傳感與測(cè)試技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書.

1、傳感與測(cè)試技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書目 錄項(xiàng)目任務(wù)書 項(xiàng)目一 應(yīng)變式電子秤設(shè)計(jì)及驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)2實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書 項(xiàng)目一 應(yīng)變式電子秤設(shè)計(jì)及驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)3實(shí)驗(yàn)1-1 應(yīng)變片單臂電橋性能實(shí)驗(yàn)3實(shí)驗(yàn)1-2 應(yīng)變片半橋性能實(shí)驗(yàn)10實(shí)驗(yàn)1-3 應(yīng)變片全橋性能實(shí)驗(yàn)12實(shí)驗(yàn)1-4 應(yīng)變式電子秤驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)14項(xiàng)目任務(wù)書 項(xiàng)目二 振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)及驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)15實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書 項(xiàng)目二 振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)及驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)16實(shí)驗(yàn)2-1 差動(dòng)變壓器的性能實(shí)驗(yàn)16實(shí)驗(yàn)2-2 差動(dòng)變壓器零點(diǎn)殘余電壓補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)21實(shí)驗(yàn)2-3 差動(dòng)變壓器測(cè)位移實(shí)驗(yàn)22實(shí)驗(yàn)2-4 振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)25項(xiàng)目任務(wù)書 項(xiàng)目三 玻璃透光特性測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)及驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)26實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書 項(xiàng)目三 玻

2、璃透光特性測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)及驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)27實(shí)驗(yàn)3-1 發(fā)光二極管的照度標(biāo)定實(shí)驗(yàn)27實(shí)驗(yàn)3-2 光敏電阻特性實(shí)驗(yàn)30實(shí)驗(yàn)3-3 硅光電池特性實(shí)驗(yàn)32實(shí)驗(yàn)3-4 玻璃透光特性驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)34基于項(xiàng)目的課程實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目任務(wù)書項(xiàng)目一 應(yīng)變式電子秤設(shè)計(jì)及驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)一 項(xiàng)目要求電子秤是一種常用計(jì)量器具，在貿(mào)易中被廣泛應(yīng)用。本項(xiàng)目要求同學(xué)們以應(yīng)變式傳感器為敏感元件，設(shè)計(jì)一種電子秤。分析影響稱量準(zhǔn)確性的影響因素，并提出解決辦法。被測(cè)物體為標(biāo)準(zhǔn)砝碼，要求設(shè)計(jì)的電子秤在標(biāo)定后能夠準(zhǔn)確稱量標(biāo)準(zhǔn)砝碼。 二 項(xiàng)目目的通過該項(xiàng)目的實(shí)施，讓學(xué)生在了解差應(yīng)變式傳感器原理和特性的基礎(chǔ)上，掌握基于應(yīng)變式傳感器的測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、實(shí)施和驗(yàn)證方法。培

3、養(yǎng)學(xué)生分析測(cè)試任務(wù)、測(cè)試傳感元件、設(shè)計(jì)和搭建測(cè)試系統(tǒng)、消除干擾及影響因素的能力，從而提高學(xué)生設(shè)計(jì)和制備基于傳感器的測(cè)試系統(tǒng)的能力。三 項(xiàng)目任務(wù)分解(1) 任務(wù)分析及草案設(shè)計(jì)(課外完成)學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)，對(duì)項(xiàng)目任務(wù)進(jìn)行分析并進(jìn)行測(cè)試系統(tǒng)草案設(shè)計(jì)。(2) 元器件特性測(cè)試 (4學(xué)時(shí))對(duì)元器件特性進(jìn)行測(cè)試并對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。包含實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：應(yīng)變片單臂電橋性能實(shí)驗(yàn) 應(yīng)變片半橋性能實(shí)驗(yàn) 應(yīng)變片全橋性能實(shí)驗(yàn)(3) 測(cè)試系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)(課外完成)學(xué)生依據(jù)元器件特性測(cè)試的數(shù)據(jù)和所選定元器件，進(jìn)行測(cè)試系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)。分析可能的干擾和影響因素，提出消除方法。(4) 測(cè)試系統(tǒng)搭建及驗(yàn)證(2學(xué)時(shí))依據(jù)詳細(xì)設(shè)計(jì)方案，搭建測(cè)試

4、系統(tǒng)并進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。包含實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：應(yīng)變式電子秤驗(yàn)證實(shí)驗(yàn) (5) 撰寫項(xiàng)目總結(jié)報(bào)告(課外完成)總結(jié)項(xiàng)目工作，完成項(xiàng)目報(bào)告。報(bào)告內(nèi)容應(yīng)當(dāng)包括：項(xiàng)目任務(wù)、任務(wù)分析、方案設(shè)計(jì)、元器件特性分析與選擇、項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)與分析、結(jié)論等內(nèi)容?；陧?xiàng)目的課程實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書項(xiàng)目一 應(yīng)變式電子秤設(shè)計(jì)及驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)1-1 應(yīng)變片單臂電橋性能實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私怆娮钁?yīng)變片的工作原理與應(yīng)用并掌握應(yīng)變片測(cè)量電路。二、 基本原理電阻應(yīng)變式傳感器是在彈性元件上通過特定工藝粘貼電阻應(yīng)變片來組成。一種利用電阻材料的應(yīng)變效應(yīng)將工程結(jié)構(gòu)件的內(nèi)部變形轉(zhuǎn)換為電阻變化的傳感器。此類傳感器主要是通過一定的機(jī)械裝置將被測(cè)量轉(zhuǎn)化成彈性元件

5、的變形，然后由電阻應(yīng)變片將彈性元件的變形轉(zhuǎn)換成電阻的變化，再通過測(cè)量電路將電阻的變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流變化信號(hào)輸出。它可用于能轉(zhuǎn)化成變形的各種非電物理量的檢測(cè)，如力、壓力、加速度、力矩、重量等，在機(jī)械加工、計(jì)量、建筑測(cè)量等行業(yè)應(yīng)用十分廣泛。1、應(yīng)變片的電阻應(yīng)變效應(yīng)所謂電阻應(yīng)變效應(yīng)是指具有規(guī)則外形的金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在外力作用下產(chǎn)生應(yīng)變而其電阻值也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)地改變，這一物理現(xiàn)象稱為“電阻應(yīng)變效應(yīng)”。以圓柱形導(dǎo)體為例：設(shè)其長(zhǎng)為：L、半徑為r、材料的電阻率為時(shí)，根據(jù)電阻的定義式得 （1-1-1）當(dāng)導(dǎo)體因某種原因產(chǎn)生應(yīng)變時(shí)，其長(zhǎng)度L、截面積A和電阻率的變化為dL、dA、d相應(yīng)的電阻變化為dR。對(duì)式（1

6、-1-1）全微分得電阻變化率 dR/R為： （1-1-2）式中：dL/L為導(dǎo)體的軸向應(yīng)變量L; dr/r為導(dǎo)體的橫向應(yīng)變量r  由材料力學(xué)得：                 L= - r           (1-1-3)式中：為材料的泊松比，大多數(shù)金屬材料的泊松比為0.30.5左右；負(fù)號(hào)表示兩者的變化方向相反。將式（1-1-3）代入式

7、（1-1-2）得： （1-1-4）式（1-1-4）說明電阻應(yīng)變效應(yīng)主要取決于它的幾何應(yīng)變（幾何效應(yīng)）和本身特有的導(dǎo)電性能（壓阻效應(yīng)）。2、應(yīng)變靈敏度    它是指電阻應(yīng)變片在單位應(yīng)變作用下所產(chǎn)生的電阻的相對(duì)變化量。    (1)、金屬導(dǎo)體的應(yīng)變靈敏度K：主要取決于其幾何效應(yīng)；可取 （1-1-5）其靈敏度系數(shù)為：K= 金屬導(dǎo)體在受到應(yīng)變作用時(shí)將產(chǎn)生電阻的變化，拉伸時(shí)電阻增大，壓縮時(shí)電阻減小，且與其軸向應(yīng)變成正比。金屬導(dǎo)體的電阻應(yīng)變靈敏度一般在2左右。 (2)、半導(dǎo)體的應(yīng)變靈敏度：主要取決于其壓阻效應(yīng)；dR/R<d。半導(dǎo)體材料之所以

8、具有較大的電阻變化率，是因?yàn)樗羞h(yuǎn)比金屬導(dǎo)體顯著得多的壓阻效應(yīng)。在半導(dǎo)體受力變形時(shí)會(huì)暫時(shí)改變晶體結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，因而改變了半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理，使得它的電阻率發(fā)生變化，這種物理現(xiàn)象稱之為半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng) 。不同材質(zhì)的半導(dǎo)體材料在不同受力條件下產(chǎn)生的壓阻效應(yīng)不同，可以是正（使電阻增大）的或負(fù)（使電阻減?。┑膲鹤栊?yīng)。也就是說，同樣是拉伸變形，不同材質(zhì)的半導(dǎo)體將得到完全相反的電阻變化效果。    半導(dǎo)體材料的電阻應(yīng)變效應(yīng)主要體現(xiàn)為壓阻效應(yīng)，其靈敏度系數(shù)較大，一般在100到200左右。3、貼片式應(yīng)變片應(yīng)用在貼片式工藝的傳感器上普遍應(yīng)用金屬箔式應(yīng)變片，貼片式半導(dǎo)體應(yīng)變片（溫漂、

9、穩(wěn)定性、線性度不好而且易損壞）很少應(yīng)用。一般半導(dǎo)體應(yīng)變采用N型單晶硅為傳感器的彈性元件，在它上面直接蒸鍍擴(kuò)散出半導(dǎo)體電阻應(yīng)變薄膜（擴(kuò)散出敏感柵），制成擴(kuò)散型壓阻式（壓阻效應(yīng)）傳感器。本實(shí)驗(yàn)以金屬箔式應(yīng)變片為研究對(duì)象。4、箔式應(yīng)變片的基本結(jié)構(gòu)金屬箔式應(yīng)變片是在用苯酚、環(huán)氧樹脂等絕緣材料的基板上，粘貼直徑為0.025mm左右的金屬絲或金屬箔制成，如圖1-1-1所示。(a) 絲式應(yīng)變片                   

10、                      (b) 箔式應(yīng)變片圖1-1-1應(yīng)變片結(jié)構(gòu)圖金屬箔式應(yīng)變片就是通過光刻、腐蝕等工藝制成的應(yīng)變敏感元件，與絲式應(yīng)變片工作原理相同。電阻絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻值發(fā)生變化，這就是電阻應(yīng)變效應(yīng)，描述電阻應(yīng)變效應(yīng)的關(guān)系式為： RRK 式中：RR為電阻絲電阻相對(duì)變化，K為應(yīng)變靈敏系數(shù),=L/L為電阻絲長(zhǎng)度相對(duì)變化。5、測(cè)量電路 

11、60; 為了將電阻應(yīng)變式傳感器的電阻變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流信號(hào)，在應(yīng)用中一般采用電橋電路作為其測(cè)量電路。電橋電路具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈敏度高、測(cè)量范圍寬、線性度好且易實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償?shù)葍?yōu)點(diǎn)。能較好地滿足各種應(yīng)變測(cè)量要求，因此在應(yīng)變測(cè)量中得到了廣泛的應(yīng)用。電橋電路按其工作方式分有單臂、雙臂和全橋三種，單臂工作輸出信號(hào)最小、線性、穩(wěn)定性較差；雙臂輸出是單臂的兩倍，性能比單臂有所改善；全橋工作時(shí)的輸出是單臂時(shí)的四倍，性能最好。因此，為了得到較大的輸出電壓信號(hào)一般都采用雙臂或全橋工作?；倦娐啡鐖D1-1-2（a）、（b）、（c）所示。（a）單臂 （b）半橋 （c）全橋圖1-1-2 應(yīng)變片測(cè)量電路（a）、單臂UoU

12、U(R1R1)(R1R1R5)R7(R7R6)E（R7R6）（R1R1）R7（R5R1R1）（R5R1R1）（R7R6）E設(shè)R1R5R6R7，且R1R1RR1，RRK，K為靈敏度系數(shù)。則Uo(14)(R1R1)E(14)(RR)E(14)KE(b)、雙臂(半橋)同理:Uo(12)(RR)E(12)KE(C)、全橋同理:Uo(RR)EKE6、箔式應(yīng)變片單臂電橋?qū)嶒?yàn)原理圖 圖1-1-3 應(yīng)變片單臂電橋性能實(shí)驗(yàn)原理圖圖中R5、R6、R7為350固定電阻，R1為應(yīng)變片； RW1和R8組成電橋調(diào)平衡網(wǎng)絡(luò)，E為供橋電源±4V。橋路輸出電壓Uo(14)(R4R4)E(14)(RR)E(14)KE

13、。差動(dòng)放大器輸出為Vo。三、 需用器件與單元主機(jī)箱中的±2V±10V（步進(jìn)可調(diào)）直流穩(wěn)壓電源、±15V直流穩(wěn)壓電源、電壓表；應(yīng)變式傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、托盤、砝碼； 4位數(shù)顯萬用表（自備）。四、實(shí)驗(yàn)步驟：應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０逭f明：應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０逵蓱?yīng)變式雙孔懸臂梁載荷傳感器（稱重傳感器）、加熱器+5V電源輸入口、多芯插頭、應(yīng)變片測(cè)量電路、差動(dòng)放大器組成。實(shí)驗(yàn)?zāi)０逯械腞1(傳感器的左下)、R2(傳感器的右下)、R3(傳感器的右上)、R4(傳感器的左上)為稱重傳感器上的應(yīng)變片輸出口；沒有文字標(biāo)記的5個(gè)電阻符號(hào)是空的無實(shí)體，其中4個(gè)電阻符號(hào)組成電橋模型是為電路初學(xué)者組成電橋接

14、線方便而設(shè)；R5、R6、R7是350固定電阻，是為應(yīng)變片組成單臂電橋、雙臂電橋（半橋）而設(shè)的其它橋臂電阻。1、將托盤安裝到傳感器上，如圖1-1-4所示。圖1-1-4 傳感器托盤安裝示意圖2、測(cè)量應(yīng)變片的阻值：當(dāng)傳感器的托盤上無重物時(shí)，分別測(cè)量應(yīng)變片R1、R2、R3、R4的阻值。在傳感器的托盤上放置10只砝碼后再分別測(cè)量R1、R2、R3、R4的阻值變化，分析應(yīng)變片的受力情況（受拉的應(yīng)變片：阻值變大，受壓的應(yīng)變片：阻值變小。）。圖1-1-5測(cè)量應(yīng)變片的阻值示意圖3、實(shí)驗(yàn)?zāi)０逯械牟顒?dòng)放大器調(diào)零：按圖1-1-6示意接線，將主機(jī)箱上的電壓表量程切換開關(guān)切換到2V檔，檢查接線無誤后合上主機(jī)箱電源開關(guān)；調(diào)節(jié)

15、放大器的增益電位器RW3合適位置(先順時(shí)針輕輕轉(zhuǎn)到底，再逆時(shí)針回轉(zhuǎn)1圈)后，再調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)?zāi)０宸糯笃鞯恼{(diào)零電位器RW4，使電壓表顯示為零。圖1-1-6差動(dòng)放在器調(diào)零接線示意圖4、應(yīng)變片單臂電橋?qū)嶒?yàn)：關(guān)閉主機(jī)箱電源，按圖1-1-7示意圖接線，將±2V±10V可調(diào)電源調(diào)節(jié)到±4V檔。檢查接線無誤后合上主機(jī)箱電源開關(guān)，調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳系臉蚵菲胶怆娢黄鱎W1，使主機(jī)箱電壓表顯示為零；在傳感器的托盤上依次增加放置一只20g砝碼(盡量靠近托盤的中心點(diǎn)放置)，讀取相應(yīng)的數(shù)顯表電壓值，記下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入表1。圖1-1-7應(yīng)變片單臂電橋?qū)嶒?yàn)接線示意圖表1-1 應(yīng)變片單臂電橋性能實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)重量

16、(g)0電壓(mV)05、根據(jù)表1數(shù)據(jù)作出曲線并計(jì)算系統(tǒng)靈敏度SV/W（V輸出電壓變化量，W重量變化量）和非線性誤差，=m/yFS ×100式中m為輸出值（多次測(cè)量時(shí)為平均值）與擬合直線的最大偏差：yFS滿量程輸出平均值，此處為200g。實(shí)驗(yàn)1-2應(yīng)變片半橋性能實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私鈶?yīng)變片半橋（雙臂）工作特點(diǎn)及性能。二、 基本原理應(yīng)變片基本原理參閱實(shí)驗(yàn)一。應(yīng)變片半橋特性實(shí)驗(yàn)原理如圖1-2-1所示。不同應(yīng)力方向的兩片應(yīng)變片接入電橋作為鄰邊，輸出靈敏度提高，非線性得到改善。其橋路輸出電壓Uo(12)(RR)E(12)KE 。圖1-2-1 應(yīng)變片半橋特性實(shí)驗(yàn)原理圖三、 需用器件與單元主機(jī)箱

17、中的±2V±10V（步進(jìn)可調(diào)）直流穩(wěn)壓電源、±15V直流穩(wěn)壓電源、電壓表；應(yīng)變式傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、托盤、砝碼。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、按實(shí)驗(yàn)1（單臂電橋性能實(shí)驗(yàn)）中的步驟1和步驟3實(shí)驗(yàn)。圖1-2-2 應(yīng)變片半橋?qū)嶒?yàn)接線示意圖 2、關(guān)閉主機(jī)箱電源，除將圖1-1-7改成圖1-2-2示意圖接線外，其它按實(shí)驗(yàn)一中的步驟4實(shí)驗(yàn)。讀取相應(yīng)的數(shù)顯表電壓值，填入表1-2中。表1-2 應(yīng)變片半橋?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù)重量(g)0電壓(mV)03、根據(jù)表2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出實(shí)驗(yàn)曲線，計(jì)算靈敏度SV/W，非線性誤差。實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉電源。實(shí)驗(yàn)1-3 應(yīng)變片全橋性能實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私鈶?yīng)變片全橋工作特點(diǎn)及性能。二、

18、基本原理應(yīng)變片基本原理參閱實(shí)驗(yàn)1。應(yīng)變片全橋特性實(shí)驗(yàn)原理如圖1-3-1所示。應(yīng)變片全橋測(cè)量電路中，將應(yīng)力方向相同的兩應(yīng)變片接入電橋?qū)?，相反的?yīng)變片接入電橋鄰邊。當(dāng)應(yīng)變片初始阻值：R1R2R3R4，其變化值R1R2R3R4時(shí)，其橋路輸出電壓Uo(RR)EKE。其輸出靈敏度比半橋又提高了一倍，非線性得到改善。圖1-3-1應(yīng)變片全橋特性實(shí)驗(yàn)接線示意圖三、 需用器件和單元主機(jī)箱中的±2V±10V（步進(jìn)可調(diào)）直流穩(wěn)壓電源、±15V直流穩(wěn)壓電源、電壓表；應(yīng)變式傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、托盤、砝碼。四、實(shí)驗(yàn)步驟：實(shí)驗(yàn)步驟與方法（除了按圖1-3-2示意接線外）參照實(shí)驗(yàn)二，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入表

19、3作出實(shí)驗(yàn)曲線并進(jìn)行靈敏度和非線性誤差計(jì)算。實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉電源。圖1-3-2 應(yīng)變片全橋性能實(shí)驗(yàn)接線示意圖表1-3全橋性能實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)重量(g)電壓(mV)實(shí)驗(yàn)1-4 應(yīng)變式電子秤驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)一 、實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼撟C同學(xué)自己設(shè)計(jì)的應(yīng)變式電子秤，分析影響測(cè)試的因素，并提出解決辦法。二 、基本原理同學(xué)依據(jù)自己的設(shè)計(jì)方案，提出應(yīng)變式電子秤原理。三、需要器件與單元同學(xué)依據(jù)自己的設(shè)計(jì)方案，選用本組前三個(gè)實(shí)驗(yàn)提供的器件。同時(shí)，本實(shí)驗(yàn)還提加熱電源等元件。四、實(shí)驗(yàn)步驟(1) 搭建實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，測(cè)試敏感元件特性同學(xué)依據(jù)自己的設(shè)計(jì)方案，搭建實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。測(cè)試選定敏感元件特性。(2) 測(cè)試應(yīng)變式電子秤性能同學(xué)將應(yīng)用搭建的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，測(cè)試標(biāo)

20、準(zhǔn)砝碼。分析準(zhǔn)確度、量程等與那些參數(shù)有關(guān)。分析哪些因素會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果有影響，如何解決。若條件許可，論證解決辦法?；陧?xiàng)目的課程實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目任務(wù)書項(xiàng)目二 振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)及驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)一 項(xiàng)目要求振動(dòng)通常用來判定機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)行狀況或者機(jī)械系統(tǒng)的某些特性，因此，振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用。本項(xiàng)目要求同學(xué)們應(yīng)用電感式傳感器作為敏感元件，設(shè)計(jì)一個(gè)振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證自己的設(shè)計(jì)。驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的振動(dòng)源為實(shí)驗(yàn)室的振動(dòng)發(fā)生器。要求同學(xué)們?cè)O(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)能夠測(cè)出振動(dòng)發(fā)生器的頻率與幅值。 二 項(xiàng)目目的通過該項(xiàng)目的實(shí)施，讓學(xué)生在了解差動(dòng)電感傳感器(差動(dòng)變壓器)的原理和特性的基礎(chǔ)上，掌握基于電感式傳感器的測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、實(shí)施和驗(yàn)

21、證方法。培養(yǎng)學(xué)生分析測(cè)試任務(wù)、測(cè)試傳感元件、設(shè)計(jì)和搭建測(cè)試系統(tǒng)、消除干擾及影響因素的能力，從而提高學(xué)生設(shè)計(jì)和制備基于傳感器的測(cè)試系統(tǒng)的能力。三 項(xiàng)目任務(wù)分解(1) 任務(wù)分析及草案設(shè)計(jì)(課外完成)學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)，對(duì)項(xiàng)目任務(wù)進(jìn)行分析并進(jìn)行測(cè)試系統(tǒng)草案設(shè)計(jì)。(2) 元器件特性測(cè)試 (4學(xué)時(shí))對(duì)元器件特性進(jìn)行測(cè)試并對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。包含實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：差動(dòng)變壓器的性能實(shí)驗(yàn) 差動(dòng)變壓器零點(diǎn)殘余電壓補(bǔ)償實(shí)驗(yàn) 差動(dòng)變壓器測(cè)位移實(shí)驗(yàn)(3) 測(cè)試系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)(課外完成)學(xué)生依據(jù)元器件特性測(cè)試的數(shù)據(jù)和所選定元器件，進(jìn)行測(cè)試系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)。分析可能的干擾和影響因素，提出消除方法。(4) 測(cè)試系統(tǒng)搭建及驗(yàn)證(2學(xué)時(shí))依據(jù)

22、詳細(xì)設(shè)計(jì)方案，搭建測(cè)試系統(tǒng)并進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。包含實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)(5) 撰寫項(xiàng)目總結(jié)報(bào)告(課外完成)總結(jié)項(xiàng)目工作，完成項(xiàng)目報(bào)告。報(bào)告內(nèi)容應(yīng)當(dāng)包括：項(xiàng)目任務(wù)、任務(wù)分析、方案設(shè)計(jì)、元器件特性分析與選擇、項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)與分析、結(jié)論等內(nèi)容?；陧?xiàng)目的課程實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書項(xiàng)目二 振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)及驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)2-1 差動(dòng)變壓器的性能實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私獠顒?dòng)變壓器的工作原理和特性。二、 基本原理差動(dòng)變壓器的工作原理電磁互感原理。差動(dòng)變壓器的結(jié)構(gòu)如圖2-1-1所示，由一個(gè)一次繞組1和二個(gè)二次繞組2、3及一個(gè)銜鐵4組成。差動(dòng)變壓器一、二次繞組間的耦合能隨銜鐵的移動(dòng)而變化，即繞組間的互感隨被

23、測(cè)位移改變而變化。由于把二個(gè)二次繞組反向串接（同名端相接），以差動(dòng)電勢(shì)輸出，所以把這種傳感器稱為差動(dòng)變壓器式電感傳感器，通常簡(jiǎn)稱差動(dòng)變壓器。當(dāng)差動(dòng)變壓器工作在理想情況下（忽略渦流損耗、磁滯損耗和分布電容等影響），它的等效電路如圖2-1-2所示。圖中U1為一次繞組激勵(lì)電壓；M1、M2分別為一次繞組與兩個(gè)二次繞組間的互感：L1、R1分別為一次繞組的電感和有效電阻；L21、L22分別為兩個(gè)二次繞組的電感；R21、R22分別為兩個(gè)二次繞組的有效電阻。對(duì)于差動(dòng)變壓器，當(dāng)銜鐵處于中間位置時(shí)，兩個(gè)二次繞組互感相同，因而由一次側(cè)激勵(lì)引起的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相同。由于兩個(gè)二次繞組反向串接，所以差動(dòng)輸出電動(dòng)勢(shì)為零。當(dāng)銜鐵

24、移向二次繞組L21，這時(shí)互感M1大，M2小，圖2-1-1差動(dòng)變壓器的結(jié)構(gòu)示意圖 圖2-1-2差動(dòng)變壓器的等效電路圖因而二次繞組L21內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大于二次繞組L22內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這時(shí)差動(dòng)輸出電動(dòng)勢(shì)不為零。在傳感器的量程內(nèi)，銜鐵位移越大，差動(dòng)輸出電動(dòng)勢(shì)就越大。同樣道理，當(dāng)銜鐵向二次繞組L22一邊移動(dòng)差動(dòng)輸出電動(dòng)勢(shì)仍不為零，但由于移動(dòng)方向改變，所以輸出電動(dòng)勢(shì)反相。因此通過差動(dòng)變壓器輸出電動(dòng)勢(shì)的大小和相位可以知道銜鐵位移量的大小和方向。由圖2-1-2可以看出一次繞組的電流為：二次繞組的感應(yīng)動(dòng)勢(shì)為： 由于二次繞組反向串接，所以輸出總電動(dòng)勢(shì)為：其有效值為：差動(dòng)變壓器的輸出特性曲線如圖2-1-3所

25、示.圖中E21、E22分別為兩個(gè)二次繞組的輸出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，E2為差動(dòng)輸出電動(dòng)勢(shì)，x表示銜鐵偏離中心位置的距離。其中E2的實(shí)線表示理想的輸出特性，而虛線部分表示實(shí)際的輸出特性。E0為零點(diǎn)殘余電動(dòng)勢(shì)，這是由于差動(dòng)變壓器制作上的不對(duì)稱以及鐵心位置等因素所造成的。零點(diǎn)殘余電動(dòng)勢(shì)的存在，使得傳感器的輸出特性在零點(diǎn)附近不靈敏，給測(cè)量帶來誤差，此值的大小是衡量差動(dòng)變壓器性能好壞的重要指標(biāo)。為了減小零點(diǎn)殘余電動(dòng)勢(shì)可采取以下方法：圖2-1-3  差動(dòng)變壓器輸出特性1、盡可能保證傳感器幾何尺寸、線圈電氣參數(shù)及磁路的對(duì)稱。磁性材料要經(jīng)過處理，消除內(nèi)部的殘余應(yīng)力，使其性能均勻穩(wěn)定。2、選用合適的測(cè)量電路，如

26、采用相敏整流電路。既可判別銜鐵移動(dòng)方向又可改善輸出特性，減小零點(diǎn)殘余電動(dòng)勢(shì)。 3、采用補(bǔ)償線路減小零點(diǎn)殘余電動(dòng)勢(shì)。圖2-1-4是其中典型的幾種減小零點(diǎn)殘余電動(dòng)勢(shì)的補(bǔ)償電路。在差動(dòng)變壓器的線圈中串、并適當(dāng)數(shù)值的電阻電容元件，當(dāng)調(diào)整W1、W2時(shí)，可使零點(diǎn)殘余電動(dòng)勢(shì)減小。(a) (b) (c)圖2-1-4  減小零點(diǎn)殘余電動(dòng)勢(shì)電路三、需用器件與單元：主機(jī)箱中的±15V直流穩(wěn)壓電源、音頻振蕩器；差動(dòng)變壓器、差動(dòng)變壓器實(shí)驗(yàn)?zāi)０濉y(cè)微頭、雙蹤示波器。四、實(shí)驗(yàn)步驟：附：測(cè)微頭的組成與使用測(cè)微頭組成和讀數(shù)如圖2-1-5測(cè)微頭讀數(shù)圖圖2-1-5測(cè)位頭組成與讀數(shù)測(cè)微頭組成： 測(cè)微頭由不可動(dòng)部分

27、安裝套、軸套和可動(dòng)部分測(cè)桿、微分筒、微調(diào)鈕組成。測(cè)微頭讀數(shù)與使用：測(cè)微頭的安裝套便于在支架座上固定安裝，軸套上的主尺有兩排刻度線，標(biāo)有數(shù)字的是整毫米刻線(1mm格)，另一排是半毫米刻線(0.5mm格)；微分筒前部圓周表面上刻有50等分的刻線(0.01mm格)。用手旋轉(zhuǎn)微分筒或微調(diào)鈕時(shí)，測(cè)桿就沿軸線方向進(jìn)退。微分筒每轉(zhuǎn)過1格，測(cè)桿沿軸方向移動(dòng)微小位移0.01mm，這也叫測(cè)微頭的分度值。測(cè)微頭的讀數(shù)方法是先讀軸套主尺上露出的刻度數(shù)值，注意半毫米刻線；再讀與主尺橫線對(duì)準(zhǔn)微分筒上的數(shù)值、可以估讀110分度，如圖11-5甲讀數(shù)為3.678mm，不是3.178mm；遇到微分筒邊緣前端與主尺上某條刻線重合時(shí)

28、，應(yīng)看微分筒的示值是否過零，如圖2-1-5乙已過零則讀2.514mm；如圖2-1-5丙未過零，則不應(yīng)讀為2mm，讀數(shù)應(yīng)為1.980mm。測(cè)微頭使用：測(cè)微頭在實(shí)驗(yàn)中是用來產(chǎn)生位移并指示出位移量的工具。一般測(cè)微頭在使用前，首先轉(zhuǎn)動(dòng)微分筒到10mm處(為了保留測(cè)桿軸向前、后位移的余量)，再將測(cè)微頭軸套上的主尺橫線面向自己安裝到專用支架座上，移動(dòng)測(cè)微頭的安裝套(測(cè)微頭整體移動(dòng))使測(cè)桿與被測(cè)體連接并使被測(cè)體處于合適位置(視具體實(shí)驗(yàn)而定)時(shí)再擰緊支架座上的緊固螺釘。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微頭的微分筒時(shí)，被測(cè)體就會(huì)隨測(cè)桿而位移。1、差動(dòng)變壓器、測(cè)微頭及實(shí)驗(yàn)?zāi)０灏磮D2-1-6示意安裝、接線。實(shí)驗(yàn)?zāi)０逯械腖1為差動(dòng)變壓器的初

29、級(jí)線圈，L2、L3為次級(jí)線圈，號(hào)為同名端；L1的激勵(lì)電壓必須從主機(jī)箱中音頻振蕩器的Lv端子引入。檢查接線無誤后合上主機(jī)箱電源開關(guān)，調(diào)節(jié)音頻振蕩器的頻率為4kHz5kHz、幅度為峰峰值Vp-p2V作為差動(dòng)變壓器初級(jí)線圈的激勵(lì)電壓(示波器設(shè)置提示：觸發(fā)源選擇內(nèi)觸發(fā)CH1、水平掃描速度TIME/DIV 在0.1mS10µS范圍內(nèi)選擇、觸發(fā)方式選擇AUTO 。垂直顯示方式為雙蹤顯示DUAL、垂直輸入耦合方式選擇交流耦合AC、CH1靈敏度VOLTS/DIV在0.5V1V范圍內(nèi)選擇、CH2靈敏度VOLTS/DIV在0.1V50mV范圍內(nèi)選擇)。圖2-1-6差動(dòng)變壓器性能實(shí)驗(yàn)安裝、接線示意圖2、差

30、動(dòng)變壓器的性能實(shí)驗(yàn)：使用測(cè)微頭時(shí)，當(dāng)來回調(diào)節(jié)微分筒使測(cè)桿產(chǎn)生位移的過程中本身存在機(jī)械回程差，為消除這種機(jī)械回差可用如下a、b兩種方法實(shí)驗(yàn)，建議用b方法可以檢測(cè)到差動(dòng)變壓器零點(diǎn)殘余電壓附近的死區(qū)范圍。a、調(diào)節(jié)測(cè)微頭的微分筒(0.01mm/每小格)，使微分筒的0刻度線對(duì)準(zhǔn)軸套的10mm 刻度線。松開安裝測(cè)微頭的緊固螺釘，移動(dòng)測(cè)微頭的安裝套使示波器第二通道顯示的波形Vp-p(峰峰值)為較小值(越小越好，變壓器鐵芯大約處在中間位置)時(shí)，擰緊緊固螺釘。仔細(xì)調(diào)節(jié)測(cè)微頭的微分筒使示波器第二通道顯示的波形Vp-p為最小值(零點(diǎn)殘余電壓)并定為位移的相對(duì)零點(diǎn)。這時(shí)可假設(shè)其中一個(gè)方向?yàn)檎灰?，另一個(gè)方向位移為負(fù)，

31、從Vp-p最小開始旋動(dòng)測(cè)微頭的微分筒，每隔X=0.2mm(可取30點(diǎn)值)從示波器上讀出輸出電壓Vp-p值，填入下表4，再將測(cè)位頭位移退回到Vp-p最小處開始反方向(也取30點(diǎn)值)做相同的位移實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)過程中請(qǐng)注意：從Vp-p最小處決定位移方向后，測(cè)微頭只能按所定方向調(diào)節(jié)位移，中途不允許回調(diào)，否則，由于測(cè)微頭存在機(jī)械回差而引起位移誤差；所以，實(shí)驗(yàn)時(shí)每點(diǎn)位移量須仔細(xì)調(diào)節(jié)，絕對(duì)不能調(diào)節(jié)過量，如過量則只好剔除這一點(diǎn)粗大誤差繼續(xù)做下一點(diǎn)實(shí)驗(yàn)或者回到零點(diǎn)重新做實(shí)驗(yàn)。當(dāng)一個(gè)方向行程實(shí)驗(yàn)結(jié)束，做另一方向時(shí)，測(cè)微頭回到Vp-p最小處時(shí)它的位移讀數(shù)有變化(沒有回到原來起始位置)是正常的，做實(shí)驗(yàn)時(shí)位移取相對(duì)變化量

32、X為定值，與測(cè)微頭的起始點(diǎn)定在哪一根刻度線上沒有關(guān)系，只要中途測(cè)微頭微分筒不回調(diào)就不會(huì)引起機(jī)械回程誤差。*b、調(diào)節(jié)測(cè)微頭的微分筒(0.01mm/每小格)，使微分筒的0刻度線對(duì)準(zhǔn)軸套的10mm 刻度線。松開安裝測(cè)微頭的緊固螺釘，移動(dòng)測(cè)微頭的安裝套使示波器第二通道顯示的波形Vp-p(峰峰值)為較小值(越小越好，變壓器鐵芯大約處在中間位置)時(shí)，擰緊緊固螺釘，再順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微頭的微分筒12圈，記錄此時(shí)的測(cè)微頭讀數(shù)和示波器CH2通道顯示的波形Vp-p(峰峰值)值為實(shí)驗(yàn)起點(diǎn)值。以后，反方向(逆時(shí)針方向) 調(diào)節(jié)測(cè)微頭的微分筒，每隔X=0.2mm(可取6070點(diǎn)值)從示波器上讀出輸出電壓Vp-p值，填入表

33、11(這樣單行程位移方向做實(shí)驗(yàn)可以消除測(cè)微頭的機(jī)械回差)。3、根據(jù)表2-1數(shù)據(jù)畫出XVp-p曲線并找出差動(dòng)變壓器的零點(diǎn)殘余電壓。表2-1差動(dòng)變壓器性能實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)X(mm)Vp-p(mV)實(shí)驗(yàn)2-2 差動(dòng)變壓器零點(diǎn)殘余電壓補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私獠顒?dòng)變壓器零點(diǎn)殘余電壓概念及補(bǔ)償方法。二、 基本原理由于差動(dòng)變壓器次級(jí)兩線圈的等效參數(shù)不對(duì)稱，初級(jí)線圈的縱向排列的不均勻性，鐵芯BH特性的非線性等，造成鐵芯(銜鐵) 無論處于線圈的什么位置其輸出電壓并不為零，其最小輸出值稱為零點(diǎn)殘余電壓。在實(shí)驗(yàn)1(差動(dòng)變壓器的性能實(shí)驗(yàn))中已經(jīng)得到了零點(diǎn)殘余電壓，用差動(dòng)變壓器測(cè)量位移應(yīng)用時(shí)一般要對(duì)其零點(diǎn)殘余電壓進(jìn)行補(bǔ)償。本

34、實(shí)驗(yàn)采用實(shí)驗(yàn)1基本原理中(（c）補(bǔ)償線路減小零點(diǎn)殘余電壓。三、 需用器件與單元主機(jī)箱中的±15V直流穩(wěn)壓電源、音頻振蕩器；測(cè)微頭、差動(dòng)變壓器、差動(dòng)變壓器實(shí)驗(yàn)?zāi)０濉㈦p蹤示波器。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、根據(jù)圖2-2接線，差動(dòng)變壓器原邊激勵(lì)電壓從音頻振蕩器的LV插口引入，實(shí)驗(yàn)?zāi)０逯械腞1 、C1 、RW1 、RW2為交流電橋調(diào)平衡網(wǎng)絡(luò)。2、檢查接線無誤后合上主機(jī)箱電源開關(guān)，用示波器CH1通道監(jiān)測(cè)并調(diào)節(jié)主機(jī)箱音頻振蕩器LV輸出頻率為4kHz5kHz左右、幅值為2V峰峰值的激勵(lì)電壓。3、調(diào)整測(cè)微頭，使放大器輸出電壓（用示波器CH2通道監(jiān)測(cè)）最小。4、依次交替調(diào)節(jié)RW1、RW2，使放大器輸出電壓進(jìn)一步降

35、至最小。圖2-2 零點(diǎn)殘余電壓補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)接線示意圖5、從示波器上觀察，（注：這時(shí)的零點(diǎn)殘余電壓是經(jīng)放大后的零點(diǎn)殘余電壓，所以經(jīng)補(bǔ)償后的零點(diǎn)殘余電壓：V零點(diǎn)p-p= ，K是放大倍數(shù)約為7倍左右。）差動(dòng)變壓器的零點(diǎn)殘余電壓值（峰峰值）與實(shí)驗(yàn)1差動(dòng)變壓器的性能實(shí)驗(yàn))中的零點(diǎn)殘余電壓比較是否小很多。實(shí)驗(yàn)2-3 差動(dòng)變壓器測(cè)位移實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私獠顒?dòng)變壓器測(cè)位移時(shí)的應(yīng)用方法二、 基本原理差動(dòng)變壓器的工作原理參閱實(shí)驗(yàn)1（差動(dòng)變壓器的性能實(shí)驗(yàn)）。差動(dòng)變壓器在應(yīng)用時(shí)要想法消除零點(diǎn)殘余電動(dòng)勢(shì)和死區(qū)，選用合適的測(cè)量電路，如采用相敏檢波電路，既可判別銜鐵移動(dòng)（位移）方向又可改善輸出特性，消除測(cè)量范圍內(nèi)的死區(qū)。圖2

36、-3-1是差動(dòng)變壓器測(cè)位移原理框圖。圖2-3-1差動(dòng)變壓器測(cè)位移原理框圖 三、 需用器件與單元主機(jī)箱中的±2V±10V（步進(jìn)可調(diào)）直流穩(wěn)壓電源、±15V直流穩(wěn)壓電源、音頻振蕩器、電壓表；差動(dòng)變壓器、差動(dòng)變壓器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、移相?相敏檢波器/低通濾波器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?；測(cè)微頭、雙蹤示波器。四、實(shí)驗(yàn)步驟：1、相敏檢波器電路調(diào)試：將主機(jī)箱的音頻振蕩器的幅度調(diào)到最小（幅度旋鈕逆時(shí)針輕輕轉(zhuǎn)到底），將±2V±10V可調(diào)電源調(diào)節(jié)到±2V檔，再按圖2-3-2示意接線，檢查接線無誤后合上主機(jī)箱電源開關(guān)，調(diào)節(jié)音頻振蕩器頻率f=5kHz，峰峰值Vp-p=5V（用示波

37、器測(cè)量。提示：正確選擇雙蹤示波器的“觸發(fā)”方式及其它設(shè)置，觸發(fā)源選擇內(nèi)觸發(fā)CH1、水平掃描速度TIME/DIV 在0.1mS10µS范圍內(nèi)選擇、觸發(fā)方式選擇AUTO ；垂直顯示方式為雙蹤顯示DUAL、垂直輸入耦合方式選擇直流耦合DC、靈敏度VOLTS/DIV在1V5V范圍內(nèi)選擇。當(dāng)CH1、CH2輸入對(duì)地短接時(shí)移動(dòng)光跡線居中后再去測(cè)量波形。）調(diào)節(jié)相敏檢波器的電位器鈕使示波器顯示幅值相等、相位相反的兩個(gè)波形。到此，相敏檢波器電路已調(diào)試完畢，以后不要觸碰這個(gè)電位器鈕。關(guān)閉電源。圖2-3-2相敏檢波器電路調(diào)試接線示意圖1、 調(diào)節(jié)測(cè)微頭的微分筒，使微分筒的0刻度值與軸套上的10mm刻度值對(duì)準(zhǔn)。

38、按圖2-3-3示意圖安裝、接線。將音頻振蕩器幅度調(diào)節(jié)到最?。ǚ刃o逆時(shí)針輕轉(zhuǎn)到底）；電壓表的量程切換開關(guān)切到20V檔。檢查接線無誤后合上主機(jī)箱電源開關(guān)。圖2-3-3差動(dòng)變壓器測(cè)位移組成、接線示意圖3、調(diào)節(jié)音頻振蕩器頻率f=5KHz、幅值Vp-p=2V（用示波器監(jiān)測(cè)）。4、松開測(cè)微頭安裝孔上的緊固螺釘。順著差動(dòng)變壓器銜鐵的位移方向移動(dòng)測(cè)微頭的安裝套（左、右方向都可以），使差動(dòng)變壓器銜鐵明顯偏離L1初級(jí)線圈的中點(diǎn)位置，再調(diào)節(jié)移相器的移相電位器使相敏檢波器輸出為全波整流波形（示波器CH2的靈敏度VOLTS/DIV在1V50mV范圍內(nèi)選擇監(jiān)測(cè)）。再慢悠悠仔細(xì)移動(dòng)測(cè)微頭的安裝套，使相敏檢波器輸出波形幅

39、值盡量為最小（盡量使銜鐵處在L1初級(jí)線圈的中點(diǎn)位置）并擰緊測(cè)微頭安裝孔的緊固螺釘。5、調(diào)節(jié)差動(dòng)變壓器實(shí)驗(yàn)?zāi)０逯械腞W1、RW2（二者配合交替調(diào)節(jié)）使相敏檢波器輸出波形趨于水平線（可相應(yīng)調(diào)節(jié)示波器量程檔觀察）并且電壓表顯示趨于0V。6、調(diào)節(jié)測(cè)微頭的微分筒，每隔X=0.2mm從電壓表上讀取低通濾波器輸出的電壓值，填入下表2-3。表2-3差動(dòng)變壓器測(cè)位移實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)X(mm)-0.200.2V(mV)07、根據(jù)表2-3數(shù)據(jù)作出實(shí)驗(yàn)曲線并截取線性比較好的線段計(jì)算靈敏度S=VX與線性度及測(cè)量范圍。實(shí)驗(yàn)2-4 振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)一 、實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼撟C同學(xué)自己設(shè)計(jì)的振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，分析影響測(cè)試的因素，并提出解決辦法

40、。二 、基本原理同學(xué)依據(jù)自己的設(shè)計(jì)方案，提出振動(dòng)特性測(cè)試原理。三、需要器件與單元同學(xué)依據(jù)自己的設(shè)計(jì)方案，選用本組前三個(gè)實(shí)驗(yàn)提供的器件。同時(shí)，本實(shí)驗(yàn)還提供振動(dòng)發(fā)生器。四、實(shí)驗(yàn)步驟(1) 搭建實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)同學(xué)依據(jù)自己的設(shè)計(jì)方案，搭建實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。對(duì)試驗(yàn)系統(tǒng)各項(xiàng)性能進(jìn)行檢測(cè)。(2) 振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)特性實(shí)驗(yàn)同學(xué)將將測(cè)試系統(tǒng)和振動(dòng)發(fā)生器(振動(dòng)源)進(jìn)行組合。驗(yàn)證振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，獲取振動(dòng)測(cè)試波形，與振動(dòng)發(fā)生器參數(shù)比較。分析影響測(cè)試的因素，提出解決辦法。若條件許可，論證解決辦法?；陧?xiàng)目的課程實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目任務(wù)書項(xiàng)目三 玻璃透光特性測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)及驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)一 項(xiàng)目要求透光特性是電子顯示設(shè)備專用玻璃的重要性能指標(biāo)。要求同學(xué)們根據(jù)所

41、學(xué)的傳感與測(cè)試技術(shù)相關(guān)知識(shí)，設(shè)計(jì)一個(gè)玻璃透光特性測(cè)試系統(tǒng)，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證自己的設(shè)計(jì)方案。玻璃透光特性測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)能夠測(cè)試被測(cè)玻璃對(duì)不同顏色(波長(zhǎng))可視光的透過率，并通過已知透光特性的玻璃進(jìn)行驗(yàn)證，誤差不超過5%。測(cè)試光的顏色分別為：紅（650nm）、橙（610nm）、黃（570nm）、綠（530nm）、青（480nm）、藍(lán)（450nm）、紫（400nm）。 二 項(xiàng)目目的通過該項(xiàng)目的實(shí)施，讓學(xué)生在了解常用光學(xué)傳感器的原理和特性的基礎(chǔ)上，掌握基于光學(xué)傳感器的測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、實(shí)施和驗(yàn)證方法。培養(yǎng)學(xué)生分析測(cè)試任務(wù)、選用傳感元件、設(shè)計(jì)和搭建測(cè)試系統(tǒng)、消除干擾及影響因素的能力，從而提高學(xué)生設(shè)計(jì)和制備基于傳

42、感器的測(cè)試系統(tǒng)的能力。三 項(xiàng)目任務(wù)分解(1) 任務(wù)分析及草案設(shè)計(jì)(課外完成)學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)，對(duì)項(xiàng)目任務(wù)進(jìn)行分析并進(jìn)行測(cè)試系統(tǒng)草案設(shè)計(jì)。(2) 元器件特性測(cè)試及選擇(4學(xué)時(shí))對(duì)元器件特性進(jìn)行測(cè)試并對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析，依據(jù)分析結(jié)果選擇元器件。包含實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：發(fā)光二極管的照度標(biāo)定實(shí)驗(yàn) 光敏電阻特性實(shí)驗(yàn) 硅光電池特性實(shí)驗(yàn)(3) 測(cè)試系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)(課外完成)學(xué)生依據(jù)元器件特性測(cè)試的數(shù)據(jù)和所選定元器件，進(jìn)行測(cè)試系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)。分析可能的干擾和影響因素，提出消除方法。(4) 測(cè)試系統(tǒng)搭建及驗(yàn)證(2學(xué)時(shí))依據(jù)詳細(xì)設(shè)計(jì)方案，搭建測(cè)試系統(tǒng)并進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。包含實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：玻璃透光特性驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)(5) 撰

43、寫項(xiàng)目總結(jié)報(bào)告(課外完成)總結(jié)項(xiàng)目工作，完成項(xiàng)目報(bào)告。報(bào)告內(nèi)容應(yīng)當(dāng)包括：項(xiàng)目任務(wù)、任務(wù)分析、方案設(shè)計(jì)、元器件特性分析與選擇、項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)與分析、結(jié)論等內(nèi)容。 基于項(xiàng)目的課程實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書項(xiàng)目三 玻璃透光特性測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)及驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)3-1 發(fā)光二極管的照度標(biāo)定實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私獍l(fā)光二極管的工作原理；作出工作電流與光照度的對(duì)應(yīng)關(guān)系及工作電壓與光照度的對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線，為以后實(shí)驗(yàn)提供光源照度所需的輸入電壓或輸入電流作依據(jù)。二、 基本原理三、 圖3-1-1 發(fā)光二極管的工作原理半導(dǎo)體發(fā)光二極管筒稱LED。它是由族化合物，如GaAs（砷化鎵）、GaP（磷化鎵）、GaAsP（磷砷化鎵）等半導(dǎo)體制成的，其核心

44、是PN結(jié)。因此它具有一般二極管的正向?qū)ǎ环聪蚪刂?、擊穿特性。此外，在一定條件下，它還具有發(fā)光特性。其發(fā)光原理如圖3-11所示，當(dāng)加上正向激勵(lì)電壓或電流時(shí)，在外電場(chǎng)作用下，在PN結(jié)附近產(chǎn)生導(dǎo)帶電子和價(jià)帶空穴，電子由N區(qū)注入P區(qū)，空穴由P區(qū)注入N區(qū)，進(jìn)入對(duì)方區(qū)域的少數(shù)載流子（少子）一部分與多數(shù)載流子（多子）復(fù)合而發(fā)光。假設(shè)發(fā)光是在P區(qū)中發(fā)生的，那么注入的電子與價(jià)帶空穴直接復(fù)合而發(fā)光，或者先被發(fā)光中心捕獲后，再與空穴復(fù)合發(fā)光。四、 需用器件與單元主機(jī)箱中的020mA可調(diào)恒流源、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)024V電源、電流表、電壓表、照度表；照度計(jì)探頭；發(fā)光二極管；遮光筒。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、按圖3-12A配置接線，接線

45、注意、極性。圖3-1-2A 發(fā)光二極管工作電流與光照度的對(duì)應(yīng)關(guān)系實(shí)驗(yàn)接線示意圖2、檢查接線無誤后，合上主機(jī)箱電源開關(guān)。3、調(diào)節(jié)主機(jī)箱中的恒流源電流大小(電流表量程20mA檔)即發(fā)光二管的工作電流大小就可改變光源的光照度值。拔去發(fā)光二極管的其中一根連線頭，則光照度為0（如果恒流源的起始電流不為0，要得到0照度只要斷開光源的一根線）。按表3-1進(jìn)行標(biāo)定實(shí)驗(yàn)（調(diào)節(jié)恒流源），得到照度電流對(duì)應(yīng)值。4、關(guān)閉主機(jī)箱電源，再按圖3-1-2B配置接線，接線注意、極性。5、合上主機(jī)箱電源，調(diào)節(jié)主機(jī)箱中的024V可調(diào)電壓(電壓表量程20V檔)就可改變光源(發(fā)光二極管)的光照度值。按表3-1進(jìn)行標(biāo)定實(shí)驗(yàn)（調(diào)節(jié)電壓源）

46、，得到照度電壓對(duì)應(yīng)值。圖3-1-2B 發(fā)光二極管工作電壓與光照度的對(duì)應(yīng)關(guān)系實(shí)驗(yàn)接線示意圖表3-1發(fā)光二極管的電流、電壓與照度的對(duì)應(yīng)關(guān)系照度（Lx）0102090100110190200210290300電流（mA）0電壓（V）0注：由于發(fā)光二極管（光源）離散性較大，每個(gè)發(fā)光二極管的電流照度對(duì)應(yīng)值及電壓照度對(duì)應(yīng)值是不同的。實(shí)驗(yàn)者必須保存表3-1的標(biāo)定值，為以后做光電實(shí)驗(yàn)服務(wù)。如以后做實(shí)驗(yàn)提到光照度值只要調(diào)節(jié)恒流源相應(yīng)電流值或電壓源相應(yīng)電壓值，省去煩瑣的每次光源照度測(cè)量。實(shí)驗(yàn)者只能在相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)臺(tái)(對(duì)應(yīng)表3-1的相應(yīng)實(shí)驗(yàn)臺(tái))完成以后的光電實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)3-2 光敏電阻特性實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私夤饷綦娮璧?/p>

47、光照特性和伏安特性,為后續(xù)實(shí)驗(yàn)獲取數(shù)據(jù)。 二、 基本原理在光線的作用下，電子吸收光子的能量從鍵合狀態(tài)過渡到自由狀態(tài)，引起電導(dǎo)率的變化，這種現(xiàn)象稱為光電導(dǎo)效應(yīng)。光電導(dǎo)效應(yīng)是半導(dǎo)體材料的一種體效應(yīng)。光照愈強(qiáng)，器件自身的電阻愈小。基于這種效應(yīng)的光電器件稱光敏電阻。光敏電阻無極性，其工作特性與入射光光強(qiáng)、波長(zhǎng)和外加電壓有關(guān)。實(shí)驗(yàn)原理圖如圖3-2-1。圖3-2-1光敏電阻實(shí)驗(yàn)原理圖三、 需用器件與單元主機(jī)箱中的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)024V電源、±2V±10V步進(jìn)可調(diào)直流穩(wěn)壓電源、電流表、電壓表； 光電器件實(shí)驗(yàn)（一）模板 、光敏電阻、發(fā)光二極管、遮光筒。四、實(shí)驗(yàn)步驟：1、亮電阻和暗電阻測(cè)量（1）按圖3-2-2安裝接線（注意插孔顏色對(duì)應(yīng)相連）。打開主機(jī)箱電源，將±2V±10V的可調(diào)電源開關(guān)打到10V檔，再緩慢調(diào)節(jié)024V可調(diào)電源，使發(fā)光二極管二端電壓為光照度100Lx時(shí)對(duì)應(yīng)的電壓(實(shí)驗(yàn)1的標(biāo)定值)值。（2）10秒鐘左右讀取電流表（可選擇電流表合適的檔位20mA檔）的值為亮電流I亮。（3）將024V可調(diào)電源