传感器技术实验指导书_2

实验一差动式传感器综合性实验

一、实验目的

1.了解差动技术在传感器中的应用

2.掌握最佳线性度的求解方法

二、实验内容

11.观察下列三种差动式传感器的结构2差动变压器传感器；3差动霍尔式传感器；4差动变面积电容式传感器；对观察结果进行描述并说明差动工作原理

2.观察差动螺旋管式电感传感器差动性能；

3.了解差动式传感器的性能特点；

4、任选其中一种传感器进行位移测量实验，指出线性范围

5、根据线性范围，进行最佳线性度计算，并与最小二乘线性度进行比较

三、差动螺旋管式电感传感器差动性能演示差动螺旋管式电感传感器是由两个完全相同的单线圈螺管式自感传感器组成1所需部件利用差动变压器的衔铁和两个次级线圈构成差动螺旋管式电感传感器演示使用音频振荡器、测量电路电桥、差动放大器、移相器、相敏检波器、低通滤波器、电压表、示波器、测微头等部件2演示步骤1按下图接线，将两个次级线圈分别接入示波器的两个通道注此图表明，单线圈的电源电压由初级线圈的电源电压耦合产生观察两个单线圈螺管式自感传感器的输出端口波形两波形是否同相？当衔铁处于中间位置时，两波形的幅值是否相等？2上、下移动衔铁，观察两端口波形的幅值是否发生变化3将次级线圈接入电桥的相邻两臂构成差动式传感器，示波器的一个通道显示其输出值上、下移动衔铁观察传感器输出，输出值是否在“+”之间变实验二光电位置敏感器件——传感器PSD实验原理PSD（position sensitivedetector）是一种新型的横向光电效应器件，当入射光点照在器件光敏面上时,激发光生载流子而产生电流I,光生电流的大小与光点的大小无关，只和光点在器件上的位置有关系当光点位于器件中点（原点）时，光生电流HE2,根据这一原理，将PSD器件两极电流H.12变换成电压信号后再进行运算即可知道光点的位置PSD器件工作原理见右图实验所需器件PSD器件（己装在基座上）、固体激光器、反射体、PSD处理电路单元、电压表实验步骤

1.通过基座上端圆形观察孔观察PSD器件及在基座上的安装位置,连接好PSD器件与处理电路,开启仪器电源，输出端Vo接电压表,此时因无光源照射,PSD前聚焦透镜也无因光照射而形成的光点照射在PSD器件上,V输出的为环境光的噪声电压，试用一块遮光片将观察圆孔盖上,观察光噪声对输出电压的变化

2.将激光器插头插入“激光电源”插口，激光器安装在基座圆孔中并固定注意激光束照射到反射面上时的情况，光束应与反射面垂直旋转激光器角度，调节激光光点，（必要时也可调节PSD前的透镜）使光点尽可能集中在器件上仔细调节位移平台，用电压表观察输出电压V0的变化,当输出为零时，再分别测两路信号电压输出工山顺V0KV02的电压值,此时两个信号电压应是基本的从原点开始，位移平台分别向前和向后位移10mm,因为PSD器件对光点位置的变化非常敏感，故每次螺旋测微仪旋转5格，并将位移值mm与输出电压值V0记录列表，作出V/X曲线，求出灵敏度S,S=A V/AXo根化（过零翻转）实验才U!4讨论观察结果

1.写出综合传感器实验仪上应用差动技术的传感器名称及结构特点，并画出结构示意图

2.说明上述各种传感器的差动工作原理

（1）

3、根据所选传感器的位移测量实验完成下列内容

（2）原始数据记录

（3）最小二乘法线性度求解

（4）最佳线性度求解

（5）二个线性度值的比较分析附件一:差动螺旋管式电感传感器位移测量⑴差动变压器二个次级线圈组成差动状态，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Lo=Lo〃，系统输出为零

（3）当衔铁上、下移动时，Lo7W Lo〃,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180O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5mm,记录V,X值，做出V-X曲线，求出灵敏度位移mm电压V附件二差动变压器式传感器的位移测量

一、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、

二、实验步骤1,按图（1-2）接线，差动放大器增益适度，音频振荡器LV端输出5KHZ,VP-P值2V

2.调节电桥WD、WA电位器，调节测微头带动衔铁改变其在线圈中的位置，使系统输出为零

3.旋动测微头使衔铁在线圈中上、下有一个较大的位移，用电压表和示波器观察系统输出是否正负对称（如有削波现象则应减小差动放大器增益）如不对称则需反复调节衔铁位置和电桥、移相器，做到正负输出对称

4.旋动测微头，带动衔铁向上5mm,向下5mm位移，每旋一周（

0.5mm）记录一电压值并填入表格位移mm电压V

四、注意事项系统标定需调节电桥、移相器、衔铁三者位置，正确的调节方法是在步骤

1、2之后用手将衔铁压至线圈最底部，调节移相器，用示波器两个通道观察相敏检波器

①、

②端口,当两端口波形正好为同相或反相时恢复衔铁位置，这样才能做到系统输出灵敏度最高并正负对称-2Vo电桥平献络翻式传麻豳放大器电赚b附件三:霍尔式传感器位移测量图1—3差动霍尔式传感器工作简图

一、实睑原理:霍尔式传感器是由工作在两个环形磁钢组成的梯度磁场和位于磁场中的霍尔元件组成+2VQ—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，输出的霍直施成出电源WI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获知霍尔元件的静位移

二、实睑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

三、实验步骤

1.按图1-3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差动放大器增益适度开启电源，调节电桥WD,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

3.5mm,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XmmVv

五、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，以免损坏霍尔元件附件

四、变面积电容式传感器位移测量

一、实验原理电容式传感器有多种形式，本仪器中是差动平行变面积式传感器由两组定片和一组动片组成当安装于振动台上的动片上、下改变位置，与两组静片之间的相图1—4差动变面积电容式传感器的工作简图对面积发生变化，极间电容也发生相应变化，成为差动电容如将上层定片与动片形成的电容定为CX1,下层定片与动片形成的电容定为CX2,当将CX1和CX2接入双T型桥路作为相邻两臂时，桥路的输出电压与电容量的变化有关，即与振动台的位移有关

二、实验所需部件电容传感器、电容变换器、差动放大器、低通滤波器、低频振荡器、测微头

三、实验步骤

1.按图1-4接线，电容变换器和差动放大器的增益适度

2.装上测微头，带动振动台位移，使电容动片位于两静片中，此时差动放大器输出应为零

3.以此为起点，向上和向下位移电容动片，每次

0.5mm,直至动片与一组静片全部重合为止记录数据，并作出V—X曲线，求得灵敏度Xmm0Vv

4.低频振荡器输出接“激振r端，移开测微头，适当调节频率和振幅，使差放输出波形较大但不失真，用示波器观察波形

五、注意事项

1.电容动片与两定片之间的片间距离须相等，必要时可稍做调整位移和振动时均应避免擦片现象，否则会造成输出信号突变

2.如果差动放大器输出端用示波器观察到波形中有杂波，请将电容变换器增益进一步减小。