传感技术实验讲义5个
光纤传感应用综合实验讲义
光纤传感应用综合实验GCFS-B实验讲义武汉光驰科技有限公司Wuhan Guangchi Technology Co.,LTD0 / 50目录光纤端场传感实验的理论基础 (4)实验一、LD光源的P-I,V-I特性曲线 (12)实验二、透射式横(纵)向光纤位移传感（光纤数值孔径测量）15实验三、反射式光纤位移传感（光纤液位测量） (22)实验四、微弯式光纤位移/压力传感 (28)实验五、光纤端场角度传感 (33)实验六、光纤温度压力传感（传光型） (37)实验七、光纤火灾预警系统实验 (40)实验八、光纤照明实验系统设计 (45)1 / 50前言光纤是20世纪70年代的重要发明之一，它与激光器、半导体探测器一起构成了新的光学技术，创造了光电子学的新天地。
光纤的出现产生了光纤通信技术，而光纤传感技术是伴随着光通信技术的发展而逐步形成的.在光通信系统中,光纤被用作远距离传输光波信号的媒质,显然,在这类应用中,光纤传输的光信号受外界干扰越小越好.但是,在实际的光传输过程中,光纤易受外界环境因素影响,如温度,压力,电磁场等外界条件的变化将引起光纤光波参数如光强,相位,频率,偏振,波长等的变化.因而,人们发现如果能测出光波参数的变化,就可以知道导致光波参数变化的各种物理量的大小,于是产生了光纤传感技术.光纤传感器始于1977年，与传统的各类传感器相比有一系列的优点,如灵敏度高,抗电磁干扰,耐腐蚀,电绝缘性好,防爆,光路有挠曲性,便于与计算机联接,结构简单,体积小,重量轻,耗电少等.光纤传感器按传感原理可分为功能型和非功能型.功能型光纤传感器是利用光纤本身的特性把光纤作为敏感元件,所以也称为传感型光纤传感器,或全光纤传感器.非功能型光纤传感器是利用其它敏感元件感受被测量的变化,光纤仅作为传输介质,传输来自远外或难以接近场所的光信号,所以也称为传光型传感器,或混合型传感器.光纤传感器按被调制的光波参数不同又可分为强度调制光纤2 / 50传感器,相位调制光纤传感器,频率调制光纤传感器,偏振调制光纤传感器和波长(颜色)调制光纤传感器.光纤传感器按被测对象的不同,又可分为光纤温度传感器,光纤位移传感器,光纤浓度传感器,光纤电流传感器,光纤流速传感器,光纤液位传感器等.光纤传感器可以探测的物理量很多,已实现的光纤传感器物理量测量达70余种.然而,无论是探测哪种物理量,其工作原理无非都是用被测量的变化调制传输光光波的某一参数,使其随之变化,然后对已调制的光信号进行检测,从而得到被测量.因此,光调制技术是光纤传感器的核心技术.鉴于以上专业背景,我们开发并研制出了光纤传感实验系统.本实验系统的开放性,分立式可以增强学生对光纤传感的感性认识,提高学生的基本技能.在实验教学过程中,从实验原理,实验内容到实验仪器,实验方法等都很适合工科物理实验的教学要求,将应用技术和基础实验很好的结合起来.本手册仅供使用光纤传感实验系统从事物理实验以及光纤传感应用的教师,学生和技术人员参考.限于作者水平,手册中谬误难免,恳请读者不吝批评指正.衷心希望在我们的共同努力下,能够推进光纤传感这一先进技术的学习和普及.3 / 50光纤端场传感实验的理论基础光纤传感器一般可分为两大类，即功能型传感器（Function fiber optic sensor）和非功能型光纤传感器（Non-function fiber optic sensor）。
《传感器技术与应用》实验讲义
(3)如果被测量是一个向量，并且是一个单向量，就要求传感器单向灵敏度愈高 愈好，而横向灵敏度愈低愈好；如果被测量是二维或三维的向量，那么还应要求传感器 的交叉灵敏度愈小愈好。
1.1 传感器常用技术指标 ................................................................................................. 1 1.2 传感器实验仪简介 ..................................................................................................... 3 2 传感器的位移特性实验 ........................................................................................................ 5 2.1 差动变压器的位移特性 ............................................................................................. 5 2.2 电容式传感器的位移特性 ......................................................................................... 7 2.3 电涡流传感器的位移特性 ......................................................................................... 9 2.4 光纤传感器的位移特性 ........................................................................................... 11 2.5 超声波传感器测量距离 ........................................................................................... 13 3 现代传感器实验 .................................................................................................................. 14 3.1 压电式传感器测量振动 ........................................................................................... 14 3.2 光电转速传感器的转速测量实验 ........................................................................... 15 3.3 气敏传感器 ............................................................................................................... 16 3.4 红外光热释电传感器 ............................................................................................... 17 3.5 光敏电阻 ................................................................................................................... 21
生物传感器-讲义(学生完整版)
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第一章 第一节
绪论
传感器的定义和组成
传感器的定义：能感受或响应规定的被测量并按照一定规律转换成可用信号输出的器件或装置。 传感器的典 型结构如图 1-1 所示。
图 1-1 传感器的典型结构
医用传感器（medical sensors）感知非电量的生物信息并将其转换成电学量的器件或装置。
第二节
传感器的作用
医用传感器作为拾取生命体征信息的“感官” ，延伸了医生的感觉器官，把定性的感觉扩展为定量的检测， 是医用仪器、设备的关键器件。常用的生物信号检测类仪器结构框图如图 1-2 所示。
图 1-2 检测类仪器结构框图
传感器将微弱的生物信号转化成微弱的电信号，再经过放大后进行 A/D 转换，将模拟信号转换成数字信号 输人计算机。在计算机中可以进行分析、计算以及各种处理，然后输出到显示器、打印机等输出设备。 一种新的传感器可以引领一类医用仪器设备的发展， 甚至带来根本性的变革。 由于精密光电传感器和电生化 传感器技术的发展，使原来必须到医院检测的血糖可以自己在家里完成， 从而导致微型快速血糖仪在糖尿病患者 家庭的普及和在医院的广泛应用。
医用传感器应具有以下特性：
（1） （2） （3） （4） （5） （6） 足够高的灵敏度。能够检测出微弱的生物信号。 尽可能高的信噪比。以便在干扰和噪声背景中提取有用的信息。 良好的精确性。以保证检测出的信息准确、可靠。 足够快的响应速度。能够跟随生物体信息量的变化。 良好的稳定性。保持长时间检测漂移很小，输出稳定。 较好的互换性，调试、维修方便。
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医用传感器的主要用途有：
1．提供信息 如心音、血压、脉搏、体温、血流等，作为重要的生理参数供临床诊断和基础研究用。 2．监护 长时间连续检测某些生理参数，监视其是否超出正常范围，以便随时掌握患者的状况，出现异常 及时报警。 3．生化检验 利用传感器的分子识别能力，检测各种体液、溶液中的成分和含量。 4．自动控制 根据传感器提供的生理信息，调节执行机构做出反应，实现自动控制。例如：注射泵根据流 量传感器的信息调节推进量，实现单位时间注射量的自动控制。 5．参与治疗 医用电极经常既用于检测信号，又用于实施治疗。例如：按需型体内起搏器的电极既作为自 主心电的检测电极，又作为无自主心电时起搏器发放脉冲的刺激电极，此时所起的就是治疗作用。
传感器原理及应用实验讲义
传感器原理及应用CSY－998系列传感器实验台主要技术参数、性能及说明CSY系列传感器系统实验仪是集被测体、各种传感器、信号激励源、处理电路和显示器于一体，组成一个完整的测试系统。
实验仪主要由实验工作台、处理电路、信号与显示电路三部分组成。
传感器位于实验工作台右边，装在圆盘式工作台的四周，依次为（依逆时针方向）电感式（差动变压器）、电容式、磁电式、霍尔式、电涡流式、压阻式等传感器。
光纤传感器的一端已固定在“光电变换器”上，另一端为活动的圆柱形探头，可根据要求加以固定。
一、传感器安装台部分：双平行振动梁的自由端及振动圆盘下面各装有磁钢，通过各自测微头或激振线圈接入低频激振器VO可做静态或动态测量。
应变梁：应变梁采用不锈钢片，双梁结构端部有较好的线性位移。
传感器：1．应变式传感器箔式应变片阻值：350Ω，应变系数：2。
2．热电偶（热电式）直流电阻：10Ω左右，由两个铜一康铜热电偶串接而成，分度号为T冷端温度为环境温度。
3．差动变压器量程：≥5mm，直流电阻：5Ω－10Ω由一个初级、二个次级线圈绕制而成的透明空心线圈，铁芯为软磁铁氧体。
4．电涡流位移传感器量程：3mm，直流电阻：1Ω－2Ω，多股漆包线绕制的扁平线圈与金属涡流片组成。
5．霍尔式传感器日本JVC公司生产的线性半导体霍尔片，它置于环形磁钢构成的梯度磁场中。
量程：±1mm。
6．磁电式传感器直流电阻：30Ω－40Ω，由线圈和动铁（永久磁钢）组成，灵敏度：0.5v／m／s。
7．压电加速度传感器PZT－5双压电晶片和铜质量块构成。
谐振频率：＞－10KHz。
8．电容式传感器量程：＋5mm，由两组定片和一组动片组成的差动变面积式电容传感器。
9．压阻式压力传感器量程：15Kpa，供电：≤4V，美国摩托罗拉公司生产的MPX型压阻式压力传感器，具有温度自补偿功能。
10．光纤传感器由多模光纤、发射、接收电路组成的导光型传感器，线性范围1mm。
红外线发射、接收，2×60股丫形、半圆分布。
传感器技术及应用实训大纲
《传感器技术及应用》实验教学大纲课程代码：0306228英文名字：Sensor Techniques and Application实验学时：24先修或同修课程：工程数学、电工学、适用专业：电子、自动化专业一、训课的任务与作用《传感器技术与应用》是电气自动化专业机电方向的重要专业选修课。
本课程的主要任务是使学生初步掌握传感器的基础理论、共同规律、物理效应及构成方法；了解与各种传感器对应的测量转换电路；了解与计算机技术联系密切的新型传感器的有关知识，以适应学生向学科深度和广度发展的需要。
该课程是一门实践性很强的课程，实验课程是本课程的重要教学环节，其目的是通过实验加深理解和验证学过的基础知识和应用技术，培养实际操作的动手能力。
二、训教学目标及基本要求﹙一﹚教学目标要求本课程的目标是使学生掌握：传感器的基本概念及其基本特性（静态、动态特性）；传感器的标定和校准方法；各类传感器(电阻应变式、电感式、电容式、压电式、磁电式、热电式、光电式、数字式、磁敏、光纤、气敏、湿敏传感器等）的转换原理、组成结构、特性分析、设计方法、信号调理技术及其在日常生活和现代生产过程中的典型应用；了解新型传感器与传感器技术的发展趋势；加强实践环节训练；建立完整、系统的传感器与传感器技术的整体概念，培养学生设计开发工程参数自动检测与自动控制系统的实际能力和创新意识。
（二）、本课程实验内容及具体要求1、实验理论方面：熟悉电阻应变式和电容式传感器的基本工作原理和测量原理，用其测量应力和位移的测量系统的组成。
2、实验教学方面：学生能够根据实验指导书合理选择测量元件和电路模块，独立完成实验项目，完成完整的实验报告；根据实验过程回答每个实验后的思考题。
3、对学生能力培养的要求：学会用实际电路搭建简单测量系统，并对该测量系统进行静态标定；根据实验过程了解测量系统特性，分析测量不同物理量时测量系统的结构特点。
﹙三﹚实训报告要求﹙1﹚按实训指导书的格式要求填写，注明所用仪器工具型号等。
传感器检测技术实训指导
传感器检测技术实训指导前言传感器原理检测技术课程，在高等理工科院校电气与自动化专业、电子信息工程和测控技术与仪器类各专业的教学计划中，是一门重要的专业基础课。
实验是教学的重要环节之一，通过实验巩固和消化课堂所讲授理论内容，掌握常用传感器的工作原理和使用方法，提高学生的动手能力和学习兴趣。
本实验指导书提供了多个实验，可根据各学院相关专业教学实际，进行选做。
该指导书在以往使用的《检测技术实验指导书》基础上，由电气学院赵兰老师、姚志树老师进行了一定的修改和补充。
目录实验一箔式应变片桥路性能比较............ - 2 -实验二电容式传感器的特性................ - 4 -实验三电涡流式传感器的静态标定.......... - 6 -实验四电涡流传感器电机转速测量实验...... - 8 -实验五霍尔式传感器特性实验.............. - 9 -实验六霍耳传感器的应用—电子秤......... - 10 -实验一 箔式应变片桥路性能比较一 、实验目的：1．观察了解箔式应变片结构及粘贴方式。
2．测试应变梁变形的应变输出。
3．比较各桥路间的输出关系。
二、实验原理：应变片是最常用的测力传感元件。
用应变片测试时，应变片要牢固地粘贴在测试体表面。
当测件受力发生形变，应变片的敏感栅随同变形，其电阻值也随之发生相应的变化。
通过测量电路，转换成电信号输出显示。
电桥电路是最常用的非电量电测电路中的一种，单臂，半桥，全桥电路的灵敏度依次增大。
实际使用的应变电桥的性能和原理如下：311234()o R R U E R R R R =-++已知单臂、半桥和全桥电路的∑R 分别为、、。
电桥灵敏度S ＝∆V / ∆X ，于是对应于单臂、半桥和全桥的电压灵敏度分别为1/4E 、1/2E 和E 。
三、实验所需部件：CSY 10 型传感器系统实验仪：直流稳压电源、差动放大器、电桥、毫伏表、测微头。
直流稳压电源打到0V 档，毫伏表打到±50mv 档，差动放大器增益旋钮打到最右边。
最新传感器实验讲义1
传感器实验讲义1一、 CSY传感器实验仪简介实验仪主要由四部分组成：传感器安装台、显示与激励源、传感器符号及引线单元、处理电路单元。
传感器安装台部分：装有双平行振动梁（应变片、热电偶、PN结、热敏电阻、加热器、压电传感器、梁自由端的磁钢）、激振线圈、双平行梁测微头、光纤传感器的光电变换座、光纤及探头小机电、电涡流传感器及支座、电涡流传感器引线Φ3.5插孔、霍尔传感器的二个半圆磁钢、振动平台（圆盘）测微头及支架、振动圆盘（圆盘磁钢、激振线圈、霍尔片、电涡流检测片、差动变压器的可动芯子、电容传感器的动片组、磁电传感器的可动芯子）、扩散硅压阻式传感器、气敏传感器及湿敏元件安装盒，具体安装部位参看附录三。
备注：CSY系列传感器实验仪的传感器具体配置根据需方的合同安装。
显示及激励源部分：电机控制单元、主电源、直流稳压电源（±2V－±10V档位调节）、F／V数字显示表（可作为电压表和频率表）、动圈毫伏表（5mV-500mV）及调零、音频振荡器、低频振荡器、±15V不可调稳压电源。
实验主面板上传感器符号单元：所有传感器（包括激振线圈）的引线都从内部引到这个单元上的相应符号中，实验时传感器的输出信号（包括激励线圈引入低频激振器信号）按符号从这个单元插孔引线。
处理电路单元：电桥单元、差动放大器、电容放大器、电压放大器、移相器、相敏检波器、电荷放大器、低通滤波器、涡流变换器等单元组成。
CSY实验仪配上一台双线（双踪）通用示波器可做几十种实验。
教师也可以利用传感器及处理电路开发实验项目。
二、主要技术参数、性能及说明<一>传感器安装台部分：双平行振动梁的自由端及振动圆盘下面各装有磁钢，通过各自测微头或激振线圈接入低频激振器V O可做静态或动态测量。
应变梁：应变梁采用不锈钢片，双梁结构端部有较好的线性位移。
传感器：1、差动变压器量程:≥5mm 直流电阻：5Ω－10Ω由一个初级、二个次级线圈绕制而成的透明空心线圈，铁芯为软磁铁氧体.2、电涡流位移传感器量程:≥1mm直流电阻：1Ω－2Ω多股漆包线绕制的扁平线圈与金属涡流片组成。
传感器实验讲义总
目录一、可燃性气体泄漏声光报警及浓度分析实验．．3二、声控定时器实验．．．．．．．．．．．．．6三、霍耳测速实验．．．．．．．．．．．．．．8四、光纤形变传感器．．．．．．．．．．．．.9五、光控测速实验．．．．．．．．．．．．．11六、光控制应用实例实例一：高灵敏度光控电路．．．．．．．13 实例二：激光探测报警器．．．．．．．．14七、温度传感器测量与控制实验．．．．．．．14附录：温控程序．．．．．．．．．．．．22前言现代科技迅速发展，新技术大量涌现。
传感技术正以潮水般地进入各个应用领域。
传感器及应用的学习是非常必要的。
针对我们电子工程学院开设的传感技术与应用课程，为理论与实践结合，深入认识传感技术理论、掌握传感器应用技术知识，培养学生实际动手能力，我们开设了传感技术应用实验。
传感技术应用实验电路经过了多年的实验，不断改进、更新，完善。
传感技术应用实验深受学生的欢迎和喜爱，基于这一基础我们编写了这本传感技术应用实验讲义。
在该书中，包括气体、声控、霍耳（磁敏）、光控、光纤和温度控制等实验。
我们分别介绍了几种传感器的实验原理，将实验的电路的结构、性能、工作原理、制作和调测方法都进行了详细的说明。
编写疏漏之处在所难免，望读者指正。
编者实验一可燃气体泄漏声光报警及浓度分析一.实验目的1. 认识半导体气敏传感器对可燃性气体敏感的特性。
2. 学会运用NE555 时基集成电路、LM331电压／频率变换器，实现气体的自动报警装置。
二. 使用仪器双踪电源、示波器、函数发生器、数字万用表三．实验原理(一) 可燃性气体泄漏，有可能造成人身中毒，也有可能发生爆炸事故。
因此，及时报警可防患于未然。
本次实验着力于声光报警，且通过对于气体浓度的测量了解气敏传感器的性能。
下面对于主要器件进行简略说明：1. QM-N5B 型气敏元件QM-N5B型半导体器件，是新型 "气—电" 传感器件。
适用于对可燃性气体的检测、检漏、监控等设备。
传感器认知实验讲义
实验7 传感器认知一．实验目的1、了解传感器的分类。
2、通过传感器的外形能够认知传感器。
3、熟悉ARDUINO单片机。
4、熟悉利用单片机调试工具驱动不同类型传感器。
二．实验原理敏感元器件又称传感器。
传感器是一种检测装置，它能够感受到被测的信息，并且能够将感受到的信息按一定规律变换成电信号或其它所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求，它是实现自动检测、自动控制的首要环节。
传感器的种类繁多，大致分为光敏、热敏、磁敏、湿敏、力敏等等。
光敏元件：光敏元件是基于半导体光电效应而制成的器件，又称光电敏感器。
采用光电技术能实现对微弱光信号的无接触、远距离、快速、精确测量。
半导体光敏元件按照光敏机理不同可以分为光导型．．．．．。
光导型即光敏电阻是一种半导体均质结构；光生．．．和光生伏特型伏特型包括光电二极管、光电三极管、光电池、光电场效应管和光控可控硅等，它们属于半导体结构型器件。
半导体光敏元件的主要参数和特性有灵敏度、光照伏安特性、光谱特性、时间和频率响应特性以及温度特性等。
半导体光敏元件广泛应用于精密测量、光通讯、计算技术、摄像夜视、遥感制导、机器人、质量检查、安全报警、以及其它测量和控制装置。
LED：LED又称为发光二极管。
LED是英文Light Emitting Diode 的缩写，它是一种基于半导体PN结形成的用微弱的电能就能发光的高效固态光源，在一定的正向偏压和注入电流下，注入P区的电子和注入N区的空穴，在扩散至有源区后，经过辐射复合而发出光子，将电能直接转换成光能。
它是一种固态冷光源，具有环保、无污染、耗电少、效率高、寿命长等特点。
现时的产品有LED路灯、LED射灯、LED指示器、LED显示屏等。
LED所发射的有可见光和红外光，前者有红、黄、蓝多种颜色（可以通过改变构成半导体材料的各种元素比例大小来获取），后者通常采用禁带宽度较大的砷化镓材料制作。
霍尔磁力传感器：霍尔元件是利用半导体材料的霍尔效应制成的专门用来探测或测量磁场强度大小的基础元件。
《传感与检测技术》教案电子教案完整版授课教案整本书教案电子讲义(最新)
2.接近传感器的位置检测电路制作
3. 接近传感器的位置检测电路调试
四、电感传感器在电动测微仪中的应用
1. 差动变压器式电感传感器的识别、检测和选用
2. 电感传感器的电动测微仪检测电路制作
（1）电路组成及原理
（2）制作步骤、方法和工艺要求
3.电感式传感器的电动测微仪检测电路调试
1.初识湿敏传感器
（1）湿敏传感器的分类
（2）电阻式湿敏传感器
（3）电阻式湿敏传感器的工作原理
（4）电阻式湿敏传感器的应用
2.自动去湿装置的电路制作
（1）自动去湿电路原理
（2）湿敏传感器的选型及使用注意事项
3.湿敏传感器在自动去湿装置中的应用电路调试
（1）检查电源回路
（2）电路调试过程
教学评价
见教材各项目最后的任务评价表
2.能够熟练对霍尔式传感器和电磁式传感器进行检测
3.能够正确安装、使用霍尔式传感器和电磁式传感器
4.能够分析霍尔式传感器信号检测和转速计算的原理，并能进行熟练调试
5.能够分析电磁式传感器信号检测和转速计算的原理，并能进行熟练调试
教学过程
课程导入
一、组织教学（2分钟）
整顿纪律、清点人数，稳定学生情绪。
（6）霍尔式传感器的应用
（7）霍尔转速表
2.霍尔式传感器在汽车防抱死装置中的应用电路制作
3.霍尔式传感器在汽车防抱死装置中的应用电路调试
（1）工作原理
（2）调试方法和步骤
二、磁电式传感器在发动机转速检测电路中的应用
1.初识磁电式传感器
（1）基本原理
（2）结构类型
（3）信号调理电路
（4）磁电式传感器的应用
传感器实验讲义(新大纲)
传感器原理与应用实验讲义南阳师范学院物理与电子工程学院目录实验一金属箔式应变片性能一一单臂电桥 (2)实验二金属箔式应变片温度效应及补偿 (5)实验三差动变压器（互感式）的性能 (7)实验四电涡流式传感器的静态标定 (9)实验五差动变面积式电容传感器的静态及动态特性 (11)实验六磁电式传感器的性能 (13)实验七霍尔传感器的直流激励特性 (15)实验八压电式传感器的动态响应实验 (17)实验九热电偶原理及分度表的应用 (19)实验十光纤位移传感器静态实验 (22)附录一电路原理图 (24)附录二传感器安装示意图 (29)附录三《微机数据采集系统软件》使用说明 (31)实验一金属箔式应变片性能——单臂电桥实验目的： 了解金属箔式应变片，单臂电桥的工作原理和工作情况。
实验原理： 本实验说明箔式应变片及单臂直流电桥的电源的原理和工作情况。
应变片是最常用的测力传感元件。
当用应变片测试时，应变片要牢固地粘贴在 测试体表面，当测件受力发生形变，应变片的敏感栅随同变形，其电阻也随之发生 相应的变化，通过测量电路，转换成电信号输出显示。
乘积相等，电桥输出为零，在桥臂四个电阻R l 、R 2、R 3、R 4中，电阻的相对变化R率分别为 冬/ R 1、A R 2/ R 2、A R 3/ R 3、44/ R 4,当使用一个应变片时， 刀R -R度依次增大。
变片、F/V 表、主、畐U 电源。
旋钮初始位置:实验步骤:1、了解所需单元、部件在实验仪上的位置，观察梁上的应变片，应变片为棕色衬底箔式结构小方薄片。
上下两片梁的外表面各贴两片受力应变片和一片补偿应 变片，测微头在双平行梁前面的支座上，可以上、下、前、后、左、右调节。
2、将差动放大器调零：用连线将差动放大器的正（+）、负（-、地短接。
将差动放大器的输出端与 F/V 表的输入插口 V i 相连；开启主、副电源；调节差动放大器电桥电路是最常用的非电量电测电路中的一种。
光纤传感实验讲义
光纤传感实验光纤特性的研究和应用是20世纪70年代末发展起来的一个新的领域。
光纤传感器件具有体积小、重量轻、抗电磁干扰强、防腐性好、灵敏度高等优点；用于测量压力、应变、微小折射率变化、微振动、微位移等诸多领域。
特别是光纤通信已经成为现代通信网的主要支柱。
光纤通信的发展极为迅速，新的理论和技术不断产生和发展。
因此，在大学物理实验课程中开设“光纤特性研究实验”已经成为培养现代高科技人才的必然趋势。
传感器是信息技术的三大技术之一。
随着信息技术进入新时期，传感技术也进入了新阶段。
“没有传感器技术就没有现代科学技术”的观点已被全世界所公认，因此，传感技术受到各国的重视，特别是倍受发达国家的重视，我国也将传感技术纳入国家重点发展项目。
光纤特性研究和应用是一门综合性的学科，理论性较强，知识面较广，可以激发学生对理论知识的学习兴趣，培养学生的实践动手和创新能力，光纤干涉系列实验教学的开设就显得非常重要了。
基于这个目的，我们对光纤干涉实验教学进行了初步探索，在此基础上，该实验还可以进行一些设计性及研究性实验。
一、实验目的1.了解光纤与光源耦合方法的原理；2.理解M —Z 干涉的原理和用途；了解传感器原理；3.实测光纤温度传感器实验数据。
二、实验仪器激光器及电源，光纤夹具，光纤剥线钳，激光功率计，五位调整架，显微镜，光纤传感实验仪，CCD 及显示器，等等三、实验原理(1)光纤的基础知识光纤的基本结构如图1，它主要包括三层（工程上有时有四层或五层，图中是四层结构）：1.纤芯；2.包层；3.起保护作用的涂敷层；4.较厚的保护层。
纤芯和包层的折射率分别是1n 和2n ，如图2，为了使光线在光纤中 图1.光纤剖面图传播，纤芯的折射率（1n ）必须比包层(2n )的折射率大，这样才会产生全反射。
光线1以θ角入射在光纤端面上，光线经折射后进入光纤，以ϕ角入射到纤芯和包层间的光滑界面上。
只要我们选择适当的入射角θ，总可以使ϕ角大于临界角m ϕ，m ϕ的大小由公式)/arcsin(12n n m =ϕ决定，使光线1在界面上发生全反射。
传感器与检测技术实验讲义
实验一常用电子仪器的使用一、实验目的1、掌握数字万用表、台式万用表、数字存储示波器、函数信号发生器、数字频率计、可编程直流稳压电源、LCR测试仪等典型电子测量仪器的原理、性能和基本使用方法；2、了解测量的基本原理。
二、实验仪器1、数字万用表；2、台式万用表；3、数字存储示波器；4、函数信号发生器；5、可编程直流稳压电源；6、LCR测试仪。
三、实验原理1、万用表万用表具有用途多、量程广、使用方便等优点，是电子测量中最常用的工具。
它可以用来测量电阻，交流电压和直流电压，有的万用表还可以测量晶体管的主要参数及电容器的电容量，还有通断蜂鸣、检测频率、温度等功能。
掌握万用表的使用方法是电子技术的一项基本技能。
数字万用表是可以实现多种测量功能的数字式仪器，其前端为实现各种变换电路，如：AC/DC变换、I/V变换、Z/V变换等，变换后得到直流电压，通过以A/D转换器为核心的DVM即实现数字化测量，并通过内置的CPU，实现测量自动化。
2、数字存储示波器数字存储示波器（Digital Storage Oscilloscope，简称为DSO）是将捕捉到的波形通过A/D转换进行数字化，而后存入示波管外的数字存储器中。
它具有记忆、存贮被观察信号功能，可以用来观测和比较单次过程和非周期现象、低频和慢速信号。
图1-2 典型数字存储示波器原理框图一个典型的数字存储示波器原理方框图如图1-2所示，它有实时和存储两种工作模式。
当处于实时工作模式时，其电路组成原理与一般模拟示波器一样。
当处于存储工作模式时，它的工作过程一般分为存储和显示两个阶段。
在存储工作阶段，模拟输入信号先经过适当地放大或衰减，然后再经过“取样”和“量化”两个过程的数字化处理，将模拟信号转换成数字化信号，最后，数字化信号在逻辑控制电路的控制下依次写入到RAM 中。
在显示工作阶段，将数字信号从存储器中读出，并经D/A 转换器转换成模拟信号，经垂直放大器放大加到CRT 的Y 偏转板。
传感技术实验讲义5个
实验目的：了解金属箔片式应变片，验证单臂、半桥、全桥的性能及相互之间的关系。
所需单元及部件：直流稳压电源、电桥、差动放大器、双孔悬梁称重传感器、砝码、应变片、F/V表、主、副电源。
实验原理与公式：
（1）单臂电桥
平衡条件：R1R4= R2R3
输出电压：
灵敏度：
（2）半桥
（2）用手提压变压器磁芯，观察示波器第二通道波形是否能过零翻转，如不能则改变两个次级线圈的串接端。
（3）转动测微头使测微头与振动平台吸合，再向上转动测微头5mm，使振动平台往上位移。
（4）向下旋钮测微头，使振动平台产生位移。每位移0.2mm，用示波器读出差动变压器输出端峰峰值填入下表，根据所得数据计算灵敏度S。S=△V/△X（式中△V为电压变化，△X为相应振动平台的位移变化），作出V-X关系曲线。读数过程中应注意初、次级波形的相应关系。
（3）实验过程中，直流稳压电源输出不允许大于4V，以防应变片过热损坏。
（4）不能用手触及应变片及过度弯曲平行梁，以免应变片损坏。
（5）当加入砝码后电压表读数无变化时，一般是少接了两根线，即W1与＋4v的连线，W1与—4v的连线。
（6）当F/V表读数比标准值减少一半左右时，一般是直流稳压电源拨到＋2v档位，应拨到＋4v档位。
所需单元及部件：
音频振荡器、测微头、电桥、差动变压器、差动放大器、双踪示波器、振动平台、主、副电源。
有关旋钮的初始位置：
音频振荡器4KHz-8KHz之间，双踪示波器第一通道灵敏度500 mV/div，第二通道灵敏度1V/div，触发选择打到第一通道，差动放大器的增益旋到最大。
实验步骤：
图12
（1）按图12接线，音频振荡必须从LV插口输出，W1、W2、C、r，为电桥单元中调平衡网络。
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实验做第一个（第七周）和第三个（第八周）实验一 单臂电桥、半桥和全桥的比较实验目的：了解金属箔片式应变片，验证单臂、半桥、全桥的性能及相互之间的关系。
所需单元及部件：直流稳压电源、电桥、差动放大器、双孔悬梁称重传感器、砝码、应变片、F/V 表、主、副电源。
实验原理与公式： （1）单臂电桥平衡条件： R 1R 4 = R 2R 3输出电压：灵敏度：（2）半桥平衡条件： R 1R 4 = R 2R 3输出电压：灵敏度：（3）全桥平衡条件： R 1R 4 = R 2R 3输出电压：灵敏度：RR E U 104∆⋅=4E U K ＝102R E U R∆=⋅2E U K ＝10R U ER∆=EU K ＝旋钮初始位置：直流稳压电源拨到2V档，F/V表拨到2V档，差动放大器增益旋钮调到最大。
实验步骤：（1）了解所需单元、部件在实验仪上的位置，观察梁上的应变片，应变片为棕色衬底箔式结构小方薄片。
上下两片梁的外表面各贴两片应变片。
（2）差动放大器调零：用连线将差动放大器的正（＋）、负（－）、地短接。
将差动放大器的输出端与F/V表的输入插口vi 相连；调节差动放大器的增益旋纽到最大位置，然后调整差动放大器的调零旋钮使F/V表显示为零，然后关闭主、副电源。
（3）根据下图，R1、R2、R3为电桥的固定电阻；R4＝Rx为应变片。
将稳压电源的切换开关置4v档，F/V表置20v。
开启主、副电源，调节电桥平衡网络中的W1，使F/V表显示为零，等待数分钟后将F/V表置2v，再调节电桥W1（慢慢调）使F/V 表显示为零。
（4）在传感器的托盘上放上一只砝码，记下此时的电压数值，然后每增加一只砝码记下一个数值并将这些数值填入下表。
表1（5）保持放大器增益不变，将固定电阻R3换为与R X(R4)工作状态相反的另一应变片，即取两片受力方向不同的应变片，形成半桥，调节电桥的W1使F/V表显示为零，重复（4）过程同样测得读数，填入表2。
表212组桥时只要掌握对臂应变片的受力方向相同，邻臂应变片的受力方向相反的原则即可，否则相互抵消没有输出电压。
接成一个直流全桥，调节电桥的W1，同样使F/V 表显示为零。
重复（4）过程将读出数据填入表3表3S＝VW∆∆, 在同一坐标纸上描出V—W曲线，V∆为电压变化量，W∆为相应的重量变化量，并比较三种接法的灵敏度。
注意事项：（1）实验仪器中电桥上端虚线所示的四个电阻实际上并不存在，仅作为一个标记，让学生组桥容易。
（2）做此实验时应将低频振荡器、音频振荡器的幅度调至最小，以减小其对直流电桥的影响。
（3）实验过程中，直流稳压电源输出不允许大于4V，以防应变片过热损坏。
（4）不能用手触及应变片及过度弯曲平行梁，以免应变片损坏。
（5）当加入砝码后电压表读数无变化时，一般是少接了两根线，即W1与＋4v 的连线，W1与—4v的连线。
（6）当F/V表读数比标准值减少一半左右时，一般是直流稳压电源拨到＋2v档位，应拨到＋4v档位。
（7）在更换应变片时应将电源关闭。
（8）在实验过程中如发现电压表发生过载，应将电压量程扩大。
（9）实验过程中只能将放大器接成差动形式，否则系统不能正常工作。
（10）接成全桥时请注意区别各应变片的工作状态方向。
（11）实验中用到所需单元时，则该单元上的有关电源开关应闭合，完成实验后应关闭所有开关及输出。
思考题：（1）本实验电路对直流稳压电源有何要求？为什么？（2）本实验电路对差动放大器有何要求？为什么？（3）单臂电桥的非线性误差为多少？（4）半桥的非线性误差为多少？（5）全桥的非线性误差为多少？附：r＝1KW1=W2=22KC= 300P实验二差动变压器(互感式）的性能实验目的：了解差动变压器原理及工作情况实验原理：差动变压器由衔铁、初级线圈、次级线圈和线圈骨架等组成。
初级线圈做为差动变压器激励用，相当于变压器的原边，次级线圈由两个结构尺寸和参数相同的线圈反相串接而成，相当于变压器的副边，差动变压器是开磁路，工作是建立在互感基础上的。
其原理及输出特性见图11A。
所需单元及步件：音频振荡器、测微头、示波器、主、副电源、差动变压器、振动平台。
有关旋钮室始位置：音频振荡器4KHz—8KHz之间，双踪示波器第一通道灵敏度500mv/div，第二通道灵敏度10mv/div，触发选择打到第一通道，主、副电源关闭。
实验步骤：（1）根据图11B接线，将差动变压器、音频振荡器（必须LV输出）、双踪示波器连接起来，组成一个测量线路。
开启主、副电源，将示波器探头分别接至差动变压器的输入和输出端，调节差动变压器源边线圈音频振荡器激励信号峰峰值为2V。
（2）用手提压变压器磁芯，观察示波器第二通道波形是否能过零翻转，如不能则改变两个次级线圈的串接端。
（3）转动测微头使测微头与振动平台吸合，再向上转动测微头5mm，使振动平台往上位移。
（4）向下旋钮测微头，使振动平台产生位移。
每位移0.2mm，用示波器读出差动变压器输出端峰峰值填入下表，根据所得数据计算灵敏度S。
S=△V/△X（式中△V为电压变化，△X为相应振动平台的位移变化），作出V-X关系曲线。
读数过程中应注意初、次级波形的相应关系。
思考：（1）根据实验结果，指出线性范围。
（2）当差动变压器中磁棒的位置由上到下变化时，双线示波器观察到的波形相位会发生怎样的变化？（3）用测微头调节振动平台位置，使示波器上观察到的差动变压器的输出阻抗端信号为最小，这个最小电压是什么？由于什么原因造成？注意：示波器第二通道为悬浮工作状态。
实验二差动变压器（互感式）零残余电压的补偿实验目的：说明如何用适当的网络线路对残余电压进行补偿。
实验原理：零残电压中主要包含两种波形成份：1、基波分量。
这是由于差动变压器两个次级绕组因材料或工艺差异造成等效电路参数（M、L、R）不同，线圈中的铜损电阻及导磁材料的铁损，线圈中线间电容的存在，都使得激励电流所产生的磁通不同相。
2、高次谐波。
主要是由导磁材料化曲线非线性引起，由于磁滞损耗和铁磁饱和的影响，使激励电流与磁通波形不一致，产生了非正弦波（主要是三次谐波）磁通，从而在二次绕组中感应出非正弦波的电动势。
减少零残电压的办法有：（1）从设计和工艺制作上尽量保证线路和磁路的对称；（2）采用相敏检波电路；（3）选用补偿电路。
所需单元及部件：音频振荡器、测微头、电桥、差动变压器、差动放大器、双踪示波器、振动平台、主、副电源。
有关旋钮的初始位置：音频振荡器4KHz-8KHz 之间，双踪示波器第一通道灵敏度500 mV/div，第二通道灵敏度1V/div，触发选择打到第一通道，差动放大器的增益旋到最大。
实验步骤：图12（1）按图12接线，音频振荡必须从LV插口输出，W1、W2、C、r，为电桥单元中调平衡网络。
（2）开启主、副电源，利用示波器，调整音频振荡器幅度钮使示波器一通道显示出为2V峰—峰值。
调节音频振荡器频率，使示波器二通道波形不失真。
（3）调整测微头，使差动放大器输出电压最小。
（4）依次调整W1、W2，使输出电压进一步减小，必要时重新调节测微头，尽量使输出电压最小。
（5）将二通道的灵敏度提高，观察零点残余电压的波形，注意与激励电压波开相比较。
经过补偿后的残余电压波形：为波形，这说明波形中有分量。
（6）将经过补偿后的残余电压与实验十未经补偿残余电压相比较。
（7）实验完毕后，关闭主、副电源。
注意事项：（1）由于该补偿线路要求差动变压器的输出必须悬浮。
因此次级输出波形难以用一般示波器来看，要用差动放大器使双端输出转换为单端输出。
（2）音频信号必须从LV端插口引出。
思考：本实验也可把电桥平衡网络搬到次级线圈上进行零点残余电压补偿。
实验三霍尔式传感器的直流激励特性实验目的：了解霍尔式传感器的原理与特性。
实验原理：霍尔式传感器是由两个环形磁钢组成梯度磁场和位于梯度磁场中的霍尔元件组成。
当霍尔元件通过恒定电流时，霍尔元件在梯度磁场中上、下移动时，输出的霍尔电势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。
所需单元及部件：霍尔片、磁路系统、电桥、差动放大器、F/V表、直流稳压电源、测微头、振动平台、主、副电源。
有关旋钮初始位置：差动放大器增益旋钮打到最小，电压表置20V档，直流稳压电源置2V档，主、副电源关闭。
实验步骤：（1）了解霍尔式传感器的结构及实验仪上的安装位置，熟悉实验面板上霍尔片的符号。
霍尔片安装在实验仪的振动圆盘上，两个半圆永久磁钢固定在实验仪的顶板上，二者组合成霍尔传感器。
（2）开启主、副电源将差动放大器调零后，增益最小，关闭主电源，根据图23接线，W1、r为电桥单元的直流电桥平衡网络。
图23（3）装好测微头，调节测微头与振动台吸合并使霍尔片置于半圆磁钢上下正中位置。
（4）开启主、副电源，调整W1使电压表指示为零。
（5）上下旋动测微头，记下电压表的读数，建议每0.5mm读一个数，将读数填入下表：X（mm）V（v）X(m m)V(v)作出V-X曲线指出线性范围，求出灵敏度，关闭主、副电源。
可见，本实验测出的实际上是磁场情况，磁场分布为梯度磁场与磁场分布有很大差异，位移测量的线性度，灵敏度与磁场分布有很大关系。
（6）实验完结关闭主、副电源，各旋钮置初始位置。
注意事项：（1）由于磁路系统的气隙较大，应使霍尔片尽量靠近极靴，以提高灵敏度。
（2）一旦调整好后，测量过程中不能移动磁路系统。
（3）激励电压不能过2V，以免损坏霍尔片。
实验四硅光电池、光敏电阻和热敏电阻实验实验目的：1.了解硅光电池的结构、原理和性能。
2.了解光敏电阻的结构、原理和性能。
3.了解NTC热敏电阻现象。
实验原理：1.在光照作用下，由于元件内部产生的势垒作用，在结合部使光激发的电子—空穴对分离，电子与空穴分别向相反方向移动而产生电势的现象，称为光伏效应。
硅光电池就是利用这种效应制成的光电探测器件。
2.入射光子使物质的导电率发生变化的现象，称为光电导现象。
硫化镉（Cds）光敏电阻就是利用光电导效应的光电探测器的典型元件。
根据制造方法，其光敏面大致可分为单结晶型、烧结型、蒸空镀膜型。
3. 热敏电阻是一种用半导体制成的敏感元件，它的灵敏度高，电阻温度系数的绝对值比一般金属电阻大10～100倍，在测温领域、温度补偿方面和温度控制方面具有广泛的应用。
热敏电阻的温度系数有正有负，因此分成两类：PTC热敏电阻（正温度系数，即温度升高时电阻值增大）与NTC热敏电阻（负温度系数，即温度升高时电阻值减小）。
一般NTC热敏电阻测量范围较宽，主要用于温度测量；而PTC突变型热敏电阻的温度范围较窄，一般用于恒温加热控制或温度开关，也用于彩电中作自动消磁元件。
所需单元及部件：硅光电池、光敏电阻、热敏电阻、加热器、可调直流稳压电源、数字F/V表、电桥平衡网络中的电位器W1和电阻r 、数字万用电表、—15v稳压电源、主、副电源。