智能傳感與檢測(cè)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1、 智能傳感與檢測(cè)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書目 錄第一章 CSY2001B傳感器試驗(yàn)臺(tái)說(shuō)明書第二章 實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)一、 應(yīng)變式電阻傳感器：?jiǎn)伪?、半橋、全橋比較二、 差動(dòng)面積式電容傳感器的靜態(tài)及動(dòng)態(tài)特性三、 PSD光電位置傳感器四、 溫度傳感器設(shè)計(jì)第一章 CSY2001B傳感器實(shí)驗(yàn)臺(tái)說(shuō)明書CSY2001B傳感器系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)為完全模塊式結(jié)構(gòu)，分主機(jī)、實(shí)驗(yàn)?zāi)K和實(shí)驗(yàn)桌三部分。根據(jù)用戶不同的需求分為基本型和增強(qiáng)性兩種配置。主機(jī)由實(shí)驗(yàn)工作平臺(tái)，傳感器綜合系統(tǒng)、高穩(wěn)定交、直流信號(hào)源，溫控電加熱源，旋轉(zhuǎn)源、位移機(jī)構(gòu)、振動(dòng)機(jī)構(gòu)、儀表顯示、電動(dòng)氣壓源、數(shù)據(jù)采集處理和通信系統(tǒng)（RS232接口）、實(shí)驗(yàn)軟件等組成。全套13個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)K中均包

2、含一種或一類傳感器及實(shí)驗(yàn)所需的電路和執(zhí)行機(jī)構(gòu)（位移裝置均由進(jìn)口精密導(dǎo)軌組成，以確保純直線性位移），實(shí)驗(yàn)時(shí)模塊可按實(shí)驗(yàn)要求靈活組合，儀器性能穩(wěn)定可靠，方便實(shí)用。傳感器包括：（基本型含24種傳感器，序號(hào)1.1-1.24。增強(qiáng)型含31種傳感器，序號(hào)1.1-1.31）1.1 金屬箔式應(yīng)變傳感器（箔式應(yīng)變片 工作片4片；溫度補(bǔ)償片2片,應(yīng)變系數(shù)：2.06，精度2%）1.2 稱重傳感器（標(biāo)準(zhǔn)商用雙孔懸臂梁結(jié)構(gòu)，量程0500g，精度2%）1.3 MPX擴(kuò)散硅壓阻式壓力傳感器（差壓式，量程050KP，精度3%）1.4 半導(dǎo)體應(yīng)變傳感器（BY350，工作片2片，應(yīng)變系數(shù)120）1.5 標(biāo)準(zhǔn)K分度熱電偶，（量程0

3、800，精度3%）1.6 標(biāo)準(zhǔn)E分度熱電偶，（量程0800，精度3%）1.7 MF型半導(dǎo)體熱敏傳感器（負(fù)溫度系數(shù)，25時(shí)電阻值10K）1.8 Pt100鉑熱電阻（量程0800，精度5%）1.9 半導(dǎo)體溫敏二極管（精度5%）1.10 集成溫度傳感器（電流型，精度2%）1.11 光敏電阻傳感器（cds器件，光電阻2M.1.12 光電轉(zhuǎn)速傳感器（近紅外發(fā)射-接收量程02400轉(zhuǎn)/分）1.13 光纖位移傳感器（多模光強(qiáng)型，量程2mm,在其線性工作范圍內(nèi)精度5%）1.14 熱釋電紅外傳感器（光譜響應(yīng)715m，光頻響應(yīng)0.510HZ）。1.15 半導(dǎo)體霍爾傳感器(由線性霍爾元件與梯度磁場(chǎng)組成。工作范圍：位

4、移±2mm，精度5%)1.16 磁電式傳感器（動(dòng)鐵與線圈）1.17 濕敏電阻傳感器（高分子材料，工作范圍595%RH，）1.18 濕敏電容傳感器（高分子材料，工作范圍595%RH）1.19 MQ3氣敏傳感器（酒精氣敏感，實(shí)驗(yàn)演示用）1.20 電感式傳感器（差動(dòng)變壓器，量程±5mm,精度5%）1.21 壓電加速度傳感器（PZT壓電陶瓷與質(zhì)量塊。工作范圍530HZ ）1.22 電渦流傳感器（線性工作范圍1mm,精度3%）1.23 電容傳感器（同軸式差動(dòng)變面積電容，工作范圍±3mm,精度2%）1.24 力平衡傳感器（綜合傳感器系統(tǒng)）125 光電池傳感器126 光敏二極管

5、傳感器127 光敏三極管傳感器1.28 PSD光電位置傳感器（PSD器件與激光器組件，采用工業(yè)上的三角測(cè)量法，量程25mm，精度0.1%）1.29 激光光柵傳感器（光柵衍射及光柵莫爾條紋，莫爾條紋精密位移記數(shù)精度0.01mm）1.30 CCD圖象傳感器（光敏面尺寸：1/3英寸。采用計(jì)算機(jī)軟件與CCD傳感器配合，進(jìn)行高精度物徑及高精度光柵莫爾條紋位移自動(dòng)測(cè)試。）1.31 超聲波測(cè)距傳感器（量程范圍30600mm，精度10mm）主機(jī)配置：2.1 直流穩(wěn)壓電源：（傳感器工作直流激勵(lì)源與實(shí)驗(yàn)?zāi)K工作電源）±2V±10V分五檔輸出，最大輸出電流1.5A±15V（±

6、12V） 、最大輸出電流1.5A；激光器電源。2.2 音頻信號(hào)源：（傳感器工作交流激勵(lì)源）0.4KHz-10KHz輸出連續(xù)可調(diào)，最大Vp-p值20V。 00、1800端口反相輸出 00、LV端口功率輸出，最大輸出電流1.5A1800端口電壓輸出，最大輸出功率300mw2.3 低頻信號(hào)源：（供主機(jī)位移平臺(tái)與雙平行懸臂梁振動(dòng)激勵(lì)，實(shí)現(xiàn)傳感器動(dòng)態(tài)測(cè)試）1Hz30Hz輸出，連續(xù)可調(diào)，最大輸出電流1.5A，最大Vp-p值20V，激振I（雙平行懸臂梁）、激振II（圓形位移平臺(tái)）的振動(dòng)源。轉(zhuǎn)換鈕子開(kāi)關(guān)的作用：（請(qǐng)?zhí)貏e注意）當(dāng)?shù)瓜騐0側(cè)時(shí)，低頻信號(hào)源正常使用，V0端輸出低頻信號(hào)，倒向Vi側(cè)時(shí)，斷開(kāi)低頻信號(hào)電路

7、，V0 端無(wú)低頻信號(hào)輸出，停止激振、的激勵(lì)。Vi作為電流放大器的信號(hào)輸入端，輸出端仍為V0端。激振不工作時(shí)激振選擇開(kāi)關(guān)應(yīng)位于置中位置。2.4 溫控電加熱源：（溫度傳感器加熱源）由E分度熱電偶控溫的300W電加熱爐，最高控制爐溫400，實(shí)驗(yàn)控溫200。交流220V插口提供電爐加熱電源，作為溫度傳感器熱源、及熱電偶測(cè)溫、標(biāo)定和傳感器溫度效應(yīng)的溫度源等。2.5 旋轉(zhuǎn)源：（光電、電渦流傳感器測(cè)轉(zhuǎn)速之用）低噪聲旋轉(zhuǎn)電機(jī)，轉(zhuǎn)速0-2400轉(zhuǎn)/分，連續(xù)可調(diào)。（特別注意：電機(jī)不工作時(shí)鈕子開(kāi)關(guān)應(yīng)置于“關(guān)”，否則直流穩(wěn)壓電源負(fù)電源會(huì)無(wú)輸出）。2.6 氣壓源：（提供壓力傳感器氣壓源）電動(dòng)氣泵：氣壓輸出應(yīng)40KP，連

8、續(xù)可調(diào),使用時(shí)請(qǐng)注意控制氣壓。手動(dòng)加壓氣囊：可加壓至滿量程40KP，通過(guò)減壓閥調(diào)節(jié)氣壓值。儀表顯示部分：3.1 電壓/頻率表：3 1/2位數(shù)字表、電壓顯示分02V、020V兩檔；頻率顯示分02KHz、020KHz兩檔，靈敏度50mv。3.2 數(shù)字式溫度表：（E分度）溫度顯示：0-800（用其他熱電偶測(cè)溫時(shí)應(yīng)查對(duì)相應(yīng)的熱電偶分度表）。3.3 氣壓表： 0-40KP（0-300mmHg）顯示。計(jì)算機(jī)通信與數(shù)據(jù)采集：4.1 通信接口：標(biāo)準(zhǔn)RS232口，提供實(shí)驗(yàn)臺(tái)與計(jì)算機(jī)通信接口。4.2 數(shù)據(jù)采集卡：12位A/D轉(zhuǎn)換，采集卡信號(hào)輸入端為電壓/頻率表的“通道”和“通道”端，采集卡頻率輸入端為“轉(zhuǎn)速信號(hào)入

9、”口。實(shí)驗(yàn)?zāi)K包含：（基本型含9個(gè)模塊，序號(hào)5.1-5.9，增強(qiáng)型含13個(gè)模塊，序號(hào)5.1-5.13，每個(gè)模塊包含一種或一類傳感器，使用方便）5.1 實(shí)驗(yàn)公共電路模塊：提供所有實(shí)驗(yàn)中所需的電橋、差動(dòng)放大器、低通濾波器、電荷放大器、移項(xiàng)器、相敏檢波器等公用電路。5.2 應(yīng)變式傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K（包含電阻應(yīng)變及壓力傳感器）：金屬箔式標(biāo)準(zhǔn)商用稱重傳感器（帶加熱及溫度補(bǔ)償）、懸臂梁結(jié)構(gòu)金屬箔式、半導(dǎo)體應(yīng)變、MPX擴(kuò)散硅壓阻式傳感器、放大電路。5.3 電感式傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K：差動(dòng)變壓器、螺管式傳感器、高精度位移導(dǎo)軌、放大電路。5.4 電容式傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K：同軸式差動(dòng)電容組成的雙T電橋檢測(cè)電路，精密位移導(dǎo)軌。5

10、.5 光電傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K：光纖位移傳感器與光電耦合器、光敏電阻及信號(hào)變換電路，精密位移導(dǎo)軌、電機(jī)旋轉(zhuǎn)裝置。5.6 霍爾傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K：霍爾傳感器、梯度磁場(chǎng)、變換電路及高精度位移導(dǎo)軌。5.7 溫度傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K：提供7種溫度傳感器及變換電路，可控電加熱爐。5.8 電渦流傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K：電渦流探頭、變換電路及精密位移導(dǎo)軌。5.9 濕敏氣敏傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K：高分子濕敏電阻、濕敏電容、MQ3氣敏傳感器及變換電路。5.10 PSD光電位置傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K：PSD器件及激光器組件、精密位移導(dǎo)軌，高倍放大器。（增強(qiáng)型單元）5.11 CCD 圖象傳感器及光柵測(cè)試實(shí)驗(yàn)?zāi)K：CCD傳感器、光柵莫爾條紋位移傳感器及計(jì)機(jī)

11、測(cè)試軟件、精密位移導(dǎo)軌。（增強(qiáng)型單元）5.12 超聲波傳感器測(cè)距實(shí)驗(yàn)?zāi)K：超聲波發(fā)射-接收探頭、位移裝置及時(shí)間-距離變換顯示電路，直接顯示探測(cè)距離（cm）及時(shí)間（s）（增強(qiáng)型單元）513光電器件實(shí)驗(yàn)?zāi)K：光電器件模板、微安表，實(shí)驗(yàn)選配單元。主機(jī)工作臺(tái)上裝置的傳感器有:磁電式、壓電加速度、半導(dǎo)體應(yīng)變（2片）、金屬箔式應(yīng)變（工作片4片，溫度補(bǔ)償片2片）、衍射光柵（增強(qiáng)型）。雙平行懸臂梁旁的支柱安裝有螺旋測(cè)微儀，可帶動(dòng)懸臂梁上下位移。圓形位移（振動(dòng)）平臺(tái)旁的支架可安裝電感、電容、霍爾、光纖、電渦流等傳感器探頭，在平臺(tái)振動(dòng)時(shí)進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)臺(tái)主機(jī)與實(shí)驗(yàn)?zāi)K的連接線采用了高可靠性的防脫落插座及插頭。實(shí)

12、驗(yàn)連接線均用燈籠狀的插頭及配套的插座，接觸可靠，防旋防松脫，并可在使用日久斷線后重新修復(fù)（特別注意：在本型儀器上請(qǐng)勿同時(shí)使用舊型號(hào)的可鎖緊連接線，以免損壞新型連接線及造成插座松動(dòng)）。實(shí)驗(yàn)操作須知：1. 使用本儀器前，請(qǐng)先熟悉儀器的基本狀況，對(duì)各傳感器激勵(lì)信號(hào)的大小、信號(hào)源、顯示儀表、位移及振動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作范圍做到心中有數(shù)。主機(jī)面板上的鈕子開(kāi)關(guān)都應(yīng)選擇好正確的倒向。2. 了解測(cè)試系統(tǒng)的基本組成：合適的信號(hào)激勵(lì)源傳感器處理電路（傳感器狀態(tài)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)）儀表顯示（數(shù)據(jù)采集或圖象顯示）3. 實(shí)驗(yàn)操作時(shí)，在用實(shí)驗(yàn)連接線接好各系統(tǒng)并確認(rèn)無(wú)誤后方可打開(kāi)電源，各信號(hào)源之間嚴(yán)禁用連接線短路，主機(jī)與實(shí)驗(yàn)?zāi)K的直流電源連

13、接線插頭與插座連接時(shí)尤要注意標(biāo)志端對(duì)準(zhǔn)后插入，如開(kāi)機(jī)后發(fā)現(xiàn)信號(hào)燈、數(shù)字表有異常狀況，應(yīng)立即關(guān)機(jī)，查清原因后再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。4. 實(shí)驗(yàn)連接線插頭為燈籠狀簧片結(jié)構(gòu)，插入插孔即能保證接觸良好，不須旋轉(zhuǎn)，使用時(shí)應(yīng)避免搖晃。為延長(zhǎng)使用壽命，操作時(shí)請(qǐng)捏住插頭連接疊插。5. 實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)中的“注意事項(xiàng)”不可忽略。傳感器的激勵(lì)信號(hào)不準(zhǔn)隨意加大，否則可能會(huì)造成傳感器永久性的損壞。6. 本實(shí)驗(yàn)儀為教學(xué)實(shí)驗(yàn)用儀器，而非測(cè)量用儀器，各傳感器在其工作范圍內(nèi)有一定的線性和精度，但不能保證在整個(gè)信號(hào)變化范圍都是呈線性變化。限于實(shí)驗(yàn)條件，有些實(shí)驗(yàn)只能做為定性演示（如濕敏、氣敏傳感器），能完成實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書中的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，則整臺(tái)儀器正常。7

14、. 本儀器的工作環(huán)境溫度40，需防塵。第二章 實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)一 應(yīng)變式電阻傳感器：?jiǎn)伪邸霕?、全橋比較一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、觀察了解箔式應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)及粘貼方式。 2、測(cè)試應(yīng)變梁變形的應(yīng)變輸出。3、了解箔式應(yīng)變片在位移測(cè)量方面的應(yīng)用。4、驗(yàn)證單臂、半橋、全橋的性能及相互之間關(guān)系。二、實(shí)驗(yàn)原理：本實(shí)驗(yàn)說(shuō)明箔式應(yīng)變片、直流電橋的原理和工作情況。 應(yīng)變片是最常用的測(cè)力傳感元件。當(dāng)用應(yīng)變片測(cè)試時(shí)，應(yīng)變片要牢固地粘貼在測(cè)試體表面，測(cè)件受力發(fā)生形變，應(yīng)變片的敏感柵隨同變形，其電阻值也隨之發(fā)生相應(yīng)的變化。通過(guò)測(cè)量電路，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出顯示。電橋電路是最常用的非電量檢測(cè)電路中的一種，當(dāng)電橋平衡時(shí)，橋路對(duì)臂電阻乘積相等

15、，電橋輸出為零，在橋臂四個(gè)電阻R1、R2、R3、R4中，電阻的相對(duì)變化率分別為R1/ R1、R2/ R2、R3/ R3、R4/ R4 ，當(dāng)使用一個(gè)應(yīng)變片時(shí)，；當(dāng)二個(gè)應(yīng)變片組成差動(dòng)狀態(tài)工作，則有；用四個(gè)應(yīng)變片組成二個(gè)差動(dòng)對(duì)工作，且R1= R2= R3= R4=R，。已知單臂、半橋和全橋電路的R分別為R/ R、2R/ R、4R/ R。根據(jù)戴維南定理可以得出測(cè)試電橋近似等于·E··R，電橋靈敏度Ku=V/R/R，于是對(duì)于單臂、半橋和全橋的電壓靈敏度分別為1/4E、1/2E和E。由此可知，當(dāng)E和電阻相對(duì)變化一定時(shí)，電橋的靈敏度與各橋臂阻值的大小無(wú)關(guān)。三、實(shí)驗(yàn)所需部件： 直

16、流穩(wěn)壓電源+4V、應(yīng)變式傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K、貼于主機(jī)工作臺(tái)懸臂梁上的箔式應(yīng)變片、螺旋測(cè)微儀、數(shù)字電壓表。四、實(shí)驗(yàn)步驟：（一）單臂電橋位移測(cè)量1、連接主機(jī)與模塊電路電源連接線，差動(dòng)放大器增益置于較大位置（順時(shí)針?lè)较蛟鲆孀兇螅?，差?dòng)放大器“+”“”輸入端Vi對(duì)地用實(shí)驗(yàn)線短路，輸出端Vout接電壓/頻率表2V檔。開(kāi)啟主機(jī)電源，用差放調(diào)零電位器調(diào)整差動(dòng)放大器輸出電壓為零，然后拔掉實(shí)驗(yàn)線，調(diào)零后模塊上的“差放增益、差放調(diào)零”電位器均不應(yīng)再變動(dòng)。2、觀察貼于主機(jī)懸臂梁根部的應(yīng)變片的位置與方向，按圖1將所需實(shí)驗(yàn)部件連接成測(cè)試橋路，圖中R1、R2、R3分別為模塊上的固定標(biāo)準(zhǔn)電阻（350），R為應(yīng)變片（可任選上梁或

17、下梁中的一個(gè)工作片，無(wú)應(yīng)變時(shí)其電阻均為350），圖中每?jī)蓚€(gè)節(jié)點(diǎn)之間可理解為一根實(shí)驗(yàn)連接線，注意連接方式，勿使直流激勵(lì)電源短路。圖1將螺旋測(cè)微儀螺旋管調(diào)至10mm刻度（或其它便于記錄的位置），裝于應(yīng)變懸臂梁前端永久磁鋼上，并調(diào)節(jié)螺旋測(cè)微儀支柱高度使懸臂梁基本處于水平位置，擰緊支柱固定螺釘。3、確認(rèn)接線無(wú)誤后開(kāi)啟主機(jī)電源開(kāi)關(guān)，并預(yù)熱數(shù)分鐘，使電路工作趨于穩(wěn)定。調(diào)節(jié)模塊上的WD電位器，使橋路輸出為零，此時(shí)將螺旋測(cè)微儀所在刻度設(shè)為原點(diǎn)（0）位置。4、用螺旋測(cè)微儀帶動(dòng)懸臂梁分別向上移動(dòng)（設(shè)為正位移）和向下移動(dòng)（設(shè)為負(fù)位移）各5mm ,每移動(dòng)0.5mm記錄一個(gè)輸出電壓值，并記入下表：位移(mm )-5.0

18、-1.5-1.0-0.500.51.01.55.0電壓(V)根據(jù)表中所測(cè)數(shù)據(jù)在坐標(biāo)圖上做出VX曲線，計(jì)算靈敏度S：S=。注：上下移動(dòng)時(shí)，也可以從上往下移動(dòng)（從+5mm到-5mm），或相反方向進(jìn)行均可。（二）單臂、半橋、全橋比較1、在完成單臂電橋的基礎(chǔ)上，依次將圖（1）中的固定電阻R1，換接應(yīng)變計(jì)組成半橋、將固定電阻R2 、R3，換接應(yīng)變計(jì)組成全橋。2、重復(fù)實(shí)驗(yàn)（一）中實(shí)驗(yàn)3-4步驟，完成半橋與全橋測(cè)試實(shí)驗(yàn)。3、在同一坐標(biāo)上描出V-X曲線，比較三種橋路的靈敏度，并做出定性的結(jié)論。注意事項(xiàng)：應(yīng)變計(jì)接入橋路時(shí)，要注意應(yīng)變計(jì)的受力方向，一定要接成差動(dòng)形式，即鄰臂受力方向相反，對(duì)臂受力方向相同，如接反則

19、電路無(wú)輸出或輸出很小。五、思考問(wèn)答：1、懸臂梁根端的各應(yīng)變片隨著懸臂梁的上下移動(dòng)，其電阻值如何相應(yīng)地發(fā)生變化？2、實(shí)驗(yàn)中，如果懸臂梁在較大范圍上下移動(dòng)，應(yīng)變片能正常工作嗎？為什么？六、注意事項(xiàng)：1、實(shí)驗(yàn)前應(yīng)檢查實(shí)驗(yàn)連接線是否完好，學(xué)會(huì)正確插拔連接線（直接上下插取，無(wú)須旋轉(zhuǎn)扭動(dòng)連接線插頭，否則易使插孔松動(dòng)），這是順利完成實(shí)驗(yàn)的基本保證。2、由于懸臂梁彈性恢復(fù)的滯后及應(yīng)變片本身的機(jī)械滯后，所以當(dāng)螺旋測(cè)微儀回到初始位置后橋路電壓輸出值并不能馬上回到零，此時(shí)可一次或多次將螺旋測(cè)微儀反方向旋動(dòng)一個(gè)較大位移，使電壓值回到零后再進(jìn)行反向采集實(shí)驗(yàn)。3、做單臂電橋?qū)嶒?yàn)時(shí)，由于應(yīng)變片的零漂和蠕變現(xiàn)象的客觀存在，橋

20、路中的三個(gè)精密電阻與應(yīng)變片的零漂值一致的可能性很小，如果沒(méi)有采用補(bǔ)償?shù)脑?，單臂電橋測(cè)試電路必然會(huì)出現(xiàn)輸出電壓漂移現(xiàn)象，這是真實(shí)地反映了應(yīng)變片的特性，但是只要采用了半橋或全橋測(cè)試電路，系統(tǒng)就會(huì)非常穩(wěn)定，這是因?yàn)橥慌蔚膽?yīng)變片的漂移和蠕變特性相近，接成半橋和全橋形式后根據(jù)橋路的加減特性原理就起到了非常好的補(bǔ)償作用，這也是應(yīng)變片在實(shí)際應(yīng)用中無(wú)一例外地采用全橋（或半橋）測(cè)試電路的原因。4、因?yàn)槭切⌒盘?hào)測(cè)試，所以調(diào)零后做實(shí)驗(yàn)時(shí)電壓表應(yīng)置2V檔，實(shí)驗(yàn)中要盡量避免外界信號(hào)干擾。5、在金屬箔式應(yīng)變片接口中，從左至右6片金屬箔式片分別是：第1、3工作片與第2、4工作片受力方向相反，第5、6片為上、下梁的溫度補(bǔ)

21、償片，請(qǐng)注意應(yīng)變片接口上所示符號(hào)表示的相對(duì)位置。實(shí)驗(yàn)二差動(dòng)變面積式電容傳感的靜態(tài)及動(dòng)態(tài)特性一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私獠顒?dòng)變面積式電容傳感器的原理及其特性。二、 實(shí)驗(yàn)原理差動(dòng)式同軸變面積電容的兩組電容片Cx1與Cx2作為雙T電橋的兩臂，當(dāng)電容量發(fā)生變化時(shí)，橋路輸出電壓發(fā)生變化。（圖1）三、 所需單元及部件：電容傳感器、電容傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K、激振器I、測(cè)微儀四、實(shí)驗(yàn)步驟：1、觀察電容傳感器結(jié)構(gòu)：傳感器由一個(gè)動(dòng)極與兩個(gè)定級(jí)組成，連接主機(jī)與實(shí)驗(yàn)?zāi)K的電源線及傳感器接口，按圖（1）接好實(shí)驗(yàn)線路，增益適當(dāng)。2、打開(kāi)主機(jī)電源，用測(cè)微儀帶動(dòng)傳感器動(dòng)極位移至兩組定極中間，調(diào)整調(diào)零電位器，此時(shí)模塊電路輸出為零。3、前后位

22、移動(dòng)極，每次0.5mm，直至動(dòng)靜極完全重合為止，記錄數(shù)據(jù)，作出V-X曲線，求出靈敏度。X（mm）V0（v）4、移開(kāi)測(cè)微儀，在主機(jī)振動(dòng)平臺(tái)旁的安裝支架上裝上電容傳感器，在振動(dòng)平臺(tái)上裝好傳感器動(dòng)極，用手按動(dòng)平臺(tái)，使平臺(tái)振動(dòng)時(shí)電容動(dòng)極與定極不碰擦為宜。5、開(kāi)啟“激振I”開(kāi)關(guān)，振動(dòng)臺(tái)帶動(dòng)動(dòng)極在定極中上下振動(dòng)，用示波器觀察輸出波形。注意事項(xiàng)：電容動(dòng)極須位于環(huán)型定極中間，安裝時(shí)須仔細(xì)作調(diào)整，實(shí)驗(yàn)時(shí)電容不能發(fā)生擦片，否則電壓信號(hào)會(huì)發(fā)生突變。實(shí)驗(yàn)三 PSD光電位置傳感器實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私釶SD光電位置傳感器的原理及其特性。二、實(shí)驗(yàn)原理：PSD（Position sensitive detector）是一種

23、新型的橫向光電效應(yīng)器件，當(dāng)入射光點(diǎn)照在光敏面上時(shí)由于光生載流子的流動(dòng)產(chǎn)生光生電流I，經(jīng)運(yùn)算后即可知光點(diǎn)的位置。（圖1）PSD器件工作原理三、實(shí)驗(yàn)所需部件：PSD傳感器、固體激光器、位移裝置、PSD光電位置傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K、電壓表、示波器四、實(shí)驗(yàn)步驟：1、觀察PSD器件及安裝位置，激光器置于PSD組件中，調(diào)節(jié)反射體（被測(cè)物）與激光管的位置大約為7080mm ,模塊輸出V0端接電壓表及示波器，連接主機(jī)與實(shí)驗(yàn)?zāi)K的電源線及傳感器探頭。2、開(kāi)啟主機(jī)電源，連接激光器電源并調(diào)節(jié)激光光點(diǎn)，激光束射到被測(cè)物體后其漫反射光經(jīng)透鏡聚焦入射PSD光敏面（激光器的光點(diǎn)位置可以旋轉(zhuǎn)調(diào)整，以提高PSD器件的光電流輸出），調(diào)

24、節(jié)位移裝置，使光斑位于PSD光敏面中點(diǎn)（通過(guò)觀察窗口確認(rèn)），調(diào)節(jié)模塊“增益”旋鈕，用示波器觀察，輸出波形不應(yīng)有自激，此時(shí)模塊電路輸出為零。3、分別向前和向后位移被測(cè)體，每位移0.1mm記錄一電壓值，并記入下表：XmmV0mv作出V-X曲線，計(jì)算靈敏度，分析工作線性。4、用遮擋物蓋住觀察窗口，使PSD器件不受背景光影響，重新進(jìn)行位移測(cè)試，看結(jié)果是否有變化。注意事項(xiàng)：本實(shí)驗(yàn)儀中的固體激光器只能作為實(shí)驗(yàn)光源之用，嚴(yán)禁實(shí)驗(yàn)者用激光光束照射人的眼睛，否則將會(huì)造成視力不可恢復(fù)的傷害。需注意的是由于背景光的影響及變化，可能會(huì)使多次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果有所不同。溫度傳感器設(shè)計(jì)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私鉄犭娕?、P-N結(jié)、熱敏電

25、阻的工作特性，測(cè)溫原理及轉(zhuǎn)換電路。二、 基本原理：1 熱電偶測(cè)溫原理：兩種不同的導(dǎo)體互相焊接成閉合回路時(shí)，當(dāng)兩個(gè)接點(diǎn)溫度不同時(shí)回路中就會(huì)產(chǎn)生電流，這一現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)，產(chǎn)生電流的電動(dòng)勢(shì)叫做熱電勢(shì)。通常把兩種不同導(dǎo)體的這種組合稱為熱電偶。2 晶體二極管或三極管的PN結(jié)電壓是隨溫度變化的。例如硅管的PN結(jié)的結(jié)電壓在溫度每升高1時(shí)，下降約2.1mV，利用這種特性可作成各種各樣的PN結(jié)溫度傳感器。它具有線形好，時(shí)間常數(shù)?。?.22秒），靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，其不足之處是離散性大互換性較差。3 熱敏電阻的溫度系數(shù)有正有負(fù)，因此分為兩類：PTC熱敏電阻（正溫度系數(shù)）與NTC熱敏電阻（負(fù)溫度系數(shù)）。一般NTC熱敏

26、電阻測(cè)量范圍較寬，主要用于溫度測(cè)量；而PTC突變型熱敏電阻的溫度范圍較窄，一般用于恒溫加熱控制或溫度開(kāi)關(guān)，也用于彩電中作自動(dòng)消磁元件。有些功率PTC也作為發(fā)熱元件用。PTC緩變型熱敏電阻可用作溫度補(bǔ)償或作溫度測(cè)量。 三、 設(shè)計(jì)舉例溫度-頻率轉(zhuǎn)換電路 溫度-頻率轉(zhuǎn)換器電路圖上圖是一個(gè)溫度-頻率轉(zhuǎn)換電路。該電路利用RC電路充放電過(guò)程的指數(shù)函數(shù)和熱敏電阻的指數(shù)函數(shù)相比較的方法來(lái)改善熱敏電阻的非線性。該轉(zhuǎn)換器由溫度-電壓轉(zhuǎn)換電路（A1，A2，A3）、RC充放電電路、電壓比較A4和延時(shí)電路組成。其改善熱敏電阻RT的非線性原理如下：溫度-電壓轉(zhuǎn)換電路由熱敏電阻RT和運(yùn)算放大器A1A3組成，產(chǎn)生一個(gè)與溫度相

27、對(duì)應(yīng)的電壓U+，加到比較器A4的正端。運(yùn)算放大器A1為差動(dòng)放大器A2提供一個(gè)低電壓的輸入的信號(hào)，其目的是減小熱敏電阻自身發(fā)熱所引起的誤差。A2輸出再由反相放大器A提高信號(hào)幅值。該幅值為RC電路（見(jiàn)A4反相輸入端）中的電容C上充電電壓為該轉(zhuǎn)換器是把RC電路充電過(guò)程中電容C上的電壓UC與溫度-電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出電壓U+相比較，當(dāng)RC>U+時(shí)，比較器的輸出電壓由正變負(fù)，此負(fù)跳變電壓觸發(fā)延時(shí)電路（T1，T2），使延時(shí)電路輸出窄脈沖，驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)電路BG，為電容器C構(gòu)成放電通路；當(dāng)UC<U+時(shí)，比較器A4輸出由負(fù)變正，延時(shí)電路輸出低電位，BG截止，電容器C開(kāi)始一個(gè)新的充電周期。當(dāng)溫度恒定時(shí)，輸出一個(gè)將與該溫度相對(duì)應(yīng)的頻率信號(hào)。當(dāng)溫度改變時(shí)，U+改變，使比較器輸出電壓極性的改