傳感器自動(dòng)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

傳感器技術(shù)實(shí)訓(xùn)報(bào)告一、時(shí)間：2012年7月2日～7月6日二、實(shí)訓(xùn)時(shí)間安排及實(shí)訓(xùn)內(nèi)容：調(diào)試電容式傳感器電路；：調(diào)試半導(dǎo)體應(yīng)變片傳感器：調(diào)試差動(dòng)變壓器傳感器電路；：調(diào)試霍爾式傳感器電路；:匯報(bào)各調(diào)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果。組員：四、實(shí)訓(xùn)過程實(shí)驗(yàn)一、調(diào)試電容式傳感器電路測(cè)位移（一）實(shí)驗(yàn)要求：1、了解電容式傳感器工作原理及測(cè)量方法；2、按原理圖連接線路適當(dāng)調(diào)節(jié)并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)；3、將所記數(shù)據(jù)輸入曲線繪圖軟件查看實(shí)驗(yàn)結(jié)果并總結(jié)。（二）實(shí)驗(yàn)原理：本次電容式傳感器是差動(dòng)平行變面積式，由兩組定片和一組動(dòng)片組成，當(dāng)安裝于振動(dòng)臺(tái)上的動(dòng)片上、下改變位置，與兩組靜片之間相對(duì)面積發(fā)生變化，極間電容也發(fā)生相應(yīng)變化，成為差動(dòng)電容。如將上層定片與動(dòng)片形成的電容Cx1，下層定片與動(dòng)片形成的電容定為Cx2，當(dāng)Cx1和Cx2接入雙T型橋路作為相鄰兩臂時(shí)，橋路的輸出電壓與電容的變化有關(guān)，即與振動(dòng)臺(tái)的位移有關(guān)。（三）實(shí)驗(yàn)部件及原理圖：電容傳感器、電容變換器、差動(dòng)變換器、低通濾波器、螺旋側(cè)微頭、低頻振蕩器、萬用表。圖1（四）實(shí)驗(yàn)步驟1、按圖1接線，電容變換器和差動(dòng)放大器的增益適度。2、裝上微測(cè)頭，帶動(dòng)振動(dòng)臺(tái)位移，使電容動(dòng)片位于兩靜片中，此時(shí)差動(dòng)放大器輸出理論上應(yīng)為零。3、以此為起點(diǎn)，向上和向下位移動(dòng)電容動(dòng)片，每次0.5mm，直至動(dòng)片與一組靜片全部重合為止。記錄數(shù)據(jù)，并作出U-X曲線，求得靈敏度。（數(shù)據(jù)、曲線圖如下）4、低頻振蕩器輸出接“激振1端”，移開微測(cè)頭，適當(dāng)調(diào)節(jié)頻率和振幅，使差放輸出波形較大但不失真，用示波器觀察波形。表1（測(cè)量范圍：0mm～15.0mm）X(mm)00.51.01.52.02.53.03.54.0U(mV)-1719-1220-925-882-779-702-639-482-386.9X(mm)4.55.05.56.06.57.07.58.08.5U(mV)-223.9-73.71.754312.3533564779947X(mm)9.09.510.010.511.011.512.012.513.0U(mV)106012591433147215511757199319622231X(mm)13.514.014.515.015.516.0U(mV)23422447260525161623990實(shí)驗(yàn)結(jié)果：靈敏度S=△U/△X≈0.2251V/mm；靜態(tài)誤差：K=0.073。實(shí)驗(yàn)二、半導(dǎo)體應(yīng)變片半橋稱重測(cè)試（一）實(shí)驗(yàn)要求1、連接半導(dǎo)體半橋電路，調(diào)試好后進(jìn)行稱重測(cè)試；2記錄數(shù)據(jù)并總結(jié)得出結(jié)論，與單臂電路進(jìn)行性能比較；3注意半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)的靈敏度及溫度效應(yīng)。（二）實(shí)驗(yàn)原理半導(dǎo)體應(yīng)變片式傳感器是利用半導(dǎo)體材料的“應(yīng)變效應(yīng)”進(jìn)行工作。當(dāng)用應(yīng)變片測(cè)試時(shí)，應(yīng)變片要牢固的粘貼在測(cè)試體表面，當(dāng)測(cè)件受力放生行變，應(yīng)變片的敏感柵隨同變形，起電阻值也隨之發(fā)生相應(yīng)的變化。通過測(cè)試電路，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出顯示。當(dāng)電橋平衡時(shí)，橋路對(duì)臂電阻乘積相等，電橋輸出為零，在橋臂四個(gè)電阻中，電阻的相對(duì)變化率為△R/R，個(gè)應(yīng)變片時(shí)，∑R＝△R/R；當(dāng)兩個(gè)應(yīng)變片組成差動(dòng)狀態(tài)工作，測(cè)有∑R＝2△R/R；用四個(gè)應(yīng)變片組成兩個(gè)差動(dòng)對(duì)工作，且R1＝R2＝R3＝R4＝R，∑R＝4△R/R?？芍獑伪?，半橋，全橋電路的靈敏度依次增大。（三）實(shí)驗(yàn)所需部件及原理圖直流穩(wěn)壓電源、電橋、差動(dòng)放大器、半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)、萬用表。圖2（四）實(shí)驗(yàn)步驟1、調(diào)零。開啟儀器電源，差動(dòng)放大器增益置100倍（順時(shí)針方向旋到底），“＋、－”輸入端用實(shí)驗(yàn)線對(duì)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(dòng)放大器輸出電壓為零，然后拔掉實(shí)驗(yàn)線。調(diào)零后電位器位置不要變化。2、按圖2將實(shí)驗(yàn)部件用實(shí)驗(yàn)線連接成測(cè)試橋路。橋路中R、WD為電橋中的固定電阻和直流平衡電位器，R1、R2為應(yīng)變片，（可任選上、下梁中的一片工作片）。直流激勵(lì)電源為±2V。3、確認(rèn)接線無誤后開啟儀器電源，并預(yù)熱數(shù)分鐘。調(diào)整電橋WD電位器，使測(cè)試頭系統(tǒng)輸出為零。4、測(cè)出電壓變化V，砝碼個(gè)數(shù)W=20g/個(gè)，畫出V-W曲線，求出靈敏度。（數(shù)據(jù)表、曲線圖如下所示）表2：W(個(gè))012345678V(mV)0.112.329.249.270.488.5112.7134.2156.1W(g)91011121314151617V(mV)181.7205.4229.5255.4283.1311.1340.2371.4375.0W(g)1819202122V(mV)379.6383.5388.3388.7390.0實(shí)驗(yàn)結(jié)果：靈敏度S=△V/△W≈1.095mV/g;靜態(tài)誤差K≈0.077。實(shí)驗(yàn)三、差動(dòng)變壓器傳感器的調(diào)試（一）實(shí)驗(yàn)要求1、理解差動(dòng)變壓器測(cè)試系統(tǒng)的組成，掌握其線性標(biāo)定方法；2、測(cè)量過程中分別用萬用表測(cè)量差放輸出端口及低通濾波輸出端口并記錄；3、用示波器兩通道觀察相敏檢波器①、②端口，使其波形符合實(shí)驗(yàn)要求。（二）實(shí)驗(yàn)所需部件及原理圖差動(dòng)變壓器、音頻振蕩器、電橋、差動(dòng)放大器、移相器、相敏檢波器、低通濾波器、萬用表、示波器、測(cè)微頭。圖3（三）實(shí)驗(yàn)原理差動(dòng)變壓器式傳感器主要由一個(gè)一次繞組、兩個(gè)二次繞組、活動(dòng)銜鐵及導(dǎo)磁外殼組成，其可看作是互感式電感傳感器，把被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)換為線圈的互感變化，一次側(cè)接入激勵(lì)電源后，二次側(cè)因互感而產(chǎn)生電壓輸出。當(dāng)繞組間互感隨被測(cè)量變化時(shí)，輸出電壓將產(chǎn)生相應(yīng)變化。變壓器的輸出Uo等于兩個(gè)二次繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E??、E??之差，二次側(cè)繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=-jωMI，M為一次繞組與兩個(gè)二次繞組的互感系數(shù)，I為一次繞組激勵(lì)電流，則當(dāng)活動(dòng)銜鐵向上或向下移動(dòng)時(shí)將會(huì)改變一次繞組與二次繞組的互感系數(shù)，故變壓器輸出Uo∝△M。差動(dòng)放大器輸出端的輸出波形左半部分逐漸下降表示輸出電壓與激勵(lì)電壓反相，右半部分逐漸升高表示輸出電壓與激勵(lì)電壓同相。（四）實(shí)驗(yàn)步驟1、按圖3接線，差動(dòng)放大器增益適度，音頻振蕩器LV端輸出5KHz，Vp_p值為2V。2、調(diào)節(jié)電橋WD、WA電位器，調(diào)節(jié)測(cè)微頭帶動(dòng)銜鐵改變其在線圈中的位置，使系統(tǒng)輸出為零。3、旋動(dòng)測(cè)微頭使銜鐵在線圈中上、下有一個(gè)較大的位移，用電壓表和示波器觀察系統(tǒng)輸出是否正負(fù)對(duì)稱（如有削波現(xiàn)象則應(yīng)減小差動(dòng)放大器增益）。如有不對(duì)稱則需反復(fù)調(diào)節(jié)銜鐵位置和電橋、移相器，做到正負(fù)輸出對(duì)稱。4、旋動(dòng)測(cè)微頭，帶動(dòng)銜鐵向上5mm，向下5mm位移，每旋一周（0.5mm），用兩個(gè)萬用表分別測(cè)量差放輸出端及低通濾波輸出端電壓變化，記錄電壓變化值。（記錄數(shù)據(jù)表、曲線圖如下所示）表3-1（差放輸出端電壓變化，交流檔測(cè)量）X(mm)00.51.01.52.02.53.03.54.0V(mV)763702631559484409328245168X(mm)4.55.05.56.06.57.07.58.08.5V(mV)97.721.772.0156.6240.8326.7396481564X(mm)9.09.510.010.511.011.512.012.513.0V(mV)6437227988749461020109111561225表3-2（低通濾波輸出端電壓變化，直流檔測(cè)量）X(mm)00.51.01.52.02.53.03.54.0V(mV)-1522-1387-1251-1109-967-817-661-499-348.1X(mm)4.55.05.56.06.57.07.58.08.5V(mV)-187-19.9140.8308.84716388019631123X(mm)9.09.510.010.511.011.512.012.513.0V(mV)127914311581172918702013215222772410曲線圖3-1（差放輸出端特性曲線）：靈敏度：S=0.0922V/mm；靜態(tài)誤差：K=0.0752。曲線圖3-2（低通濾波輸出端特性曲線）：實(shí)驗(yàn)四、霍爾式傳感器調(diào)試（一）實(shí)驗(yàn)要求1、了解霍爾式傳感器的結(jié)構(gòu)、工作原理；2、掌握使用霍爾傳感器做靜態(tài)位移測(cè)試方法；3、調(diào)試好電路后測(cè)量輸出電壓變化并記錄數(shù)據(jù)。（二）實(shí)驗(yàn)所需部件及原理圖直流穩(wěn)壓電源、電橋、霍爾傳感器、差動(dòng)放大器、萬用表、測(cè)微頭。圖4（三）實(shí)驗(yàn)原理霍爾傳感器是由工作在兩個(gè)環(huán)形磁鋼組成的梯度磁場(chǎng)和位于磁場(chǎng)中的霍爾元件組成。當(dāng)通以恒定電流時(shí)，霍爾式元件就有電動(dòng)勢(shì)輸出。霍爾元件在梯度磁場(chǎng)中上、下移動(dòng)時(shí)，輸出的霍爾電勢(shì)V取決于其在磁場(chǎng)中的位移量X，所以測(cè)得霍爾電勢(shì)的大小便可獲知霍爾元件的靜位移。（四）實(shí)驗(yàn)步驟1、將直流激勵(lì)電壓嚴(yán)格限定在±2V以免損壞霍爾元件。2、按圖4接線，裝上測(cè)微頭，調(diào)節(jié)振動(dòng)圓盤上、下位置，是霍爾元件位于梯度磁場(chǎng)中間位置。差動(dòng)放大器增益適度。開啟電源，調(diào)節(jié)電橋WD，使差放輸出為零。上、下移動(dòng)振動(dòng)臺(tái)，使差放正負(fù)電壓輸出對(duì)稱。3、上、下移動(dòng)測(cè)微頭各3.5mm，每變化0.5mm（或1.0mm）讀取相應(yīng)的電壓值。并計(jì)入下表，作出V－X曲線，求出靈敏度及線性。表4：X(mm)00.51.01.52.02.53.03.54.0V(mV)-2.2-3.3-6.3-8.1-10.1-11.3-12.3-13.1-14.6X(mm)4.55.05.56.06.57.07.57.758.0V(mV)-15.4-16.6-17.6-19.3-25.8-39.8-24.1-13.925.2X(mm)8.258.58.759.09.259.59.7510.010.25V(mV)91.8183.5299.8413.055872793311671439X(mm)10.510.7511.011.2511.511.7512.012.2512.5V(mV)167718432109234225512725284629623030曲線圖：靈敏度：S=0.339V/mm；靜態(tài)誤差：K=0.196。五、實(shí)訓(xùn)總結(jié)匆忙的一周實(shí)訓(xùn)眨眼就過了，雖然只安排了四個(gè)上午的時(shí)間分別調(diào)試四種傳感器的電路性能，但在我們組成員的共同努力之下基本上完成了老師布置的實(shí)驗(yàn)任務(wù)。不管是哪種傳感器電路，在實(shí)驗(yàn)過程中我們發(fā)現(xiàn)實(shí)際電路的精準(zhǔn)調(diào)試比我們想象中的困難，尤其是差動(dòng)變壓器式傳感器和霍爾傳感器的調(diào)試，我們組前后都分別測(cè)量了好幾次，每次都記錄了大量的數(shù)據(jù)，但基本上大部分都不太理想，甚至得不到較滿意的特性曲線，但幾經(jīng)試驗(yàn)調(diào)試，我們最終都得出了一兩組較為滿意的數(shù)據(jù)，輸入繪圖軟件后得出的曲線也較為理想，靈敏度及靜態(tài)誤差也在合適的允許范圍內(nèi)。通過這次課程實(shí)訓(xùn)，我深刻體會(huì)到理論與實(shí)際相結(jié)合的重要性，在