目录 项目一简式应变片的单臂电桥性能测定。…2 项目二电阳型光电传感器性能测定……………5 项目三差分变压器传感器实验…………….7 项目四电容式接近传感器实验…………………… ..15 项目五电略式传感器及应用，，0 项目大基于乐电传感器的压力测量仪制作.…。 项目七热电偶的测定 .33 项目八基于霍尔传级器和光桶传感器的电机转建控制测量仪.37 项目九激光尘埃粮子计数器……………… ..39 实训十找降GD输出信号数据采集 ..41 项目十一光纤传输实验一 44 项目十二红外线传感器实验，，，， 项目十三酒精浓度测试仪的制作.…85 项目十四程度传感实验…8阅 ▣1
- 1 - 目录 项目一 箔式应变片的单臂电桥性能测定 ..........................................2 项目二 电阻型光电传感器性能测定 ..............................................5 项目三 差分变压器传感器实验 ..................................................7 项目四 电容式接近传感器实验 ................................................15 项目五 电感式传感器及应用 ...................................................20 项目六 基于压电传感器的压力测量仪制作 .......................................21 项目七 热电偶的测定 .........................................................33 项目八 基于霍尔传感器和光栅传感器的电机转速控制测量仪 .......................37 项目九 激光尘埃粒子计数器 ...................................................39 实训十 线阵 CCD 输出信号数据采集 ............................................41 项目十一 光纤传输实验 .......................................................44 项目十二 红外线传感器实验 ...................................................49 项目十三 酒精浓度测试仪的制作 ...............................................85 项目十四 湿度传感实验 .......................................................88
项日一箔式应变片的单臂电桥性能测定 1.实验目的 1,观察了解箔式应变片的结构及粘贴方式， 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。 2.实验原理 本实验说明箔式应变片及单臂直流电桥的原理和工作情况。 应变片是最常用的测力元件。当用应变片测试时，应变片要牢固地粘贴在测试体表面， 当按测件受力发生形变时，应变片的傲感栅随同变形，其电阻值也随之发生相应的变化，通 过测量电路，将它转换为电信号输出显示， 电桥电路是最常用的季电量电测电路中的一种，当电桥平衡时，桥路对骨电阻乘积相等， AR AR 电桥输出为零。在桥臂的四个电阻1、2、3、R4中，电阻的相对变化率分别为R:,名 48R AR 名、尾，当使用一个应变片，且1-23R-R时，工R=R；当两个应变片组成率楚动 2△R 43R 状态工作时，则有Σ配8：用4个应变片组成全差动工作时，ΣR。由此可见，单臂、 半桥、全桥电路的灵敏度依次增大。 2
- 2 - 项目一 箔式应变片的单臂电桥性能测定 1.实验目的 1．观察了解箔式应变片的结构及粘贴方式。 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。 2.实验原理 本实验说明箔式应变片及单臂直流电桥的原理和工作情况。 应变片是最常用的测力元件。当用应变片测试时，应变片要牢固地粘贴在测试体表面， 当被测件受力发生形变时，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，将它转换为电信号输出显示。 电桥电路是最常用的非电量电测电路中的一种，当电桥平衡时，桥路对臂电阻乘积相等， 电桥输出为零。在桥臂的四个电阻 R1、R2、R3、R4 中，电阻的相对变化率分别为 、 、 、 ，当使用一个应变片，且 R1=R2=R3=R4=R 时，∑R= ；当两个应变片组成半差动 状态工作时，则有∑R= ；用 4 个应变片组成全差动工作时，∑R= 。由此可见，单臂、 半桥、全桥电路的灵敏度依次增大
3.实验设备 (1》直流稳压电源（土4Y档）：2)电桥：(3)差动成大器：(4)箱式应变片：(5)测微头： (6)电压表. 4.实验步骤 1.调零。开启仪器电源，差动放大墨增益置100倍顺时针方向黎到底)，“+“、“-“输 入端用实验线对地短路。输出璃接数字电压表，用“调零·电位器调整差动成大器输出电压 为零，然后拔掉实验线，调零后电位器位置不要变亿，调零后关闭仪器电源， 2,按下图将实验设备用实验线接成测试桥路。桥路中2、3、R4为固定电阻（仪器中 用实线标出)，D为直流电桥的调平衡电位器，1为篇式应变片（可选上、下梁中任何一片 为工作片)；直流激场电源为士4V。 测微头装于悬臂梁前端的水久磁钢上，并调节使应变梁处于基本水平状态。 3.经实验老师检查确认接线无误后开启仪器电源，并预热数分钟，调整电桥D电位器， 使测试系统输出为零。 4,能动测微头，带动悬臂梁分别做向上和向下的运动，以水平状态输出电压为零，向 上和白下各移动5m,测微头每移动Q5m记录一个差动放大器输出电压植，填人下表。 AU 根据表中所测数据计算灵敏度s,s了 并在坐标图上做出一X关系由线。 上移X/国 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.03.5 4.0 4,5 5.0 电压/mV 下移x/国 0 0.5 1.0 1.32.0 25 3.0 3.5 4.04.55.0 电压mV 5.注意事项 1.实验前应检查实验接插战是否完好，连接电路时应尽量使用短的接括线，以避免引 入干扰， 2,接括线插入插孔时轻轻地做一小角度的转动，以保正接触良好，拔出时也轻轻地转 动一下拔出，切忌用力拉扯接插线尾部，以免造成线内部导线新裂。 3,稳压电源不要对地短路。 3
- 3 - 3.实验设备 (1)直流稳压电源(±4V 档)；(2)电桥；(3)差动放大器；(4)箔式应变片；(5)测微头； (6)电压表。 4.实验步骤 1．调零。开启仪器电源，差动放大器增益置 100 倍(顺时针方向旋到底)，“+”、“-”输 入端用实验线对地短路。输出端接数字电压表，用“调零”电位器调整差动放大器输出电压 为零，然后拔掉实验线。调零后电位器位置不要变化。调零后关闭仪器电源。 2．按下图将实验设备用实验线接成测试桥路。桥路中 R2、R3、R4 为固定电阻(仪器中 用实线标出)，WD 为直流电桥的调平衡电位器，R1 为箔式应变片(可选上、下梁中任何一片 为工作片)；直流激励电源为±4V。 测微头装于悬臂梁前端的永久磁钢上，并调节使应变梁处于基本水平状态。 3．经实验老师检查确认接线无误后开启仪器电源，并预热数分钟。调整电桥 WD 电位器， 使测试系统输出为零。 4．旋动测微头，带动悬臂梁分别做向上和向下的运动，以水平状态输出电压为零，向 上和向下各移动 5mm，测微头每移动 0.5mm 记录一个差动放大器输出电压值，填人下表。 根据表中所测数据计算灵敏度 s，s= ，并在坐标图上做出 U-X 关系曲线。 5.注意事项 1．实验前应检查实验接插线是否完好，连接电路时应尽量使用短的接插线，以避免引 入干扰。 2．接插线插入插孔时轻轻地做一小角度的转动，以保证接触良好，拔出时也轻轻地转 动一下拔出，切忌用力拉扯接插线尾部，以免造成线内部导线断裂。 3．稳压电源不要对地短路
0 +4V -4V 4
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项目二电阻型光电传感器性能测定 1,实致源理及步骤 下图是一个由光敏电阳为传感器粗成的光控电路。按解理图连接电路，图中主要元件有 光敏电阻与555集成电路组成，该电路利用光黑可以对负载的工作状态进行控制，使其工 作咸停止。图中的G是光敏电阻（亮阻1M)无光酬时，光敏电阻G的值运远大 于3,4,555的第三脚输出低电平，雕电器xA不动作：有光里时，光银电阻G的值变小， 555的第三脚输出高电平，继电器吸合。这样利用隧电器队的触点动作与不动作，就可以 实现开关作用，从而控制负载工作状态。 +12V 4 D15 TRIG 555 10K THR N4148 005d 0015ud 2.写实验报告 根据上述方法进行实训，并对实训中出现的现象进行讨论和解释
- 5 - 项目二 电阻型光电传感器性能测定 1. 实验原理及步骤 下图是一个由光敏电阻为传感器组成的光控电路。按原理图连接电路，图中主要元件有 光敏电阻与 555 集成电路组成。，该电路利用光照可以对负载的工作状态进行控制，使其工 作或停止。图中的 RG 是光敏电阻（亮阻1M）无光照时，光敏电阻 RG 的值远远大 于 R3、R4，555 的第三脚输出低电平，继电器 KA 不动作；有光照时，光敏电阻 RG 的值变小， 555 的第三脚输出高电平，继电器吸合。这样利用继电器 KA 的触点动作与不动作，就可以 实现开关作用，从而控制负载工作状态。 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 D D C C B B A A Title Size Number Revision B Date: 2008-4-4 Sheet of File: Sheet1.SchDoc Drawn By: TRIG 2 Q 3 R 4 CVolt 5 THR 6 DIS 7 VCC 8 GND 1 555 U 25K R1 120K R2 47K R3 47K R4 IN4148 0.05uF C1 0.015uF C2 RG K A +12V 2. 写实验报告 根据上述方法进行实训，并对实训中出现的现象进行讨论和解释
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项目三差分变压瑟传移器实散 实习目的 1.使学生了解L,VDT的结构 2使学生了解LVDT的特性. 3使学生了解LV所转换电路的原理。 4.使学生了解L,VT的应用， 相关知识 线性可变差分变压器，简称为LT,其结构如图所示，非常类制变压器。它是由一个 可以移动的导磁材料铁艺与三个线圈所组成，一个初级线圆与两个次缓线圈均饶在同一中空 的绝缘体上，而铁芯可在其中自由移动。 次复线圈1主线图 次规线周2 。一艳棒架 《被整制的韩动】 铁芯 +西 差值电压输出 AC量动 -Esee1-是sc) 6@z成400佣z 输入电压 流城线烧引 板线 次级践绕2 次越气晚1次规线绕2 刺城线镜 (a)实际构造图 LDT载面图 LDT的构造图与截面图 当初饭线图通上交流电辉激时，则产生了属合磁场，使得两个次级线图感应电压，面 两个次级线圈是串联且极性相反（相位相差10°），使得输出与两次级电压之差，如图所 示。 -7-
- 7 - 项目三 差分变压器传感器实验 实习目的 1. 使学生了解 LVDT 的结构。 2. 使学生了解 LVDT 的特性。 3. 使学生了解 LVDT 转换电路的原理。 4. 使学生了解 LVDT 的应用。 相关知识 线性可变差分变压器，简称为 LVDT，其结构如图所示，非常类似变压器。它是由一个 可以移动的导磁材料铁芯与三个线圈所组成，一个初级线圈与两个次级线圈均绕在同一中空 的绝缘体上，而铁芯可在其中自由移动。 当初级线圈通上交流电源激励时，则产生了耦合磁场，使得两个次级线圈感应电压，而 两个次级线圈是串联且极性相反（相位相差 180°），使得输出与两次级电压之差，如图所 示
Vout Vin 图18-2 位大 位移小 位移 a铁艺位于中间out为零b)铁芯往上运动时o1相C铁芯往上超动时o1相 图18-3 当铁芯在中央位置时，两个次级线图感应的磁场强度相同，因此感应电压一样，使得输 出电压为零，如图()所示。当图的铁艺往左移（往上移）时，次领线圈1的感位磁场比次 级线圈2强，因此次级线圈1所锈应的电压比次级找圈2大，使得图的如t不为零，且随 铁艺金往左移，Vt愈大，如图)所示，且相位与V1同相。若铁花往右移（往下移）时， 则次级线圆2的输出电压大于次级线圈1，使Vt的电压相位与V相位相差180°，电压 的大小随往右移动距离咸正比，如图(c)所示。因此可由Vct的大小得知铁艺相对于中点 的位移量，而V0t的相位可代表移动的方向
- 8 - 当铁芯在中央位置时，两个次级线圈感应的磁场强度相同，因此感应电压一样，使得输 出电压为零，如图 (a)所示。当图的铁芯往左移（往上移）时，次级线圈 1 的感应磁场比次 级线圈 2 强，因此次级线圈 1 所感应的电压比次级线圈 2 大，使得图的 Vout 不为零，且随 铁芯愈往左移，Vout 愈大，如图 (b)所示，且相位与 Vi 同相。若铁芯往右移（往下移）时， 则次级线圈 2 的输出电压大于次级线圈 1，使 Vout 的电压相位与 Vi 相位相差 180°，电压 的大小随往右移动距离成正比，如图 (c)所示。因此可由 Vout 的大小得知铁芯相对于中点 的位移量，而 Vout 的相位可代表移动的方向
由以上的三种情况可以白纳出如图的铁艺位置与输出电压的美系图。 输出 电压 线圈2的相住 0 B 军十 输出电压 铁芯位置 线圈1的相位 铁芯位移 22 2222☑ 2 TFFIN 铁芯在A的位置 铁芯在零位置 铁芯在B的位置 图18-4LVDT的输出电压与铁芯位置的线性关系 由于L可具有以下几点铃性，使得在位置够测到，常采用L可。 5.输出电压正比例与铁艺的位移，其线性准确度可达士0.`土1的程度。 6.灵敏度高：LVDT变化1i1(英寸)可以有10`5aY的电压变化. 7,负载阻抗范围大：可连接宽范围的负载阻抗，面对其线性的影响极小。 8,零点（中点）稳定性高，可达到1μ 9.使用的激励电源频率意围大，可从50恤10业。 10.因铁芯移动时，铁芯无机械接触。所以没有摩擦。因此理塑上有无限长寿命。 11,耐真元件，故障率低。 L可的灵敏度通常以每伏特输入下，每0,001寸铁芯位移由多少毫伏输出表示，即 Vout/0.0Olin/Nin。因灵敏度在一定颜率范围内随颜率面变化，因此灵敏度通常还需标注 频率。而某一铁艺的位移，真正的输出电压为灵敏度乘以干分之一寸数，在乘以输入电压。 大部分的VDT的位移为士！寸以内。也就是铁芯可以距中点左右移动1寸以内，在这 范围内其输出电压与位移的距离钱性度较佳。如果要测量超过标注的位移距离，就必须利用 适当的机械式（如齿轮）来改变位移量。 实习电路原理说明 9
- 9 - 由以上的三种情况可以归纳出如图的铁芯位置与输出电压的关系图。 由于 LVDT 具有以下几点特性，使得在位置感测时，常采用 LVDT。 5. 输出电压正比例与铁芯的位移，其线性准确度可达±0.1%~±1%的程度。 6. 灵敏度高：LVDT 变化 1mil（英寸）可以有 10~45mV 的电压变化。 7. 负载阻抗范围大：可连接宽范围的负载阻抗，而对其线性的影响极小。 8. 零点（中点）稳定性高，可达到 1μm。 9. 使用的激励电源频率范围大，可从 50Hz~10KHz。 10. 因铁芯移动时，铁芯无机械接触，所以没有摩擦，因此理想上有无限长寿命。 11. 耐真元件，故障率低。 LVDT 的灵敏度通常以每伏特输入下，每 0.001 寸铁芯位移由多少毫伏输出表示，即 mVout/0.001in/Vin。因灵敏度在一定频率范围内随频率而变化，因此灵敏度通常还需标注 频率。而某一铁芯的位移，真正的输出电压为灵敏度乘以千分之一寸数，在乘以输入电压。 大部分的 LVDT 的位移为±1 寸以内。也就是铁芯可以距中点左右移动 1 寸以内，在这 范围内其输出电压与位移的距离线性度较佳。如果要测量超过标注的位移距离，就必须利用 适当的机械式（如齿轮）来改变位移量。 实习电路原理说明
图为L所的转换电路，能将L所的位移量以直流电压输出，其转换率为±1V/m。本 实验所使用的LWDT为225B-125,其最大位移量距离为距中点±0.1251n(±3)，初级线圈 所加的交流激扇电源为5Nms(141Wp),最住频率为350。 为了提供5Nm5,350位的交流电源，图使用运算皮大器维思电桥振荡方式，其中 R1(10w),C1(0.047μf),2(10K),C2(0,047ufD读定了报离频率Fo=1/2√R12C1C2a 338.,脑，R4,5,B构成了负国授网路。决定了振荡条件与输出振幅。调整5可以 改变负回授量，进而改变输出电压的振幅，而1，(2反接且并联于3两瑞，可增加振幅 的稳定度。Q1,2组成政大电路，增如推动的能力， C3,C4,R10与CR4,C5,R1】为两组整流滤泼电路，分别将两组次级线圈的交流电压 V,YF转换为直流电压。2,3为电压增拉为1的电压随捐器，作为缓冲器使用。 西四M5初5 5N50R00现E15 +IV 图18-5LDT转换电路 图为一由VDT转换电路所组成的位置值测器，有LDI与E团2代表LDT的位置是在中 点的左方或右方。音LVDT在由VR所设定的中点(mN)左方时，若比较器V+大于Y-,比 较器的输出电压为Wst,则D1顺向偏压而发光，反之，12发光，代表LD可在中点的 右方。 -10-
- 10 - 图为 LVDT 的转换电路，能将 LVDT 的位移量以直流电压输出，其转换率为±1V/mm。本 实验所使用的 LVDT 为 225B-125，其最大位移量距离为距中点±0.125in(±3mm)，初级线圈 所加的交流激励电源为 5Vrms(14.14Vp-p)，最佳频率为 350Hz。 为了提供 5Vrms，350Hz 的交流电源，图使用运算放大器维恩电桥振荡方式，其中 R1(10K)，C1(0.047μf)，R2(10K)，C2((0.047μf)决定了振荡频率 Fo=1/2π√R1R2C1C2≌ 338.6Hz。R3，R4，R5，R6 构成了负回授网路，决定了振荡条件与输出振幅。调整 R5 可以 改变负回授量，进而改变输出电压的振幅，而 CR1，CR2 反接且并联于 R3 两端，可增加振幅 的稳定度。Q1，Q2 组成放大电路，增加推动的能力。 CR3，C4，R10 与 CR4，C5，R11 为两组整流滤波电路，分别将两组次级线圈的交流电压 Vr，Vf 转换为直流电压。U2，U3 为电压增益为 1 的电压随耦器，作为缓冲器使用。 图为一由 LVDT 转换电路所组成的位置侦测器，有 LED1 与 LED2 代表 LVDT 的位置是在中 点的左方或右方。当 LVDT 在由 VR 所设定的中点（mm/V）左方时，若比较器 V+大于 V−，比 较器的输出电压为+Vsat，则 LED1 顺向偏压而发光，反之，LED2 发光，代表 LVDT 在中点的 右方