綜合性（設(shè)計(jì)性）實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)課程：傳感器與檢測技術(shù)姓名：班級：指導(dǎo)教師：實(shí)驗(yàn)日期：2010-12-24

實(shí)驗(yàn)六位移檢測傳感器應(yīng)用一、實(shí)驗(yàn)類型綜合性實(shí)驗(yàn)二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?．了解微位移、小位移、大位移的檢測方法。2．運(yùn)用所學(xué)過的相關(guān)傳感器設(shè)計(jì)三種位移檢測系統(tǒng)。3．對檢測系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償和標(biāo)定。三、實(shí)驗(yàn)條件計(jì)算機(jī)、CSY-V9.0軟件、CSY傳感器實(shí)驗(yàn)儀四、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)1．光纖位移傳感器靜態(tài)實(shí)驗(yàn)(1).所需單元及部件：主副電源、差動(dòng)放大器、F/V表、光纖傳感器、振動(dòng)臺。(2).實(shí)驗(yàn)原理反射式光纖位移傳感器的工作原理如圖（1）所示，光纖采用Y型結(jié)構(gòu)，兩束多模光纖一端合并組成光纖探頭，另一端分為兩束，分別作為接收光纖和光源光纖，光纖只起傳輸信號的作用，因此是屬于非功能性的光纖傳感器。當(dāng)光發(fā)射器產(chǎn)生的紅外光，經(jīng)光源光纖照射至反射體，被反射的光經(jīng)接收光纖至光電轉(zhuǎn)換元件將接收到的光信號轉(zhuǎn)換為電信號。其輸出的光強(qiáng)決定于反射體距光纖探頭的距離，通過對光強(qiáng)的檢測而得到位移量。(3).實(shí)驗(yàn)電路圖（1）反射式光纖位移傳感器的工作原理圖圖（2）電渦流傳感器的工作原理圖2．電渦流式傳感器的靜態(tài)標(biāo)定(1).所需單元及部件：渦流變換器、F／V表、測微頭、鐵測片、渦流傳感器、振動(dòng)平臺、主副電源。(2).實(shí)驗(yàn)原理電渦流傳感器由平面線圈和框架組成，它和被測體兩部分組成測試系統(tǒng)如圖（2）。當(dāng)線圈中通以高頻交變電流后，與其平行的金屬片上產(chǎn)生電渦流，電渦流的大小影響線圈的阻抗Z，而渦流的大小與金屬渦流片的電阻率、導(dǎo)頻率、厚度、溫度以及與線圈的距離X有關(guān)，當(dāng)平面線圈、被測體（渦流片）、激勵(lì)源已確定，并保持環(huán)境溫度不變，阻抗Z只與X距離有關(guān)，將阻抗變化經(jīng)渦流變換器變換成電壓V輸出，則輸出電壓是距離X的單值函數(shù)。（3）．實(shí)驗(yàn)電路3．霍爾式傳感器的特性—直流激勵(lì)（1）.所需單元及部件：霍爾片、磁路系統(tǒng)、電橋、差動(dòng)放大器、F／V表、直流穩(wěn)壓電源、測微頭、振動(dòng)平臺、主副電源。(2).實(shí)驗(yàn)原理霍爾式傳感器是由兩個(gè)環(huán)形磁鋼組成梯度磁場和位于梯度磁場中的霍爾元件組成。當(dāng)霍爾元件通以恒定電流時(shí)，霍爾元件就有電勢輸出?；魻栐谔荻却艌鲋猩?、下移動(dòng)時(shí)，輸出的霍爾電勢V取決于其在磁場中的位移量X，所以測得霍爾電勢的大小便可獲知霍爾元件的靜位移，如圖（3）。(3).實(shí)驗(yàn)電路圖（3）霍爾式傳感器的工作原理圖五、實(shí)驗(yàn)步驟1.光纖位移傳感器靜態(tài)實(shí)驗(yàn)（1）.觀察光纖位移傳感器結(jié)構(gòu)，它由兩束光纖混合后，組成Y形光纖，探頭固定在Z型安裝架上，外表為螺絲的端面為半圓分布；（2）.了解振動(dòng)臺在實(shí)驗(yàn)儀上的位置（實(shí)驗(yàn)儀臺面上右邊的圓盤，在振動(dòng)臺上貼有反射紙作為光的反射面。）（3）.如圖（1）接線：因光/電轉(zhuǎn)換器內(nèi)部已按裝好，所以可將電信號直接經(jīng)差動(dòng)放大器放大。F/V顯示表的切換開關(guān)置2V檔，開啟主、副電源。（4）.旋轉(zhuǎn)測微頭，使光纖探頭與振動(dòng)臺面接觸，調(diào)節(jié)差動(dòng)放大器增益最大，調(diào)節(jié)差動(dòng)放大器零位旋鈕使電壓表讀數(shù)盡量為零，旋轉(zhuǎn)測微頭使貼有反射紙的被測體慢慢離開探頭，觀察電壓讀數(shù)由小—大—小的變化。（5）.旋轉(zhuǎn)測微頭使F/V電壓表指示重新回零；旋轉(zhuǎn)測微頭，每隔0.1mm讀出電壓表的讀數(shù)，填入表1。（6）.關(guān)閉主、副電源，把所有旋鈕復(fù)原到初始位置。（7）.作出V-ΔX曲線，計(jì)算靈敏度S=ΔV／ΔX及線性范圍。2.電渦流式傳感器的靜態(tài)標(biāo)定(1).裝好傳感器（傳感器對準(zhǔn)鐵測片安裝）和測微頭。(2).觀察傳感器的結(jié)構(gòu)，它是一個(gè)扁平線圈。(3).用導(dǎo)線將傳感器接入渦流變換器輸入端，將輸出端接至F／V表，電壓表置于20V檔，見圖(3)，開啟主、副電源。(4).適當(dāng)調(diào)節(jié)傳感器的高度，使其與被測鐵片接觸，從此開始讀數(shù)，記下電壓表的數(shù)值，建議每隔0.10mm讀數(shù)，到線性嚴(yán)重變壞為止，填入表2。(5).根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),在坐標(biāo)紙上畫出V－X曲線，指出大致的線性范圍，求出系統(tǒng)靈敏度。(6).實(shí)驗(yàn)完畢關(guān)閉主、副電源,把所有旋鈕復(fù)原到初始位置。3.霍爾式傳感器的特性—直流激勵(lì)(1).了解霍爾式傳感器的結(jié)構(gòu)及實(shí)驗(yàn)儀上的安裝位置，熟悉實(shí)驗(yàn)面板上霍爾片的符號?；魻柶惭b在實(shí)驗(yàn)儀的振動(dòng)圓盤上，兩個(gè)半圓永久磁鋼固定在實(shí)驗(yàn)儀的頂板上，二者組合成霍爾傳感器。(2).開啟主、副電源，將差動(dòng)放大器調(diào)零后，增益置最小，關(guān)閉主電源，根據(jù)圖(3)接線，W1、r為電橋單元的直流電橋平衡網(wǎng)絡(luò)。(3).裝好測微頭，調(diào)節(jié)測微頭與振動(dòng)臺吸合并使霍爾片置于半圓磁鋼上下正中位置。(4).開啟主、副電源，調(diào)整W1使電壓表指示為零。(5).上下旋動(dòng)測微頭，記下電壓表的讀數(shù)，建議每0.1mm讀一個(gè)數(shù),填入表3，作出V－X曲線，指出線性范圍，求出靈敏度。(6).實(shí)驗(yàn)完畢關(guān)閉主、副電源，各旋鈕置初始位置。六、原始數(shù)據(jù)記錄1.光纖位移傳感器靜態(tài)實(shí)驗(yàn)表1X（mm）0.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0V（mv）-235082114146182210242274306X（mm）1.11.21.31.41.51.61.71.81.92.0V（mv）338370402442438498529518508498X（mm）2.12.22.32.42.52.62.72.82.93.0V（mv）488453450446436426416406396386X（mm）3.13.23.33.43.53.63.73.83.94.0V（mv）376367358347335324315304294285X（mm）4.14.24.34.44.54.64.74.84.95.0V（mv）2762692582492392302212182011982.電渦流式傳感器的靜態(tài)標(biāo)定表2X（mm）0.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0V（mv）-174-636-891-1096-1277-1446-1563-1693-1820-1956X（mm）1.11.21.31.41.51.61.71.81.92.0V（mv）-2095-2198-2298-2404-2523-2644-2739-2824-2917-3023X（mm）2.12.22.32.42.52.62.72.82.93.0V（mv）-3131-3211-3289-3372-3458-3552-3630-3691-3762-3841X（mm）3.13.23.33.43.5V（mv）-3923-3987-4036-4120-41743.霍爾式傳感器的特性—直流激勵(lì)表3X（mm）0.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0V（mv）025681012131517X（mm）1.11.21.31.41.51.61.71.81.92.0V（mv）192325282620151005X（mm）2.12.22.32.42.52.62.72.82.93.0V（mv）8970-1-2-5-8-12-15X（mm）3.13.23.33.43.53.63.73.83.94.0V（mv）-18-21-23-26-30-32-35-37-40-44七、數(shù)據(jù)整理、分析1.光纖位移傳感器靜態(tài)實(shí)驗(yàn)分析：上升段：起點(diǎn)（1，-23），終點(diǎn)（15，438），斜率：32，第8點(diǎn)的最大非線性誤差為62mv：下降段：起點(diǎn)（22，453），終點(diǎn)（48，218），斜率：-10，第43點(diǎn)的最大非線性誤差為25mv。由上面可知其有兩個(gè)線性范圍，分別為0.1mm~1.5mm與2.2mm~4.8mm，根據(jù)最小二乘法可得其擬合直線分別為y=32x-14和y=-10x+686：對于上升段其靈敏度為32，其線性度為14.2%；對于下降段其靈敏度為-10，其線性度為5.5%。2.電渦流式傳感器的靜態(tài)標(biāo)定分析：起點(diǎn)（10，-2010），終點(diǎn)（32，-4064），斜率：-94，第21點(diǎn)的最大非線性誤差為151mv。由上面的分析可知其線性范圍為1.0mm~3.2mm，根據(jù)最小二乘法可得其擬合直線為y=-94x-1063：其靈敏度為-94，線性度為3.7%。3.霍爾式傳感器的特性—直流激勵(lì)分析：正位移：起點(diǎn)（1，0），終點(diǎn)（14，28），斜率：2，第8點(diǎn)的最大非線性誤差為3mv；負(fù)位移：起點(diǎn)（25，-1），終點(diǎn)（39，-40），斜率：-3，第32點(diǎn)的最大非線性誤差為4mv。由上面分析可知其正