1、傳感器技術實驗教學大綱一、課程基本信息中文名稱傳感器技術英文名稱Sensor Technology適用專業計算機科學與技術先修課程電子技術、電路分析等課程類別專業課修讀性質必修學分/學時0.5學分/18學時考核方式考查二、教學目標通過學習本門課程，使學生理解傳感器的基礎知識和各種傳統傳感器的基本原理，初步掌握傳感器系統設計原理，對傳感器的發展和現狀有初步了解，了解現代新型傳感器的類型和工作方式、原理。使學生初步掌握傳感器系統的應用、開發的綜合技術。實踐教學側重于對傳統傳感器的工作原理、特性的理解，對傳感器的技術參數要會求取。對于常用傳感器的測量電路要會計算；掌握傳感器誤差及誤差補償的相關技術。

2、初步了解近代傳感器技術及其工作原理。三、教學內容實驗項目一：金屬箔式應變片單臂電橋性能實驗（2學時）1.實驗屬性：驗證實驗2.修讀性質：必開3.教學目標了解金屬箔式應變片的應變效應，單臂電橋工作原理和性能。4.實驗方法硬件操作5實驗儀器設備應變傳感器實驗模塊、托盤、砝碼、數顯電壓表、15V、4V電源、萬用表。6.實驗內容1、熟悉單臂電橋工作原理2、應變傳感器上的各應變片已分別接到應變傳感器模塊上，用萬用表測量各自阻值。3、差動放大器調零，將應變式傳感器的其中一個應變電阻接入電橋構成一個單臂直流電橋。加托盤后電橋調零，電橋輸出接到差動放大器的輸入端Ui，檢查接線無誤后，合上主控臺電源開關，預熱五

3、分鐘，調節Rw1使電壓表顯示為零。在應變傳感器托盤上放置一只砝碼，讀取數顯表數值，依次增加砝碼和讀取相應的數顯表值，直到200g砝碼加完，記下實驗結果。7.成績評定該項實驗總分=實驗操作（30%）+實驗數據報告（30%）+問題解答（30%）+其它（10%）實驗項目二：金屬箔式應變片全橋性能實驗實驗（2學時）1.實驗屬性：驗證實驗2.修讀性質：必開3.教學目標了解全橋測量電路的優點。4.實驗方法硬件操作5實驗儀器設備應變傳感器實驗模塊、托盤、砝碼、數顯電壓表、15V、4V電源、萬用表。6.實驗內容1、熟悉全橋工作原理2、比較全橋電路和單臂橋之間差異3、分析實驗數據，說明全橋電路的優點。7.成績評

4、定該項實驗總分=實驗操作（30%）+實驗數據報告（30%）+問題解答（30%）+其它（10%）實驗項目三：相敏檢波實驗實驗（2學時）1.實驗屬性：驗證實驗2.修讀性質：必開3.教學目標了解相敏檢波電路的原理和應用4.實驗方法硬件操作5實驗儀器設備移相器/相敏檢波/低通濾波模塊，15V電源，信號源，示波器6.實驗內容1、示波器兩通道分別接相敏輸入、輸出端，觀察輸入、輸出波形的相位關系和幅值關系。2、改變DC端參考電壓的極性，觀察輸入、輸出波形的相位和幅值關系。由此可以得出結論。3、將相敏檢波器的輸出端與低通濾波器的輸入端連接，示波器兩通道分別接相敏檢波器輸入、輸出端。適當調節音頻振蕩器幅值旋鈕和

5、移相器“移相”旋鈕，觀察示波器中波形變化和電壓表電壓值變化，然后將相敏檢波器的輸入端Uo改接至音頻振蕩器Us1800輸出端口，觀察示波器和電壓表的變化。7.成績評定該項實驗總分=實驗操作（30%）+實驗數據報告（30%）+問題解答（30%）+其它（10%）實驗項目四：差動變壓器性能實驗（2學時）1.實驗屬性：驗證實驗2.修讀性質：必開3.教學目標了解差動變壓器的工作原理和特性。4.實驗方法硬件操作5實驗儀器設備差動變壓器模塊、測微頭、差動變壓器、信號源、15V直流電源、示波器。6.實驗內容1、工作原理：差動變壓器由一只初級線圈和兩只次級線圈及一個鐵芯組成。鐵芯連接被測物體，移動線圈中的鐵芯，由

6、于初級線圈和次級線圈之間的互感發生變化促使次級線圈的感應電動勢發生變化，一只次級感應電動勢增加，另一只感應電動勢則減小，將兩只次級線圈反向串接（同名端連接）引出差動輸出。輸出的變化反映了被測物體的移動量。2、將傳感器引線插頭插入實驗模塊的插座中，接入一定的音頻信號，示波器觀測輸出，旋動測微頭，使上位機觀測到的波形峰峰值為最小，這時可以左右位移，假設其中一個方向為正位移，另一個方向位稱為負，從Vp-p最小開始旋動測微頭，每隔0.2mm從上位機上讀出輸出電壓Vp-p值，填入下表，再從Vp-p最小處反向位移做實驗，在實驗過程中，注意左、右位移時，初、次級波形的相位關系。7.成績評定該項實驗總分=實驗

7、操作（30%）+實驗數據報告（30%）+問題解答（30%）+其它（10%）實驗項目五：電容式傳感器的位移特性實驗（2學時）1.實驗屬性：驗證實驗2.修讀性質：必開3.教學目標了解電容傳感器的結構及特點。4.實驗方法硬件操作5實驗儀器設備電容傳感器、電容傳感器模塊、測微頭、數顯直流電壓表、直流穩壓電源、絕緣護套6.實驗內容1、電容式傳感器是指能將被測物理量的變化轉換為電容量變化的一種傳感器它實質上是具有一個可變參數的電容器。利用平板電容器原理：式中，S為極板面積，d為極板間距離，0真空介電常數，r介質相對介電常數，由此可以看出當被測物理量使S、d或r發生變化時，電容量C隨之發生改變，如果保持其中

8、兩個參數不變而僅改變另一參數，就可以將該參數的變化單值地轉換為電容量的變化。所以電容傳感器可以分為三種類型：改變極間距離的變間隙式，改變極板面積的變面積式和改變介質電常數的變介電常數式。2、將電容傳感器安裝在電容傳感器模塊上，將傳感器引線插入實驗模塊插座中。將電容傳感器模塊的輸出UO接到數顯直流電壓表。3、接入電源，合上主控臺電源開關，將電容傳感器調至中間位置，調節Rw，使得數顯直流電壓表顯示為0。旋動測微頭推進電容傳感器的共享極板（下極板），每隔0.2mm記下位移量X與輸出電壓值V的變化，并記錄。7.成績評定該項實驗總分=實驗操作（30%）+實驗數據報告（30%）+問題解答（30%）+其它（

9、10%）實驗項目六：壓電式傳感器振動實驗（2學時）1.實驗屬性：驗證實驗2.修讀性質：必開3.教學目標了解壓電式傳感器測量振動的原理和方法。4.實驗方法硬件操作5實驗儀器設備振動源、信號源、直流穩壓電源、壓電傳感器模塊、移相檢波低通模塊6.實驗內容1、壓電式傳感器由慣性質量塊和壓電陶瓷片等組成（觀察實驗用壓電式加速度計結構）工作時傳感器感受與試件相同頻率的振動，質量塊便有正比于加速度的交變力作用在壓電陶瓷片上，由于壓電效應，壓電陶瓷產生正比于運動加速度的表面電荷。2、將壓電傳感器安裝在振動梁的圓盤上。將振蕩器的“低頻輸出”接到三源板的“低頻輸入”，并按圖接線，合上主控臺電源開關，調節低頻調幅到

10、最大、低頻調頻到適當位置，使振動梁的振幅逐漸增大。3、將壓電傳感器的輸出端接到壓電傳感器模塊的輸入端Ui1，Uo1接Ui2，Uo2接移相檢波低通模塊低通濾波器輸入Ui，輸出Uo接示波器，觀察壓電傳感器的輸出波形Uo，并記錄。7.成績評定該項實驗總分=實驗操作（30%）+實驗數據報告（30%）+問題解答（30%）+其它（10%）實驗項目七：光纖傳感器的測速實驗（2學時）1.實驗屬性：驗證實驗2.修讀性質：必開3.教學目標了解光纖位移傳感器用于測轉速的方法。4.實驗方法硬件操作5實驗儀器設備光纖位移傳感器模塊、Y型光纖傳感器、直流穩壓電源、數顯直流電壓表、頻率/轉速表、轉動源、示波器6.實驗內容1

11、、利用光纖位移傳感器探頭對旋轉被測物反射光的明顯變化產生電脈沖，經電路處理即可測量轉速。2、將光纖傳感器安裝在轉動源傳感器支架上，使光纖探頭對準轉動盤邊緣的反射點，探頭距離反射點1mm左右（在光纖傳感器的線性區域內）。用手撥動一下轉盤，使探頭避開反射面（避免產生暗電流），接好實驗模塊15V電源，模塊輸出Uo接到直流電壓表輸入。調節Rw使直流電壓表顯示為零。（Rw確定后不能改動）3、將模塊輸出Uo接到頻率/轉速表的輸入。合上主控臺電源，選擇不同電源+4V、+6V、+8V、+10V、12V（6）、16V（8）、20V（10）、24V驅動轉動源，可以觀察到轉動源轉速的變化。也可用示波器觀測光纖傳感器

12、模塊輸出的波形。記錄數據。7.成績評定該項實驗總分=實驗操作（30%）+實驗數據報告（30%）+問題解答（30%）+其它（10%）實驗項目八：光敏電阻特性測試實驗（2學時）1.實驗屬性：驗證實驗2.修讀性質：必開3.教學目標了解光敏電阻的基本原理和特性。4.實驗方法硬件操作5實驗儀器設備光電傳感器實驗模塊、直流穩壓電源、恒流源、萬用表6.實驗內容1、光敏電阻的工作原理是基于光電導效應。在無光照時，光敏電阻具有很高的阻值，在有光照時，當光子的能量大于材料的禁帶寬度，價帶中的電子吸收光子能量后躍遷到導帶，激發出電子空穴對，使電阻降低；入射光愈強，激發出的電子空穴對越多，電阻值越低；光照停止后，自由

13、電子與空穴復合，導電性能下降，電阻恢復原值。2、光敏電阻置于光電傳感器模塊上的暗盒內，其兩個引腳引出到面板上。暗盒的另一端裝有發光二極管，通過驅動電流控制暗盒內的光照度。連接實驗臺恒流源輸出到光電傳感器模塊驅動LED，電流大小通過直流毫安表內側檢測，用萬用表的歐姆檔測量光敏電阻阻值。3、開啟實驗臺電源，通過改變LED的驅動電流，調節驅動電流的大小，并將光敏電阻阻值記錄下來。記錄數據。7.成績評定該項實驗總分=實驗操作（30%）+實驗數據報告（30%）+問題解答（30%）+其它（10%）四、考核形式及成績評定（一）考核形式：考核內容主要包括：平時出勤率、實驗態度和實驗結果的合理性以及期末實驗測試等。（二）成績評定：實驗總分=出勤率（10%）+實驗報告均值（30%）+期末實驗測試（50%）+其它（10%）注：實驗成績占理論成績10%。實驗成績不合格者，不得參加該門理論考試。五、教材與參考書教 材：王化祥.傳感器原理及應用.（第3版）.出版地：天津大學出版社，2007參考書：1高燕.傳感器原理及應用.（第1版）.出版地：西安電子科技大學出版社，20092王雪文.傳感器原理及應用.（第1版）.出版地：北京航空航天大學出版社，2004六、