北航自动化信号与测试实验报告(4组).doc

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2011-2012学年第二学期

实验一电涡流传感器实验

实验二电容式传感器实验

实验三PSD光电位置传感器实验

实验四超声测距实验

班级392311学院高等工程

姓名李柏学号3903·2415

2012年5月2日

实验1电涡流传感器实验

一、实验目的

1.了解电涡流传感器原理

2.了解不同被测材料对电涡流传感器的影响

二、实验仪器

电涡流传感器实验模块

DS5062CE示波器

WD990型微机电源：

±12V

VC9804A型万用表

电源连接电缆

螺旋测微仪

等。

三、实验原理

电涡流传感器由平面线圈和金属涡流片组成，当线圈中通以高频交变电流后，在与其平行的金属片上会感应产生电涡流，电涡流的大小影响线圈的阻抗Z，而涡流的大小与金属涡流片的电阻率、导磁率、厚度、温度以及与线圈的距离X有关，当平面线圈、被测体（涡流片）、激励源确定，并保持环境温度不变，阻抗Z只与距离X有关，将阻抗变化转为电压信号V输出，则输出电压是距离X的单值函数。

图1.1涡流式位移传感器基本结构及工作原理

四、实验步骤

用电源电缆连接电源和电涡流式传感器实验模块（插孔在后侧板），其中电缆的橙蓝线为+12V，白蓝线为-12V，隔离皮（金色）为地。

安装电涡流线圈与涡流片（铁片，黑色），两者须保持平行；电涡流探头插头插入变换器插孔；安装好测微仪，涡流变换器输出端Vout接电压表20V档。

打开微机电源，用测微仪带动涡流片移动，当涡流片完全紧贴线圈时输出电压为零（如不为零可适当改变支架中的线圈角度），然后旋动测微仪使涡流片离开线圈，从电压表有读数时每隔0.2mm记录一个电压值，将V、X数值填入表1，作出V-X曲线。

示波器接电涡流式传感器实验模块的探头入插孔，观察电涡流传感器的激励信号频率，随着线圈与电涡流片距离的变化，信号幅度也发生变化，当涡流片紧贴线圈时电路停振，输出为零。

记录此现象。

更换涡流片（铜片，金色），进行测试并记录数据，填入表2。

在同一坐标上作出V-X曲线。

更换涡流片（铝片，银色），进行测试并记录数据，填入表3。

在同一坐标上作出V-X曲线。

五、数据处理

1.5.1原始数据

表1.1涡流片为铁片数据

X/mm

2.3

2.5

2.7

2.9

3.1

3.3

3.5

3.7

3.9

Vo/V

0

0.38

0.65

0.88

1.08

1.28

1.47

1.66

1.83

X/mm

4.1

4.3

4.5

4.7

4.9

5.1

5.3

5.5

5.7

Vo/V

2.00

2.16

2.32

2.46

2.60

2.74

2.86

2.98

3.09

表1.2涡流片为铜片数据

X/mm

0.3

0.5

0.7

0.9

1.1

1.3

1.5

1.7

1.9

Vo/V

1.73

1.73

1.77

1.85

1.92

2.00

2.12

2.35

2.58

X/mm

2.1

2.3

2.5

2.7

2.9

3.1

3.3

3.5

3.7

Vo/V

2.79

2.97

3.14

3.28

3.42

3.53

3.64

3.73

3.82

表1.3涡流片为铝片数据

X/mm

0.5

0.7

0.9

1.1

1.3

1.5

1.7

1.9

2.1

Vo/V

2.02

2.02

2.09

2.17

2.25

2.32

2.46

2.68

2.89

X/mm

2.3

2.5

2.7

2.9

3.1

3.3

3.5

3.7

3.9

Vo/V

3.07

3.24

3.38

3.51

3.62

3.72

3.81

3.89

3.96

1.5.2数据处理

在此合电压-位移曲线如图1.2所示

图1.2实际测量曲线

根据最小二乘公式，将曲线拟合直线如下：

铁：

y=0.8699x-1.6772 r=0.9913

铜：

y=0.7118x+1.2636 r=0.9882

铝：

y=0.6582x+1.5020 r=0.9902

六、实验总结

实验2电容式传感器实验

一、实验目的

了解电容式传感器原理及位移测量的原理。

二、实验仪器

电容传感器实验模块

其余同实验1.

三、实验原理

差动式同轴变面积电容的两组电容片Cx1与Cx2作为双T电桥的两臂，当电容量发生变化时，桥路输出电压发生变化。

原理图如图2.1所示：

图2.1电容式传感器工作原理

四、实验步骤

1.用电源电缆连接电源和电容传感器实验模块（插孔在后侧板），其中电缆的橙蓝线为+12V，白蓝线为-12V，隔离皮（金色）为地。

2.观察电容传感器结构：

传感器由一个动极与两个定级组成，按图1接好实验线路，增益适当。

3.打开微机电源，用测微仪带动传感器动极位移至两组定极中间，调整调零电位器，此时模块电路输出为零。

4.前后位移动极，每次0.5mm，直至动静极完全重合为止，记录数据，作出电压-位移曲线。

五、数据处理

原始数据记录如表2-1，

表2.1电容式传感器电压位移对应变化原始数据

X/mm

12.5

12

11.5

11

10.5

10

9.5

9

8.5

8

7.5

7

6.5

Vo/mv

0.03

62

89.8

121.9

151.9

181.5

210

239

267

296

320

346

366

X/mm

6

5.5

5

4.5

4

3.5

3

2.5

2

1.5

1

0.5

0

Vo/mv

373

379

380

382

370

353

346

343

341

326

313

300

332

X/mm

12.5

13

13.5

14

14.5

15

15.5

16

16.5

17

17.5

18

18.5

Vo/mv

0.01

-41.4

-67.1

-87

-103.4

-125.3

-147.3

-169.4

-174.7

-198.7

-228

-259

-274

X/mm

19

19.5

20

20.5

21

21.5

22

22.5

23

23.5

24

24.5

25

Vo/mv

-304

-309

-339

-370

-401

-430

-457

-485

-516

-544

-574

-600

-630

根据最小二乘法得到的拟合直线为

Y=-43.413x+530.02 r=0.9715

图样如2-2所示。

图2.2电容式传感器电压随位移变化图

六、实验总结

实验3PSD光电位置传感器实验

一、实验目的

了解PSD光电传感器原理及位移测量的原理

二、实验仪器

PSD光电位置传感器实验模块

PSD及激光器组件

其余设备与实验1、2一致.

三、实验原理

PSD（Positionsensitivedetector）是一种新型的横向光电效应器件，当入射光点照在光敏面上时由于光生载流子的流动产生光生电流I，经运算后即可知光点的位置。

工作原理如图3-1所示.

图3-1PSD器件工作原理

四、实验步骤

1.连接PSD及激光器组件的插头至PSD光电位置传感器实验模块的“激光”电源插孔；用电源电缆连接电源和PSD光电位置传感器实验模块（插孔在后侧板）；其中电缆的橙蓝线为+12V，白蓝线为-12V，隔离皮（金色）为地。

2.观察PSD器件及安装位置，激光器置于PSD组件中；调节反射体（被测物）与激光管的位置大约为70~80mm,PSD光电位置传感器实验模块上输出端Vout接电压表及示波器。

3.打开微机电源，激光束射到被测物体后其漫反射光经透镜聚焦入射PSD光敏面；调整发射头透镜或接收头透镜位置（位于PSD及激光器组件中），调整激光器的光点位置，以提高PSD器件的光电流输出。

4.调节位移装置，使光斑位于PSD光敏面中点（通过观察窗口确认），调节模块“增益”旋钮，用示波器观察，输出波形不应有自激；调节模块“调零”旋钮，使模块电路输出端Vout为零。

5.分别向前和向后位移被测体，每移动0.1mm记录一电压值，记入表1中，作出V-X曲线。

6.用遮挡物盖住观察窗口，使PSD器件不受背景光影响，重新进行位移测试，数据记入表2中。

五、数据处理

3.5.1原始数据记录

表3-1不遮挡观察口数据记录

X/mm

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

Vo/v

4.99

5.00

5.01

5.01

5.02

5.03

5.04

5.05

5.05

5.06

X/mm

1.0

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

1.6

1.7

1.8

1.9

Vo/v

5.07

5.09

5.10

5.11

5.12

5.14

5.14

5.15

5.15

5.16

X/mm

2.0

2.1

2.2

2.3

2.4

2.5

2.6

2.7

2.8

2.9

Vo/v

5.17

5.18

5.19

5.20

5.21

5.22

5.23

5.24

5.25

5.26

X/mm

3.0

3.1

3.2

3.3

3.4

3.5

3.6

3.7

3.8

3.9

Vo/v

5.27

5.28

5.29

5.30

5.31

5.32

5.33

5.34

5.35

5.36

X/mm

4.0

4.1

4.2

4.3

4.4

4.5

4.6

4.7

4.8

4.9

Vo/v

5.36

5.37

5.37

5.40

5.41

5.41

5.42

5.43

5.44

5.45

X/mm

5.0

5.1

5.2

5.3

5.4

5.5

5.6

5.7

5.8

5.9

Vo/v

5.46

5.47

5.47

5.48

5.49

5.50

5.50

5.52

5.53

5.55

表3-2遮挡观察口数据记录

X/mm

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

Vo/v

5.16

5.17

5.18

5.18

5.20

5.21

5.22

5.23

5.23

5.25

X/mm

1.0

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

1.6

1.7

1.8

1.9

Vo/v

5.26

5.27

5.28

5.29

5.29

5.30

5.30

5.32

5.33

5.35

X/mm

2.0

2.1

2.2

2.3

2.4

2.5

2.6

2.7

2.8

2.9

Vo/v

5.36

5.37

5.37

5.38

5.39

5.40

5.41

5.42

5.43

5.44

X/mm

3.0

3.1

3.2

3.3

3.4

3.5

3.6

3.7

3.8

3.9

Vo/v

5.44

5.45

5.46

5.47

5.49

5.50

5.51