《#《傳感器技術(shù)》實驗指導(dǎo)書》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《#《傳感器技術(shù)》實驗指導(dǎo)書（24頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、實驗相關(guān)說明，請仔細(xì)閱讀： 1. 實驗過程中請自帶U盤 2. 做好預(yù)習(xí)，每次實驗前檢查預(yù)習(xí)報告。 3. 遲到10分鐘以上的同學(xué)，另選批次補做實驗，并對實驗 成績做降級處理。 4. 實驗均在實訓(xùn)樓319進行。 5?請嚴(yán)格按照系統(tǒng)中所選批次來實驗室做實驗，如確實有事 無法按時進行實驗，請聯(lián)系其他同學(xué)進行調(diào)換，并在實驗 前和指導(dǎo)老師說明情況。除機房實驗外，每批實驗最多10 人。 6. 未能按時進行實驗的同學(xué)，請關(guān)注每個實驗中最后一批的 實驗時間，缺做實驗者將取消實驗成績，沒有實驗成績將 無法參加本門課程測試，希望大家引起重視。 7. 實驗報告完成后請在下一次實驗時帶到實驗室交給老師。

2、 實驗過程中請自帶U盤 《傳感器技術(shù)》實驗指導(dǎo)書 （微電子工程專業(yè)） 指導(dǎo)教師：黃偉 桂林電子科技大學(xué) 二00九年五月 目 錄 實驗一 應(yīng)變式傳感器特性測試 2 實驗二 電感式傳感器特性測試 7 實驗三 霍爾傳感器使用實驗 13 實驗四 傳感器使用的計算機仿真 16 實驗一應(yīng)變式傳感器特性測試 一、 實驗?zāi)康? 1、 掌握金屬箔式應(yīng)變片的應(yīng)變效應(yīng)，單臂電橋工作原理和性能； 2、 了解學(xué)習(xí)全橋測量電路的構(gòu)成及其特點、優(yōu)點； 3、 比較單臂電橋和全橋的不同性能、了解其特點。 二、 實驗用器件和設(shè)備 1、 應(yīng)變式傳感器實驗臺； 2、 傳感

3、器實驗箱； 3、 砝碼； 4、 跳線; 5、 萬用表等。 三、 實驗原理 直流電橋原理：在進行金屬箔式應(yīng)變片單臂、半橋、全橋性能實驗之前，我們有必要 先來介紹一下直流電橋的相關(guān)知識。電橋電路有直流電橋和交流電橋兩種。電橋電路的主 要指標(biāo)是橋路靈敏度、非線性和負(fù)載特性。下面具體討論有關(guān)直流電路和和之相關(guān)的這幾 項指標(biāo)。 1、平衡條件 直流電橋的基本形式如圖1-1所示。Ri， R，R，R為電橋的橋臂電阻，R為其負(fù)載 （可以是測量儀表內(nèi)阻或其他負(fù)載）。 當(dāng)R.—* X時，電橋的輸出電壓 V0應(yīng)為 V0=E( R1 R3 R1 R2 R3 R4 當(dāng)電橋平衡時，V0=0,由

4、上式可得到RiRfRRb,或 R1 _ R3 R2 一 R4 (1-1) 圖1-1 直流電橋的基本形式 式（1-1 ）秤為電橋平衡條件。平衡電橋就是橋路中相鄰兩橋臂阻值之比應(yīng)相等，橋路相鄰 兩臂阻值之比相等方可使流過負(fù)載電阻的電流為零。 2、平衡狀態(tài) 單臂直流電橋: 所謂單臂就是電橋中一橋臂為電阻式傳感器，且其電阻變化為△ R,其它橋臂為阻值 固定不變，這時電橋輸出電壓 V0工0 （此時仍視電橋為開路狀態(tài)），則不平衡電橋輸出電壓 Vo為 V 么R1、 用丿 lR1丿 1 異 R1+R2' R1 R」 1 R3 J (1-2)

5、 R3 R1 1 & 1電 I R1 丿 I R3 設(shè)橋臂比n=理，由于△ R《R，分母中空1可忽略，輸出電壓便為 R R V"0= 這是理想情況，式（1-2 ）為實際輸出電壓，由此可求出電橋非線性誤差。實際的非線性特 性曲線和理想線性曲線的偏差秤為絕對非線性誤差。則其相對線性誤差 r= 廣AR、 V。—V。''= < R1丿 1 R」 Ri R1 J I Ri ) r為： (1-3) .R1 . R1 由此可見，非線性誤差和電阻相對變化 Rl有關(guān)，當(dāng)Rl較大時，就不可忽略誤差了 .R1 F面來看電橋電壓靈敏度 S。在式（1-2

6、 ）中，忽略分母中 Rl項，并且考慮到起始 平衡條件巴二空.， R2 R4 從式（1-2 ）可以得到 V n R1 0?E 2 (1+n) R1 (1-4) 電橋靈敏度的定義為 S Vo Vo' n v = ? 一 E 心尺 AR (1 + n)2 (1-5) R1 R1 當(dāng)n=1時，可求得Sv最大。也就是說，在電橋電壓 E確定后，當(dāng)R=R, F3=F4時，電橋電 壓靈敏度最高 此時可分別將式（1-2 ）、（ 1-3 ）、（ 1-4 ）、（ 1-5 ）化簡為: _1l R 1 0— E — 4 1 R1 R 1 2 R1 (

7、1-6) R1 R1 (1-7) R1 (1-8) 1E 4 (1-9) R1 由上面四式可知，當(dāng)電源電壓 E和電阻相對變化 R1 定時，電橋的輸出電壓，非線 性誤差，電壓靈敏度也是定值，和各橋臂阻值無關(guān)。 差動直流電橋（半橋式） 若圖1-1中支流電橋的相鄰兩臂為傳感器，即 Ri和R為傳感器，并且其相應(yīng)變化為△ R和

8、 △ F2,則該電橋輸出電壓 V0M0,當(dāng)厶R=AF2, Ri=R>, R=F4時，則得 V o=1e 四 2 R R1 上式表明，Vo和Fl成線性關(guān)系，比單臂電橋輸出電壓提高一倍，差動電橋無非線性誤差， 而且電壓靈敏度 S為 S V = -E 2 比使用一只傳感器提高了一倍，同時可以起到溫度補償?shù)淖饔谩? 雙差動直流電橋（全橋式）： 若圖1-1中直流電橋的四臂均為傳感器，則構(gòu)成全橋差動電路。若滿足厶 Ri=A F2=FA 3=^ Ri,貝U輸出電壓和靈敏度為 V o= E -S v = E R1 由此可知，全橋式直流電橋是單臂直流電橋的輸出電壓和靈敏度的 4倍，是半

9、橋式直流電 橋的輸出電壓和靈敏度的2倍。 四、實驗方法和步驟 （一）、全橋電路性能測量： 1. 關(guān)閉實驗臺總電源，將紅色線接入 P1或者P5口，黃色線接入P2或者P3口，將黑色線 接入P4或者P8口，將藍(lán)色線接入P6或P7口； 2. 用導(dǎo)線把全橋電路信號處理模塊的T8口接到信號輸出模塊的T4或T5,然后用信號線 連接信號輸出模塊的BN（接 口和多通道數(shù)據(jù)采集模塊的通道5上。 3. 用電源線將基礎(chǔ)實驗臺上多路輸出電源引接到傳感器開放電路主板上；把主板上的 5V、+ 12V、— 12V勺電源開關(guān)撥到ON 4. 用萬用表測量T8口的對地電壓，如果該點電壓超過5V,則調(diào)節(jié)電阻R22的阻

10、值以調(diào)節(jié) 放大電路的零點，盡量使輸出為零（可調(diào)到 0.5V以下即可），然后在應(yīng)變壓辦實驗 臺上放置法碼，觀察T8口的輸出電壓，使其始終不超過5V,如果有超過的，則調(diào)節(jié) R21和R9的阻值，使輸出不超過5V; 5. 調(diào)整完畢后，從質(zhì)量為0g開始，先測一個數(shù)據(jù)，再依次添加不同質(zhì)量的砝碼到托盤 上，用萬用表測量T8口相應(yīng)的電壓值，因為應(yīng)變片的量程是 5kg，切勿放置過大質(zhì) 量物體在托盤上，更不可按壓托盤 6. 在托盤上放置一只砝碼，讀取電壓數(shù)值，依次增加砝碼和讀取相應(yīng)的電壓值， 直到 砝碼加完，記下實驗結(jié)果填入如表1-1類似的表中，關(guān)閉電源。 表1-1全橋?qū)嶒灁?shù)據(jù)樣表 重量（g）

11、 電壓（mV 7. 根據(jù)表1-1計算系統(tǒng)靈敏度S=：U.W （輸出電壓變化量和重量變化量之比）。 8. 繪出電壓和質(zhì)量之間的關(guān)系曲線，并對其進行線性擬合，求出擬合直線，記下斜率 K和截距b待用（v=km+b （二卜全橋電路的使用--稱重實驗: 1. 運行Labview主程序，打開“全橋電路的使用一物體重量測量” 程序，建立實驗環(huán)境, 2. 在實驗界面上輸入對應(yīng)通道數(shù)，然后分別輸入上步擬合得到的k值和b值，運行程序; 3. 在托盤上分別放置不同質(zhì)量的砝碼，在實驗界面可看到一個測量的質(zhì)量值，分別記 錄實驗測量值和托盤上實際放置

12、的法碼的質(zhì)量，比較誤差，如果誤差過大請重新計 算k值和b值； 7.計算實際質(zhì)量和程序測量得到的質(zhì)量之間的實驗誤差，分析產(chǎn)生誤差的原因。 實驗二電渦流傳感器特性測試及使用 預(yù)習(xí)要求: 1、 學(xué)習(xí)理解電渦流傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理，并掌握電渦流傳感器用于位移測量時的 測量電路和測試原理。 2、 根據(jù)實驗要求，作好實驗前的準(zhǔn)備（測試方法及測試點選擇、數(shù)據(jù)記錄的格式等） 。 一、 實驗?zāi)康? 1、 了解電渦流傳感器的結(jié)構(gòu)、特點，掌握其工作原理和使用方法； 2、 通過測量電渦流傳感器的輸入輸出關(guān)系曲線，深入理解電渦流傳感器的特性及其指 標(biāo)的含義； 3、 利用電渦流傳感器進行傳感器靜態(tài)特

13、性的測量； 4、 利用機械結(jié)構(gòu)、傳感器、數(shù)據(jù)采集卡、虛擬儀器平臺構(gòu)建測試系統(tǒng)。 二、 實驗原理 1、電渦流的形成原理 如圖2-1所示，由物理學(xué)知識可知，若在線圈中通入交變電流 I，在線圈周圍的空間就 產(chǎn)生了交變磁場①i,將金屬導(dǎo)體置于此交變磁場范圍內(nèi)，導(dǎo)體表面層產(chǎn)生渦電流，渦電流 的高頻磁場①e以反作用于傳感器電感線圈，從而改變了線圈的阻抗 Zl或線圈的電感和品 金屬導(dǎo)體 質(zhì)因素。ZL的變化取于線圈到金屬板之間的距離 x、金屬板的電阻率3、磁導(dǎo)率卩以及激 勵電流的幅值A(chǔ)和頻率f。 ①l高頻交變磁場 ①匚渦流磁場 i -高頻激勵電流 圖2-1電渦流傳感器的工作原理 2、電渦

14、流位移傳感器原理 電渦流位移傳感器是以高頻電渦流效應(yīng)為原理的非接觸式位移傳感器。前置器內(nèi)產(chǎn)生 的高頻振蕩電流通過同軸電纜流入探頭線圈中，線圈將產(chǎn)生一個高頻電磁場。當(dāng)被測金屬 體靠近該線圈時，由于高頻電磁場的作用，在金屬表面上就產(chǎn)生感應(yīng)電流，既電渦流。該 電流產(chǎn)生一個交變磁場，方向和線圈磁場方向相反，這兩個磁場相互疊加就改變了原線圈 的阻抗。這一變化和金屬體磁導(dǎo)率、電導(dǎo)率、線圈的幾何形狀、幾何尺寸、電流頻率以及 頭部線圈到金屬導(dǎo)體表面的距離等參數(shù)有關(guān)。通常假定金屬導(dǎo)體材質(zhì)均勻且性能是線性和 各項同性，則線圈和金屬導(dǎo)體系統(tǒng)的物理性質(zhì)可由金屬導(dǎo)體的電導(dǎo)率 6、磁導(dǎo)率E、尺 寸因子T、頭部體線

15、圈和金屬導(dǎo)體表面的距離 D、電流強度I和頻率3參數(shù)來描述。 則線圈特征阻抗可用Z=F(t, E , 6 , D, I, 3 )函數(shù)來表示。通常我們能做到控制 t, E , 6 , I, 3這幾個參數(shù)在一定范圍內(nèi)不變，則線圈的特征阻抗Z就成為距離D的單值函數(shù)， 雖然它整個函數(shù)是一非線性的，其函數(shù)特征為“ S'型曲線，但可以選取它近似為線性的一 段。于此，通過前置器對信號進行處理，將線圈阻抗 Z的變化，即頭部體線圈和金屬導(dǎo)體 的距離D的變化轉(zhuǎn)化成電壓或電流的變化。輸出信號的大小隨探頭到被測體表面之間的間 距的變化而變化，電渦流傳感器就是根據(jù)這一原理實現(xiàn)對金屬物體的位移、振動等參數(shù)的 測量。 當(dāng)

16、被測金屬和探頭之間的距離發(fā)生變化時，探頭中線圈的磁場強度也發(fā)生變化，磁場 強度的變化引起振蕩電壓幅度的變化，而這個隨距離變化的振蕩電壓經(jīng)過檢波、濾波、線 性補償、放大歸一處理轉(zhuǎn)化成電壓(電流)變化，最終完成機械位移(間隙)轉(zhuǎn)換成電壓(電 流)。 所以探頭和被測金屬體表面距離的變化可通過探頭線圈阻抗的變化來測量。前置器根 據(jù)探頭線圈阻抗的變化輸出一個和距離成正比的直流電壓。 圖2-2為電渦流傳感器的工作 原理示意圖。 圖2-2 電渦流傳感器工作示意圖 供電電壓 + 24V 主要技術(shù)指標(biāo): m ) 3、最小二乘法擬 i / SSS 頭直徑 性量程 輸出方式 給定平

17、面上一組點丁 V達到最小。 ■- 輸 1-5V A V 出 (i=1,2,3…n)，用直線擬合。即求得f(x),使得偏差厶 三、實驗儀器和設(shè)備 1 ?計算機 1 臺 3 ?數(shù)據(jù)采集模塊 1 臺 5.電源模塊 1 臺 2 . LabVIEW8.2以上版本 1 套 4 .電渦流特性實驗?zāi)K 1 臺 6. 操作工具 1 套 四、實驗內(nèi)容和實驗步驟 1、實驗前準(zhǔn)備及電路的連接 (1) 關(guān)閉數(shù)據(jù)采集卡電源，將電渦流傳感器連接到采集卡的數(shù)據(jù)采集一個 AD通道上。 注意不要在帶電的情況下從采集卡上插拔傳感器，以免對采集卡和傳感器造成損壞。 (2) 電渦流

18、傳感器的工作電源為24V，把電渦流傳感器的電源接到試驗臺的 24V電源口, 并把數(shù)據(jù)線接到采集卡的某一通道上，接通試驗臺和數(shù)據(jù)采集卡的電源。 設(shè)定好“通道選擇”、“采樣頻率”、“采樣長度”等參數(shù)后點擊如下圖 2-3所示的運行 按鈕運行程序，觀察各部分運行燈的亮滅情況。 「運行按鈕岡仗而 圖2-3 程序運行按鈕 (4) 將千分尺歸零，將滑塊上反射圓片緊緊靠在電渦流探頭表面，觀察此時的電壓值。 (5) 滑塊漸漸遠(yuǎn)離傳感器，觀察電壓數(shù)值的變化，觀測傳感器的最大測量距離。 2、測繪并求出傳感器的線性區(qū)范圍： 電渦流傳感器的線性區(qū)定義為：不在此測量范圍內(nèi)時，其函數(shù)將不成線性關(guān)系。 (1)

19、 聯(lián)接好測量系統(tǒng)中傳感器及其采集卡等模塊的通道號及其電源，調(diào)整滑塊到一個初始 位置，記錄下讀數(shù)X0。 (2) 打開“試驗一電渦流靜態(tài)特性試驗.vi ”，設(shè)置每次移動千分尺的距離為 0.3mm,將 這兩個數(shù)值輸入到“實驗一電渦流靜態(tài)特性試驗.vi ”的“采樣間隔”控制變量里。圖 2-4為電渦流靜態(tài)特性曲線的程序截圖。 設(shè)定好“通道選擇”、“采樣頻率”、“采樣 長度”等參數(shù)。 圖2-4 電渦流靜態(tài)特性試驗 （3） 運行“試驗一電渦流靜態(tài)特性試驗.vi ”，點擊“第1次采集”按鈕，指示燈亮后, 程序?qū)⒆詣佑涗泴?yīng)電渦流傳感器的讀數(shù)。 （4） 將千分尺向遠(yuǎn)離探頭方向移動 0.3mm,點

20、擊“第2次采集”按鈕，依次改變測量的 距離進行30次測量，采集30組數(shù)據(jù)。注：圖上按鈕可反復(fù)使用，也可只反復(fù)使用 一個，將數(shù)據(jù)記錄在Excel表格中，進行繪圖。 （5） 數(shù)據(jù)采集完成后，將采集到的30組位移和電壓數(shù)據(jù)在Excel中進行電渦流傳感器的特 性曲線的繪制。 （6） 觀測出傳感器的線性區(qū)范圍，并對線性區(qū)進行擬后，將擬合直線的表達式記錄，并同 時記錄擬合直線、斜率K和截距b待用。 3、利用測得結(jié)果進行距離反測和誤差分析： （1）打開“試驗一電渦流距離測量及誤差分析試驗.vi ”，圖2-5為電渦流距離測量及誤 差分析程序截圖。設(shè)定好“通道選擇”、“采樣頻率”、“采樣長度”等參數(shù)。

21、 第元鬲| ? 輸出電壓平均值/單位皿 fo 第2汝采集 第3決采集｛ 精出電壓平均值/單位呻 ? o '' 輸出電壓平均值/單位翻 .卜 第4枚采集| 輸出電圧平均值/單位賊 ■ o , 輔出電JE半均值/單住賊 第5枕采集｛ ? 輸出電壓甲均諂/■單悅TW 第§枕采集（? |D' ' ' ' '~ 輸出電壓平均10/單位TUV 第了祝采集I ? |o'''' 輸出電壓平均值/單位mw 第8次采集| ? 輸出電壓平均值/單位喚 第9次采集| ? 輸岀電匝平均值/單■fen^ Miott采集I ? IT 程廚薦止 停止 把線性世舍

22、表達式「牡跑4B” 中的KH卻B的H境入“斜宰k和“ 註距貿(mào)時仝搭內(nèi)，然后點“距離 計算"檢忸謎”行距離旳測童 采樣間隔/■單位唄 通道注擇 ：/i 釆樣頻率 無樣頻率選擇 0-lkhz 1-5kh: 起點坐標(biāo)/ ■/o 2-10khi J-25khi 4-60khi 匸 1 nnirk^ 墓--間 降好標(biāo)樣值 實定牛X的 按設(shè)占：” 斜軍K rj'O '截距b 身0 當(dāng)前電壓 0 距離計詩 證離測量值 距高計算II |o F 二 ]? i ? 1 ?‘ i 0. 00000 mrr. 0.00000 |o

23、千分尺讀書起始坐標(biāo)當(dāng)前怪移當(dāng)前電壓測童值相對誤差 誤差井析 誤差分析 丈驗一電渦流傳感器距離測量試驗及誤差分析實驗 理論擬倉曲線 傳感器線性擬合曲線毗表距離卅表電壓 實際數(shù)宇擬舍m 圖2-5 電渦流距離測量及誤差分析程序 （2） 設(shè)置千分尺讀數(shù)到觀測到的線性區(qū)的起點處，并將此值輸入的實驗界面的起點坐標(biāo)框 中，計算采樣間隔為整個線性區(qū)長度的1/10 ； （3） 照此采樣間隔的值調(diào)節(jié)千分尺，分別點擊實驗界面中的10個采集按鈕，采集10組數(shù)據(jù), 直接采集在實驗界面中，不必再記錄在 Excel中。 （4） 數(shù)據(jù)采集完成后，點擊擬合按鈕，得出線性區(qū)擬合線在波形顯示框中。 （5）

24、將上一步中得到的擬合線的斜率 K和截距b填入實驗界面相應(yīng)的框中，點擊距離計算 得到由實驗程序反測出的千分尺的距離讀數(shù)。 （6） 將千分尺的實際讀數(shù)填入界面的最后一行的相應(yīng)位置， 點擊誤差分析按鈕，得到實驗 反測的相對誤差。 （7） 將具有結(jié)果的整個實驗界面拷入Wor（文檔備用。 五、實驗報告要求 1、 拷貝實驗系統(tǒng)的運行結(jié)果頁面，插入到 word格式的實驗報告中。 2、 求出所用傳感器的線性區(qū)范圍。 3、對所用傳感器的輸出特性進行線性擬合，求出擬合直線、斜率 K和截距b 4、求出所用傳感器的線性誤差和靈敏度。 六、 參考和提示 1、測試系統(tǒng)的輸入輸出特性曲線 圖2-7

25、測試系統(tǒng)的輸入輸出特性曲線 2、電渦流傳感器的靜態(tài)特性指標(biāo)分析方法(各參量如上圖 2-7中) 線性區(qū)范圍：x i?X2 (mm)對 線性區(qū)對應(yīng)的電壓值：Vi?V (mV) 線性誤差: 「100% V2 -V1 靈敏度： V2 _V1 (mV/mm) X2 一禺 七、思考題 1、 電渦流傳感器為什么可作為位移傳感器用？ 2、 電渦流的大小還和那些因素有關(guān)？ 3、試想電渦流傳感器還可以用來測量那些物理量？ 五、數(shù)據(jù)處理: 線性區(qū)范圍：1.8?4.2 (mm)對 線性區(qū)對應(yīng)的電壓值：1354.78?4100.79 (mV) 線性誤差: — 100% =

26、2773.94- (4100.79-1354.78) / (4100.79-1354.78) =1.01% V2 -V1 靈敏度: V2 _V1 (mV/mm)=( 4100.79-1354.78) / (4.2-1.8 ) =1144.71 六、思考題 1、電渦流傳感器為什么可作為位移傳感器用？ 答：通過前置器電子線路的處理，將線圈阻抗 Z的變化，即頭部體線圈和金屬導(dǎo)體的 距離D的變化轉(zhuǎn)化成電壓或電流的變化。 輸出信號的大小隨探頭到被測體表面之間的間距 而變化，電渦流傳感器就是根據(jù)這一原理實現(xiàn)對金屬物體的位移、振動等參數(shù)的測量。 2、 電渦流的大小還和那些因

27、素有關(guān)？ 答：電渦流大和磁通量大小、磁場變化頻率、產(chǎn)生渦流的導(dǎo)體的形狀和內(nèi)阻有關(guān)。 3、 試想電渦流傳感器還可以用來測量那些物理量？ 答：1、相對振動測量 2、轉(zhuǎn)速測量 3、滾動軸承、電機換向器整流片動態(tài)監(jiān)控 脹 差測量 斜坡式脹差測量 補償式脹差測量 雙斜面脹差測量 振動測量 軸位移測量 軸心軌跡測量 轉(zhuǎn)速和相位差測試 轉(zhuǎn)速測量 厚度測量 金屬元件合格檢測 差動測量 動力膨脹 轉(zhuǎn)子動平徑向運動分析 表面不平整度測量 裂痕測量 非導(dǎo)電材料 軸承測量 換向片測量 實驗三 霍爾傳感器的使用實驗 實驗?zāi)康模? 1、 了解霍爾開關(guān)集成傳感器的工作原理和使用；

28、 2、 掌握霍爾傳感器的基本特性； 3、 學(xué)習(xí)霍爾傳感器構(gòu)成的使用電路的基本原理和設(shè)計方法。 基本原理： 圖3- 1是霍爾開關(guān)集成傳感器的 內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。當(dāng)有磁場作用在傳感器上時，根 據(jù)霍爾效應(yīng)原理，霍爾元件輸出霍爾電壓 Vh，該電壓經(jīng)放大器放大后，送至施密特整 形電路。當(dāng)放大后的Vh電壓大于“開啟”閥值時，施密特整形電路翻轉(zhuǎn)，輸出高電平, 使輸出三極管導(dǎo)通。當(dāng)磁場減弱時，霍爾元件輸出的Vh電壓很小，施密特整形電路再 次翻轉(zhuǎn)，輸出低電平，輸出三極管關(guān)閉。這樣，一次磁場強度的變化，就使傳感器完 成一次開關(guān)動作。 當(dāng)被測電機飛輪上裝有N只磁性體時，飛輪每轉(zhuǎn)一周磁場就變化 N次，霍爾傳感

29、器輸出的電平也變化N次，通過計算即可知道電機的轉(zhuǎn)速。 存;I：元件 放太; 整形 令地 圖3- 1霍爾開關(guān)集成傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 三. 實驗元件和設(shè)備： 1 .實驗電路板； 2 ?電機組件； 3. 霍爾開關(guān)傳感器CS3020; 4. 4.7K Q 電阻； 5. 跳線若干； 6 .示波器或虛擬平臺的實驗程序。 四. 實驗步驟： 先用工具將實驗用電機和飛輪組件固定到實驗主板上，電機輸入端接入主板上的 Motor 端口上。 （一）、用現(xiàn)成的實驗電路小模塊驗證測量： 1、 把各電源開關(guān)撥到OFF接好并關(guān)閉主板電源； 2、 把實驗電路模塊插到實驗主板的面包板

30、上，霍爾傳感器的探頭盡量靠近電機轉(zhuǎn)盤 （不大于5mm） 3、 把主板上的+ 5V, GND用導(dǎo)線引到電路模塊相應(yīng)引腳上。 4、 把電路模塊上信號輸出端 OUT腳引到主板的輸出口 T4或T5 口上，然后將數(shù)據(jù)線 接入實驗臺的信號采集模塊上（通道 5或6）0 5、 在電腦上打開相關(guān)的測試用實驗程序界面。 &把主板上的+ 12V、+5V電源開關(guān)打開，把運行模式開關(guān)打到 Motor檔，把Power Surply開關(guān)撥到ON 7、 運行程序，開始電機轉(zhuǎn)速的測量。 8、 調(diào)節(jié)電阻R28的阻值即可調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速。 9、 由霍爾傳感器輸出信號脈沖的頻率就可以計算出直流電機的轉(zhuǎn)速。 如磁鐵個數(shù)

31、為N, 轉(zhuǎn)速為n,脈沖頻率為f,則有：n=f/N。通常，轉(zhuǎn)速的單位是轉(zhuǎn)/分鐘，所以要 在上述公式的得數(shù)再乘以60，才是轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)，即n=60X f/N 圖3-5實驗程序窗口 （二）、手動自搭電路進行測量： 1. 按模塊上的電路，利用給定的元器件自行設(shè)計自搭電路，在實驗主板的面包板上搭建好實驗電 路，并仔細(xì)檢查接線；注意霍爾傳感器的探頭盡量靠近電機轉(zhuǎn)盤 （不大于5mm） 2、其它步驟同上 3?9中。 五. 思考題: 1、 霍爾傳感器的基本特性及其基本特性曲線如何； 2、 說明本實驗中的霍爾傳感器是如何使用霍爾傳感器的特性實現(xiàn)正負(fù)電平轉(zhuǎn)換的 實驗四 傳感器使用的計算機仿

32、真 注：請準(zhǔn)備U盤，自行將先前傳給你們的軟件（Multisim）拷貝帶上參加實驗！！ 實驗?zāi)康? 1、 進一步掌握傳感器使用電路的組成和設(shè)計原理及方法； 2、 了解計算機在傳感器技術(shù)中的使用及完成仿真的方法； 3、 了解霍爾接近開關(guān)電路的構(gòu)成和基本工作原理。 基本原理： 在計算機上進行傳感器技術(shù)方面的實驗，內(nèi)容之一就是傳感器使用電路的仿真， 對傳感器使用電路的仿真的好處在于，可以在設(shè)計使用電路的時候不受實驗室儀器設(shè) 備和電子元器件的限制，而且可以在短時間內(nèi)得到實驗結(jié)果。 本實驗以“霍爾接近開關(guān)電路的計算機仿真”為內(nèi)容進行實驗，實驗是在上一實 驗三中了解了霍爾傳感器的特性及開關(guān)電

33、路的原理的基礎(chǔ)上進行的，霍爾傳感器的靜 態(tài)特性曲線如圖4-1所示，圖4-2是其構(gòu)成的接近開關(guān)仿真電路，Vh模擬霍爾傳感器 工作的輸出電壓，當(dāng)調(diào)整電位器的標(biāo)定值，使霍爾傳感器的輸入電壓經(jīng)放大和比較器 圖4—1霍爾傳感器的特性曲線 WD 50% Key 三 A 5kChm R1 圖4-2霍爾接近開關(guān)仿真電路 三、需要的元件和設(shè)備： 1、 實驗電路； 2、 計算機一臺； 3、 Multisim仿真軟件; 四、實驗內(nèi)容及步驟： 1. 在Multisim軟

34、件環(huán)境下按圖4-2建立霍爾接近開關(guān)的仿真電路（注意各元器件的選 取和放置，可用基本元器件，也可用虛擬儀器元器件）。 2. 對各元器件的值及標(biāo)號進行相應(yīng)設(shè)置，放置電路仿真觀察點電壓標(biāo)號； 3. 設(shè)置仿真參數(shù)，設(shè)置霍爾傳感器模擬電壓 Vh的Tine/Voltage項為：0mss 60mV 5ms 60mV 25ms -60mV 30ms -60mV，注意中間用空格間隔，如圖 4-3所示； 圖4-3霍爾傳感器模擬電壓 V3設(shè)置 4. 調(diào)節(jié)電位器 WD的值為0.5 （50%）仿真V1?V4各點電壓，設(shè)置加以電壓表或示 波器，以方便觀察仿真結(jié)果，對電路進行仿真；分析說明 V1?V4各點

35、電壓有什么 規(guī)律，由此說明霍爾接近開關(guān)電路的工作原理； 5. 說明當(dāng)電位器 WD的值為0.5時，此開關(guān)電路的開關(guān)動作（即翻轉(zhuǎn)點）在什么位置。 6. 調(diào)節(jié)電位器 WD的值，使霍爾接近開關(guān)動作位置分別在 10ms、20ms處，用V1? V4各點電壓的仿真結(jié)果說明工作原理； 7. 用仿真結(jié)果說明是否有電阻 R1、R2，電路工作有何不同，由些說明電阻 R1、R2 在電路中的作用 （選做）。 8 ?用仿真結(jié)果說明是否有電阻電壓跟隨器 U1A，電路工作有何不同，由些說明電壓跟 隨器 U1A 在電路中的作用 （選做）。 六、思考題： 霍爾傳感器構(gòu)成的接近開關(guān)電路的工作原理如何，它是怎樣通過電壓跟隨器的電壓比 較器來實現(xiàn)開關(guān)功能的。