講稿thsccg-1型感測器系統綜合實驗裝置簡介
一、概述
「thsccg-1 型感測器系統綜合實驗裝置」是將感測器、檢測技術及計算機控制技術有機的結合，開發成功的新一代感測器系統實驗裝置。
實驗裝置由主控台、檢測源模組、感測器及調理（模組）、資料採集卡組成。
1. 主控台
(1) 訊號發生器：1k～10khz音訊訊號，vp-p=0～17v連續可調；
(2) 1～30hz低頻訊號，vp-p=0～17v連續可調，有短路保護功能；
(3) 四組直流穩壓電源：+24v,±15v、+5v、±2～±10v分五檔輸出、0～5v可調，有短路保護功能；
(4) 恆流源：0～20ma連續可調，最大輸出電壓12v；
(5) 數字式電壓表：量程0～20v，分為200mv、2v、20v三檔、精度0.5級；
(6) 數字式毫安表：量程0～20ma，三位半數字顯示、精度0.5級，有內側外測功能；
(7) 頻率/轉速表：頻率測量範圍1～9999hz，轉速測量範圍1～9999rpm；
(8) 計時器：0～9999s，精確到0.1s；
(9) 高精度溫度調節儀：多種輸入輸出規格，人工智慧調節以及引數自整定功能，先進控制演算法，溫度控制精度±0.50c。
2. 檢測源
加熱源：0～220v交流電源加熱，溫度可控制在室溫～1200c；
轉動源：0～24v直流電源驅動，轉速可調在0～3000rpm；
振動源：振動頻率1hz～30hz（可調），共振頻率12hz左右。
3. 各種感測器
包括應變感測器：金屬應變感測器、差動變壓器、差動電容感測器、霍爾位移感測器、擴散矽壓力感測器、光纖位移感測器、電渦流感測器、壓電加速度感測器、磁電感測器、pt100、ad590、k型熱電偶、e型熱電偶、cu50、pn結溫度感測器、ntc、ptc、氣敏感測器（酒精敏感，可燃氣體敏感）、溼敏感測器、光敏電阻、光敏二極體、紅外感測器、磁阻感測器、光電開關感測器、霍爾開關感測器。包括扭矩感測器、光纖壓力感測器、超聲位移感測器、psd位移感測器、ccd電荷耦合感測器：
、圓光柵感測器、長光柵感測器、液位感測器、渦輪式流量感測器。
4. 處理電路
包括電橋、電壓放大器、差動放大器、電荷放大器、電容放大器、低通濾波器、渦流變換器、相敏檢波器、移相器、v/i、f/v轉換電路、直流電機驅動等
5. 資料採集
高速usb資料採集卡：含4路模擬量輸入，2路模擬量輸出，8路開關量輸入輸出，14位a/d轉換，a/d取樣速率最大400khz。
上位機軟體：本軟體配合usb資料採集卡使用，實時採集實驗資料，對資料進行動態或靜態處理和分析，雙通道虛擬示波器、虛函式訊號發生器、指令碼編輯器功能。
實驗一金屬箔式應變片——電子秤實驗
一、實驗目的：
了解金屬箔式應變片的應變效應，直流全橋工作原理和效能，了解電路的定標。
二、實驗儀器：
應變感測器實驗模組、托盤、砝碼、數顯電壓表、±15v、±4v電源。
三、實驗原理：
圖1-1 雙孔懸臂梁式稱重感測器結構圖
圖1-2 全橋面板接線圖
（請學生補充實驗原理）
電子稱實驗原理同全橋測量原理，通過調節放大電路對電橋輸出的放大倍數使電路輸出電壓值為重量的對應值，電壓量綱（v）改為重量量綱（g）即成一台比較原始的電子稱。
四、實驗內容與步驟
1．應變感測器上的各應變片已分別接到應變感測器模組左上方的r1、r2、r3、r4上，可用萬用表測量判別，r1=r2=r3=r4=350ω。
2．差動放大器調零。從主控台接入±15v電源，檢查無誤後，合上主控台電源開關，將差動放大器的輸入端ui短接並與地短接，輸出端uo2接數顯電壓表（選擇2v檔）。將電位器rw3調到增益最大位置（順時針轉到底），調節電位器rw4使電壓表顯示為0v。
關閉主控台電源。（rw3、rw4的位置確定後不能改動）
3．按圖1-2接線，將受力相反（一片受拉，一片受壓）的兩對應變片分別接入電橋的鄰邊。
4．將10只砝碼置於感測器的托盤上，調節電位器rw3（滿量程時的增益），使數顯電壓表顯示為0.200v（2v檔測量）。
5．拿去托盤上所有砝碼，觀察數顯電壓表是否顯示為0.000v，若不為零，再次將差動放大器調零和加托盤後電橋調零。
6．重複4、5步驟，直到精確為止，把電壓量綱v改為重量量綱kg即可以稱重。
5．將砝碼依次放到托盤上並讀取相應的數顯表值，直到200g砝碼加完，記下實驗結果，填入下表。
6．去除砝碼，托盤上加乙個未知的重物（不要超過1kg），記錄電壓表的讀數。根據實驗資料，求出重物的重量。
180/0.254 ; 200/0.271
7．實驗結束後，關閉實驗台電源，整理好實驗裝置。
五、實驗報告
1．根據實驗所得資料計算系統靈敏度s＝δu/δw（δu輸出電壓變化量，δw重量變化量）；2．計算電橋的非線性誤差δf1=δm/yf..s ×100％。
式中δm為輸出值（多次測量時為平均值）與擬合直線的最大偏差；yf·s為滿量程（200g）輸出平均值。
3．全橋測量中，當兩組對邊（r1、r3為對邊）電阻值r相同時，即r1＝r3，r2＝r4，而r1≠r2時，是否可以組成全橋？
六、注意事項
實驗所採用的彈性體為雙孔懸臂梁式稱重感測器，量程為1kg，最大超程量為120％。因此，加在感測器上的壓力不應過大，以免造成應變感測器的損壞！
實驗二交流全橋振幅測量實驗
一、實驗目的：
了解交流全橋測量動態應變引數的原理與方法。
二、實驗儀器：
應變感測器模組、振動源、訊號源、示波器（虛擬）。
三、實驗原理：
將應變感測器模組電橋的直流電源e換成交流電源，則構成乙個交流全橋，其輸出
u= ，用交流電橋測量交流應變訊號時，橋路輸出為一調製波。當雙平行振動梁被不同頻率的訊號激勵時，起振幅度不同，貼於應變梁表面的應變片所受應力不同，電橋輸出訊號大小也不同，若激勵頻率與梁的固有頻率相同時則產生諧振，此時電橋輸出訊號最大，根據這一原理可以找出梁的固有頻率。
四、實驗內容與步驟：
1．不用模組上的應變電阻，改用振動梁上的應變片，通過導線連線到三源板的「應變輸出」。
2．將檯面三源板上的應變輸出用連線線接到應變感測器實驗模組的黑色插座上，振動梁上的四個應變電阻通過導線接到應變感測器模組的虛線全橋上。
3．按實驗指導書圖5-1連線電路，並根據實驗指導書上實驗五第3、4步調整系統，使系統輸出為零。
4．將訊號源us2低頻振盪器輸出接入振動台激勵源插孔，調低頻輸出幅度和頻率使振動台(圓盤)明顯有振動。
5．低頻振盪器幅度調節不變，改變低頻振盪器輸出訊號的頻率（用頻率/轉速表監測），用上位機檢測頻率改變時低通濾波器輸出波形的電壓峰－峰值，填入下表。
5．實驗結束後，關閉實驗台電源，整理好實驗裝置。
五、實驗報告
從實驗資料得出振動梁的共振頻率。
六、注意事項
進行此實驗時低頻訊號源幅值旋鈕約放在3/4位置為宜。
實驗三霍爾感測器轉速測量實驗
一、實驗目的：
了解霍爾元件的應用——測量轉速。
二、實驗儀器：
霍爾感測器、可調直流電源、轉動源、頻率/轉速表。
三、實驗原理；
利用霍爾效應表示式：uh＝khib，當被測圓盤上裝上n只磁性體時，轉盤每轉一周磁場變化n次，每轉一周霍爾電勢就同頻率相應變化，輸出電勢通過放大、整形和計數電路就可以測出被測旋轉物的轉速。
四、實驗內容與步驟
1．安裝根據圖3-1，霍爾感測器已安裝於感測器支架上，且霍爾元件正對著轉盤上的磁鋼。
圖3-1
2．將+5v電源接到三源板上「霍爾」輸出的電源端，「霍爾」輸出接到頻率/轉速表（切換到測轉速位置）。
3．開啟實驗台電源，選擇不同電源1v、2v、3v、4v、5v、10v、15v、24v驅動轉動源，可以觀察到轉動源轉速的變化，待轉速穩定後記錄相應驅動電壓下得到的轉速值。也可用示波器觀測霍爾元件輸出的脈衝波形。
五、實驗報告
1．分析霍爾元件產生脈衝的原理。
2．根據記錄的驅動電壓和轉速，作v-rpm曲線。
實驗四光電感測器轉速測量實驗
一、 實驗目的：
了解光電轉速感測器測量轉速的原理及方法。
二、 實驗儀器：
轉動源、光電感測器、直流穩壓電源、頻率/轉速表、示波器
三、 實驗原理：
光電式轉速感測器有反射型和透射型二種，本實驗裝置是透射型的，感測器端部有發光管和光電池，發光管發出的光源通過轉盤上的孔透射到光電管上，並轉換成電訊號，由於轉盤上有等間距的6個透射孔，轉動時將獲得與轉速及透射孔數有關的脈衝，將電脈計數處理即可得到轉速值。
四、 實驗內容與步驟
1．光電感測器已安裝在轉動源上，如圖4-1所示。+5v電源接到三源板「光電」輸出的電源端，光電輸出接到頻率/轉速表的「fin」。
2．開啟實驗台電源開關，用不同的電源驅動轉動源轉動，記錄不同驅動電壓對應的轉速，填入下表，同時可通過示波器觀察光電感測器的輸出波形。
圖4-1
五、實驗報告
根據測的驅動電壓和轉速，作v-n曲線。並與霍爾感測器測得的曲線比較。
實驗五 k型熱電偶測溫實驗
一、實驗目的：
了解k型熱電偶的特性與應用
二、實驗儀器：
智慧型調節儀、pt100、k型熱電偶、溫度源、溫度感測器實驗模組。
三、實驗原理：
熱電偶感測器的工作原理
熱電偶是一種使用最多的溫度感測器，它的原理是基於2023年發現的塞貝克效應，即兩種不同的導體或半導體a或b組成乙個迴路，其兩端相互連線，只要兩節點處的溫度不同，一端溫度為t，另一端溫度為t0，則迴路中就有電流產生，見圖5-1（a），即迴路中存在電動勢，該電動勢被稱為熱電勢。ab
測試技術實驗報告
班級學號姓名 機電動力工程學院 測控系日期 一.實驗目的 二.基本原理 三.實驗結果 表1 1單臂電橋輸出資料記錄表 表1 2 雙臂電橋輸出資料記錄表 表1 3全橋電橋輸出資料記錄表 四 實驗曲線 用座標紙繪製在給出的座標系中 五.實驗資料處理 1.根據表1 1 1 2 1 3計算單臂 半橋 全橋的...
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