实验四传感器特性

实验四传感器特性试验

（一）电涡流传感器的位移特性实验

一、实验目的

1、了解涡流式传感器的基本结构。

2、掌握涡流式传感器的工作原理及性能。

二、实验所用单元

涡流式传感器和铁片、涡流式传感器转换电路板、直流稳压电源、数字电压表、位移台架。

三、实验原理及电路：

1、组成：电涡流传感器由探头（线圈）及前置器（由产生高频振荡电路和整流滤波电路组成）组成

2、工作原理:

图1电涡流传感器的基本结构及工作原理图

电涡流传感器的基本结构及工作原理如图1。当电涡流传感器线圈中通以高频交变电流后，在与其平行的金属片上就感应产生涡流，涡流的大小影响线圈的阻抗Z，而涡流的大小与激励源及金属片的电阻率、导磁率、厚度、温度以及与线圈的距离Y有关。当平面线圈一定、被测体（金属片即涡流片）、激励源确定后，在保持环境温度不变的情况下，阻抗Z只与距离Y有关，电涡流变换器将阻抗变化转换为电压信号V输出，则输出电压V是距离Y的单值函数。

3、实验原理及控制电路:

实验电路如图2所示，采用电容式三点式振荡器，用于产生高频电流，电流I的大小与电感L2（即涡流传感器中的线圈的大小）有关；与实验温度相关；与金属片的材质（电阻率、导磁率、厚度）及距离(金属片与线圈的距离Y)相关；当实验温度、金属片的材质、涡流传感器中的线圈一定后，电流I就只与距离Y 相关; 经过滤波后输出一个直流电压信号U。

图2 涡流式传感器实验原理图

四、实验步骤

1、将涡流式传感器装在位移台架上，并与转换电路板连接起来。

2、将测微器测杆与铁片连接在一起。

3、接通电源，适当调节测微器的高度，使铁片与涡流感应头刚刚接触，记下此时测微器读数和输出电压，并从此点开始向上移动铁片，将位移量X与输出电压U O记入下表中。建议每隔0.2mm读一次数值，共读取20组数据。

表 1

五、实验报告

1、根据表1的数据，画出涡流式传感器的输入/输出特性曲线)X(f

U

，

O

并求出拟合曲线的方程。

2、涡流式传感器的量程与哪些因素有关？

（二）超声波传感器的位移特性实验

一、实验目的

1、了解超声波在介质中的传播特性。

2、了解超声波传感器测量距离的原理与结构。

3、掌握超声波传感器及其转换电路的工作原理。

二、实验所用单元

超声波发射探头、超声波接收传感器、超声波传感器转换电路板、反射挡板、振动台、直流稳压电源、数字电压表

三、实验原理及电路

超声波传感器由发射探头与接收传感器及相应的测量电路组成。超声波是在听觉值以外的声波，其频率范围在20KHz至60KHz之间，超声波在介质中可以产生三种形式的振荡波：横波、纵波和表面波。本实验以空气为介质，用纵波测量距离。发射探头发出40KHz的超声波，在空气中传播速度为344m/s，当超声波在空气中碰到不同介面时会产生一个反射波和折射波，其中反射由接收传感器输入测量电路，测量电路可以计算机超声波从发射到接收之间的时间差，从而得到传感器与反射面的距离。

本实验原理图如图1所示。

图1 超声波传感器实验原理图

四、实验步骤

1、按照图1连线。

2、在距离超声波传感器20～30cm（0～20cm左右为超声波测量盲区）处放置反射挡板，接通电源，调节发射探头与接收传感器间的距离（约10～15cm）

与角度，使得在改变挡板位置时输出电压能够变化。

3、平行移动反射挡板，每次增加5cm，读取输出电压，记入下表中。

表 1

五、实验报告

1、根据表1的实验数据画出超声波传感器的特性曲线，并计算机其灵敏度。

2、本实验中的超声波传感器的特性是否是线性的？为什么？其线性度受到什么因素的影响？

超声波传感器是一种非接触式的位移传感器，非常适用于距离报警的设备。请设计一个汽车的倒车雷达装置，并进行说明。