传感器认知实验报告

传感器认知实验报告

传感器综合实验报告

传感器综合实验报告 ( 2014-2015年度第二学期)

名 称：传感器综合实验报告 题 目: 院 系：自动化系班 级： 测 控 1201 班 姓名： 学 号：201202030101指导教师：仝 卫国实验周数： 一周成 绩： 日期： 2015 年 7 月 7日 传感器综合实验报告 一、实验目的

1、了解各种传感器的工作原理与工作特性。 2、掌握多种传感器应用于电 子称的原理。

3、根据不同传感器的特性，选择不同的传感器测给定物体的重量。 4、能根据原理特性分析结果，加深对传感器的认识与应用。 5、测量精度要求达到1%。

二、实验设备、器材 1、差动变压器：

差动变压器、音频振荡器、电桥、差动放大器、移相器、相敏检波器、低通滤波器、电压表、示波器、测微器。 2、霍尔式传感器：

直流稳压电源、电桥、霍尔传感器、差动放大器、电压表。 3、电涡流式传感器：

电涡流式传感器、测微器、铝测片、铁测片、铜测片、电压表、示波器。

三、传感器工作原理 1、差动变压器的工作原理：

差动变压器的基本元件有衔铁、初级线圈、次级线圈和线圈骨架。初级线圈作为差动变压器激励用，相当于变压器的原边。而次级线圈由两个结构尺寸和参数相同的两个线圈反相串接而成，形成变压器的副边。差动变压器是开磁路，工作是建立在互感变化的基础上。

当差动变压器的衔铁处于中间位置时，理想条件下其输出电压为零。但实际上，当使用电桥式电路时，在零点仍有一个微小的电压值（从零点几mv到数十mv）存在，称为零点残余电压。零点残余电压的存在造成零点附近的不灵敏区，零点残余电压输出放大器内会使放大器末级趋向饱和，影响电路正常工作等。因此需采用适当的方法进行补偿。 2、霍尔式传感器：

霍尔传感器是由两个半圆形永久磁钢组成梯度磁场，位于梯度磁场中的霍尔

元件——霍尔片通过底座连结在震动台上。当霍尔片通以恒定的电流时，霍尔元件就有电压输出。改变振动台的位置，霍尔片就在梯度磁场中上下移动，输出的霍尔电势U值取决于其在磁场中的位移量Y，所以由霍尔电势的大小便可获得振动台的静位移。 3、电涡流式传感器的工作原理：

电涡流式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，与其平行的金属片上感应产生电涡流，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）、激励源已确定，并保持环境温度不变，阻抗Z只与X距离有关。将阻抗变化经涡流变换器变换成电压V输出，则输出电压是距离X的单值函数。依据该原理可制成电涡流式传感器电子称。 四、传感器特性测试 （一）差动变压器特性分析： (1)使音频振荡器输出频率为5kHz，其峰—峰值Vp-p为1.5V。差动放大器的增益旋钮调到最大位置，按下图接线。

（2）旋转测微器，使差动变压器铁芯处于线圈中段位置。观察示波器和数字电压表，调整各调零及平衡电位器WD、WA，使数字电压表指零。

（3）使铁芯有个较大的位移，调整移相器使电压表指示为最大，同时用示波器观察相敏检波器的输出波形。

（4）旋转测微器，每旋一周（0.5mm）记录实验数据，并填入相应的表格 （5）实验所得数据如下： 根据试验段数据绘得的特性曲线如下：

（6）由特性曲线的线性关系，当分别放置电池、锁芯、20g砝码，测得数据即电压显示如下： 初始值：-0.021V 20g砝码：-0.030V 40g砝码：

-0.040V 电池：-0.061V锁芯：-0.081V 得m电池=91.1g m锁芯=133.3g

（二）电涡流式传感器的特性分析 （1）装好测微器和传感器的铁测片。

（2）按下图接线，用导线将涡流传感器与涡流变换器输入端相接，将变换器输出端接至直流电压表。电压表量程设定为20V档。 （3）传感器对准金属测片。

（4）用测微器移动振动台，使传感器与铁测片接触，调WＤ使涡流变换器电压输

出为零。由此开始每隔0.05mm位移用电压表读取变换器输出电压值以及用示波器读取传感器的振荡器Up?p值，并将数据填入表内，记录到线性关系严重破坏为止。 根据实验所得数据,绘出U-X曲线

由图标可知其线性范围为X∈[0.25 0.7]，即U∈[6. 1.22].改善后的特性曲线为：

（6）调节测微器，使得电压表示数在线性范围内，分别放置电池和锁芯 测得数据如下：

初始值：5.41V 20g砝码：5.73V 40g砝码：6.02V 电池：6.V 锁芯：7.56V60g砝码：6.33Vm电池=92.5g m锁芯=134.375g （三）霍尔式传感器的特性分析

（1）差动放大器增益适度，且对差动变压器调零，霍尔片调至磁场中间位置。记下测微器的读数。 篇二：传感器认知实验讲义 实验7 传感器认知

一．实验目的

1、 了解传感器的分类。

2、 通过传感器的外形能够认知传感器。 3、 熟悉ARDUINO单片机。

4、 熟悉利用单片机调试工具驱动不同类型传感器。 二．实验原理

敏感元器件又称传感器。传感器是一种检测装置，它能够感受到被测的信息，并且能够将感受到的信息按一定规律变换成电信号或其它所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求，它是实现自动检测、自动控制的首要环节。传感器的种类繁多，大致分为光敏、热敏、磁敏、湿敏、力敏等等。

光敏元件： 光敏元件是基于半导体光电效应而制成的器件，又称光电敏感器。 采用光电技术能实现对微弱光信号的无接触、远距离、快速、精确测量。半导体光敏元件按照光敏机理不同可以分为光导型和光生伏特型。光导型即光敏电阻是一种半导体均质结构；光生．．．．．．．．

伏特型包括光电二极管、光电三极管、光电池、光电场效应管和光控可控硅等，它们属于半导体结构型器件。半导体光敏元件的主要参数和特性有灵敏度、光照伏安特性、光谱特性、时间和频率响应特性以及温度特性等。半导体光敏元件广泛应用于精密测量、光通讯、计算技术、摄像夜视、遥感制导、机器人、质量

检查、安全报警、以及其它测量和控制装置。 LED： LED又称为发光二极管。LED是英文Light Emitting Diode 的缩写，它是一种基于半导体PN结形成的用微弱的电能就能发光的高效固态光源，在一定的正向偏压和注入电流下，注入P区的电子和注入N区的空穴，在扩散至有源区后，经过辐射复合而发出光子，将电能直接转换成光能。它是一种固态冷光源，具有环保、无污染、耗电少、效率高、寿命长等特点。现时的产品有LED路灯、LED射灯、LED指示器、LED显示屏等。 LED所发射的有可见光和红外光，前者有红、黄、蓝多种颜色（可以通过改变构成半导体材料的各种元素比例大小来获取），后者通常采用禁带宽度较大的砷化镓材料制作。 霍尔磁力传感器： 霍尔元件是利用半导体材料的霍尔效应制成的专门用来探测或测量磁场强度大小的基础元件。霍尔效应简述如下：在一块半导体矩形薄晶片的长边上加上一纵向直流电压，在垂直于其表面的方向上加上一个磁场，那么在矩形晶片的短边方向上就会产生一横向的电压，此效应称为霍尔效应。如果假设长边方向上的电流密度为jX, 与表面垂直 方向的磁场为BZ, 横向（短边方向）的电场为EY, 半导体材料的霍尔系数为RH, 那么

霍尔效应可以用公式表述为EY?RHJXBZ，可见，在纵向电流和霍尔系数一定的情况下，

横向电场的大小与垂直磁场的大小成正比，只要测量霍尔电势（与横向电场成正比），就可以知道垂直磁场的大小。

温度传感器： 温度传感器就是利用物质随温度变化特性的规律，把温度转换为电量的传感器。温度传感器的基础元件可以是热敏电阻、热电偶，也可以是PN结（利用其V-A特性对温度很敏感这一特点）。目前用的较多的是1.1节所述PTC热敏电阻和NTC热敏电阻。图3.2给出了这两种热敏电阻的阻温特性。其中上图(a)表示正温度系数PTC (Positive Temperature Coefficient) 热敏电阻的温度特性。可以看出，随着温度的升高在居里点附近电阻值有一个阶跃式的跳升。PTC电阻的这一特性已经被用作电路的过电流保护、马达的过热保护等；上图（b）是负温度系数热敏电阻NTC(Negative Temperature Coefficient)d的阻温特性。图中三条曲线分别对应于不同的热敏指数B（常数）值，它们的共同特点是随着温度的升高，电阻值急剧下降。热敏指数B有下列表达式 B?

0lnRT?lnRT0?0 式7-1 式中，RT是绝对温度T0时刻的电阻值，RT是绝对温度T时刻的电阻值。利用NTC阻

温曲线，对于某一B值的材料，我们可以通过测量其电阻阻值来确定相应的温度。因此，NTC电阻的阻温特性可以用来检测和控制温度。

湿度传感器： 人类的生存和社会活动与湿度密切相关, 随着现代化的实现很难找出一个与湿度无关的领域来。由于应用领域不同，对湿度传感器的要求也不同。从制造角度考虑， 同是传感器，材料、结构不同、工艺不同，其性能和技术指标有很大差异。在

当今信息时代，传感器技术与计算机技术、自动控制技术紧密地结合着。测量湿度的目的就是为了控制湿度。选择湿度传感器，首先是要选择测量范围。除了气象、科研部门外，搞温湿度测控的一般不需要全湿程（0~100%RH）测量。对于不需要搞测控的使用者来说，直接选用通用型湿度仪就可以了。

力敏传感器： 力敏传感器是用来检测气体、固体、液体等物质间相互作用力的传感器。常用材料有半导体、金属及合成材料。常用的主要是硅压阻式力敏传感器和电容式力敏传感．．．．．．器。硅压力传感器优点是灵敏度好、精度高，缺点是受温度影响大。 继电器： 继电器是一种利用输入回路中电流在电磁铁和衔铁之间的作用力而工作的电

气设备，也就是利用小电流去控制大电流通断的一种器件。主要用于控制主电路回路的通断。其主要参数有：线圈温升、电气寿命、接触电阻。

压敏电阻： 压敏电阻是以氧化锌为主要原料，添加其他金属氧化物，以经典的电子陶．．．

瓷工艺制造而成的电压敏感元件。因为其特有的非线性V-I特性（伏安特性）及通流能力大、电压低、响应速度快等特点，在电路保护领域得到了广泛应用。压敏电阻与被保护的电路或元器件并联，当被保护电路两端没有浪涌电压出现时，它工作在高阻状态，阻值约为1012~1013?，不影响被保护电路正常运行。当被保护电路两端出现浪涌电压时，压敏电阻以纳秒级的响应速度

极快地转为低阻导通状态，使得被保护电路两端的电压迅速降低，电路得到保护。

一个标称为7K471的压敏电阻，其含义为：7表示压敏电阻片直径为7mm，471表示压敏电压的值为47*10=470V，K表示压敏电阻的误差为10%。 三．实验内容 1、认知单片机

图7-1 Arduino UNO单片机

Arduino是2005年1月由米兰交互设计学院的两位教师David Cuartielles和Massimo Banzi联合创建，是一块基于开放原始代码的Simple I/O平台，该平台由两部分组成：硬件（包括微处理器、电路板等）和软件（编程接口和语言）。平台的两部分都是开源的，如果需要，可以下载Arduino的图表、购买需要的所有部件、切割电路板并制作出一个新的电路板。Arduino具有类似Java、C语言的开发环境，可以快速使用Arduino语言与Flash或Processing等软件完成互动作品。Arduino还能够使用开发完成的电子元件，如Switch、Sensors或其他控制器、LED、步进电机或其它输入/输出装置，同时，Arduino也可以成为与软件沟通的平台，如Flash、Processing、Max/MSP或其它互动软件。

Arduino不仅仅是全球最流行的开源硬件，也是一个优秀的硬件开发平台，更是硬件开

发的趋势。Arduino简单的开发方式使得开发者更关注创意与实

现，更快的完成自己的项目开发，大大节约了学习的成本，缩短了开发的周期。因为Arduino的种种优势，越来越多的专业硬件开发者已经或开始使用Arduino来开发他们的项目、产品；越来越多的软件开发者使用Arduino进入硬件、物联网等开发领域。 Arduino有着如此优秀的硬件配置和开放的软件平台，其应用已经覆盖了很多方面。

图7-2 Arduino UNO结构模型 （1）数字接口：

Arduino UNO有14路数字输入输出接口，工作电压为5V，每一路接口所能输出和接入的最大电流为40mA。每一路配置了20-50K欧姆内部上拉电阻（默认不连接)。除此之外，有些引脚有特定的功能：

①串口信号RX（0号）、TX（1号）：与内部 ATmega8U2 USB-to-TTL 芯片相连，提供TTL电压水平的串口接收信号。

②外部中断（2号和3号）：用于触发中断引脚，可以设置成上升沿触发、下降沿触发或同时触发。

③脉冲宽度调制PWM（3、5、6、9、10 、11）：提供6路8位PWM输出。

④SPI（10(SS)，11(MOSI)，12(MISO)，13(SCK)）：SPI通信接口。 ⑤LED（13号）：Arduino单片机中，它是一个专门用于测试LED的接口，当输出电平为高时点亮LED灯，当输出为低电平时LED灯熄灭。

（2）模拟接口：

Arduino UNO还有着6路模拟接口输入A0到A5，每一路接口都具有10位的分辨率（即输入有1024个不同值），默认的输入信号范围为0到5V，可以通过AREF调整输入上限。除此之外，有些引脚有特定功能：

①TWI接口（SDA A4和SCL A5）：支持通信接口（兼容I2C总线）。 ②IOREF：模拟输入信号的参考电压。

③Reset：信号为低时复位Arduino单片机芯片。 2、认知LED灯、激光发射传感器 图7-3 七彩LED灯图7-4激光传感器

七彩LED灯：通电之后能自动闪烁其中颜色。使用数字引脚直接连接，可控制其亮灭。 激光传感器：激光传感器通过S端来开启，可以发射持续的激光，也可以发射脉冲波。可用于玩具激光，或者激光测距等各种用途。 3、认知温、湿度传感器 图7-5 温湿度传感器

AM2302湿敏电容数字温湿度模块是一款含有己校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电容式感湿元件和一个高精度测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个传感器都在极为精

确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式储存在单片机中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。标准单总线接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达20米以上，使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选择。产品为3引线（单总线接口）连接方便。特殊封装形式可根据用户需求而提供。 篇三：传感器实验报告 实 验 报 告

实验课程： 传感器与检测技术 学生姓名： 费梦娟 学 号：6100310059 专业班级：自动化102班

实验一 差动变压器的应用——电子秤

一、实验目的：了解差动变压器的实际应用 二、所需单元及部件：

音频振荡器、差动放大器、移相器、相敏检波器、低通滤波器、V/F表、电桥、砝码、振动平台。 有关旋钮初始位置：

音频振荡器调至4KHZ，V/F表打到2V档。 三、实验步骤： （1）按图1接线，组成一个电感电桥测量系统，开启主、副电源，利用示波器观察调节 音频振荡器的幅度旋钮，使音频振荡器的输出为VP-P值为lV。

图1 接线图

（2） 将测量系统调零，将V/F表的切换开关置20V档，示波器X轴扫描时间切换到0.1～0.5ms（以合适为宜），Y轴CHl或CH2切换开关置5V/div，音频振荡器的频率旋钮置5KHz，幅度旋钮置中间位置。开启主、副电源，调节电桥网络中的W1，W2，使V/F表和示波器显示最小，再把V/F表和示波器Y轴的切换开关分别置2V和50mv/div，细条W1和W2旋钮，使V/F表显示值最小。再用手按住双孔悬臂梁称重传感器托盘的中间产生一个位移，调节移相器的移相旋钮，使示波器显示全波检波的图形。放手后，粱复原。

（3）适当调整差动放大器的放大倍数，使在称重平台上放上一定数量的砝码时电压表指 示不溢出。

（4）去掉砝码，必要的话将系统重新调零。然后逐个加上砝码，读出表头读数，记下实 验数据，填入下表；

（5）去掉砝码，在平台上放一重量未知的重物，记下电压表读数，关闭主副电源。 V(重物)=0.47

（6）利用所得数据，求得系统灵敏度及重物重量。 四、数据记录与处理 灵敏度： K =△V W

0.12520 0.00625（V g ）

则： W(重物)=75.33（g） 注意事项：

（1）砝码不宜太重，以免粱端位移过大。

（2）砝码应放在平台中间部位，为使操作方便，可将测微头卸掉。

五、心得体会

由于第一次做实验，并不了解实验的仪器设备的构成，因此对实验器具的认知很重要。

实验中，电桥的连接相对来说是比较容易出错的，我们要掌握好电桥各部分的结构，同时也要了解差动变压器在实验中的形成。实验中我们得到电压正比于力的关系，如果我们通过理论知识的学习掌握了这一规律，就能更好的验证自己的实验结果的正确性。总体来说，通过实验加深自己对理论知识的学习与理解，有所收获。

实验二 热电偶原理及分度表的应用 一、实验目的

了解热电偶的原理几分度表的应用。

二、实验原理

热电偶的基本工作原理是热电效应，二种不同的导体相互焊接成闭合回路时，当两个接点温度不同时回路中就会产生电流，这一现象称为热电效应，产生电流的电动势叫做热电势。通常把两种不同导体的这种组合称为热电偶（具体热电偶原理参考教科书）。即冷端和热端温度不同时，通过测量此电动势即可知道两端温差。如固定某一端温度（一般固定冷端为室温或零摄氏度）。则另一端温度就可知，从而实现温度的测量。本仪器中热电偶为铜—康铜热电偶。 三、实验单元及部件

-15V不可调直流稳压电源、可调直流稳压电源、差动放大器、F/V表、加热器、热电偶、水银温度计（自备）、主副电源 旋钮初始位置：F/V表切换开关置2V档，差动放大器增益最大。 四、实验步骤

（1）了解热电偶原理。

（2）了解热电偶在实验以上的位置及符号，实验仪所配置的热电偶是由铜—康铜组成的热电偶，分度号为T。实验仪有二个热电偶，它封装在双平行梁的上片梁的上表面（在梁表面中间二根细金属丝焊成的一点，就是热电偶）和下片梁的下表面，二个电偶串联在一起产生热电势为二者之和。

（3）按图4-1接线、开启主副电源，调节差动放大器调零旋钮，使F/V表显示零，记录下自备温度计的室温。

（4）将-15V直流电源接入加热器的一端，加热器的另一端接地，观察F/V表显示值的变化，待显示值稳定不变时记录下F/V表显示的读数E。

（5）用自备温度计测出上梁表面热电偶出的温度t并记录下来。（注意：温度计的测温探头不要触到应变片，只要触及热电偶附近的梁体即可）。