1、 2011- 2012 學年 第二學期實驗一 電渦流傳感器實驗實驗二 電容式傳感器實驗實驗三 PSD光電位置傳感器實驗實驗四 超聲測距實驗班級 392311 學院 高等工程 姓名 李 柏 學號 3903·2415 2012年5月2日實驗1 電渦流傳感器實驗一、實驗目的1. 了解電渦流傳感器原理2. 了解不同被測材料對電渦流傳感器的影響二、實驗儀器電渦流傳感器實驗模塊DS5062CE示波器WD990型微機電源：±12VVC9804A型萬用表電源連接電纜螺旋測微儀等。三、 實驗原理電渦流傳感器由平面線圈和金屬渦流片組成，當線圈中通以高頻交變電流后，在與其平行的金屬片上會感應產生

2、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、導磁率、厚度、溫度以及與線圈的距離X有關，當平面線圈、被測體（渦流片）、激勵源確定，并保持環境溫度不變，阻抗Z只與距離X有關，將阻抗變化轉為電壓信號V輸出，則輸出電壓是距離X的單值函數。圖1.1 渦流式位移傳感器基本結構及工作原理四、 實驗步驟用電源電纜連接電源和電渦流式傳感器實驗模塊（插孔在后側板），其中電纜的橙藍線為+12V，白藍線為-12V，隔離皮（金色）為地。安裝電渦流線圈與渦流片（鐵片，黑色），兩者須保持平行；電渦流探頭插頭插入變換器插孔；安裝好測微儀，渦流變換器輸出端Vout接電壓表20V檔。打開微機電源，用測

3、微儀帶動渦流片移動，當渦流片完全緊貼線圈時輸出電壓為零（如不為零可適當改變支架中的線圈角度），然后旋動測微儀使渦流片離開線圈，從電壓表有讀數時每隔0.2mm記錄一個電壓值，將V、X數值填入表1，作出V-X曲線。示波器接電渦流式傳感器實驗模塊的探頭入插孔，觀察電渦流傳感器的激勵信號頻率，隨著線圈與電渦流片距離的變化，信號幅度也發生變化，當渦流片緊貼線圈時電路停振，輸出為零。記錄此現象。更換渦流片（銅片，金色），進行測試并記錄數據，填入表2。在同一坐標上作出V-X曲線。更換渦流片（鋁片，銀色），進行測試并記錄數據，填入表3。在同一坐標上作出V-X曲線。五、 數據處理1.5.1 原始數據表1.1 渦

4、流片為鐵片數據X/mm2.32.52.72.93.13.33.53.73.9Vo/V00.380.650.881.081.281.471.661.83X/mm4.14.34.54.74.95.15.35.55.7Vo/V2.002.162.322.462.602.742.862.983.09表1.2 渦流片為銅片數據X/mm0.30.50.70.91.11.31.51.71.9Vo/V1.731.731.771.851.922.002.122.352.58X/mm2.12.32.52.72.93.13.33.53.7Vo/V2.792.973.143.283.423.533.643.733.8

5、2表1.3 渦流片為鋁片數據X/mm0.50.70.91.11.31.51.71.92.1Vo/V2.022.022.092.172.252.322.462.682.89X/mm2.32.52.72.93.13.33.53.73.9Vo/V3.073.243.383.513.623.723.813.893.961.5.2 數據處理在此合電壓-位移曲線如圖1.2所示圖1.2 實際測量曲線根據最小二乘公式，將曲線擬合直線如下：鐵：y=0.8699x - 1.6772r=0.9913銅：y=0.7118x + 1.2636r=0.9882鋁：y=0.6582x + 1.5020r=0.9902六、

6、實驗總結實驗2 電容式傳感器實驗一、 實驗目的了解電容式傳感器原理及位移測量的原理。二、 實驗儀器電容傳感器實驗模塊其余同實驗1.三、 實驗原理差動式同軸變面積電容的兩組電容片Cx1與Cx2作為雙T電橋的兩臂，當電容量發生變化時，橋路輸出電壓發生變化。原理圖如圖2.1所示：圖2.1 電容式傳感器工作原理四、 實驗步驟1. 用電源電纜連接電源和電容傳感器實驗模塊（插孔在后側板），其中電纜的橙藍線為+12V，白藍線為-12V，隔離皮（金色）為地。2. 觀察電容傳感器結構：傳感器由一個動極與兩個定級組成，按圖1接好實驗線路，增益適當。3. 打開微機電源，用測微儀帶動傳感器動極位移至兩組定極中間，調整

7、調零電位器，此時模塊電路輸出為零。4. 前后位移動極，每次0.5mm，直至動靜極完全重合為止，記錄數據，作出電壓-位移曲線。五、 數據處理原始數據記錄如表2-1，表2.1 電容式傳感器電壓位移對應變化原始數據X/mm12.51211.51110.5109.598.587.576.5Vo/mv0.036289.8121.9151.9181.5210239267296320346366X/mm65.554.543.532.521.510.50Vo/mv373379380382370353346343341326313300332X/mm12.51313.51414.51515.51616.5171

8、7.51818.5Vo/mv0.01-41.4-67.1-87-103.4-125.3-147.3-169.4-174.7-198.7-228-259-274X/mm1919.52020.52121.52222.52323.52424.525Vo/mv-304-309-339-370-401-430-457-485-516-544-574-600-630根據最小二乘法得到的擬合直線為Y = -43.413x + 530.02r=0.9715圖樣如2-2所示。圖2.2 電容式傳感器電壓隨位移變化圖六、實驗總結實驗3 PSD光電位置傳感器實驗一、 實驗目的了解PSD光電傳感器原理及位移測量的原理二

9、、 實驗儀器PSD光電位置傳感器實驗模塊PSD及激光器組件其余設備與實驗1、2一致.三、 實驗原理PSD（Position sensitive detector）是一種新型的橫向光電效應器件，當入射光點照在光敏面上時由于光生載流子的流動產生光生電流I，經運算后即可知光點的位置。工作原理如圖3-1所示.圖3-1 PSD器件工作原理四、 實驗步驟1. 連接PSD及激光器組件的插頭至PSD光電位置傳感器實驗模塊的“激光”電源插孔；用電源電纜連接電源和PSD光電位置傳感器實驗模塊（插孔在后側板）；其中電纜的橙藍線為+12V，白藍線為-12V，隔離皮（金色）為地。2. 觀察PSD器件及安裝位置，激光器置

10、于PSD組件中；調節反射體（被測物）與激光管的位置大約為7080mm ,PSD光電位置傳感器實驗模塊上輸出端Vout接電壓表及示波器。3. 打開微機電源，激光束射到被測物體后其漫反射光經透鏡聚焦入射PSD光敏面；調整發射頭透鏡或接收頭透鏡位置（位于PSD及激光器組件中），調整激光器的光點位置，以提高PSD器件的光電流輸出。4. 調節位移裝置，使光斑位于PSD光敏面中點（通過觀察窗口確認），調節模塊“增益”旋鈕，用示波器觀察，輸出波形不應有自激；調節模塊“調零”旋鈕，使模塊電路輸出端Vout為零。5. 分別向前和向后位移被測體，每移動0.1mm記錄一電壓值，記入表1中，作出V-X曲線。6. 用遮

11、擋物蓋住觀察窗口，使PSD器件不受背景光影響，重新進行位移測試，數據記入表2中。五、 數據處理3.5.1原始數據記錄表3-1 不遮擋觀察口數據記錄X/mm00.10.20.30.40.50.60.70.80.9Vo/v4.995.005.015.015.025.035.045.055.055.06X/mm1.01.11.21.31.41.51.61.71.81.9Vo/v5.075.095.105.115.125.145.145.155.155.16X/mm2.02.12.22.32.42.52.62.72.82.9Vo/v5.175.185.195.205.215.225.235.245.2

12、55.26X/mm3.03.13.23.33.43.53.63.73.83.9Vo/v5.275.285.295.305.315.325.335.345.355.36X/mm4.04.14.24.34.44.54.64.74.84.9Vo/v5.365.375.375.405.415.415.425.435.445.45X/mm5.05.15.25.35.45.55.65.75.85.9Vo/v5.465.475.475.485.495.505.505.525.535.55表3-2 遮擋觀察口數據記錄X/mm00.10.20.30.40.50.60.70.80.9Vo/v5.165.175.1

13、85.185.205.215.225.235.235.25X/mm1.01.11.21.31.41.51.61.71.81.9Vo/v5.265.275.285.295.295.305.305.325.335.35X/mm2.02.12.22.32.42.52.62.72.82.9Vo/v5.365.375.375.385.395.405.415.425.435.44X/mm3.03.13.23.33.43.53.63.73.83.9Vo/v5.445.455.465.475.495.505.515.525.535.53X/mm4.04.14.24.34.44.54.64.74.84.9Vo/

14、v5.545.545.555.565.575.585.65.615.625.63X/mm5.05.15.25.35.45.55.65.75.85.9Vo/v5.645.655.665.665.675.685.695.695.715.723.5.2數據處理部分根據最小二乘法，可得到： y1 = 0.0944x + 4.9852r=0.999（不遮光）y2 = 0.0945x + 5.162r=0.999（遮光）圖3-2 不遮擋觀測口條件下運算對比圖樣（完整）圖3-3 不遮擋觀測口條件下運算對比圖樣（局部放大）遮光情況與上圖相似，故不再贅言，只給出圖3-4.圖3-4 遮擋觀測口條件下運算對比圖樣（

15、完整）六、 實驗總結實驗4 超聲測距實驗一、 實驗目的略。二、 實驗儀器略。三、 實驗原理1. 超聲波特性：超聲波是一種頻率高于20kHz，在彈性介質中傳播的機械振蕩。其波長短，頻率高，故它有其獨特的特點。2. 繞射現象小，方向性好，能定向傳播。3. 能量較高，穿透力強，在傳播過程中衰減很小。在水中可以比在空氣或固體中以更高的頻率傳的更遠。而且在液體里的衰減和吸收比較低。4. 能在異質界面產生反射、折射和波形轉換。5. 超聲波速度超聲波速度公式為：式中： r 氣體定壓熱容與定容熱容的比值，對空氣為1.40 R 氣體普適常量，8.314kg·mol-1·K-1 M氣體分子量，

16、空氣為28.8×10-3kg·mol-1 T 絕對溫度，273K+T。近似公式為：V=V0+0.607×T式中：V0 為零度時的聲波速度332m/s； T 為實際溫度()。測距原理：根據超聲波在空氣中的傳播速度，通過相關電路得到發射波與接收波之間的時間，即可得到發射與接收之間的距離。四、 實驗步驟略。五、 實驗數據處理該實驗之原始數據記錄如下：表4-1 原始數據距離/mm050100150200250300數碼管顯示距離/mm7696139182226276319數碼管顯示時間/s2513184616067529171061示波器測量時間/s267326469612757923