Transcript 检测技术实验课件

检测技术实验课件
实验一：泊式应变片传感器
本实验在电子应用工程的作用
泊式电阻应变片传感器是利用将应变力转换
为电阻变化的传感器，通过转化电路将其转
换的电量输出，电量变化的大小反映了被测
物理量的大小，它是目前测量力，力矩，压
力，加速度。重量等参数最广泛的传感器。
金属箔式应变片性能
一、实验目的：
了解金属箔式应变片，单臂单桥的工作原理和工作情况。
二、实验设备：
（1）直流稳压电源——本实验将开关打到±4V
（2）电桥
（3）信号处理电路——差动放大器，将增益旋到最大值
（4）双平行振动梁和测微头
（5）一片应变片
（6）F/V表——本实验将开关打到2V档
三、实验电路图及其电路工作原理.
1、电路原理图
电桥
R3
+4V
R1
R1 Rx
R2
直流稳压电源
W1
W1 r
(11)
(2)
+
R2 R3
差放
W2
-4V
电桥平衡网络
W1
W2
图1
F/V表
2、电路工作原理
本实验R1、R2及R3为阻值相等的精密电
阻，阻值为350欧，Rx为应变片也为350欧，
应变系数为2，它们按图构成一个电桥，r和
w组成电桥平衡，当Rx受外力作用发生形变，
而引起Rx的阻值发生变化，引起2端和11端
的电压发生差值，这个差值送入差动放大器
进行放大，直流电压表读数。
四、实验步骤：
1.
按实验一的方法将差动放大器调零后，
关闭电源。按图1接线，图中R4=Rx为工
作片，r和w为电桥平衡网络。
2.
调整测微头，使双行梁处于水平位置
（目测），直流稳压电源打到±4档，差
动选择适当的放大增益。一般增益电位
器旋在中间位置，然后，调整电桥平衡
电位器W，使表头显示零。
3. 旋转测微头，使梁移动，每隔0.5mm，读F/V
表电压值，填入下表并关闭电源
位移(mm)
电压(mV)
4. 保持放大器增益不变，将R3固定电阻换为与R4工
作状态相反的另一应变片即二片受力方向不同应变
片，形成半桥，调节测微头使梁到水平位置（目
测），调节电桥W1使F/V表显示为零，重复（3）
过程同样测得读数，填入下表
位移(mm)
电压(mV)
5.保持放大器增益不变，将R1，R2两个固定电阻换成
另两片受力应变片（即R1↑换成，R2↓换成，）组桥
时中要掌握对臂应变片的受力方向相同，邻臂应变
征的受力方向相反即可，否则相互抵消没有输出。
接成一个直流全桥，调节测微头使梁到水平位置，
调节电桥W1同样使F/V表显示零。重复（3）过程将
读出数据填入下表：
位移(mm)
电压(mV)
6.同一个坐标纸上描出X-V曲线，比较三种接法
的灵敏度。
五、注意事项：
1.在更换应变片时应将电源关闭。
2.在实验过程中如有发现电压、过载，应将电
压量程扩大。
3.在本实验中只能将放大器接成差动形式，否
则系统不能正常工作。
4.直流稳压电源±4V不能打的过大，以免损坏
应变片或造成严重自热效应。
5.接全桥时请注意区别各片子的工作状态方向。
实验二、电涡流传感器
(一) 电涡流式传感器的静态标定
一、电涡流传感器在电子技术中的应用：
根据法拉第电磁感应原理制成的电涡流传感
器，一般情况下可分为高频反射式和低频透
射式，它的最大的特点是能对位移、厚度、
表面温度、速度、应力，材料损伤等进行非
接触式、连续测量。
二、实验目的：
了解电涡流式传感器的原理及工作性能，
本实验用高频反射式。
三、实验设备
1.电涡流变换器
2.F/V表
3.测微头
4.铁测片
5.电涡流传感器
6.示波器
7.振动平台
四、实验步骤：
1.装好传感器（传感器对准铁测片安装）和测微头。
2.观察传感器的结构，它是一个扁平线圈，直径为10毫米。
3.关闭电源后，按图16电路图，用导线将电涡流传感器接入电
涡流变换器输入端，将输出端接至F/V表，电压表置20档。
涡流传感器变换器
(1)
(3)
电涡流线圈
(2)
F/V表
图16
4.
5.
用示波器观察电涡流传感器输入端的波形。如发现没有
振荡波形，再起传感器远离被测体。可见，波形为 波
形，示波器的时基为 us/cm 振荡频率为 khz
调节电涡流传感器的高度，使其与被测铁片接触，从此
开始读数，记下示波器及电压表的数值，填入下表。要
求每隔0.1mm读数，到线性严重变换为止，根据实验数
据，在坐标纸上画出V-X曲线，指出大致的线性范围，求
出系统灵敏度，可见电涡流传感器最大的特点是
，
传感器与被测体间有一个最佳初始工作点。这里采用的
变换电路是一种
。
X(mm)
Vp-p(v)
V(v)
6.注意事项：被测体与涡流传感器测试探头
平面尽量平行，并将探头尽量对准被测中
间，以减少涡流损失。
7.实验完毕关闭电源。
（二） 电涡流式传感器的应用——振幅测量
一、实验目的：了解电涡流式传感器测量振幅的原理
和方法。
二、实验设备：
1.电涡流传感器 5.直流稳压电源 9.示波器
2.涡流变换器
6.低频振荡器 10.电源
3.差动放大器、 7.F/V表
11.电桥
4.铁测片
8.激振线圈。
说明：有关旋钮的初始位置：差动放大器增益置最小
（逆时针到底），直流稳压电源置±4V档。
四、实验步骤：
1. 转动测微头，将振动平台中间的磁铁与测微头分离，
使梁振动时不至于再被吸住（这时振动台处于自由静
止状态），适当调节电涡流传感器头的高低位置（目
测），以实验十六的结果（线性范围的中点附近为佳）
为参考。
2. 根据图19的电路结构接线，将涡流传感器探头、涡流
变换器、电桥平衡网络、差动放大器、F/V表、直流稳
压电源连接起来，组成一个测量线路（这时直流稳压
电源应置±4V档），F/V表置20V档，开启电源。
涡流传感器变换器
(1)
(2)
+
-
(3)
F/V表
W1
电涡流线圈
+4V
-4V
平衡网络
图19
示波器
3. 调节电桥平衡网络，使电压表读数为零。
4. 去除差动放大器与电压表连线，将差动放大器的输出与示波
器连起来，将F/V表置2KHZ档，并将低频振荡器的输出端与
频率表的输入端相连。
5. 固定低频振荡器的幅度旋钮至某一位置（以振动时不碰撞其
他部件为好），调节频率，调节时用频率表监测频率，用示
波器读出峰峰值填入下表，关闭电源。
F(Hz)
V(p-p)
（v）
思考：
（1）根据实验结果，可以知道振动台的自振
频率大致为多少？
（2）如果已知被测梁振幅为0.2mm，传感
器是否要安装在最佳工作点？
（3）果此传感器仅用来测量振动频率，工作
点问题是否仍十分重要？
实验三、霍尔传感器
(一) 霍尔传感器的特性——直流激励
一、实验目的：了解霍尔传感器的原理和特性。
二、实验设备：
1.霍尔片
4.直流稳压电源 7.F/V表
2.磁路系统
5. 测微头
8.电源
3.差动放大器 6.振动平台
9.电桥
说明：有关旋钮的初始位置：差动放大器增益置最小（逆时
针到底），电压表置于20V档，直流稳压电源置2V档，关闭
电源。
三、实验步骤：
（1）、了解霍尔传感器的结构及实验面板上霍尔片的符号，
霍尔片安装在实验仪的振动圆盘上，两个半圆永久磁钢固
定在实验仪的顶板上，二者组合成霍尔传感器。
（2）、开启主、副电源将差动放大器调零后，增益置最小，
关闭电源，根据图20接线，W1，R为电桥单元的直流电
桥平衡网络。
+2V
W1
+
-
r
差放
-2V
电桥平衡网络
霍尔传感器
图20
F/V表
（3）、装好测微头，调节测微头与振动台吸合并使霍尔片
置于半圆磁钢上下正中位置。
（4）开启主、副电源，调整W1使电压表指示为零。
（5）上、下旋动测微头，记下电压表的读数，建议每
0.1mm读一个数，将读数填入下表：
X(mm)
V(v)
X(mm)
V(v)
(6)作出V—X曲线指出线性范围，求出灵敏度，关闭电源。
可见，本实验测出的实际上是磁场情况，磁场分布为梯度
磁场与磁场分布有很大差异，位移测量的线性度，灵敏度
与磁场分布有很大关系。
（7）、实验完毕关闭电源，各旋钮置初始位
置。
注意事项：
1.由于磁路系统的气隙较大，应使霍尔片尽
量靠近极靴，以提高灵敏度。
2.一旦调整好后，测量过程中不能移动磁路
系统。
3.激励电压不能过大，以免损坏霍尔片。
二、霍尔传感器的应用——振幅测量
一、实验目的：了解霍尔传感器在静态测量中
的应用 。
二、实验设备：
1.霍尔片 2.差动放大器 3.电桥移相器
4.磁路系统 5.测微头 6.低通滤波器
7.低频振荡器 8.电源 9.相敏检波器 10.振动平台
11.音频振荡
12.激励线圈
13.双线示波器
说明：有关旋钮的初始位置：差动放大器增益置最
小（逆时针到底），电压表置于20V档，直流稳压
电源置2V档，关闭电源。
三、实验步骤：
（1）、开启电源，将差动放大器输入短接并接地，
调零后，关闭电源。
（2）、根据电路图23结构，将霍尔式传感器，电
桥平衡网络，差动放大器，电压表连接，组成一
个测量线路（电压表应置于20V档，基本保持实
验22电路），并将差放增益最小。
(1)
音频振荡器
0°
W2
C
φ1 (2)
φ2 移相器
(2)
W1
+
-
r
差放
电桥平衡网络
霍尔传感器
图23
(1)
(3) 低通
相敏检波器
F/V表
示波器
（3）开启电源转动测微头，将振动平台中间的磁
铁与测微头分离并远离，使梁振动时不至于再被
吸住（这时振动台处于自由静止状态）。
（4）调整电桥平衡电位器W1和W2，使F/V表指示
为零。
（5）去除差动放大器与电压表的连线，将差动放
大器的输出与示波器相连，将F/V表置2KHZ档，
并将低频振荡器的输出端与激振线圈相连后再用
F表监测频率
（6）低频振动器的幅度旋钮固定至某一位置，调
节低频率（频率表监测频率），用示波器读出低
通滤波器输出的峰值填入下表：
（6）、实验完毕关闭电源，各旋钮置初始位
置。
注意事项：
1.由于磁路系统的气隙较大，应使霍尔片尽
量靠近极靴，以提高灵敏度
2.一旦调整好后，测量过程中不能移动磁路
系统
3.激励电压不能过大，以免损坏霍尔片
F(HZ)
Vp-p （v）
思考：
（1）、根据实验结果，可以知道振动平台的自振频率大致为
多少？
（2）、在某一频率固定时，调节低频振荡器的辐度旋钮，改
变梁的振动幅度，通过示波器读出的数据是否可以推算出振
动的位移距离。
（3）、试想一下，用其他方法来测振动时的位移范围，并与
本实验结果进行比较验证。
注意事项：
应仔细调整磁路部分，使传感器工作在梯度磁场中，否则灵
敏度将大大下降。
实验四、相敏检波器实验
一、实验目的：了解相敏检波器原理及工作情况。
二、实验设备：
1.相敏检波器实验电路单元
2.移相器实验单元
3.音频振荡器——约4KHZ，幅度最小（逆时计到
底）
4.双踪示波器
5.低通滤波器
6.F/V表——量程20K
7.相关的直流稳压电源，±2V档
三、本实验在电子应用中的作用：
相敏检波器又称同步检波器，为使检波电路具有
判别相位和选频的能力，在通讯设备需采用相敏
检波器电路。
四、实验的原理图：
音
频
0°（LV）
振
荡
器
图8-1
相敏检波器
1
示波器
3
2V+ 2V直流稳压电源（2V）
五、实验步骤：
1、了解相敏检波器的低通滤波器在实验台的位置
（因低通作为单元电路，所以用 表示）
2、根据图8-1的电路连线，音频信号线0°输出至相
敏检波器的输入端 ① ，把直流稳压电源+2V输出
至相敏检波器的参考输入端 ⑤ ，将示波器CH1、
CH2两探头线分别接到相敏检波器输入端 ① 输出
端 ③ ，组成一个测量电路。
3、调整示波器，开启电源，调整音频信号源的幅度
旋钮，示波器输出电压为4Vp-p，观察输入和输
出的相位和幅值关系，并记录于下面坐标。
4、改变参考电压的极性（除去直流稳压电源+2V与相敏检波
器参考输入端 的连线，将-2V输出至相敏检波器的 端，
观察输入和输出的相位和幅值勤的关系）
由此可结论：当参考电压主“+”时，输出和输入
相，
当参考电压主“-”时，输出和输入
相，此电路的放大
倍数为
倍。
5、关闭电源，根据图8-2重新接线，将音频信号源
的 0° 端输出端与相敏检波器的输入端①和②相
连，把示波器的两根输入线分别接到相敏检波器
的①和③ 端，将相敏检波器的输出端③同时与低
通滤波器的输入端连起来，将低通滤波器的输出
阻端与直流电压表连起来，组成一个测量电路
（此时F/V表置于20V档）。
音
频
振 0°
荡
1
器
低通滤波器 F/V表
2
V
3
相敏检波器
示波器
图8-2
6.开启电源，调整音频信号源的输出幅度同时记录电压表的计
数，填入下表：
Vip-p
V0
0.5V
1V
2V
4V
8V
16V
7.
关闭电源，根据8-3的电路接线，将音频信号源的0° 端
输出端至敏检波器的输入端 ①；将180°输出到相敏检
波器的输入端①，将移相器的接到相敏检波器的输出端
②，示波器的两根输入阻抗线分别接至相敏检波器的输
入阻抗端①和输出端③，将相敏检波器输出端③同时与
低通滤波器输入端连接起来，将低通滤波器的输出端与
直流电压表F/V连接起来组成一测量电路。
移相器
180°
φ1
φ2
音
2
频
振
荡
0°
器
1
3
相敏检波器
低通滤波器 F/V表
V
示波器
图8-3
8.开启电源，转动移相器上的移相电位器W，观察
示波器的显示波形及电压表的读数，使得输出
最大。
9.调整音频信号的输出幅度，同时记录电压表的读
数如下
Vip-p
V0
0.5V
1V
2V
4V
8V
16V
思考：
1.根据实验结果，可以知道相敏检波器的作
用是什么？移相器在实验线路中的作用是
什么（即参考端输入波形的相位作用）
2.当指数检波器的输入与开关信号同相时，
输出是什么极性的什么时候波形，电压表
的读数是否是最大值？
实验五：光纤传感器
（一）、光纤传感器的位移测量
一、实验目的：
本实验目的是掌握传光型反射式光纤位移传感器本测
量位移，了解位移――输出电压特性，并会分析外界干
扰的影响以及扩充位移传感器的应用范围。
二：实验设备：
位移测量架（含螺旋千分卡尺，反射镜）；
Y型光纤束及探头、光电转换藕合器；
光纤变换器；
V/F表；
外配示波器。
三：实验步骤
1.检查光纤位移传感器安装情况。
2.转动光纤支架到反射镜正上方。
3.将显示表测量转换开关置于电压20V档
4.连接好电路后，调节螺旋千分尺，上下来回调节，测量范
围在0.5~1mm范围内。每旋转0.1mm记一次读数，填入
表格
千分卡尺读数（mm）
X
输出电压（v）Y
5.作出V－X曲线，计算灵敏度及线性度。
四：实验注意事项：
1.光纤输出端不充许接地，否则损坏内部元件
2.为了保护反光镜片，不充许光纤探头与之接触相
碰。
思考题：
1、光纤传感器的工作原理及其优越性？
2、有哪些因素会影响输出特性曲线的形状、线性范
围等？
3、影响测量稳定性有哪些因素？
（二）、光纤传感器的振动测量
一、实验目的：本实验考察光纤位移传感器
的动态响应及用它来测量振动。
二、实验设备：
1、音频振荡器
2、Y型光纤束
3、变换器
4、V/F表
三、实验步骤：
1.将光纤传感受器探头对准振动梁反射面中心（即电涡流测
片），事先用纸轻察光纤探头和射面。
2.细心调节探头和反射面距离约在0.5mm左右（即利用前坡区
测量）若实验中测量值误差偏大时，可重新调整，调准距
离以取得在振动时有良好周期性振动波形。
3.显示表测量转换置于频率档。信号源输出信号f应从低频输出
口取得。光纤输出信号应从变换器的F输出口取得
4.将调节信号源输出频率，使振动频率输出从5HZ~25HZ，每
调节5HZ观察光纤传感器测量值并填入下表：
振动源频率（f1）
光纤输出频率（f2）
四、实验注意事项：
1. 振幅不能过大，过大会损坏光纤探头，一般
将信号源的频率输出幅度调中间即可。
2. 反光面上应保持清洁，以免发生由于过脏而
产生光的反射不佳。
思考题：
1.光纤振感器的工作原理及优越性？
2.有哪些因素影响测量准确性？
3.响测量稳定性有哪些因素？
实验六：综合性实验
实验一、气敏传感器（MQ3）实验
一、实验原理：在工业生产中，在日常生活中，人们广泛使用气敏元件
来进行各种气体的检测，以确保生产和生命的安全，在本实验中运用
MQ3酒精传感器为例，它可检测酒精的浓度。其原理是当传感器表面
吸附有被测酒精气体时，其接触界面的导体电子会比例的发生变化，从
而使气敏元件的电阻随气体的浓度变化，这种反应是可逆的，因此可重
复使用。为使反应速度加快，通常需对气敏元件进行加热，如图30-1为
其特征图。
二、实验设备
1.直流稳压电源打到±2V
3.电桥用其中W1和r
2.差动放大器增益最大
4.F/V表置于20V档
三、实验步骤：
1.开启电源，将差动放大器输入端（+）、（-）与地短接调
零。
2.关闭电源，按图30-2接线。
+4V
A
F
F
MQ3
B
气敏传感器
+
差放
W1
平衡网络
图30-2
V
F/V表
3.开启电源，预热5分钟后，用浸有酒精的棉球靠近传感器，
并轻轻吹气使酒精挥发并进入传感器金属丝网内，同时
观察电压表的数值的变化，此时电压表读数为——V，
它反应了传感器AB两端间的电阻随着——发生了变化？
此种变化是否说明MQ3检测到了酒精气体的存在？如果
电压表变化不够明显，可适当调大差动放大的增益。
4.MQ3气敏传感器传输，外形，元件符号。
5.思考与动手画一个酒精气体报警电路。
A
r
r
A
r
r
B
B
A
B
A
Vb
B
r
r
Vc
RL
VRL
二、光电传感器（对射型）测速实验
一、实验目的
利用光耦探头和速度/V电路，帮助学生理解和掌握测
速的方法和计算
二、实验原理
光电传感器也称光偶，分反射型和对射型两种。它们
在电子技术中常用耦合型开关用。本实验中只用
对射型来作测速用，它在工控和电机转速测量中
应用较广泛。
三、实验设备
1.光电传感器探头 3.示波器。
2.轴流电机
4.速度/V处理电路。
四、实验电原理图：
4
6
2
1
2
+2V
8
3
555
1
3
图32
示波器
五、实验步骤：
1.按图32连线，将光耦探头的1、2、3分别与速度/V处理电路的1、2、3
连接。速度/V处理电路的输出端与示波器相连。
2.开启电源和轴流电机开关，调节电机调压钮，使电机转速为：
A、慢速（目测），用示波器观察：T=
ms，速度V=
转/分。
B、中速（目测），用示波器观察：T=
ms，速度V=
转/分。
C、高速（目测），用示波器观察：T=
ms，速度V=
转/分。
注：速度V=1000/T×60= 转/分
3.关闭电源。
三、色差/V传感器
一、实验目的
了解红外线被各种颜色的吸收程度，及其转换成电压时的变化
二、实验原理
色差/V传感器实际上是一个反射式的红外光电耦合器，它利
用物体的各种颜色对红外线吸收程度各异的特点将这种差
异转换成电信号。生产实践中，往往需要对某种颜色的变
化进行监控，检测，满足生产的需要。
三、实验设备
1.色差传感器
2.六色盘
3.色差/V信号处理电路。
4.F/V表头：置于20V档。

四、实验电原理图
+15V
F/V表
1
2
-
+
+
-
+
v
+
传感器
3
-15V
-15V
图33-1
五、实验步骤：
1.将色差/V传感器的（1）连接色差传感器处理电路
的（1）；传感器（2）连接处理电路（2）；
（3）号脚与地相连。
2.将色差/V处理电路图的输出端与F/V相连。
3.开户电源，将色差/V探头对准转盘上的黑色块，调节处理电路中的W进行
黑色调零，使F/V输出为零。
4.依次转动六色盘，对其余5种颜色进行测量，并将数据填入下表：
黑色
绿色
蓝色
红色
黄色
0V
5.红外线被各种颜色的吸收度和红外线在光谱中的位置。
无
γ X 紫 可红
微 限
射 射 外 见外
光 电
线 线 线 光线
波
黑色
蓝色
绿色
红色
红外线吸收度
图33-2
黄色
白色
白色
6.注意事项：本实验在实验应用中，一定要
使各种被测颜色在同环境条件下进行测量，
所以用了调零黑色电位器。
7.关闭电源。