《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：提供高稳定的土15V、+5V、土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：1Hz30Hz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1Hz30Hz（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：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）X780（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、HantekDSO-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BASEDDSO光盘说明书其它图片：
探头 USB 数据线 光盘 说明书 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：Windows7WindowsMe,WindowsNTWindows2000,WindowsXPVISTA20余种自动测量功能，PASS/FAILCheck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.BMPJPG。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.LabviewiVBIVCIDelphiC++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/CH8Bit垂直分辨率阻抗1MQ25pF鹅合AC/DC/GND电压量程10mV-5V,9Steps±3%垂直精度时基量程4ns-lh, 38 Steps有垂直位置可调输入保护Diode嵌位有X-Y自动设置有(30Hzto40MHz)有外触发输入水平方式自动，标准，单次+/-触发斜率有触发电平可调模拟触发类型触发源CH1, CH2, EXT预触发0-100%选择有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CH1,CH2, Dual,ADD有光标测量算法快速富氏变换，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,WindowsMe,WindowsNT.Windows2000.WindowsXPVISTA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、HantekDSO-2090使用通过测量HantekDSO-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一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、思考题请自已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△R1=△R2=△R3=△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（S2.1)。三、需用器件和单元应变式传感器实验模板、应变式传感器、码（每只约20g）、数显表、土15V电源、土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=350Q，加热丝阻值约为50Q左右。应变片托盘7F弹性体引出线限程螺丝固定垫圈模板158508955555555551558885838553加热丝固定螺丝应变片图|-！三亮式专感界安装示意图2、实验模板差动放大器调零，方法为：①接入模板电源土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
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
接上桥路电源土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码，读取数显表数值，依次增加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接主控箱接主控箱按教品表OO电源输出电源输出V地加热器-4VRIR2R3ROGOGGERI68R13o-15V+15V西fRR16R1R9工XRWIICSRICRI0VotGOVozRSR17eORISR19R1R14RRRw4-E+ERWS8应变传感器实验模板ORWORWORWA1OR:图1-4全桥生能票验挂线图表1-1全桥测量时,输出电压与负载重量的关系20重量(g)406080100160120140180200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10只码全部置于托盘上，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？
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码加于码盘上，在数显表上读取某一数值Uo1。（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？
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g、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（S3.3）。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。差动变压器、模板测量架测微头电容传感器图3-1差动发宝器电容专感美安装示意区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