傳感器技術(shù)試驗(yàn)指導(dǎo)書

1、?傳感器技術(shù)?實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書07級(jí)微電子專業(yè)劉海浪編桂林電子科技大學(xué)00 九年五月目錄實(shí)驗(yàn)一應(yīng)變式傳感器特性測(cè)試2實(shí)驗(yàn)二電感式傳感器特性測(cè)試7實(shí)驗(yàn)三霍爾傳感器應(yīng)用實(shí)驗(yàn)13實(shí)驗(yàn)四傳感器應(yīng)用的計(jì)算機(jī)仿真16實(shí)驗(yàn)一應(yīng)變式傳感器特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握金屬箔式應(yīng)變片的應(yīng)變效應(yīng)，單臂電橋工作原理和性能;2、了解學(xué)習(xí)全橋測(cè)量電路的構(gòu)成及其特點(diǎn)、優(yōu)點(diǎn)；3、比擬單臂電橋與全橋的不同性能、了解其特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)用器件與設(shè)備1、應(yīng)變式傳感器實(shí)驗(yàn)臺(tái) ;2、傳感器實(shí)驗(yàn)箱；3、砝碼；4、跳線;5、萬用表等。三、實(shí)驗(yàn)原理直流電橋原理：在進(jìn)行金屬箔式應(yīng)變片單臂、半橋、全橋性能實(shí)驗(yàn)之前，我們有必要 先來 介紹一下直流電橋的相關(guān)知識(shí)。電

2、橋電路有直流電橋和交流電橋兩種。電橋電路的主 要指標(biāo)是 橋路靈敏度、非線性和負(fù)載特性。下面具體討論有關(guān)直流電路和與之相關(guān)的這幾 項(xiàng)指標(biāo)。1、平衡條件直流電橋的根本形式如圖1-1所示。R, R, R3, R為電橋的橋臂電阻，R.為其負(fù)載(可 以是測(cè)量儀表內(nèi)阻或其他負(fù)載 ) 。當(dāng) R_> X 時(shí)，電橋的輸出電壓 V0 應(yīng)為R1 R3 、V0=E()R1 + R2 R3 + R4當(dāng)電橋平衡時(shí)，V0=0,由上式可得到RRFRR,或(1-1 )R1 R3R2 R4R1 今y R2-.I、RLA < rryiwx *亠/IItlX jrR3 JR !、/X、j<TJB'wE圖1-

3、1直流電橋的根本形式式1-1秤為電橋平衡條件。平衡電橋就是橋路中相鄰兩橋臂阻值之比應(yīng)相等，橋路相鄰臂阻值之比相等方可使流過負(fù)載電阻的電流為零。2、平衡狀態(tài)單臂直流電橋:所謂單臂就是電橋中一橋臂為電阻式傳感器，且其電阻變化為R,其它橋臂為阻值固定不變，這時(shí)電橋輸出電壓 Vo工0 此時(shí)仍視電橋?yàn)殚_路狀態(tài)，那么不平衡電橋輸出電壓V0為IR3< R1 j(1-2)R1R1)< R3丿設(shè)橋臂比n=R八，由于 R?R，分母中空巴可忽略，輸出電壓便為R1R1V"o=這是理想情況，式1-2 為實(shí)際輸出電壓，由此可求出電橋非線性誤差。實(shí)際的非線性特r=V o VoII3I R1 丿 =i

4、R丿Vo；+Ar1 + r2、=R1R1 jf +孤+1 + nIR1性曲線與理想線性曲線的偏差秤為絕對(duì)非線性誤差。那么其相對(duì)線性誤差r為:(1-3)由此可見，非線性誤差與電阻相對(duì)變化 R1有關(guān)，當(dāng)R1較大時(shí)，就不可忽略誤差了.R1F面來看電橋電壓靈敏度 S。在式1-2 中，忽略分母中Rl項(xiàng)，并且考慮到起始 上式表明，Vo與 Ri成線性關(guān)系，比單臂電橋輸出電壓提高一倍，差動(dòng)電橋無非線性誤差，平衡條件曇唱，從式1-2可以得到(1-4)e nR(1 n)2 Ri電橋靈敏度的定義為R1R1n(1 n)2(1-5)R1R1當(dāng)n=1時(shí)，可求得Sv最大。也就是說，在電橋電壓E確定后，當(dāng)R=R, F3=F4

5、時(shí)，電橋電 壓靈敏度最高此時(shí)可分別將式1-2 、 1-3 、 1-4 、 1-5 化簡為:R11 2R(1-6)Ri2岀R1(1-7)R11E4(1-8)(1-9)R1由上面四式可知，當(dāng)電源電壓 E和電阻相對(duì)變化 R 定時(shí)，電橋的輸出電壓，非線'生誤差，電壓靈敏度也是定值，與各橋臂阻值無關(guān)。差動(dòng)直流電橋半橋式：假設(shè)圖1-1中支流電橋的相鄰兩臂為傳感器，即R1和R為傳感器，并且其相應(yīng)變化為R和 R,那么該電橋輸出電壓 V工0,當(dāng)厶R=AR，Ri=R, R=R時(shí)，那么得 0=1 E 込2 R而且電壓靈敏度 S 為SV= -E2比使用一只傳感器提高了一倍，同時(shí)可以起到溫度補(bǔ)償?shù)淖饔?。雙差動(dòng)直

6、流電橋全橋式：假設(shè)圖 1-1 中直流電橋的四臂均為傳感器，那么構(gòu)成全橋差動(dòng)電路。假設(shè)滿足厶Ri=A F2=RA"貝U輸出電壓和靈敏度為Vo=EAS V = ERi由此可知，全橋式直流電橋是單臂直流電橋的輸出電壓和靈敏度的4 倍，是半橋式直流電橋的輸出電壓和靈敏度的 2 倍。四、實(shí)驗(yàn)方法與步驟一、全橋電路性能測(cè)量：1. 關(guān)閉實(shí)驗(yàn)臺(tái)總電源，將紅色線接入 P1或者P5 口，黃色線接入P2或者P3 口，將黑色 線 接入 P4 或者 P8 口，將藍(lán)色線接入 P6 或 P7 口；2. 用導(dǎo)線把全橋電路信號(hào)處理模塊的 T8 口接到信號(hào)輸出模塊的T4或T5,然后用信號(hào)線 連 接信號(hào)輸出模塊的BN 接

7、口和多通道數(shù)據(jù)采集模塊的通道 5上。3. 用電源線將根底實(shí)驗(yàn)臺(tái)上多路輸出電源引接到傳感器開放電路主板上；把主板上的5V、+ 12V、 12V 勺電源開關(guān)撥到 ON4. 用萬用表測(cè)量T8 口的對(duì)地電壓，如果該點(diǎn)電壓超過 5V,那么調(diào)節(jié)電阻R22的阻值以調(diào)節(jié) 放大電路的零點(diǎn)，盡量使輸出為零可調(diào)到 0.5V 以下即可，然后在應(yīng)變壓辦實(shí)驗(yàn) 臺(tái) 上放置法碼，觀察T8 口的輸出電壓，使其始終不超過 5V,如果有超過的，那么調(diào)節(jié) R21 和 R9 的阻值，使輸出不超過 5V;5. 調(diào)整完畢后，從質(zhì)量為 0g 開始，先測(cè)一個(gè)數(shù)據(jù)，再依次添加不同質(zhì)量的砝碼到托盤上，用萬用表測(cè)量T8 口相應(yīng)的電壓值，因?yàn)閼?yīng)變片的

8、量程是5kg，切勿放置過大質(zhì) 量物體在托盤上，更不可按壓托盤。6. 在托盤上放置一只砝碼，讀取電壓數(shù)值，依次增加砝碼和讀取相應(yīng)的電壓值，直到 砝碼加完，記下實(shí)驗(yàn)結(jié)果填入如表 1-1 類似的表中，關(guān)閉電源。表 1-1 全橋?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù)樣表重量g電壓mV7. 根據(jù)表1-1計(jì)算系統(tǒng)靈敏度S二：U w 輸出電壓變化量與重量變化量之比。8. 繪出電壓和質(zhì)量之間的關(guān)系曲線，并對(duì)其進(jìn)行線性擬合，求出擬合直線，記下斜率K和截距b待用v=km+b二卜全橋電路的應(yīng)用稱重實(shí)驗(yàn)：1. 運(yùn)行Labview主程序，翻開“全橋電路的應(yīng)用一物體重量測(cè)量程序，建立實(shí)驗(yàn)環(huán)境2. 在實(shí)驗(yàn)界面上輸入對(duì)應(yīng)通道數(shù)，然后分別輸入上步擬合得到的

9、k值和b值，運(yùn)行程序；3. 在托盤上分別放置不同質(zhì)量的砝碼，在實(shí)驗(yàn)界面可看到一個(gè)測(cè)量的質(zhì)量值，分別記錄實(shí)驗(yàn)測(cè)量值和托盤上實(shí)際放置的法碼的質(zhì)量，比擬誤差，如果誤差過大請(qǐng)重新計(jì)算k值和b值；7.計(jì)算實(shí)際質(zhì)量與程序測(cè)量得到的質(zhì)量之間的實(shí)驗(yàn)誤差，分析產(chǎn)生誤差的原因?qū)嶒?yàn)二電渦流傳感器特性測(cè)試及應(yīng)用預(yù)習(xí)要求：1、 學(xué)習(xí)理解電渦流傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理，并掌握電渦流傳感器用于位移測(cè)量時(shí)的測(cè)量 電路和測(cè)試原理。2、根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，作好實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備測(cè)試方法及測(cè)試點(diǎn)選擇、數(shù)據(jù)記錄的格式等、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解電渦流傳感器的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)，掌握其工作原理和使用方法；2、 通過測(cè)量電渦流傳感器的輸入輸出關(guān)系曲線，深入理解電渦流

10、傳感器的特性及其指標(biāo)的 含義；3、利用電渦流傳感器進(jìn)行傳感器靜態(tài)特性的測(cè)量；4、利用機(jī)械結(jié)構(gòu)、傳感器、數(shù)據(jù)采集卡、虛擬儀器平臺(tái)構(gòu)建測(cè)試系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)原理1、電渦流的形成原理如圖2-1所示，由物理學(xué)知識(shí)可知，假設(shè)在線圈中通入交變電流I，在線圈周圍的空間就產(chǎn)生了交變磁場i,將金屬導(dǎo)體置于此交變磁場范圍內(nèi)，導(dǎo)體外表層產(chǎn)生渦電流，渦電流 的高頻磁場e以反作用于傳感器電感線圈，從而改變了線圈的阻抗Zl或線圈的電感和品質(zhì)因素。Zl的變化取于線圈到金屬板之間的距離X、金屬板的電阻率3、磁導(dǎo)率卩以及激勵(lì)電流的幅值A(chǔ)和頻率f。L高頻交變磁場L渦流磁場i高頻鼓勵(lì)電流金屬導(dǎo)體圖2-1電渦流傳感器的工作原理2、電渦流位移

11、傳感器原理電渦流位移傳感器是以高頻電渦流效應(yīng)為原理的非接觸式位移傳感器。前置器內(nèi)產(chǎn)生 的高頻振蕩電流通過同軸電纜流入探頭線圈中，線圈將產(chǎn)生一個(gè)高頻電磁場。當(dāng)被測(cè)金屬體靠近該線圈時(shí)，由于高頻電磁場的作用，在金屬外表上就產(chǎn)生感應(yīng)電流，既電渦流。該電流產(chǎn)生一個(gè)交變磁場，方向與線圈磁場方向相反，這兩個(gè)磁場相互疊加就改變了原線圈的阻抗。這一變化與金屬體磁導(dǎo)率、電導(dǎo)率、線圈的幾何形狀、幾何尺寸、電流頻率以及頭部線圈到金屬導(dǎo)體外表的距離等參數(shù)有關(guān)。通常假定金屬導(dǎo)體材質(zhì)均勻且性能是線性和各項(xiàng)同性，那么線圈和金屬導(dǎo)體系統(tǒng)的物理性質(zhì)可由金屬導(dǎo)體的電導(dǎo)率6、磁導(dǎo)率E、尺寸因子T、頭部體線圈與金屬導(dǎo)體外表的距離 D、

12、電流強(qiáng)度I和頻率3參數(shù)來描述。 那么線圈特 征阻抗可用Z=Ft, E , 6 , D, I, 3 函數(shù)來表示。通常我們能做到控制t, E , 6 , I, 3這幾個(gè)參數(shù)在一定范圍內(nèi)不變，那么線圈的特征阻抗 Z就成為距離D的單值函數(shù)， 雖然它整個(gè)函數(shù)是一非 線性的，其函數(shù)特征為“ S'型曲線，但可以選取它近似為線性的一段。于此，通過前置器對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，將線圈阻抗 Z的變化，即頭部體線圈與金屬導(dǎo)體 的距離D的變化轉(zhuǎn)化成電壓或電 流的變化。輸出信號(hào)的大小隨探頭到被測(cè)體外表之間的間距的變化而變化，電渦流傳感器就是根據(jù)這一原理實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬物體的位移、振動(dòng)等參數(shù)的測(cè)量。當(dāng)被測(cè)金屬與探頭之間的距離發(fā)

13、生變化時(shí)，探頭中線圈的磁場強(qiáng)度也發(fā)生變化，磁場強(qiáng)度的變化引起振蕩電壓幅度的變化，而這個(gè)隨距離變化的振蕩電壓經(jīng)過檢波、濾波、線性補(bǔ)償、放大歸一處理轉(zhuǎn)化成電壓電流變化，最終完成機(jī)械位移間隙轉(zhuǎn)換成電壓電 流。所以探頭與被測(cè)金屬體外表距離的變化可通過探頭線圈阻抗的變化來測(cè)量。前置器根據(jù)探頭線圈阻抗的變化輸出一個(gè)與距離成正比的直流電壓。圖2-2為電渦流傳感器的工作原唱理示意圖。主要技術(shù)指標(biāo):被測(cè)圖2-2電渦流傳感器工作示意圖供電電壓探頭直徑線性量程輸出方式+ 24V11mm4mm1-5V3、最小二乘法擬合原理：給定平面上一組點(diǎn)(xi,f(xi) ) (i=1,2,3 , n)，用直線擬合。即求得f(x)

14、,使得偏差厶Vm到達(dá)最小。三、實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備i ?計(jì)算機(jī)i臺(tái)3 ?數(shù)據(jù)采集模塊1臺(tái)5電源模塊1臺(tái)2 . LabVIEW8.2以上版本1套4 .電渦流特性實(shí)驗(yàn)?zāi)K1臺(tái)6. 操作工具1套四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與實(shí)驗(yàn)步驟1、實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備及電路的連接(1) 關(guān)閉數(shù)據(jù)采集卡電源，將電渦流傳感器連接到采集卡的數(shù)據(jù)采集一個(gè)AD通道上。注意不要在帶電的情況下從采集卡上插拔傳感器，以免對(duì)采集卡和傳感器造成損壞。(2) 電渦流傳感器的工作電源為24V,把電渦流傳感器的電源接到試驗(yàn)臺(tái)的 24V電源口，并把 數(shù)據(jù)線接到采集卡的某一通道上，接通試驗(yàn)臺(tái)和數(shù)據(jù)采集卡的電源。設(shè)定好“通道選擇、“采樣頻率、“采樣長度等參數(shù)后點(diǎn)擊如下列圖2

15、-3所示的運(yùn)行按鈕運(yùn)行程序，觀察各局部運(yùn)行燈的亮滅情況。運(yùn)行按鈕桂團(tuán)兩圖2-3程序運(yùn)行按鈕(4) 將千分尺歸零，將滑塊上反射圓片緊緊靠在電渦流探頭外表，觀察此時(shí)的電壓值。(5) 滑塊漸漸遠(yuǎn)離傳感器，觀察電壓數(shù)值的變化，觀測(cè)傳感器的最大測(cè)量距離。2、測(cè)繪并求出傳感器的線性區(qū)范圍：電渦流傳感器的線性區(qū)定義為：不在此測(cè)量范圍內(nèi)時(shí)，其函數(shù)將不成線性關(guān)系。(1) 聯(lián)接好測(cè)量系統(tǒng)中傳感器及其采集卡等模塊的通道號(hào)及其電源，調(diào)整滑塊到一個(gè)初始位置，記錄下讀數(shù)X0。(2) 翻開“試驗(yàn)一電渦流靜態(tài)特性試驗(yàn).vi ，設(shè)置每次移動(dòng)千分尺的距離為0.3mm,將這兩個(gè)數(shù)值輸入到“實(shí)驗(yàn)一電渦流靜態(tài)特性試驗(yàn).vi 的“采樣間

16、隔控制變量里。圖2-4為電渦流靜態(tài)特性曲線的程序截圖O設(shè)定好“通道選擇、“采樣頻率、“采樣長度等參數(shù)實(shí)驗(yàn)一電渦流傳感器靜態(tài)特性測(cè)距實(shí)驗(yàn)尙出電壬平溝值/至如 ?0廠輸出電IE罕均值丿單應(yīng)5000-4000G攵采集1F 1 v 1 |030007000 霸出電壓平均佢/單控0用6000弟第1次采 束第2捉采 集&次采集| |0記明：蟲驗(yàn)前先設(shè)走軒采齊巨隔？和起史坐描 注惹 期帛選的電滿訴i翹鼎的建世范圍理論也合曲遙M實(shí)際數(shù)字狙合H25 SO 75 100 12S ISO 175 SOO 225 250 27S 300 325 390 3T5采樣可隔/單拉mm傳感器壤性擬合曲戎工爍距麗 I代

17、表電壓輸岀電壓平均値£單I至吋第歉采集0通道迤揮農(nóng)荷數(shù)率起上.土芍f甲應(yīng)nn采祎頻舉選釋IWiz l-SIdiiZ"aiiLz3- 25H114- MJdii宇 IWkM-J.0采佯問隅f甲宜nn程序再止停止圖2-4電渦流靜態(tài)特性試驗(yàn)(3) 運(yùn)行“試驗(yàn)一電渦流靜態(tài)特性試驗(yàn).vi ，點(diǎn)擊“第1次采集按鈕，指示燈亮后,程序?qū)⒆詣?dòng)記錄對(duì)應(yīng)電渦流傳感器的讀數(shù)。(4) 將千分尺向遠(yuǎn)離探頭方向移動(dòng) 0.3mm,點(diǎn)擊“第2次采集按鈕，依次改變測(cè)量的距離進(jìn)行30次測(cè)量，采集30組數(shù)據(jù)。注：圖上按鈕可反復(fù)使用，也可只反復(fù)使用一個(gè)，將數(shù)據(jù)記錄在Excel表格中，進(jìn)行繪圖。(5) 數(shù)據(jù)采集完成后

18、，將采集到的30組位移與電壓數(shù)據(jù)在Excel中進(jìn)行電渦流傳感器的特 性曲線的繪制。(6) 觀測(cè)出傳感器的線性區(qū)范圍，并對(duì)線性區(qū)進(jìn)行擬后，將擬合直線的表達(dá)式記錄，并同時(shí)記錄擬合直線、斜率K和截距b待用3、利用測(cè)得結(jié)果進(jìn)行距離反測(cè)和誤差分析：(1)翻開“試驗(yàn)一電渦流距離測(cè)量及誤差分析試驗(yàn).vi ，圖2-5為電渦流距離測(cè)量及誤 差分析程序截圖。設(shè)定好“通道選擇、“采樣頻率、“采樣長度等參數(shù)丈驗(yàn)一電渦流傳感器距離測(cè)量試驗(yàn)及誤差分析實(shí)驗(yàn)輸出電壓平均值/單位皿第兀鬲| ? fo理論擬倉曲線精出電壓平均值/單位呻第2汝采集 ？ o ''輸出電壓平均值/單位翻第3決采集 .卜第4枚采集|輸出電

19、圧平均值/單位賊 0-輔出電JE半均值/單住賊第5枕采集米樣間隔/單位 唄輸出電壓甲均諂/ 單悅TW第§枕采集(？ | d輸出電壓平均10/單位TUV第了祝采集 I ? |o''''輸出電壓平均值/單位mw 第8次采集| ?輸出電壓平均值/單位喚 第9次采集| ?輸岀電匝平均值/單fenAMiott 采集 I ? IT通道注擇:/i釆樣頻率無樣頻率選擇0-lkhz1- 5kh:2- 10khiJ-25khi 4-60khi 匸 1nn irkA起點(diǎn)坐標(biāo)/ /0按實(shí)好墓設(shè)定標(biāo)-樣間值降程廚薦止停止把線性世舍表達(dá)式牡跑 4B'中的 KH卻B的H境入

20、“斜宰k和“註距貿(mào)時(shí)仝搭內(nèi)，然后點(diǎn) “距 離 計(jì)算"檢忸謎行距離旳測(cè)童斜軍Krj'O'截距b身0當(dāng)前電壓0距離計(jì)詩證離測(cè)量值距咼計(jì)算II|o誤差井析誤差分析-二二? i ?1?i0. 00000 mrr. 0.00000|o千分尺讀書起始坐標(biāo)當(dāng)前怪移當(dāng)前電壓測(cè)童值相對(duì)誤差傳感器線性擬合曲線毗表距離卅表電壓實(shí)際數(shù)宇擬舍m圖2-5電渦流距離測(cè)量及誤差分析程序(2) 設(shè)置千分尺讀數(shù)到觀測(cè)到的線性區(qū)的起點(diǎn)處，并將此值輸入的實(shí)驗(yàn)界面的起點(diǎn)坐標(biāo)框 中，計(jì)算采樣間隔為整個(gè)線性區(qū)長度的 1/10 ；(3) 照此采樣間隔的值調(diào)節(jié)千分尺，分別點(diǎn)擊實(shí)驗(yàn)界面中的10個(gè)采集按鈕，采集10組數(shù)據(jù)

21、，直接采集在實(shí)驗(yàn)界面中，不必再記錄在Excel中。(4) 數(shù)據(jù)米集完成后，點(diǎn)擊擬合按鈕，得出線性區(qū)擬合線在波形顯示框中。(5) 將上一步中得到的擬合線的斜率 K和截距b填入實(shí)驗(yàn)界面相應(yīng)的框中，點(diǎn)擊距離計(jì)算 得到由實(shí)驗(yàn)程序反測(cè)出的千分尺的距離讀數(shù)。(6) 將千分尺的實(shí)際讀數(shù)填入界面的最后一行的相應(yīng)位置，點(diǎn)擊誤差分析按鈕，得到實(shí)驗(yàn) 反測(cè)的相對(duì)誤差。(7) 將具有結(jié)果的整個(gè)實(shí)驗(yàn)界面拷入 Wor (文檔備用。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1、拷貝實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的運(yùn)行結(jié)果頁面，插入到word格式的實(shí)驗(yàn)報(bào)告中 2、求出所用傳感器的線性區(qū)范圍K和截距b3、對(duì)所用傳感器的輸出特性進(jìn)行線性擬合，求出擬合直線、斜率4、求出所用傳感器

22、的線性誤差和靈敏度。六、參考與提示1、測(cè)試系統(tǒng)的輸入輸出特性曲線-V (mV)圖2-7測(cè)試系統(tǒng)的輸入輸出特性曲線2、電渦流傳感器的靜態(tài)特性指標(biāo)分析方法(各參量如上圖2-7中)線性區(qū)范圍：x i? X2(mm)對(duì)線性區(qū)對(duì)應(yīng)的電壓值：Vi? V (mV)線性誤差：.Vm m 100%V2 -ViV2 -Vi靈敏度：2 1 (mV/mm)X2片七、思考題1、電渦流傳感器為什么可作為位移傳感器用 ？2、電渦流的大小還與那些因素有關(guān)？3、試想電渦流傳感器還可以用來測(cè)量那些物理量 ?實(shí)驗(yàn)三 霍爾傳感器的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、了解霍爾開關(guān)集成傳感器的工作原理和應(yīng)用；2、掌握霍爾傳感器的根本特性；3、學(xué)習(xí)霍爾

23、傳感器構(gòu)成的應(yīng)用電路的根本原理和設(shè)計(jì)方法。根本原理：圖3- 1是霍爾開關(guān)集成傳感器的 內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。當(dāng)有磁場作用在傳感器上時(shí)，根據(jù)霍爾效應(yīng)原理，霍爾元件輸出霍爾電壓 Vh，該電壓經(jīng)放大器放大后，送至施密特整 形電路。當(dāng)放 大后的Vh電壓大于“開啟閥值時(shí)，施密特整形電路翻轉(zhuǎn)，輸出高電平 ，使輸出三極管導(dǎo)通。 當(dāng)磁場減弱時(shí)，霍爾元件輸出的 Vh電壓很小，施密特整形電路再 次翻轉(zhuǎn)，輸出低電平，輸出 三極管關(guān)閉。這樣，一次磁場強(qiáng)度的變化，就使傳感器完成一次開關(guān)動(dòng)作。當(dāng)被測(cè)電機(jī)飛輪上裝有N只磁性體時(shí)，飛輪每轉(zhuǎn)一周磁場就變化N次，霍爾傳感 器輸出的電平也變化N次，通過計(jì)算即可知道電機(jī)的轉(zhuǎn)速。存;I：元件存

24、；1：元件放太；放太;格形格形夠地夠地圖3- 1霍爾開關(guān)集成傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)三 實(shí)驗(yàn)元件和設(shè)備：1實(shí)驗(yàn)電路板；2電機(jī)組件；3霍爾開關(guān)傳感器 CS3020 ；4. 4.7K Q 電阻；5跳線假設(shè)干；6. 示波器或虛擬平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)程序。四 . 實(shí)驗(yàn)步驟：先用工具將實(shí)驗(yàn)用電機(jī)和飛輪組件固定到實(shí)驗(yàn)主板上，電機(jī)輸入端接入主板上的Motor 端口上。一 、用現(xiàn)成的實(shí)驗(yàn)電路小模塊驗(yàn)證測(cè)量：1、把各電源開關(guān)撥到 OFF 接好并關(guān)閉主板電源；2、把實(shí)驗(yàn)電路模塊插到實(shí)驗(yàn)主板的面包板上，霍爾傳感器的探頭盡量靠近電機(jī)轉(zhuǎn)盤 不大于 5mm ；3、把主板上的 + 5V, GND 用導(dǎo)線引到電路模塊相應(yīng)引腳上。4、把電路模塊

25、上信號(hào)輸出端 OUT 腳引到主板的輸出口 T4 或 T5 口上，然后將數(shù)據(jù)線 接 入實(shí)驗(yàn)臺(tái)的信號(hào)采集模塊上通道 5 或 6。5、在電腦上翻開相關(guān)的測(cè)試用實(shí)驗(yàn)程序界面。6 把主板上的 + 12V 、+5V 電源開關(guān)翻開，把運(yùn)行模式開關(guān)打到 Motor 檔，把 Power Surply 開關(guān)撥到 ON 。7 、 運(yùn)行程序，開始電機(jī)轉(zhuǎn)速的測(cè)量。8、 調(diào)節(jié)電阻 R28 的阻值即可調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。9、 由霍爾傳感器輸出信號(hào)脈沖的頻率就可以計(jì)算出直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速。如磁鐵個(gè)數(shù)為 N ，轉(zhuǎn)速為 n, 脈沖頻率為 f, 那么有： n=f/N 。通常，轉(zhuǎn)速的單位是轉(zhuǎn) /分鐘，所以要 在上述公 式的得數(shù)再乘以 60，

26、才是轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)，即 n=60X f/N 。設(shè)備FT開血迎昨ft數(shù)據(jù)讀麋鯛關(guān)閉函數(shù)返回rs, D-成功，-1-失煎錯(cuò)逞號(hào) eaIUSOOO0003500XJ0G -5C0 *1 口仙-Dn |0 lr0lYawefom SrsjihMS 轉(zhuǎn)Q0通謚區(qū)握11STOP實(shí)驗(yàn)三霍爾磁性開關(guān)的電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量實(shí)驗(yàn)頻軍檔位選擇0 = IKKi：來祥頻軍 1 = 5KJU ；2 = IQKKz ；3 = 25KKi:4三刃即U;采禪氏度'1 lr5 = lOOOi ；圖3-5實(shí)驗(yàn)程序窗口二、手動(dòng)自搭電路進(jìn)行測(cè)量：1. 按模塊上的電路，利用給定的元器件自行設(shè)計(jì)自搭電路，在實(shí)驗(yàn)主板的面包板上搭建好實(shí)驗(yàn)電路，并仔

27、細(xì)檢查接線；注意霍爾傳感器的探頭盡量靠近電機(jī)轉(zhuǎn)盤不大于5mm2、其它步驟同上 3? 9中。五. 思考題：1、霍爾傳感器的根本特性及其根本特性曲線如何；2、說明本實(shí)驗(yàn)中的霍爾傳感器是如何應(yīng)用霍爾傳感器的特性實(shí)現(xiàn)正負(fù)電平轉(zhuǎn)換的實(shí)驗(yàn)四傳感器應(yīng)用的計(jì)算機(jī)仿真注：請(qǐng)準(zhǔn)備U盤，自行將先前傳給你們的軟件 (Multisim )拷貝帶上參加實(shí)驗(yàn)!實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、進(jìn)一步掌握傳感器應(yīng)用電路的組成和設(shè)計(jì)原理及方法 ；2、了解計(jì)算機(jī)在傳感器技術(shù)中的應(yīng)用及完成仿真的方法 ；3、了解霍爾接近開關(guān)電路的構(gòu)成和根本工作原理。根本原理：在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行傳感器技術(shù)方面的實(shí)驗(yàn)，內(nèi)容之一就是傳感器應(yīng)用電路的仿真， 對(duì)傳 感器應(yīng)用電路的仿真的好處在于，可以在設(shè)計(jì)應(yīng)用電路的時(shí)候不受實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè) 備和電子 元器件的限制，而且可以在短時(shí)間內(nèi)得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果。本實(shí)驗(yàn)以“霍爾接近開關(guān)電路的計(jì)算機(jī)仿真為內(nèi)容進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)是在上一實(shí) 驗(yàn)三 中了解了霍爾傳感器的特性及開關(guān)電路的原理的根底上進(jìn)行的，霍爾傳感器的靜 態(tài)特性曲 線如圖4-1所示，圖