传感器系统实验平台,传感器技术综合实验实 [复制链接]

传感器系统实验是一种涉及传感器技术、信号处理技术以及测试技术的综合性实验。其主要目的是通过实际操作，让学生或研究人员深入了解传感器的工作原理、性能特点以及在不同领域的应用。

传感器系统实验通常包括以下几个方面的内容：

传感器基础知识学习：了解传感器的定义、分类、工作原理和性能参数等基础知识，为后续的实验打下坚实的理论基础。

传感器性能测试：通过实验测试，了解传感器的性能指标，如灵敏度、精度、响应时间、线性度等。这些指标对于评估传感器的性能至关重要。

信号处理与数据采集：学习如何使用数据采集卡、示波器等设备对传感器输出的信号进行采集和处理。这包括信号的放大、滤波、转换等步骤，以便将传感器输出的非电量信号转换为便于处理和传输的电信号。

传感器应用实验：结合具体的应用场景，设计并搭建传感器系统，实现对特定物理量或化学量的测量和控制。例如，在环境监测中，可以使用温度传感器、湿度传感器、光照传感器等测量环境参数；在工业自动化中，可以使用位移传感器、压力传感器、流量传感器等实现生产过程的自动化控制。

数据分析与报告撰写：对实验数据进行处理和分析，提取有用的信息，并撰写实验报告。实验报告应包含实验目的、实验原理、实验步骤、实验结果和结论等内容，以便他人了解实验过程和结果。

传感器系统实验的目的是通过实际操作和实验验证，让学生或研究人员掌握传感器技术的基本原理和应用方法，提高他们的实践能力和创新能力。同时，通过实验还可以发现传感器在实际应用中存在的问题和不足，为后续的改进和优化提供参考依据。

一、产品简介传感器系统实验平台主要由四部分组成：传感器安装台、显示与激励源、传感器符号及引线单元、处理电路单元。传感器安装台部分：装有双平行振动梁（应变片、热电偶、PN结、热敏电阻、加热器、压电传感器、梁自由端的磁钢）、激振线圈、双平行梁测微头、光纤传感器的光电变换座、光纤及探头小机电、电涡流传感器及支座、电涡流传感器引线Φ3.5插孔、霍尔传感器的二个半圆磁钢、振动平台（圆盘）测微头及支架、振动圆盘（圆盘磁钢、激振线圈、霍尔片、电涡流检测片、差动变压器的可动芯子、电容传感器的动片组、磁电传感器的可动芯子）、扩散硅压阻式传感器、气敏传感器及湿敏元件安装盒.传感器系统实验平台显示及激励源部分：电机控制单元、主电源、直流稳压电源（±2V－±10V档位调节）、F／V数字显示表（可作为电压表和频率表）、动圈毫伏表（5mV-mV）及调零、音频振荡器、低频振荡器、±15V不可调稳压电源。传感器系统实验平台实验主面板上传感器符号单元：所有传感器（包括激振线圈）的引线都从内部引到这个单元上的相应符号中，实验时传感器的输出信号（包括激励线圈引入低频激振器信号）按符号从这个单元插孔引线。处理电路单元：电桥单元、差动放大器、电容放大器、电压放大器、移相器、相敏检波器、电荷放大器、低通滤波器、涡流变换器等单元组成。实验仪配上一台双线（双踪）通用示波器可做几十种实验。教师也可以利用传感器及处理电路开发实验项目。

二、传感器安装部分：1.二组平行振动梁：平行振动梁为悬臂式结构，一端固定、另一端是自由端，自由端装有振动圆盘及位于激振线圈中的永久磁钢，振动圆盘上装有各类传感器，利用测微杆和激振信号可完成传感器的静态特性和动态特性实验。一组共振频率12Hz左右，另一组共振频率9Hz左右。2.电加热器二组：由电热丝组成，加热时可获得高于环境温度30℃左右的升温。3.测速电机一组:由可调低噪声高速轴流风机组成，与光电，光纤配合进行测速实验。4.光电变换器：由红外发射、接收管组成5.传感器配置：（1）电阻应变式传感器：由BHF泊式应变片构成，6片工作片、2片补偿片。（2）霍尔式传感器:由JVC公司生产的HZ型线性半导体霍尔片和永久磁钢构成，信号线性范围±≥3mm。（3）电容式传感器：由两组定片和一组动片组成的差动变面积电容式传感器，线性范围≥±3mm。（4）电感式传感器（差动变压器）传感器：由一个初级、二个次级线圈绕制而成的透明空心线圈，铁芯为软磁体氧体，量程±5mm，精度5%。（5）电感式传感器（自感式）传感器：由一个初级、二个次级线圈绕制而成的透明空心线圈，铁芯为软磁体氧体，测量范围0-10mm。（6）电涡流位移传感器:由多股漆包线绕制的扁平线圈与金属涡流片组成。直流电阻：1Ω-2Ω，线性工作范围lmm，量程：≥3mm，（7）压电加速度传感器：由PZT－5双压电晶片和金属质量块构成。f≥10KHZ、Q≥20pc/g。灵敏度：mV/g，测量范围：±50g工作范围扩30KHZ。（8）磁电式传感器:由多股漆包线绕制的线圈和永久磁钢构成，直流电阻：30Ω-40Ω，灵敏度：0.5V/M/S。（9）热电偶传感器:直流电阻：由两个铜——康铜（分度号为T）的热电偶串接而成，自由端是环境温度。(标配)标准分度热电偶量程0～℃，精度3%（10）光电式传感器：透射型红外光电开关。（11）光纤传感器：由半圆分布的多模光纤探头和红外线发射、接收电路组成的导光型传感器，线性范围≥2mm。（12）压力传感器：扩散硅压阻式压力传感器。（13）P－N结温度传感器：利用半导体P－N结良好的温度－电压特性制成的测温传感器。（14）气敏传感器：灵敏度：50－0ppm。介质MQ3（酒精）（15）湿敏传感器:　湿敏传感器5～95%RH，精度2%。（16）热释电红外线传感器：远红外式，接收波长5-14μm，灵敏度V/W。（27）三折点线性修正传感器调理电路模块：该电路应具备对非线性信号进行明显有效的三折点线性化修正。折点电压范围应达到2V、5V、8V。6.基础光学及光电传感器检测单元（1）光敏电阻：硫化镉(CdS)材料，暗阻≥50MΩ，亮阻≤2KΩ。（2）硅光电池：光谱响应～nm（3）红外发光二极管峰值波长nm，工作电压10V（4）光敏二极管峰值波长nm，工作电压＜10V,暗电流≤0.2μA（5）光敏三极管峰值波长nm，工作电压≤10V,暗电流≤0.3μA（6）照度计:照度计探头红接+5V，黑接地，蓝接照度计表Vi+，Vi-接+5V的地）。输出信号是0-LX三、信号源/数据采集/显示部分：1.显示仪表（1）数字式直流电压表：3位半显示，电压范围0-2V，0-20V；频率/转速表：4位测量范围1Hz～Hz，1r/min～r/min灵敏度≥50mV。数字式直流电源表:4位半电流表，电流范围0-mA；2.两套振荡器：（1）音频振荡器：0.4KHz—10KHz输出连续可调，Vp-p=20V，°、0°反相输出，Lv端最大功率输出电流0.5A。（2）低频振荡器：1-30HZ输出连续可调，Vp-p=20V，最大输出电流0.5A，Li端可提供用做电流放大器。3.7种稳压电源：(A).直流±15V电源，主要提供整机工作电源和温度实验时的加热电源，最大激励电流1.5A。(B)±2V、±4V、±6V、±8V、±10V分五档可调输出直流稳压电源，最大输出电流1.5A。主要提供传感器的直流激励源。4.直流恒流源：输出0-20mA可调，最大输出电压28V。5、计算机数据采集与软件：数据采集卡：十二位A/D转换，采样速度-10万次/秒，采样速度可控制，分单次采样、定时采样与连续采样（低频慢扫描示波器功能），标准RS-/USB接口。6、处理软件：具有良好的计算机显示界面与方便实用处理软件，实验项目的选择与编辑、数据采集、数据处理、图形分析与比较、文件输出打印。四、实验处理电路1、电桥平衡网络：用于组成测试电桥，要求提供组桥插座，标准电阻和交、直流平衡电位器。2、差动放大器：通频带0—10KHz，可接成同相、反相增益为1—倍的交/直流放大器。3、电容变换器（放大器）：由高频振荡器，放大器和双T电桥组成的信号处理电路。4、电压放大器：增益约为5倍的同相输入放大器，通频带0—70KHz。移相器：增益为1，移相范围≥±40°（与fi有关）。5、相敏检波器：由整形电路与电子开关构成的检波电路。可检波电压频率0-10KHz，允许最大输入电压10Vp-p。6、电荷放大器：电容反馈型放大器，用于放大/转换压电传感器的电荷输出信号。7、低通滤波器：由50Hz陷波器和RC滤波器组成，转折频率35Hz左右。8、电涡流变换器：由变频调幅变换电路，检波器、跟随器组成，传感器是振荡电路中的一个电感元件。输出电压范围：直流0-8V（探头离开被测物）。五、可完成的实验内容1、金属箔式应变片性能—单臂电桥；2、金属箔式应变片：单臂、半桥、全桥比较；3、金属箔式应变的温度效应及补尝；4、热电偶的原理及分度表的应用；5、移相器实验；6、相敏检波器实验；7、金属箔式应变片—交流全桥；8、激励频率对交流全桥的影响；9、交流全桥的应用—振幅测量之一；10、交流全桥的应用—电子秤之一；11、差动变压器（互感式）的性能；12、差动变压器（互感式）零点残余电压的补尝；13、差动变压器（互感式）的标定；14、差动变压器（互感式）的应用—振幅测量之二；15、差动变压器（互感式）的应用—电子秤之二；16、差动螺管式（自感式）传感器的静态位移性能；17、差动螺管式（自感式）传感器的振幅测量；18、激励频率对差动螺管式传感器的影响；19、电涡流传感器的静态标定；20、被测体材料对电涡流传感器特性的影响；21、电涡流传感器的应用—振幅测量之三；22、电涡流传感器的应用—电子秤之三；23、霍尔式传感器的直流激励特性；24、霍尔传感器的应用—电子秤之四；25、霍尔式传感器的交流激励特性；26、霍尔式传感器的应用—振幅测量之四；27、磁电式传感器的性能；28、压电传感器的动态响应实验；29、压电传感器引线电容对电压放大器的影响、电荷放大器；30、差动变面积式电容传感器的静态特性；31、差动变面积式电容传感器的动态特性；32、双平行梁的动态特性—正弦稳态响应；33、综合传感器组成—平力衡式传感器系统；34、半导体扩散硅压阻式压力传感器实验；35、光纤位移传感器静态实验；36、光纤位移传感器的动态实验（一）；37、光纤位移传感器的动态实验（二）；38、PN结温度传感器测温实验；39、热敏电阻演示实验；40、气敏传感器（MQ3）实验；41、湿敏电阻（RH）实验；42、热释电传感器；43、光电开关的转速测量实验；44、硅光电池；45、光敏电阻；46、光敏二极管。六、其他要求：提供配套实训视频播放软件视频，实验内容（详见实验项目要求）视频具备反复观看、暂停等功能，配套语言真人讲解，便于学校教学，直观，学生易学易懂。提供传感器实验指导书、实验连接导线、数据采集连接线、数据采集处理软件、实验导线及配件（配件清单需满足实验要求）。