檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)實驗指導(dǎo)書

1、 檢測與轉(zhuǎn)換實驗指導(dǎo)書檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)實驗指導(dǎo)書適用專業(yè): 電氣工程、信息工程 課程代碼: 8426920 總學(xué)時: 40 總學(xué)分: 2.5 編寫單位: 測控技術(shù)與儀器系 編 寫 人: 審 核 人: 審 批 人: 批準(zhǔn)時間: 年 月 日目 錄 實驗一 箔式金屬應(yīng)變片性能及單臂、半橋、全橋性能比較與半導(dǎo)體應(yīng)變片性能比較試驗（實驗代碼1）3實驗二 熱電式傳感器熱電偶、熱敏電阻測溫試驗（實驗代碼2）6實驗三 基于上位機(jī)檢測的光電測速、測頻率綜合實驗（實驗代碼3）8實驗四 基LABVIEW的霍爾式傳感器的直流激勵特性綜合實驗（實驗代碼4）11 實驗五 自創(chuàng)性實驗（實驗代碼5）13 附錄1：成績考核辦法1

2、3 附錄2：推薦教材、參考書13 實驗一 箔式應(yīng)變片性能及單臂、半橋、全橋性能比較與半導(dǎo)體應(yīng)變片性能比較試驗 一、 實驗?zāi)康暮腿蝿?wù) 1 觀察了解箔式應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)及粘貼方式；2 測試應(yīng)變梁變形的應(yīng)變輸出；3 比較各橋路間的輸出關(guān)系；4 比較金屬應(yīng)變片與半導(dǎo)體應(yīng)變片的各種的特點(diǎn)。二、 實驗內(nèi)容1 測量直流單臂，半橋和全橋的輸出特性；2  比較溫度對單臂，半橋和全橋性能的影響；3  對單臂、半橋和全橋的靈敏度，線性度進(jìn)行比較；4 采用單臂電橋進(jìn)行測量，對金屬應(yīng)變片、半導(dǎo)體應(yīng)變片進(jìn)行靈敏度的比較。三、 實驗儀器、設(shè)備及材料 直流穩(wěn)壓電源（±4V檔）、電橋、差動放大器、箔式

3、應(yīng)變片、測微頭、（或雙孔懸臂梁、稱重砝碼）、電壓表。 四、 實驗原理1. 金屬箔式應(yīng)變片性能及單臂、半橋、全橋性能本實驗說明箔式應(yīng)變片及單臂直流電橋的原理和工作情況。應(yīng)變片是最常用的測力傳感元件。當(dāng)用應(yīng)變片測試時，應(yīng)變片要牢固地粘貼在測試體表面，當(dāng)測件受力發(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。通過測量電路，轉(zhuǎn)換成電信號輸出顯示。優(yōu)點(diǎn): 穩(wěn)定性和溫度特性好；缺點(diǎn): 靈敏度系數(shù)小。電橋電路是最常用的非電量電測電路中的一種，當(dāng)電橋平衡時，橋路對臂電阻乘積相等，電橋輸出為零，在橋臂四個電阻R1、R2、R3、R4中，電阻的相對變化率分別為R1R1、R2R2、R3R3、R4R4，

4、當(dāng)使用一個應(yīng)變片時，；當(dāng)二個應(yīng)變片組成差動狀態(tài)工作，則有；用四個應(yīng)變片組成二個差動對工作，且R1R2R3R4R，。4V RR24V R3 R1WDV圖1.1 單臂電橋測試原理圖由此可知，單臂，半橋，全橋電路的靈敏度依次增大。單臂電橋測試原理如圖1.1所示。如果 R1R2R3R4，則從上式中可以看出電橋中相鄰兩臂的應(yīng)變片受力應(yīng)相反。2. 半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)半導(dǎo)體材料的電阻率隨作用應(yīng)力而變化的現(xiàn)象稱為半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)。對于長l，截面積S，電阻率的條形半導(dǎo)體應(yīng)變片，在軸向力F作用下： 應(yīng)變靈敏系數(shù) 式中，E 半導(dǎo)體應(yīng)變片材料的彈性模量；L 半導(dǎo)體晶體材料的縱向壓阻系數(shù)，與晶向有關(guān)。特點(diǎn)：靈敏系

5、數(shù)高（其靈敏度是金屬應(yīng)變片的幾十倍），可測微小應(yīng)變，機(jī)械遲滯和橫向效應(yīng)小，體積小。但溫度穩(wěn)定性差，靈敏系數(shù)非線性大，需補(bǔ)償。五、 主要技術(shù)重點(diǎn)、難點(diǎn)測試方法的理解和運(yùn)用。六、 實驗步驟1調(diào)零。開啟儀器電源，差動放大器增益置100倍（順時針方向旋到底），“、”輸入端用實驗線對地短路。輸出端接數(shù)字電壓表，用“調(diào)零”電位器調(diào)整差動放大器輸出電壓為零，然后拔掉實驗線。調(diào)零后電位器位置不要變化，調(diào)零后關(guān)閉儀器電源。2按圖1.1將實驗部件用實驗線連接成測試橋路。橋路中R1、R2、R3、和WD為電橋中的固定電阻和直流調(diào)平衡電位器，R為金屬箔式應(yīng)變片（可任選上、下梁中的一片工作片）。直流激勵電源為±

6、4V。3確認(rèn)接線無誤后開啟儀器電源，并預(yù)熱數(shù)分鐘。測微頭裝于懸臂梁前端的永久磁鋼上，并調(diào)節(jié)使應(yīng)變梁處于基本水平狀態(tài)。調(diào)整電橋WD電位器，使測試系統(tǒng)輸出為零。4旋動測微頭，帶動懸臂梁分別作向上和向下的運(yùn)動，以懸臂梁水平狀態(tài)下電路輸出電壓為零為起點(diǎn)，向上和向下移動各5mm，測微頭每移動0.5mm記錄一個差動放大器輸出電壓值，并列表。5. 半導(dǎo)體應(yīng)變片單臂電橋測試：保持差動放大器增益不變，按圖1.1將實驗部件用實驗線連接成測試橋路，將圖1.1中的R換為半導(dǎo)體應(yīng)變片，重復(fù)金屬箔式單臂電橋的步驟；位移mm電壓V6. 直流半橋：保持差動放大器增益不變，將R2換成與應(yīng)變片R工作狀態(tài)相反的另一金屬箔式應(yīng)變片，

7、（若R拉伸，換上去的應(yīng)為壓縮片）形成半橋。重復(fù)單臂電橋的步驟；7 直流全橋：保持差動放大器增益不變，將R1換成與應(yīng)變片R工作狀態(tài)相反的另一金屬箔式應(yīng)變片，（若R拉伸，換上去的應(yīng)為壓縮片），將 R3換成與應(yīng)變片R工作狀態(tài)相同的另一金屬箔式應(yīng)變片，形成全橋。重復(fù)單臂電橋的步驟。七、 實驗報告要求1. 用表格形式列出金屬箔式應(yīng)變片單臂、半橋、全橋?qū)嶒灁?shù)據(jù)；2. 分別在坐標(biāo)紙上繪出三種情況下的輸出特性曲線（X-V曲線）并在同一坐標(biāo)紙上描出此三條曲線，討論三種情況下的線性誤差，靈敏度；3. 用表格形式列出半導(dǎo)體應(yīng)變片單臂電橋?qū)嶒灁?shù)據(jù)，在坐標(biāo)紙上繪出金屬箔式應(yīng)變片單臂電橋和半導(dǎo)體應(yīng)變片單臂電橋情況下的輸出

8、特性曲線（X-V曲線）并在同一坐標(biāo)紙上描出此二條曲線，以便比較靈敏度，討論這二種情況下的線性誤差，靈敏度。例：直流單臂電橋1、  數(shù)據(jù)表2、X-V曲線3、最大線性誤差式中為非線性誤差。輸出值與理論直線的最大偏差絕對值。此處理論曲線取兩端點(diǎn)的連線。滿量程輸出VHVL為上下限標(biāo)稱值之差的絕對值，此處下限VL0所以VH。4、  靈敏度此處近似為輸出特性曲線兩端點(diǎn)連接直線的斜率。最后在同一坐標(biāo)紙上作出三種情況下的輸出特性曲線。通過以上比較可以得出什么樣的結(jié)論？并回答為什么應(yīng)變片傳感器常采用半橋式或全橋形式？5、重復(fù)以上步驟，比較半導(dǎo)體應(yīng)變片和金屬箔式應(yīng)變片，通過以上比較可以得出什么

9、樣的結(jié)論？并回答為什么采用半導(dǎo)體應(yīng)變片來測量微應(yīng)變？為什么盡管金屬應(yīng)變片的靈敏度很小，但仍在許多場合得到應(yīng)用？八、 實驗注意事項1實驗前應(yīng)檢查實驗接插線是否完好，連接電路時應(yīng)盡量使用較短的接插線，以避免引入干擾； 2接插線插入插孔，以保證接觸良好，切忌用力拉扯接插線尾部，以免造成線內(nèi)導(dǎo)線斷裂；3穩(wěn)壓電源不要對地短路；4. 進(jìn)行上述實驗時激勵電壓，差動放大器增益、測微頭起始點(diǎn)位置等實驗條件必須一致，否則就無可比性。九、 思考題 1. 為什么需要將放大器增益放到最大后再進(jìn)行調(diào)零？2. 應(yīng)變片的安裝位置如何？3. 半導(dǎo)體應(yīng)變片的特點(diǎn)是什么？4. 增益放在什麼位置好？5. 你怎樣確定零點(diǎn)、量程和測量范

10、圍？實驗二 熱電式傳感器熱電偶、熱敏電阻測溫試驗 一、實驗?zāi)康暮腿蝿?wù) 1、觀察了解熱電偶的結(jié)構(gòu)；2、熟悉熱電偶的工作特性；3、學(xué)會查閱熱電偶分度表；4、了解熱敏電阻的特性；5、比較熱電偶和熱敏電阻的特性。二、實驗內(nèi)容1. 采用K型熱電偶進(jìn)行測溫2. 并通過計算算出環(huán)境溫度對溫度測量的影響；3. 采用熱敏電阻進(jìn)行測溫；4. 比較熱電偶和熱敏電阻的測溫特點(diǎn)、三、實驗儀器、設(shè)備及材料 熱電偶、熱敏電阻RT、溫度變換器、加熱器、差動放大器、電壓表、溫度計（自備）。 四、 實驗原理1、熱電偶測溫：熱電偶是熱電式傳感器的一種，它可將溫度變化轉(zhuǎn)化成電勢的變化，其工作原理是建立在熱電效應(yīng)的基礎(chǔ)上的。即將兩種不

11、同材料的導(dǎo)體組成一個閉合回路，如果兩個結(jié)點(diǎn)的溫度不同，回路中將產(chǎn)生一定的電流（電勢），其大小與材料的性質(zhì)和結(jié)點(diǎn)的溫度有關(guān)。因此只要保持冷端溫度t0不變，當(dāng)加熱結(jié)點(diǎn)時，熱電偶的輸出電勢E會隨溫度t變化，通過測量此電勢即可知道兩端溫差，從而實現(xiàn)溫度的測量。本儀器中熱電偶為銅康銅熱電偶（K型）。2、熱敏電阻測溫：熱敏電阻是熱電式傳感器的一種，它可將溫度變化轉(zhuǎn)化為電阻變化以達(dá)到測量溫度的目的。熱敏電阻是利用半導(dǎo)體材料制成的熱敏元件，它具有靈敏度高，可以應(yīng)用于各領(lǐng)域的優(yōu)點(diǎn)。熱電偶一般測高溫線性較好，熱敏電阻則用于200以下溫度較為方便。本實驗中所用熱敏電阻為負(fù)溫度系數(shù)。其定義為熱敏電阻在其自身溫度變化1

12、時，電阻值的相對變化量，可用下式表示為：式中B為熱敏電阻常數(shù)。本實驗所用的熱敏電阻B=3200K。負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻其特性可以表示為： 式中RT、RT0分別為溫度T和T0時的電阻值。因此當(dāng)溫度變化時，熱敏電阻阻值的變化將導(dǎo)致由運(yùn)放組成的壓/阻變換電路的輸出電壓變化，其關(guān)系可表示為： 式中UT、U T0分別為溫度T和T0時的壓/阻變換電路的輸出電壓值。根據(jù)上面兩式：五、 主要技術(shù)重點(diǎn)、難點(diǎn)熱電偶的冷端處理，所測溫度的計算與修正。六、 實驗步驟1、熱電偶的測溫試驗步驟1) 調(diào)節(jié)差動放大器輸出為零。開啟儀器總電源并將儀器左下角的±15V電源開關(guān)置于“開”的位置。差動放大器增益置100倍（

13、順時針方向旋到底） “+、-”輸入端用實驗線對地短路。輸出端接數(shù)字電壓表，用“調(diào)零”電位器調(diào)整差動放大器輸出電壓為零，然后拔掉實驗線。調(diào)零后，差動放大器的兩個電位器的位置不要變化；2) 將熱電偶接入差動放大器的雙端輸入，記錄數(shù)字表顯示的電壓值Ut；3) 打開加熱開關(guān)，觀察差動放大器輸出電壓的變化，每隔1-2分鐘記錄一次電壓值，待溫度不再上升時（達(dá)到相對的熱穩(wěn)定狀態(tài)），記錄電壓表讀數(shù)，并求出溫度值；4) 本儀器上熱電偶是由兩支銅康銅熱電偶串接而成，熱電偶的冷端溫度為室溫，放大器的增益為100倍，計算熱電勢時均應(yīng)考慮進(jìn)去。用溫度計讀出熱電偶參考端所處的室溫t1； E（t , to） = E（t ,

14、 t1） + E（t1 , to） 實際電動勢 測量所得電勢 溫度修止電動勢式中E為熱電偶的電動勢，t為熱電偶熱端溫度，to為熱電偶參考端溫度為0，t1為熱電偶參考端所處的溫度。查閱銅康銅熱電偶分度表，求出加熱端溫度t； 圖2.1 熱電偶測溫電路2、熱敏電阻的測溫試驗步驟Rt測溫電橋放大電路VF圖2.2 熱敏電阻測溫電路1) 觀察裝于懸臂梁上封套內(nèi)的熱敏電阻，將熱敏電阻接入溫度變換器RT端口，調(diào)節(jié)“增益”旋鈕，使加熱前電壓輸出U0端的輸出電壓值盡可能大但不超量程，記錄U RT0值；2) 用溫度計測出環(huán)境溫度，記錄T0值。（用國際溫標(biāo)）；3) 打開加熱器，觀察溫度變換器輸出電壓的變化情況。每隔1

15、分鐘，盡可能同時測出熱電偶、熱敏電阻傳感器的輸出電壓，記入數(shù)據(jù)表。直至電壓穩(wěn)定；4) 根據(jù)計算熱電偶的穩(wěn)定溫度值T, 計算第5點(diǎn)的溫度值T1。七、 實驗報告要求1、 記錄熱電偶（UE t）、熱敏電阻（UR t）測量數(shù)據(jù)：室溫t=_序號12345測量值UE/VVETUR/VVRT1VRT計算值熱電偶計算最后的穩(wěn)定溫度值T熱敏電阻計算該點(diǎn)的溫度值T12、畫出測溫的電路并進(jìn)行相關(guān)說明，本試驗將兩熱電偶串聯(lián)使用，說明所測的溫度的特點(diǎn)；3、 算出熱電偶所處的穩(wěn)定狀態(tài)溫度，詳細(xì)列出所有算法并說明理由；4、 說明環(huán)境溫度對熱電偶測溫的影響，提出對冷端的處理方法；5、 

16、說明負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻的電阻溫度特性，說明其測溫的特點(diǎn)。八、 實驗注意事項1. 本儀器所使用的熱電偶是由兩只銅-康銅熱電偶串接而成的，熱電偶的冷端為室溫，熱端在懸臂梁上。放大器的增益為100倍，計算熱電勢時應(yīng)考慮進(jìn)去。2. 因為儀器中差動放大器放大倍數(shù)100倍，所以用差動放大器放大后的熱電勢并非十分精確，因此查表所得到的熱端溫度也為近似值。3. 盡可能同時測出熱電偶、熱敏電阻的輸出電壓，記入數(shù)據(jù)表。九、 思考題 1、  熱電偶分度表是如何做出回來的？2、為何將兩熱電偶串聯(lián)使用？3、  熱敏電阻有什么特點(diǎn)？實驗三 基于上位機(jī)檢測的光電測速、測頻率綜合實驗一、實驗?zāi)康暮腿蝿?wù) 在

17、工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)實驗中，轉(zhuǎn)速測量是一個很重要的問題。通過該試驗，達(dá)到以下綜合目的：1、了解光電轉(zhuǎn)速傳感器的工作原理；2、掌握光電測速的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；3、學(xué)會通過測量脈沖計算轉(zhuǎn)速；4、了解計算機(jī)測速的基本環(huán)節(jié)；5、了解光電轉(zhuǎn)速中環(huán)境光對測速的影響。二、實驗內(nèi)容1. 采用光電轉(zhuǎn)速傳感器進(jìn)行測速；2. 采用頻率計通過測量光電轉(zhuǎn)速傳感器的脈沖計算轉(zhuǎn)速；3. 采用示波器通過測量光電轉(zhuǎn)速傳感器的脈沖計算轉(zhuǎn)速；4. 通過數(shù)據(jù)采集板，經(jīng)過RS232與計算機(jī)通信進(jìn)行速度的測量與顯示。5. 采用人為干擾的方法，觀察環(huán)境光對光電測速的影響。三、實驗儀器、設(shè)備及材料 光電傳感器、光電變換器、測速電機(jī)及轉(zhuǎn)盤、電壓 / 頻率表

18、2KHZ檔、示波器、數(shù)據(jù)采集卡、計算機(jī)。圖3.1 光電傳感器（光電耦合器）四、 實驗原理圖3.2 采用頻率計的測量系統(tǒng)光電轉(zhuǎn)速傳感器是根據(jù)光敏二極管工作原理制造的一種感應(yīng)接收光強(qiáng)度變化的電子器件，當(dāng)它發(fā)出的光被目標(biāo)反射或阻斷時，則接收器感應(yīng)出相應(yīng)的電信號。其工作原理如圖4.1所示。 光電式傳感器由獨(dú)立且相對放置的光發(fā)射器和收光器組成，通過光發(fā)射器和收光器之間并阻斷光線時，傳感器輸出信號。圖3.3 采用示波器的測量系統(tǒng)信號盤結(jié)構(gòu)如圖3.2所示，盤上共有 2個齒，將信號盤與電機(jī)安裝在一起，使其隨電機(jī)轉(zhuǎn)動；傳感器固定在支架上，垂直于轉(zhuǎn)速盤，當(dāng)轉(zhuǎn)速盤旋轉(zhuǎn)時，光電傳感器就輸出矩形脈沖信號，每2個脈沖對應(yīng)

19、電動機(jī)1轉(zhuǎn)。信號盤旋轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生的脈沖數(shù)，等于其上的齒數(shù)。圖3.2采用頻率計通過測量光電轉(zhuǎn)速傳感器的脈沖計算轉(zhuǎn)速；圖3.3采用示波器測轉(zhuǎn)速。光敏晶體管的特性：圖3.4 硅光敏管的伏安特性（a）硅光敏二極管；（b）硅光敏三極管圖3.5 硅和鍺光敏管的光譜特性圖3.6 光電脈轉(zhuǎn)換電路光電信號的轉(zhuǎn)換：光電耦合器（如圖3.6中虛線所示）將速度信號轉(zhuǎn)換為電脈沖，再進(jìn)行放大和整形，光電脈沖轉(zhuǎn)換電路如圖3.6所示。轉(zhuǎn)速的計算：在固定的測量時間內(nèi)，計取轉(zhuǎn)速傳感器發(fā)生的脈沖個數(shù) (即頻率)，從而算出實際轉(zhuǎn)速。設(shè)固定的測量時間T (min)，計數(shù)器計取的脈沖個數(shù)m，假定脈沖發(fā)生器每轉(zhuǎn)輸出p個脈沖，對應(yīng)被測轉(zhuǎn)速為N

20、(rmin)，則 f-=pN60，際轉(zhuǎn)速值N=60 fp。計算機(jī)測試：CSY系列傳感器綜合測試儀負(fù)責(zé)提供底層的多種傳感器的測試信號；數(shù)據(jù)采集卡完成信號的放大、A/D轉(zhuǎn)換并通過RS232串口將CSY系列傳感器實驗儀的測試信號送入計算機(jī)，如圖3.7所示。RS232CSY型傳感器實驗儀數(shù)據(jù)采集卡PC機(jī)（測試平臺）圖3.7 基于PC機(jī)的測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖數(shù)據(jù)采集卡已安裝于儀器內(nèi)部，其信號輸入端即為儀器上電壓/頻率表的VI端。十二位A/D轉(zhuǎn)換，精度為1/2048，量程分200Mv、1V、10V三檔，可以根據(jù)實驗采集電壓范圍選擇量程，以獲得較高精度。采集速度分單次和連續(xù)兩種模式，連續(xù)采集主要是對動態(tài)信號，速度

21、1-7檔從20000次/秒100次/秒，用戶可以根據(jù)動態(tài)信號的頻率選定采集速度。通訊約定（串行口RS232）：波特率2400，1位停止位，無奇偶校驗。安裝：數(shù)據(jù)采集卡使用計算機(jī)的COM14口進(jìn)行通訊，故計算機(jī)上的其他串行設(shè)備的安裝必須做到：BIOS中的設(shè)置正確，中斷號不能和通信口所占用的中斷號相沖突?！稗D(zhuǎn)速”測試最低轉(zhuǎn)速為7.62轉(zhuǎn)/秒，信號頻率（脈沖信號）均要通過“轉(zhuǎn)速”插口送入采集卡中。上位測試界面如圖3.8所示。圖3.8 基于虛擬示波器的上位測試界面五、主要技術(shù)重點(diǎn)、難點(diǎn)對測試系統(tǒng)的整體把握。六、實驗步驟1、 光電傳感器“光電”端接光電變換器 端，VF端接示波器和電壓/頻率表2KHZ；2

22、、注意安裝好光電傳感器位置，勿與信號盤盤面相擦；3、開啟電源，打開電機(jī)開關(guān)，調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，采用頻率法和周期法進(jìn)行測速：1）采用頻率測量法：將VF端接電壓/頻率表2KHZ，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速n1,測得頻率f1；調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速n2,測得頻率f2,分別算出相應(yīng)的轉(zhuǎn)速；2）采用周期法：將VF端接示波器，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速n1,測得具有一定周期T1的方波；調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速n2, 測得具有一定周期T2的方波,分別算出相應(yīng)的轉(zhuǎn)速,并測出方波的幅值。注意：步驟1）和2）可同時進(jìn)行，用示波器觀察光電轉(zhuǎn)換器VF端，讀出波形頻率，與頻率表所示頻率比較； 4、觀察老師做微機(jī)檢測與轉(zhuǎn)換的演示試驗：將CSY實驗儀器的通信電纜與PC機(jī)的COM口相連接，在P

23、C機(jī)上打開測試界面，將VF端接電壓/頻率表2KHZ，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速n1,觀察PC機(jī)所測得頻率f1；調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速n2, 觀察PC機(jī)所測得頻率f2,與前兩種測試的方法相對比；5、人為干擾：通過手電將一較強(qiáng)光源照射儀器轉(zhuǎn)盤上方，觀察測試方波是否正常。低速中速高速脈沖幅值頻率測試法測試周期測試測試七、實驗報告要求1、分別記錄好采用頻率、周期測量法所測的數(shù)據(jù)，分別算出相應(yīng)的轉(zhuǎn)速并說明計算原理，并測脈沖的幅值，比較波器與頻率表的測試結(jié)果，說明測量差別的原因； 2、 說明微機(jī)檢測系統(tǒng)的構(gòu)成以及測試原理；3、 說明人為干擾產(chǎn)生的現(xiàn)象，從光敏晶體管的頻譜特性入手分析其原因，說明光電傳感器在一般的環(huán)境下

24、測量不受日光影響的原因；4、 說明本測試系統(tǒng)對速度的分辨力，并提出提高其分辨力的方法。八、實驗注意事項光電傳感器勿與信號盤盤面相擦，否則易使電機(jī)堵轉(zhuǎn)。九、思考題 1、 CSY實驗儀器的速度信號是如何提供的？2、微機(jī)檢測系統(tǒng)是如何構(gòu)成的？通信的速度對測試有何影響？3、如果要想提高測試的分辨率，應(yīng)采用什么樣的措施？ 實驗四 基LABVIEW的霍爾式傳感器的直流激勵特性綜合實驗 一、 實驗?zāi)康暮腿蝿?wù) 1 了解霍爾式傳感器的工作原理；2 熟悉霍爾式傳感器的結(jié)構(gòu)； 3 學(xué)會用霍爾傳感器做靜態(tài)位移測試；4 了解基于LABVIEW的測試系統(tǒng)構(gòu)成。二、 實驗內(nèi)容1 測量霍爾式傳感器的直流激

25、勵特性；2 通過霍爾式傳感器進(jìn)行位移的測量；3  練習(xí)如果確定測試范圍；4 進(jìn)行LABVIEW的測試系統(tǒng)的演示實驗。三、 實驗儀器、設(shè)備及材料 直流穩(wěn)壓電源、電橋、霍爾傳感器、差動放大器、電壓表、測微頭。 四、 實驗原理在一塊通電的半導(dǎo)體薄片上，加上和片子表面垂直的磁場B，在薄片的橫向兩側(cè)會出現(xiàn)一個電壓VH，這種現(xiàn)象就是霍爾效應(yīng)，VH稱為霍爾電壓：VH KHIB霍爾元件一旦制成，KH為常數(shù)?；魻柶骷且环N磁傳感器。用它們可以檢測磁場及其變化，可在各種與磁場有關(guān)的場合中使用。霍爾器件以霍爾效應(yīng)為其工作基礎(chǔ)。霍爾傳感器是由兩個環(huán)形磁鋼組成梯度磁場和位于梯度磁場中的霍爾元件組成，

26、當(dāng)霍爾元件通以恒定的電流時，霍爾元件就有電勢輸出。如圖4.1 (a)所示的兩塊永久磁鐵相同極性相對放置，將霍爾元件置于中間，其磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，這個位置可以作為位移的零點(diǎn)。當(dāng)霍爾器件在Z軸方向位移DZ時，霍爾器件有一電壓UH輸出，其輸出特性如圖9-20(b)所示。只要測出UH值，即可得到位移的數(shù)值。位移傳感器的靈敏度與兩塊磁鋼間距離有關(guān)，距離越小，靈敏度越高。一般要求其磁場梯度大于0.03Tmm，這種位移傳感器的分辨率優(yōu)于10-6m。如果浮力、壓力等參數(shù)的變化能轉(zhuǎn)化為位移的變化，便可測出液位、壓力等參數(shù)。本設(shè)計中通過調(diào)節(jié)測微頭來調(diào)節(jié)霍爾器件在磁場中的位移。其測量推導(dǎo)如下：VH KHIBB = k

27、 B xVH KHI k B xK= KH I k BVH = K x 圖4.1 霍爾位移測量測量原理圖如圖4.2所示。WDR2V差放 電壓表圖4.2 測量原理圖基于LABVIEW的測試：所謂虛擬儀器就是以計算機(jī)作為儀器統(tǒng)一的硬件平臺，充分利用計算機(jī)的運(yùn)算、存儲、回放、調(diào)用、顯示及文件管理等智能化功能，同時把傳統(tǒng)儀器的專業(yè)化功能和面板控件軟件化，使之與計算機(jī)結(jié)合構(gòu)成一臺從外觀到功能都完全與傳統(tǒng)硬件儀器相同，同時又充分享用了計算機(jī)智能資源的全新儀器系統(tǒng)，其中最有代表性的圖形化編程軟件就是美國NI公司推出的Labview(laboratory virtual instrument engineer

28、ing workbench即實驗室虛擬儀器工作平臺)。CSY系列傳感器實驗儀自帶數(shù)據(jù)采集卡，其廠家自行開發(fā)了一個很簡單的數(shù)據(jù)采集上位界面，但難以滿足多種測試與數(shù)據(jù)處理功能。本實驗充分利用現(xiàn)有的CSY系列傳感器實驗儀，通過串口與計算機(jī)通信，并在LabVIEW軟件環(huán)境下實現(xiàn)傳感器信號采集與顯示，并可將MATLAB與LabVIEW相結(jié)合，利用其強(qiáng)大的計算功能對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析、曲線擬合、結(jié)果判定等功能，提升了傳統(tǒng)儀器的性能，實現(xiàn)了儀器功能的開放。CSY系列傳感器綜合測試儀負(fù)責(zé)提供底層的多種傳感器的測試信號；數(shù)據(jù)采集卡完成信號的放大、A/D轉(zhuǎn)換并通過RS232串口將CSY系列傳感器實驗儀

29、的測試信號送入計算機(jī)。在LabVIEW下開發(fā)的程序稱為虛擬儀器，通過編制軟件可以在有限的設(shè)備基礎(chǔ)上實現(xiàn)虛擬儀器VI(Virtual Instrument)的各種自定義功能，大大擴(kuò)展了儀器的功能。測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3.7所示。圖4.4 虛擬電壓表前面板RS232CSY型傳感器實驗儀數(shù)據(jù)采集卡PC機(jī)（LABVIEW測試平臺）圖4.3 基于LABVIEW的測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖測試所設(shè)計的虛擬電壓表如圖4.4所示。五、 主要技術(shù)重點(diǎn)、難點(diǎn)零點(diǎn)和測試范圍的確定。六、 實驗步驟1調(diào)零。開啟儀器電源，差動放大器增益置100倍（順時針方向旋到底），“、”輸入端用實驗線對地短路。輸出端接數(shù)字電壓表，用“調(diào)零”電位器調(diào)整差動放大器輸出電壓為零，然后拔掉實驗線。調(diào)零后電位器位置不要變化。如需使用毫伏表，則將毫伏表輸入端對地短路，調(diào)整“調(diào)零”電位器，使指針居“零”位。拔掉短路線，指