傳感器實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)(編輯修改稿)
2024-08-29 23:08 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 理，通過(guò)調(diào)節(jié)放大電路對(duì)電橋輸出的放大倍數(shù)，使電路輸出電壓值為重量的對(duì)應(yīng)值，將電壓量綱（V）改為重量量綱（g），即制成一臺(tái)比較原始的電子稱(chēng)。四、實(shí)驗(yàn)步驟：懸臂梁應(yīng)變式稱(chēng)重傳感器已安裝在電子秤實(shí)驗(yàn)?zāi)K上。將差動(dòng)放大器調(diào)零。檢查實(shí)驗(yàn)箱一切正常后，打開(kāi)主控臺(tái)電源，按下相應(yīng)電子秤模塊開(kāi)關(guān)。保持托盤(pán)上無(wú)任何重物，輸出端Uo2接數(shù)顯電壓表（選擇2V擋），調(diào)節(jié)電位器Rw4，使電壓表顯示為0V。Rw4的位置確定后不能改動(dòng)。在應(yīng)變傳感器托盤(pán)上放置一只砝碼，調(diào)節(jié)Rw3，改變差動(dòng)放大器的增益，讀取數(shù)顯表數(shù)值。保持Rw3不變，依次增加砝碼（至少3只），讀取相應(yīng)的數(shù)顯表值，記下實(shí)驗(yàn)結(jié)果，關(guān)閉電源。 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表重量/g電壓/V拆一個(gè)電子稱(chēng)產(chǎn)品，并學(xué)習(xí)它內(nèi)部結(jié)構(gòu)和原理，最后重新安裝該產(chǎn)品。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容 簡(jiǎn)述實(shí)驗(yàn)原理。 ，在坐標(biāo)軸上畫(huà)出各個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，然后用直線擬合，得出重量與電壓的數(shù)學(xué)關(guān)系。根據(jù)擬合曲線，計(jì)算靈敏度L=DU/DW、非線性誤差df3。 寫(xiě)出拆卸掉的電子稱(chēng)產(chǎn)品的系統(tǒng)框圖，簡(jiǎn)單分析其工作原理，產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等。 總結(jié)本次實(shí)驗(yàn)過(guò)程中遇到的問(wèn)題及解決方法。提出對(duì)電子秤實(shí)驗(yàn)?zāi)K的改進(jìn)意見(jiàn)。實(shí)驗(yàn)六 超聲波位移測(cè)量實(shí)驗(yàn)一. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 學(xué)習(xí)LabVIEW軟件的使用。2. 認(rèn)識(shí)超聲波傳感器的工作原理。3. 學(xué)習(xí)使用超聲波傳感器進(jìn)行位移測(cè)量的方法。二. 實(shí)驗(yàn)原理1. 超聲波傳感器測(cè)量原理：超聲波測(cè)距傳感器包括有發(fā)射超聲波和接收超聲波的兩部分裝置，習(xí)慣上稱(chēng)為超聲波換能器或超聲波探頭。常用的超聲波傳感器有兩種，即壓電式超聲波傳感器和磁致式超聲波傳感器。本實(shí)驗(yàn)采用的是壓電式超聲波傳感器, 主要由超聲波發(fā)射器(或稱(chēng)發(fā)射探頭)和超聲波接收器(或稱(chēng)接收探頭)兩部分組成，它們都是利用壓電材料(如石英、壓電陶瓷等)的壓電效應(yīng)進(jìn)行工作的。利用逆壓電效應(yīng)將高頻電振動(dòng)轉(zhuǎn)換成高頻機(jī)械振動(dòng)，產(chǎn)生超聲波，以此作為超聲波的發(fā)射器。而利用正壓電效應(yīng)將接收的超聲振動(dòng)波轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，以此作為超聲波的接收器。超聲波發(fā)射探頭向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射的同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物會(huì)立即返回來(lái)，超聲波接收探頭收到反射波立即停止計(jì)時(shí)。設(shè)超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據(jù)計(jì)時(shí)器記錄的時(shí)間t，就可以計(jì)算出發(fā)射點(diǎn)距障礙物的距離S，即：S=340t/2。需要說(shuō)明的是，超聲波傳感器發(fā)射的波束比較窄（10176。），反射后仍然很窄，如果被測(cè)物體被旋轉(zhuǎn)放置，有可能反射波束會(huì)偏離出接收探頭的位置，導(dǎo)致探頭接收不到反射波信號(hào)，無(wú)法進(jìn)行測(cè)距。實(shí)驗(yàn)所使用超聲波傳感器的發(fā)射波頻率是40KHz，它由單片機(jī)控制發(fā)射探頭發(fā)射一組超聲波脈沖后，輸出電平由低電平轉(zhuǎn)為高電平；等到接收探頭接收到足夠強(qiáng)度的反射超聲波信號(hào)時(shí)，輸出信號(hào)由高電平轉(zhuǎn)為低電平。所以在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，可以觀察到隨著反射板到探頭的距離變化，傳感器輸出波形的“脈沖”寬度也會(huì)對(duì)應(yīng)的發(fā)生變化，測(cè)試距離越遠(yuǎn)，脈沖的寬度越寬。另外，空氣中的聲音傳播速度不是一個(gè)固定的值，在不同的溫度下這個(gè)數(shù)據(jù)會(huì)有一些變化。通常我們說(shuō)的340m/s是一個(gè)近似數(shù)據(jù)，傳播速度的修正公式為S=(1＋t/273）^，t為空氣溫度。作為常溫下的測(cè)試，可以認(rèn)為聲速為346 m/s（按25℃計(jì)算）。 超聲波傳感器距離測(cè)量原理示意圖2. 紅外傳感器測(cè)量原理：紅外傳感器是基于三角測(cè)量原理設(shè)計(jì)的。如下圖左圖所示，紅外發(fā)射器按照一定的角度發(fā)射紅外光束，當(dāng)遇到物體以后，光束反射回來(lái)，反射的紅外光線被CCD檢測(cè)器接收以后，得到一個(gè)偏移值L。利用三角關(guān)系，以知發(fā)射角度α，偏移距L，中心距X，以及濾鏡的焦距f以后，傳感器到物體的距離D就可以通過(guò)幾何關(guān)系計(jì)算出來(lái)了。 三角測(cè)量原理 紅外傳感器電壓與檢測(cè)距離間關(guān)系當(dāng)距離D足夠小的時(shí)候，L值會(huì)相當(dāng)大，超過(guò)CCD的探測(cè)范圍。這時(shí)，雖然物體很近，但是傳感器反而看不到了。當(dāng)距離D很大時(shí)，L值就會(huì)很小。這時(shí)CCD檢測(cè)器能否分辨得出這個(gè)很小的L值成為關(guān)鍵，也就是說(shuō)CCD的分辨率決定能不能獲得足夠精確的L值。要檢測(cè)的物體越遠(yuǎn)，CCD的分辨率要求就越高。 輸出電壓與檢測(cè)距離之間的關(guān)系如上圖右圖所示。從圖中可以看出，傳感器與被探測(cè)物體之間的距離小于10cm的時(shí)候，輸出電壓急劇下降，這就要求測(cè)量時(shí)傳感器與被探測(cè)物體之間距離應(yīng)盡可能大于10cm。此外，紅外傳感器的輸出是非線性的。如果采用線性擬合的方法進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)定，誤差很大。這里可以采用多項(xiàng)式擬合的方法。假設(shè)有一個(gè)高階的多項(xiàng)式函數(shù)y=anxn+a(n1)x(n1)+…+ax+a0其中y代表距離，x代表紅外傳感器輸出電壓。如果該函數(shù)能夠逼近實(shí)際的待擬合的數(shù)據(jù)，那么就采用該多項(xiàng)式作為傳感器的輸出函數(shù)。實(shí)際上，對(duì)于紅外傳感器來(lái)說(shuō)，采用多項(xiàng)式函數(shù)擬合與采用線性最小二乘法擬合相比較，前者的誤差大大減小。三. 實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備1. 計(jì)算機(jī) １臺(tái) 2. LabVIEW軟件 1套 3. 超聲波紅外位移測(cè)量實(shí)驗(yàn)?zāi)K 1個(gè)4. 多通道數(shù)據(jù)采集模塊 1套5. 多路電源模塊
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