傳感器技術(shù)與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)(編輯修改稿)
2024-12-03 05:14 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 關(guān)規(guī)定要求； 在理解基礎(chǔ)上扼要書(shū)寫(xiě)實(shí)驗(yàn)原理 、 實(shí)驗(yàn)方法和步驟 ； 根據(jù)直流激勵(lì)下靜態(tài)位移測(cè)試數(shù)據(jù)，在坐標(biāo)紙上 繪出 霍爾位移 傳感器 實(shí)驗(yàn) 曲線 。并按某一規(guī)則作出擬合直線，依此分析計(jì)算 傳感器系統(tǒng)的 靈敏度 、線性度。 在交流激勵(lì)下 的振動(dòng)測(cè)試中， 觀察 記錄 到 了各環(huán)節(jié)輸出波形 變化規(guī)律 ，給出 相應(yīng) 合理的 解釋 。 對(duì)實(shí)驗(yàn)中存在的問(wèn)題、進(jìn)一步的想法等進(jìn)行討論。 17 六、 思考題 霍爾元件用作位移測(cè)量時(shí)，為什么只允許工作在梯度磁場(chǎng)范圍？ 解釋在激勵(lì)源為交流且信號(hào)變化也是交變時(shí)需采用相敏檢波器的原因？ 18 實(shí)驗(yàn)四 振動(dòng)信號(hào)的多種傳感器測(cè)量與比較 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱： 振動(dòng)信號(hào)的多種傳感器測(cè)量與比較 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目性質(zhì)： 普通實(shí)驗(yàn) 所屬課程名稱： 傳感器原理與設(shè)計(jì) 實(shí)驗(yàn)計(jì)劃學(xué)時(shí)： 2 學(xué)時(shí) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1. 振動(dòng)信號(hào)的獲取可用不同類型的傳感器，但不同類型的傳感器有其適用范圍 和場(chǎng)合。本次實(shí)驗(yàn)用三種不同傳感器對(duì)振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)信號(hào)檢測(cè)，旨在實(shí)驗(yàn)中觀察了解其適應(yīng)范圍； 2. 了解電渦流傳感器、磁電式傳感器和壓電式傳感器在振動(dòng)檢測(cè)中的測(cè)試方法及工程應(yīng)用。 二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和要求 電渦流傳感器的振動(dòng)測(cè)試。 了解電渦流傳感器的結(jié)構(gòu)、原理、工作特性及測(cè)試方法； 磁電式傳感器的振動(dòng)測(cè)試。 了解 磁電式傳感器結(jié)構(gòu)、原理及實(shí)際應(yīng)用：振動(dòng)位移、速度、加速度的檢測(cè)； 壓電式傳感器的振動(dòng)測(cè)試。了解壓電加速度計(jì)的結(jié)構(gòu)、原理和工作特性，掌握壓電式加速度計(jì)的實(shí)際應(yīng)用：振動(dòng)加速度的直接檢測(cè)。 19 三、實(shí)驗(yàn)主要儀器設(shè)備和材料 CYS 型傳感器系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)儀 本次實(shí)驗(yàn)所用公共模塊包括：①直流穩(wěn)壓電源；②差動(dòng)放大器；③電壓／頻率表（或毫伏表）；④ 低頻振蕩器 ；⑤低通濾波器。此外，用不同傳感器進(jìn)行測(cè)試時(shí)還用到以下模塊。 a、 電渦流傳感器測(cè)振： 電渦流傳感器、電渦流變換器； b、 壓電式傳感器測(cè)振：壓電式傳感器、電荷放大器（或電壓放大器）； c、 磁電式傳感器測(cè)振：磁電式傳感器。 雙線示波器和接插連接實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線若干。 四、實(shí)驗(yàn)方法、步驟及結(jié)果測(cè)試 一）實(shí)驗(yàn)原理及方法 電渦流傳感器振動(dòng)測(cè)試原理 電渦流傳感器由平面線圈和金屬渦流片組成，當(dāng) 線圈中通以高頻交變電流后，與其平行的金屬片上產(chǎn)生渦電流，渦電流的大小影響線圈的阻抗Ｚ，而渦流的大小與金屬渦流片的電阻率、磁導(dǎo)率、厚度、溫度以及與線圈的距離 x 有關(guān)。當(dāng)平面線圈、被測(cè)體（渦流片）、激勵(lì)源已確定，并保持環(huán)境溫度不變，阻抗Ｚ只與 x 距離有關(guān)。將阻抗變換經(jīng)渦流變換器變換成電壓Ｖ輸出，則輸出電壓是距離 x 的單值函數(shù)。 當(dāng)平面線圈與金屬被測(cè)體的相對(duì)位置發(fā)生周期性變化時(shí)，渦流量及線圈阻抗的變化經(jīng)渦流變換器轉(zhuǎn)換為周期性的電壓信 20 示波器磁電差放 電渦流變換器電渦流傳感器 號(hào)變化。 電渦流傳感器的實(shí)驗(yàn)原理接線圖如下： 圖 5 電渦流傳感器與渦流變換器的連接 磁電式傳感器的振動(dòng)測(cè)試 原理 磁電式傳感器是一種能將非電量的變化轉(zhuǎn)為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的傳感器，所以也稱為感應(yīng)式傳感器。根據(jù)電磁感應(yīng)定律， W 匝線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) e 的大小決定于穿過(guò)線圈的磁通 ψ 的變化率： e＝－ Wdψ/dt。儀器中的磁電式傳感器由動(dòng)鐵與感 應(yīng)線圈組成，永久磁鋼做成的動(dòng)鐵產(chǎn)生恒定的直流磁場(chǎng)，當(dāng)動(dòng)鐵與線圈有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，線圈與磁場(chǎng)中的磁通交鏈產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)， e 與磁通變化率成正比，是一種 動(dòng)態(tài) 測(cè)量用傳感器。 磁電式傳感器 的實(shí)驗(yàn)原理接線圖如下： 圖 6 磁電式傳感器實(shí)驗(yàn)原理圖 21 壓電電荷放大器 示波器低 通 壓電式傳感器的振動(dòng)測(cè)試 原理 壓電式傳感器是一種典型的有源傳感器（發(fā)電型傳感器）。壓電傳感元件是力敏感元件，在壓力、應(yīng)力、加速度等外力作用下，會(huì)在電介質(zhì)表面產(chǎn)生電荷，從而實(shí)現(xiàn)非電量的 檢 測(cè)。 壓電式 傳感器 的接線圖及實(shí)驗(yàn)原理如下： 圖 7 壓電加速度傳感器與電荷放大器連接 圖 8 壓電傳感器實(shí)驗(yàn)原理圖 二）實(shí)驗(yàn)步驟及結(jié)果測(cè)試 電渦流傳感器振動(dòng)測(cè)試觀察 a、將 電渦流線圈支架轉(zhuǎn)一角度， 置 于 圓盤振動(dòng)臺(tái) 上方，線圈與 圓 盤面平行， 固定 在 一個(gè)合適位置，使圓盤振動(dòng)時(shí)不 碰擦 傳感器為 好。 b、 電渦流線圈與渦流變換器 按圖 5 連 接，渦流變換器輸出端接 示波器 。 另外，低頻振蕩器接 “激振Ｉ ”。開(kāi)啟電源，調(diào)節(jié)振蕩頻率和幅度，觀察輸出波形。 c、記錄波形和讀取振動(dòng)信號(hào)周期。 磁電式傳感器的振動(dòng)測(cè)試 觀察 電荷放大器壓電 22 a、 按圖 6 所示接線 。 磁電式 傳感器 端口接差動(dòng)放大器兩輸入端，差動(dòng)放大器輸出端接示波器。 b、 開(kāi)啟電源， 加入激勵(lì)使圓盤振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)， 調(diào)節(jié)振蕩頻率和幅度，觀察輸出波形 的變化 。 c、由低至高調(diào)節(jié)懸臂梁振動(dòng)頻率，觀察所測(cè)波形的變化趨勢(shì)。 d、 將 “激振Ｉ ”與 “磁電 ”端接線互換，接通低頻振蕩器，觀察差動(dòng)放大器的輸出波形。 并 與原磁電式傳感器波形比較。 由 d 可得出 結(jié)論：磁電式傳 感器是一種磁 → 電、電 → 磁轉(zhuǎn)換的雙向式傳感器。 壓電式傳感器的振動(dòng)測(cè)試 觀察 a、觀察壓電式加速度傳感器的結(jié)構(gòu)：由雙壓電陶瓷晶片、慣性質(zhì)量塊、壓簧，引出電極組裝于塑料外殼內(nèi)。 b、按圖 圖 8 接線，低頻振蕩器輸出接“激振 II”端。 c、開(kāi)啟電源，調(diào)節(jié)振動(dòng)頻率與振幅，用示波器觀察低通濾波器輸出波形。 d、使懸臂梁慢慢趨于諧振狀態(tài)（懸臂梁振幅最大），觀察示波器所測(cè)到波形的峰－峰 VPP 的變化趨勢(shì)。 e、調(diào)低懸臂梁振動(dòng)頻率，觀察所測(cè)波形的變化趨勢(shì)。 比較測(cè)試 a、 用雙線示波器的通道 1 和通道 2，分別接 入（電渦流 ／磁電、電渦流／壓電、磁電／壓電）兩種不同傳感器轉(zhuǎn)換電路的輸出信號(hào)，觀察同時(shí)測(cè)試同一振動(dòng)信號(hào)時(shí)的波形（幅值、頻 23 率和相位）輸出。 b、 調(diào)節(jié) 激振器激 振頻率，觀察比較 不同傳感器的輸出 波形。 五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求 實(shí)驗(yàn)報(bào)告格式嚴(yán)格按廣東工業(yè)大學(xué)有關(guān)規(guī)定要求； 在理解基礎(chǔ)上扼要書(shū)寫(xiě)實(shí)驗(yàn)原理 、 實(shí)驗(yàn)方法和步驟 ； 從實(shí)驗(yàn)步驟所列的 4 項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)觀察分析可分別獲得怎樣的結(jié)論？給出 相應(yīng) 合理的 解釋 。 電渦流傳感器與磁電式傳感器測(cè)振輸出信號(hào)的比較。 對(duì)實(shí)驗(yàn)中存在的問(wèn)題、進(jìn)一步的想法等進(jìn)行討論。 六、思考題 傳 感器實(shí)驗(yàn)儀上的電渦流式傳感器，除了能夠用作振動(dòng)測(cè)試之外，還可能用來(lái)測(cè)量哪些物理量 ? 如何理解壓電加速度傳感器是一種對(duì)外力作用敏感的傳感器？ 當(dāng)振動(dòng)頻率很低時(shí)，可否選用壓電式傳感器測(cè)振？ 如何理解 磁電式傳感器是一種磁 → 電、電 → 磁轉(zhuǎn)換的雙向式傳感器 ？ 24 實(shí)驗(yàn)五 工程量的多傳感器測(cè)量與信號(hào)分析處理 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱：工程量的多傳感器測(cè)量與信號(hào)分析處理 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目性質(zhì)： 綜合實(shí)驗(yàn) 所屬課程名稱： 傳感器原理與設(shè)計(jì) 實(shí)驗(yàn)計(jì)劃學(xué)時(shí)： 2 學(xué)時(shí) +課外學(xué)時(shí) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 把傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)接口技術(shù)、信號(hào)分析處理、測(cè)控 系統(tǒng)設(shè)計(jì)等課程內(nèi)容融合為一體，通過(guò)實(shí)際操作，掌握工程測(cè)試與分析的步驟及方法。 了解 典型計(jì)算機(jī)測(cè)試 分析 系統(tǒng)的組成及 軟硬件基本框架。 學(xué)習(xí) LABVIEW 的編程方法 。 熟悉 基于 LABVIEW 平臺(tái)的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集 程序設(shè)計(jì) 與 調(diào)試方法。 掌握 LABVIEW 信號(hào)分析功能模塊的使用方法。 傳感器系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)儀的多種傳感器信號(hào)的數(shù)據(jù)采集與信號(hào)分析處理。 二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和要求 通過(guò)課外資料閱讀和上網(wǎng)資料查詢， 了解 PCI6024E 數(shù)據(jù)采集卡的技術(shù)性能參數(shù)，數(shù)據(jù)采集卡連接電纜引腳功能定義等 。 通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察分析
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