度不再上升时，记录电压表读

数。

4.本仪器上热电偶是由两只铜—康铜热电偶串接而成，热电偶的冷端温度为室温，放大器的增益为100倍，计算热电势时均应考虑进去。用温度计读出热电偶参考端所处的室温t1。

E（t , t0） = E (t , t1) + E (t1 , t0)

实际电动势测量所得电动势温度修正电动势

式中E为热电偶的电动势，t为热电偶热端温度，t0为热电偶参考端温度为0o C，t1为热电偶参考端所处的温度。查阅铜—康铜热电偶分度表，求出加热端温度t。

五、实验所得数据及数据处理：

1、室温：t1 =25 o C

2、温度不再上升时电压表读数为：E=0.175V=175mV

测量所得电动势：E (t , t1)= 175/(100×2)=0.875mV

3、查“铜—康铜热电偶分度表”得：E (t1 , t0)= E (25 o C ，0 o C)=0.995mV

4、实际电动势：E（t , t0）= E (t , t1) + E (t1 , t0)=0.875+0.995=1.87mV

5、E（t , t0）=1.87mV，查“铜—康铜热电偶分度表”得：t=46 o C

实验体会：

经过一个学期的传感器学习，我了解到了许多曾经我所不知道的知识，在期末进行了传感器的实验，让我对传感器更进一步的了解。这次是实验，我们小组对单臂桥，全桥，热电偶一一进行了实验。第一次做传感器的实验，让我们这些新手手足无措，不知从何下手，与小组成员一起试探性的连线，试探性的运行，过程中，我们问题百出，不是接线错误，就是没有调零，总是做不出预想的结果。后来只好向老师求救，在老师的帮助下找到原因。然后我们对实验进行数据的记录，分析，讨论。本次实验培养了我在实践中研究问题，分析问题和解决问题的能力以及培养了良好的工程素质和科学道德，例如团队精神、交流能力、独立思考、测试前沿信息的捕获能力等;提高了自己动手能力，培养理论联系实际的作风，增强创新意识。在做测试技术的实验前,我以为不会难做,就像以前做物理实验一样,做完实验,然后两下子就将实验报告做完.直到做完测试实验时,我才知道其实并不容易做在做实验之前首先是要把课本相关的书籍看一遍，理解透彻。通过这次测试技术的实验,使我学到了不少实用的知识,更重要的是,做实验的过程,思考问题的方法,这与做其他的实验是通用的,真正使我们受益匪浅.总之，实验不仅能提高我们的动手能力，而且也是我们走向社会必须面临的挑战，都需要我们的动手能力。

杨永飞

本学期我们传感器实验做了我们做了金属箔式应变片：单臂、半桥、全桥比较实验，Pt100，AD590，霍尔元件，电涡流元件等的相关实验。在此次试验中心得也比

较多，自然学到的东西也有很多，刚开始做实验的时候，由于自己的理论知识基础不好，在实验过程遇到了许多的难题，也使我感到，论知识的重要性。实验中我学会了

单臂单桥、半桥、全桥的性能的验证;用振动测试的方法，实验过程中培养了我在实践

中研究问题，分析问题和解决问题的能力以及培养了良好的工程素质和科学道德，例

如团队精神. ，以及我们的想法和知识有什么不全的地方，给予我们一些指导，纠正一些错误的问题。在老师和同学的帮助下，我们小组最后也做出来了，并对我们所测的

数据进行了纪录，分析，计算，由于一些原因，我们所测的数据与预想有一定的误差。不过，这次实验，加深了我所学的传感器的基础知识，培养了我们动手操作，分析和

解决实际问题的能力，使我们初步掌握了测试技术的基本方法，为以后的学习积累了

一些经验。

张贵林

本学期我们学习了自动检测技术及应用这门课程，我们进行了相关的实验。这次

是实验，我们小组对单臂桥，全桥，Pt100，AD590，霍尔元件，电涡流元件等进行

了实验，并对其的数据进行了记录，分析，讨论。刚开始做实验的时候，由于自己的

理论知识基础不好，在实验过程遇到了许多的难题，也使我感到，论知识的重要性。

同时实验设备的不正常也使自己感到压力。不过因为有老师耐心的教导我们，最后还

是得到了正确的实验结果，也使得我们的信心有所恢复。俗话说吃一则，长一智，接

下来的实验我们很快就就做出来了。经过本次实验使我学到了不少实用的知识, 实验过程中培养了我在实践中研究问题，分析问题和解决问题的能力。更重要的是,做实验的过程,思考问题的方法,这与做其他的实验是通用的,真正使我们受益匪浅.总之，实验不

仅能提高我们的动手能力，而且也是我们走向社会必须面临的挑战，都需要我们的动手能力。

韩云亮

上完了传感器及其检测技术，我们紧接着进行了关于本科的实验。我们做了金属

应变片，Pt100，AD590，霍尔元件，电涡流元件等的相关实验，通过实验了亲身体

会到了理论和实践的区别，特别是第一天去做金属应变片的实验时，感觉到了单臂电

桥的调零明显和书本上的不同，而且实验设备的不正常，然后老师耐心的教我们，而

且还教我们怎么查找实验设备出问题的原因，最后终于得到正确的实验结果，感觉好

有成就感，后面还做了关于半桥式和全桥式的。通过了单臂电桥实验得到了很多的经验，使得后面的实验我们很快就就做出来了。第二次去做了Pt100，AD590,的温度实验，老师同时还和我们讲解了关于我们《自动控制原理》课程的知识，使我感觉到了

知识的联系的重要性，不能把书读死了，要会灵活应用到实践中去。后面还做了霍尔元件测速，和电涡流元件的测速实验，都比较成功。通过本课程的实验我们对本课程

的知识印象更加深，同时使我了解到了实践才是检验真理的标准。

吴涛涛