传感器与检测技术-深圳大学光电工程学院

《传感器与检测技术》实验指导讲义实验一预备实验一、实验目的熟悉实验要求，熟悉实验系统和主控台。

学习、掌握虚拟示波器的使用。

二、实验课要求与注意事项1、实验课同上理论课一样是上课，必须遵守上课的各项规定，不允许做与上课无关事。

必须做好预习。

2、实验各组必须独立完成实验，不允许大声讲话，不允许各处走动，不允许与其他组商量。

3、必须单独做好测量原始数据的记录，并交任课教师签字后有效，每人一份。

实验报告必须附有任课教师签字的原始数据的记录，否则实验报告无效。

4、自学《深圳大学学生实验守则》和《深圳大学仪器设备损坏、丢失赔偿办法》。

5、必须爱护使用的仪器设备。

接线时必须关闭主控台的电源！特别注意主控台电源与实验模块电源的正、负、地要连接一致，不可接错，开启电源前要认真检查。

若操作错误，导致设备的损坏将按学校的规定赔偿。

6、实验结束后，关闭主控台的电源，整理好连接线放在实验台上。

三、实验系统简介SET9000型系列传感器与检测（控制）技术实验台由主控台、测控对象、传感器/实验模板、数据采集卡及处理软件、实验桌等六部分组成。

☆（1）主控台：提供高稳定的±15V、+5V、±2V～±10V（可调）、+2V～+24V（可调）四种直流稳压电源；0.4KHz～10KHz可调音频信号源；1Hz～30Hz可调低频信号源；面板上装有数显电压、频率、转速、压力表和精度温度控制仪表；0～20kpa可调气压源；计算机数据采集卡；浮球流量计；电源故障报警/复位系统；漏电保护装置。

SET9000型还增加了数据采集控制器及测控系统接口。

（2）测控对象：振动源1Hz～30Hz(可调)；转动源0-2400转/分(可调)；温度源<200℃(可调)。

SET9000型的上述三种对象均带手动/自动调节功能。

（3）传感器/实验模块配置：★基础型（17种）：1.电阻应变式传感器；2.扩散硅压力传感器；3.差动变压器；4.电容式传感器；5.霍尔式位移传感器；6.霍尔式转速传感器；7.磁电转速传感器；8.压电式传感器；9.电涡流位移传感器；10.光纤位移传感器；11.光电转速传感器；12.集成温度传感器；13.K型热电偶；14.E型热电偶；15.Pt100铂电阻；16.湿敏传感器；17.气敏传感器。

★增强型（27种可选配）：1.热释电远红外传感器；2.光敏电阻；3.光敏二极管；4.光敏三极管；5.硅光电池；6.光电耦合器件；7.红外辐射温度传感器；8.光纤温度传感器（传导型）；9.光纤压力传感器（传导型）；10.光栅位移传感器（原理型）；11.光栅位移传感器（测量型）；12.光电编码器传感器（原理型）；13.光电编码器传感器（测量型）；14.超声测距感器；15.扭矩传感器；16.PSD位置传感器；D图像测量传感器（带红外夜视功能）；18.T型热电偶；19.J型热电偶；20.半导体热敏电阻；21.微波传感器；22.指纹传感器（带控制输出）；23.指纹传感器（带图像输出）；24.表面无损探伤传感器模块；25.颜色识别传感器；26.通用输入zigbee 无线传感器网络模块；27.环境监测实验模块。

（4）数据采集卡及处理软件：①传感器特性实验专用数据采集卡及实验软件：采用12位A/D转换、采样速度100000点/秒，采样方式可分为：单步采样、连续采样、定时采样；具有控制输出端口；处理软件具有良好的计算机显示界面，可以进行实验项目的选择与编辑；数据采集；特性曲线的分析、比较；实验报告（文件）存取、打印等功能。

②传感器实验及虚拟仪器专用数据采集卡及软件：（另附）③传感器测控专用控数据采集卡及测控软件：（见Pa:95）（5）实验桌尺寸：1600(长)×800(宽)×780(高)(mm)，实验桌留有计算机、示波器安放位置及实验模块存储柜。

☆重点了解主控台的功能。

四、学习虚拟示波器的使用1、Hantek DSO-2090简介基本配件：光盘其它图片：特点∙流线型设计,体积小巧,USB2.0接口,免电源,与台式示波器类似界面,易于上手.∙更适合于笔记本电脑，生产线维修调整，便于出差使用。

∙小的尺寸(mm):190(L)x100(W)x35(H),便于携带.∙.高刷新率,高采样率,100MS/s实时采样.∙软件支持:Windows7,Windows Me,Windows NT,Windows2000,Windows XP,VISTA ∙20余种自动测量功能,PASS/FAIL Check功能,适于工程应用.∙波形平均,余辉,亮度调节,反向,加,减,乘,除,X-Y显示∙波形数据可以按时间和电压输出到EXCEL,BMP,JPG。

∙FFT频谱分析∙一台电脑可同时连多台示波器,轻松扩展通道数.∙二次开发库提供,Labview\VB\VC\Delphi\C++Builder开发示例提供技术指标应用程序：软件支持:Windows7,Windows Me,Windows NT,Windows2000,Windows XP,VISTA二次开发：提供常用开发平台下的DEMO源代码(VC、CVI、VB、LABVIEW)和开发技术支持。

2、Hantek DSO-2090使用通过测量Hantek DSO-2090自带标准信号，学习水平、垂直、触发调节等各种功能的使用。

（1）、手动测出输入信号的幅度、周期和频率。

要求：记录示波器测试信号的设置条件；记录测量输入信号幅度和周期的原始数据与波形图。

输入信号：①示波器自带标准信号；②主控台音频震荡信号；③主控台低频震荡信号。

（2）、练习信号的加、减、乘、除运算。

记录相应的有关数据与结果。

（3）、练习X─Y输入方式的显示。

记录相应的有关数据与结果。

（4）、总结正确测试输入信号的步骤。

五、思考题请自己通过资讯了解虚拟示波器与模拟示波器的不同，了解虚拟示波器的使用应注意的问题。

实验二金属箔式应变片全桥性能实验与应用一、实验目的理解全桥测量电路的优点，学习应变片直流全桥的电路标定及应用。

了解温度对应变片测试系统的影响。

二、基本原理全桥测量电路中，将受力状态相同的两片应变片接入电桥对边，不同的接入邻边，应变片初始阻值是R1=R2=R3=R4，当其变化值ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4时，桥路输出电压U03=KUε，比半桥灵敏度提高了一倍，非线性误差进一步得到改善。

电阻应变片的温度影响，主要来自两个方面:①敏感栅丝电阻温度系②敏感丝的线膨胀系数与弹性体的线膨胀系数不一致。

因此当温度变化时，在被测体受力状态及大小不变时，输出电压会有一定的变化。

基本原理的详细解释见教科书第二章第一节（§2.1）。

三、需用器件和单元应变式传感器实验模板、应变式传感器、砝码（每只约20g）、数显表、±15V电源、±4V电源、万用表，数显表单元、加热器(已贴在应变片底部)四、实验步骤1、根据图(1-1),应变式传感器已装于应变传感器模板上。

传感器中各应变片已接入模板左上方的R1、R2、R3、R4标志端。

加热丝也接于模板上，可用万用表进行测量判别，R1=R2=R3=R4=350Ω，加热丝阻值约为50Ω左右。

2、实验模板差动放大器调零，方法为:①接入模板电源±15V(从主控箱引入)，注意电源的正负，检查无误后，合上主控箱电源开关，将实验模板增益调节电位器Rw3顺时针调节到大致中间位置，②将差放的正、负输入端与地短接，输出端与主控箱面板上数显电压表输入端Vi相连，调节实验模板上调零电位器Rw4，使数显表显示为零(数显表的切换开关打到2V档)，完毕关闭主控箱电源。

3、根据图1-4接线，将R1、R2、R3、R4应变片接成全桥，注意受力状态不要接错。

接上桥路电源±4V(从主控箱引入)，检查接线无误后（注意电源的正负），合上主控箱电源开关，先粗调节Rw1，再细调Rw4使数显表显示为零。

4、保持增益不变，在传感器托盘上放置一只砝码，读取数显表数值，依次增加砝码并读取相应的数显表数值，逐一记下实验结果填入表1-1；进行灵敏度和非线性误差计算。

表1-1全桥测量时,输出电压与负载重量的关系重量(g)20406080100120140160180200电压(mV)5、电子秤应用。

（1）按上述（图1-4）全桥接线，电压表置2V档，合上主控箱电源开关，调节电桥平衡电位器Rw1，并细调Rw4使数显表显示0.00V。

（2）将10只砝码全部置于托盘上，调节增益电位器Rw3(即满量程调整)，使数显表显示为0.200V或-0.200V。

（3）拿去所有砝码,再次调零。

（4）重复2、3步骤的标定过程，一直到满量程显示0.200V，空载时显示0.000V为止，把电压量纲V改为重量量纲g，即成为一台原始的电子秤。

（5）在托盘上放上一未知重量的物体（<200g），根据电压表指示值，它有多重？金属箔式应变片全桥温度影响观察：（1）保持上述实验结果。

（2）将200g砝码加于砝码盘上，在数显表上读取某一数值U01。

（3）将主控箱上+5V直流稳压电源接于实验模板的加热器插孔，数分钟后待数显电压表显示基本稳定后，记下读数U ot，U ot-U o1即为温度变化对全桥测量的影响。

计算这一温度变化产生的相对误差。

五、思考题1、全桥测量中，当两组对边(R1、R3)电阻值相同时，即R1=R3,R2=R4,而R1≠R2时，是否可以组成全桥：(1)可以,(2)不可以。

为什么？2、金属箔式应变片温度影响有哪些消除方法？3、实验中的电子秤定标方法前提条件是什么？实验三电容式传感器的位移实验与应用一、实验目的理解电容式传感器的结构及其特点。

掌握电容式传感器的测量原理与方法。

二、基本原理利用平板电容C=εA/d的关系,在ε、A、d中三个参数中，保持二个参数不变，而只改变其中一个参数，就可使电容的容量(C)发生变化，通过相应的测量电路，将电容的变化量转换成相应的电压量,则可以制成多种电容传感器，如：①变ε的湿度电容传感器。

②变d的电容式压力传感器。

③变A的电容式位移传感器。

本实验采用第③种电容传感器,是一种圆筒形差动变面积式电容传感器。

利用电容式传感器动态响应好，灵敏度高等特点，可进行动态位移测量。

基本原理的详细解释见教科书第三章第三节（§3.3）。

三、需用器件与单元电容传感器、电容传感器实验模板、测微头、数显单元、直流稳压电源，低通滤波模板、双线示波器，振动测量控制仪（9000型）。

四、实验步骤1、按图3-1将电容传感器装于电容传感器实验模板上。

注意观察电容传感器的类型。

2、将电容传感器连线插入电容传感器实验模板，实验线路见图4-1。

3、将电容传感器实验模板的输出端V01与数显电压表Vi相接，电压表量程置2V档，Rw调节到中间位置。