《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 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査。若操作错误, 导致设备的损坏将按学校的规定赔偿 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~30z(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:17.CCD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AD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 dsc-2090简介 基本配件 产品 示波器
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；17.CCD 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： 产品 示波器
探头 USB数据线 PC-BASED DSO Sen 光盘 说明书 其它图片: Q
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把盐甚三 特点 流线型设计体积小巧,USB20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)190x100W)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 ni, 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XY显示 波形数据可以按时间和电压输出到 EXCEL, BMP JPC FFT频谱分析 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 LabviewlVBlVC\DelphiC++ Builder开发示例提供
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, Windows 2000, 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 通道 2通道 带宽 40MHz 单次带宽 DC to 40MHz 最大实时取样率 100MS/s 存储深度 10K-32KB/CH 垂直分辨率 8Bit 阻抗 IMQ2 25pF 耦合 AC/DC/GND 电压量程 10mV-5V,sTeps 垂直精度 时基量程 4ns-Ih,38 Steps 垂直位置可调 输入保护 Diode嵌位 X-Y 自动设置 有(0Hzto40MHz) 外触发输入 水平方式 自动,标准,单次 触发斜率 触发电平可调 触发类型 模拟 触发源 CHI CH2 EXT 预触发 0-100%选择 取样率选择 辉线显示 点线,波形平均,余辉,亮度调节
技术指标 通道 2 通道 带宽 40MHz 单次带宽 DC to 40MHz 最大实时取样率 100MS/s 存储深度 10K-32KB/CH 垂直分辨率 8Bit 阻抗 1MΩ 25pF 耦合 AC/DC/GND 电压量程 10mV-5V, 9Steps 垂直精度 ±3% 时基量程 4ns-1h, 38 Steps 垂直位置可调 有 输入保护 Diode 嵌位 X-Y 有 自动设置 有 (30Hz to 40MHz) 外触发输入 有 水平方式 自动, 标准, 单次 触发斜率 +/- 触发电平可调 有 触发类型 模拟 触发源 CH1, CH2, EXT 预触发 0-100% 选择 取样率选择 有 辉线显示 点/线, 波形平均,余辉,亮度调节
网络 开关 垂直模式 CHI CH2. DuaL ADD 光标测量 有 算法 快速富氏变换,反向,加减,乘除 光标显示 频率电压 数据点 10K32K每通道 配套 S/w CD, probes, manual, USB cord 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ⅩY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
网络 开/关 垂直模式 CH1, CH2, Dual, ADD 光标测量 有 算法 快速富氏变换,反向,加,减,乘,除. 光标显示 频率,电压 数据点 10K-32K 每通道 配套 S/W CD, probes, manual, USB cord 应用程序： 软件支持: Windows7,Windows Me, Windows NT, Windows 2000, 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 、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。 、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△Rl=△R2=ΔR3=△R4时,桥路输出电压 Uo3=KUE,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)。 、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RⅠ、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 Rl=R2=R3=R4=3509,加热丝阻值约为509左右 应变片 扦盘 引出线 弹性体 固定垫圈 限程螺丝 模板 固定螺丝/加热丝 2变片 图1-1三式感墨安装示意图 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,检査无误后,合上主控箱电源开关,将实验模板増益调节电位器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
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),检査接线无误后(注意电源的正负),合上主控箱电源 开关,先粗调节Rwl,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,依次増加砝码并 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。 +4V 接主控箱 接主控箱接数显表 电源输出 电源输出V地 加热器 4 I 5v Vol R ORwO ORw2 OI 应变传感器实验模板 Rwy ○R w4 图1-4全桥生能买验挺线图 表1-1全桥测量时输出电压与负载重量的关系 重量(g) 100120140160180200 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Rwl,并细调Rw4使数显表显示0.00V。 (2)将⑩0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0000V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?
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) 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 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Uo。 (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,Uot-U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?
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 Uot，Uot-Uo1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 、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=eAd的关系,在E、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)。 、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。 差动变压器、模板 测量架 测微头 电容传感器 图3-1差动支玉器电容专感器安装示常 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
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