傳感器實驗指導(dǎo)書(編輯修改稿)
2025-08-29 23:08 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 理，通過調(diào)節(jié)放大電路對電橋輸出的放大倍數(shù)，使電路輸出電壓值為重量的對應(yīng)值，將電壓量綱（V）改為重量量綱（g），即制成一臺比較原始的電子稱。四、實驗步驟：懸臂梁應(yīng)變式稱重傳感器已安裝在電子秤實驗?zāi)K上。將差動放大器調(diào)零。檢查實驗箱一切正常后，打開主控臺電源，按下相應(yīng)電子秤模塊開關(guān)。保持托盤上無任何重物，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。在應(yīng)變傳感器托盤上放置一只砝碼，調(diào)節(jié)Rw3，改變差動放大器的增益，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，記下實驗結(jié)果，關(guān)閉電源。 實驗數(shù)據(jù)記錄表重量/g電壓/V拆一個電子稱產(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、實驗報告內(nèi)容 簡述實驗原理。 ，在坐標(biāo)軸上畫出各個數(shù)據(jù)點，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，計算靈敏度L=DU/DW、非線性誤差df3。 寫出拆卸掉的電子稱產(chǎn)品的系統(tǒng)框圖，簡單分析其工作原理，產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點等。 總結(jié)本次實驗過程中遇到的問題及解決方法。提出對電子秤實驗?zāi)K的改進(jìn)意見。實驗六 超聲波位移測量實驗一. 實驗?zāi)康?. 學(xué)習(xí)LabVIEW軟件的使用。2. 認(rèn)識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)行位移測量的方法。二. 實驗原理1. 超聲波傳感器測量原理：超聲波測距傳感器包括有發(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。本實驗采用的是壓電式超聲波傳感器, 主要由超聲波發(fā)射器(或稱發(fā)射探頭)和超聲波接收器(或稱接收探頭)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)將高頻電振動轉(zhuǎn)換成高頻機(jī)械振動，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)將接收的超聲振動波轉(zhuǎn)換成電信號，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)射的同時開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物會立即返回來，超聲波接收探頭收到反射波立即停止計時。設(shè)超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據(jù)計時器記錄的時間t，就可以計算出發(fā)射點距障礙物的距離S，即：S=340t/2。需要說明的是，超聲波傳感器發(fā)射的波束比較窄（10176。），反射后仍然很窄，如果被測物體被旋轉(zhuǎn)放置，有可能反射波束會偏離出接收探頭的位置，導(dǎo)致探頭接收不到反射波信號，無法進(jìn)行測距。實驗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時，輸出信號由高電平轉(zhuǎn)為低電平。所以在實驗的過程中，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”寬度也會對應(yīng)的發(fā)生變化，測試距離越遠(yuǎn)，脈沖的寬度越寬。另外，空氣中的聲音傳播速度不是一個固定的值，在不同的溫度下這個數(shù)據(jù)會有一些變化。通常我們說的340m/s是一個近似數(shù)據(jù)，傳播速度的修正公式為S=(1＋t/273）^，t為空氣溫度。作為常溫下的測試，可以認(rèn)為聲速為346 m/s（按25℃計算）。 超聲波傳感器距離測量原理示意圖2. 紅外傳感器測量原理：紅外傳感器是基于三角測量原理設(shè)計的。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，反射的紅外光線被CCD檢測器接收以后，得到一個偏移值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就可以通過幾何關(guān)系計算出來了。 三角測量原理 紅外傳感器電壓與檢測距離間關(guān)系當(dāng)距離D足夠小的時候，L值會相當(dāng)大，超過CCD的探測范圍。這時，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，L值就會很小。這時CCD檢測器能否分辨得出這個很小的L值成為關(guān)鍵，也就是說CCD的分辨率決定能不能獲得足夠精確的L值。要檢測的物體越遠(yuǎn)，CCD的分辨率要求就越高。 輸出電壓與檢測距離之間的關(guān)系如上圖右圖所示。從圖中可以看出，傳感器與被探測物體之間的距離小于10cm的時候，輸出電壓急劇下降，這就要求測量時傳感器與被探測物體之間距離應(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。這里可以采用多項式擬合的方法。假設(shè)有一個高階的多項式函數(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)能夠逼近實際的待擬合的數(shù)據(jù)，那么就采用該多項式作為傳感器的輸出函數(shù)。實際上，對于紅外傳感器來說，采用多項式函數(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. 實驗儀器和設(shè)備1. 計算機(jī) １臺 2. LabVIEW軟件 1套 3. 超聲波紅外位移測量實驗?zāi)K 1個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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