北航自动化信号与测试实验报告(4组).doc
《北航自动化信号与测试实验报告(4组).doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《北航自动化信号与测试实验报告(4组).doc（12页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
2011-2012学年第二学期
实验一电涡流传感器实验
实验二电容式传感器实验
实验三PSD光电位置传感器实验
实验四超声测距实验
班级392311学院高等工程
姓名李柏学号3903·2415
2012年5月2日
实验1电涡流传感器实验
一、实验目的
1.了解电涡流传感器原理
2.了解不同被测材料对电涡流传感器的影响
二、实验仪器
电涡流传感器实验模块
DS5062CE示波器
WD990型微机电源：
±12V
VC9804A型万用表
电源连接电缆
螺旋测微仪
等。
三、实验原理
电涡流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，在与其平行的金属片上会感应产生电涡流，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）、激励源确定，并保持环境温度不变，阻抗Z只与距离X有关，将阻抗变化转为电压信号V输出，则输出电压是距离X的单值函数。
图1.1涡流式位移传感器基本结构及工作原理
四、实验步骤
用电源电缆连接电源和电涡流式传感器实验模块（插孔在后侧板），其中电缆的橙蓝线为+12V，白蓝线为-12V，隔离皮（金色）为地。
安装电涡流线圈与涡流片（铁片，黑色），两者须保持平行；电涡流探头插头插入变换器插孔；安装好测微仪，涡流变换器输出端Vout接电压表20V档。
打开微机电源，用测微仪带动涡流片移动，当涡流片完全紧贴线圈时输出电压为零（如不为零可适当改变支架中的线圈角度），然后旋动测微仪使涡流片离开线圈，从电压表有读数时每隔0.2mm记录一个电压值，将V、X数值填入表1，作出V-X曲线。
示波器接电涡流式传感器实验模块的探头入插孔，观察电涡流传感器的激励信号频率，随着线圈与电涡流片距离的变化，信号幅度也发生变化，当涡流片紧贴线圈时电路停振，输出为零。
记录此现象。
更换涡流片（铜片，金色），进行测试并记录数据，填入表2。
在同一坐标上作出V-X曲线。
更换涡流片（铝片，银色），进行测试并记录数据，填入表3。
在同一坐标上作出V-X曲线。
五、数据处理
1.5.1原始数据
表1.1涡流片为铁片数据
X/mm
2.3
2.5
2.7
2.9
3.1
3.3
3.5
3.7
3.9
Vo/V
0
0.38
0.65
0.88
1.08
1.28
1.47
1.66
1.83
X/mm
4.1
4.3
4.5
4.7
4.9
5.1
5.3
5.5
5.7
Vo/V
2.00
2.16
2.32
2.46
2.60
2.74
2.86
2.98
3.09
表1.2涡流片为铜片数据
X/mm
0.3
0.5
0.7
0.9
1.1
1.3
1.5
1.7
1.9
Vo/V
1.73
1.73
1.77
1.85
1.92
2.00
2.12
2.35
2.58
X/mm
2.1
2.3
2.5
2.7
2.9
3.1
3.3
3.5
3.7
Vo/V
2.79
2.97
3.14
3.28
3.42
3.53
3.64
3.73
3.82
表1.3涡流片为铝片数据
X/mm
0.5
0.7
0.9
1.1
1.3
1.5
1.7
1.9
2.1
Vo/V
2.02
2.02
2.09
2.17
2.25
2.32
2.46
2.68
2.89
X/mm
2.3
2.5
2.7
2.9
3.1
3.3
3.5
3.7
3.9
Vo/V
3.07
3.24
3.38
3.51
3.62
3.72
3.81
3.89
3.96
1.5.2数据处理
在此合电压-位移曲线如图1.2所示
图1.2实际测量曲线
根据最小二乘公式，将曲线拟合直线如下：
铁：
y=0.8699x-1.6772 r=0.9913
铜：
y=0.7118x+1.2636 r=0.9882
铝：
y=0.6582x+1.5020 r=0.9902
六、实验总结
实验2电容式传感器实验
一、实验目的
了解电容式传感器原理及位移测量的原理。
二、实验仪器
电容传感器实验模块
其余同实验1.
三、实验原理
差动式同轴变面积电容的两组电容片Cx1与Cx2作为双T电桥的两臂，当电容量发生变化时，桥路输出电压发生变化。
原理图如图2.1所示：
图2.1电容式传感器工作原理
四、实验步骤
1.用电源电缆连接电源和电容传感器实验模块（插孔在后侧板），其中电缆的橙蓝线为+12V，白蓝线为-12V，隔离皮（金色）为地。
2.观察电容传感器结构：
传感器由一个动极与两个定级组成，按图1接好实验线路，增益适当。
3.打开微机电源，用测微仪带动传感器动极位移至两组定极中间，调整调零电位器，此时模块电路输出为零。
4.前后位移动极，每次0.5mm，直至动静极完全重合为止，记录数据，作出电压-位移曲线。
五、数据处理
原始数据记录如表2-1，
表2.1电容式传感器电压位移对应变化原始数据
X/mm
12.5
12
11.5
11
10.5
10
9.5
9
8.5
8
7.5
7
6.5
Vo/mv
0.03
62
89.8
121.9
151.9
181.5
210
239
267
296
320
346
366
X/mm
6
5.5
5
4.5
4
3.5
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0
Vo/mv
373
379
380
382
370
353
346
343
341
326
313
300
332
X/mm
12.5
13
13.5
14
14.5
15
15.5
16
16.5
17
17.5
18
18.5
Vo/mv
0.01
-41.4
-67.1
-87
-103.4
-125.3
-147.3
-169.4
-174.7
-198.7
-228
-259
-274
X/mm
19
19.5
20
20.5
21
21.5
22
22.5
23
23.5
24
24.5
25
Vo/mv
-304
-309
-339
-370
-401
-430
-457
-485
-516
-544
-574
-600
-630
根据最小二乘法得到的拟合直线为
Y=-43.413x+530.02 r=0.9715
图样如2-2所示。
图2.2电容式传感器电压随位移变化图
六、实验总结
实验3PSD光电位置传感器实验
一、实验目的
了解PSD光电传感器原理及位移测量的原理
二、实验仪器
PSD光电位置传感器实验模块
PSD及激光器组件
其余设备与实验1、2一致.
三、实验原理
PSD（Positionsensitivedetector）是一种新型的横向光电效应器件，当入射光点照在光敏面上时由于光生载流子的流动产生光生电流I，经运算后即可知光点的位置。
工作原理如图3-1所示.
图3-1PSD器件工作原理
四、实验步骤
1.连接PSD及激光器组件的插头至PSD光电位置传感器实验模块的“激光”电源插孔；用电源电缆连接电源和PSD光电位置传感器实验模块（插孔在后侧板）；其中电缆的橙蓝线为+12V，白蓝线为-12V，隔离皮（金色）为地。
2.观察PSD器件及安装位置，激光器置于PSD组件中；调节反射体（被测物）与激光管的位置大约为70~80mm,PSD光电位置传感器实验模块上输出端Vout接电压表及示波器。
3.打开微机电源，激光束射到被测物体后其漫反射光经透镜聚焦入射PSD光敏面；调整发射头透镜或接收头透镜位置（位于PSD及激光器组件中），调整激光器的光点位置，以提高PSD器件的光电流输出。
4.调节位移装置，使光斑位于PSD光敏面中点（通过观察窗口确认），调节模块“增益”旋钮，用示波器观察，输出波形不应有自激；调节模块“调零”旋钮，使模块电路输出端Vout为零。
5.分别向前和向后位移被测体，每移动0.1mm记录一电压值，记入表1中，作出V-X曲线。
6.用遮挡物盖住观察窗口，使PSD器件不受背景光影响，重新进行位移测试，数据记入表2中。
五、数据处理
3.5.1原始数据记录
表3-1不遮挡观察口数据记录
X/mm
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
Vo/v
4.99
5.00
5.01
5.01
5.02
5.03
5.04
5.05
5.05
5.06
X/mm
1.0
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
Vo/v
5.07
5.09
5.10
5.11
5.12
5.14
5.14
5.15
5.15
5.16
X/mm
2.0
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8
2.9
Vo/v
5.17
5.18
5.19
5.20
5.21
5.22
5.23
5.24
5.25
5.26
X/mm
3.0
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8
3.9
Vo/v
5.27
5.28
5.29
5.30
5.31
5.32
5.33
5.34
5.35
5.36
X/mm
4.0
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
4.7
4.8
4.9
Vo/v
5.36
5.37
5.37
5.40
5.41
5.41
5.42
5.43
5.44
5.45
X/mm
5.0
5.1
5.2
5.3
5.4
5.5
5.6
5.7
5.8
5.9
Vo/v
5.46
5.47
5.47
5.48
5.49
5.50
5.50
5.52
5.53
5.55
表3-2遮挡观察口数据记录
X/mm
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
Vo/v
5.16
5.17
5.18
5.18
5.20
5.21
5.22
5.23
5.23
5.25
X/mm
1.0
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
Vo/v
5.26
5.27
5.28
5.29
5.29
5.30
5.30
5.32
5.33
5.35
X/mm
2.0
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8
2.9
Vo/v
5.36
5.37
5.37
5.38
5.39
5.40
5.41
5.42
5.43
5.44
X/mm
3.0
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8
3.9
Vo/v
5.44
5.45
5.46
5.47
5.49
5.50
5.51
5.52
5.53
5.53
X/mm
4.0
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
4.7
4.8
4.9
Vo/v
5.54
5.54
5.55
5.56
5.57
5.58
5.6
5.61
5.62
5.63
X/mm
5.0
5.1
5.2
5.3
5.4
5.5
5.6
5.7
5.8
5.9
Vo/v
5.64
5.65
5.66
5.66
5.67
5.68
5.69
5.69
5.71
5.72
3.5.2数据处理部分
根据最小二乘法，可得到：
y1=0.0944x+4.9852 r=0.999（不遮光）
y2=0.0945x+5.162 r=0.999（遮光）
图3-2不遮挡观测口条件下运算对比图样（完整）
图3-3不遮挡观测口条件下运算对比图样（局部放大）
遮光情况与上图相似，故不再赘言，只给出图3-4.
图3-4遮挡观测口条件下运算对比图样（完整）
六、实验总结
实验4超声测距实验
一、实验目的
略。
二、实验仪器
略。
三、实验原理
1.超声波特性：
超声波是一种频率高于20kHz，在弹性介质中传播的机械振荡。
其波长短，频率高，故它有其独特的特点。
2.绕射现象小，方向性好，能定向传播。
3.能量较高，穿透力强，在传播过程中衰减很小。
在水中可以比在空气或固体
中以更高的频率传的更远。
而且在液体里的衰减和吸收比较低。
4.能在异质界面产生反射、折射和波形转换。
5.超声波速度
超声波速度公式为：
式中：
r—气体定压热容与定容热容的比值，对空气为1.40
R—气体普适常量，8.314kg·mol-1·K-1
M—气体分子量，空气为28.8×10-3kg·mol-1
T—绝对温度，273K+T℃。
近似公式为：
V=V0+0.607×T℃
式中：
V0为零度时的声波速度332m/s；T为实际温度（℃）。
测距原理：
根据超声波在空气中的传播速度，通过相关电路得到发射波与接收波之间的时间，即可得到发射与接收之间的距离。
四、实验步骤
略。
五、实验数据处理
该实验之原始数据记录如下：
表4-1原始数据
距离/mm
0
50
100
150
200
250
300
数码管显示距离/mm
76
96
139
182
226
276
319
数码管显示时间/μs
251
318
461
606
752
917
1061
示波器测量时间/μs
267
326
469
612
757
923
1068
测量时温度/℃
21
21
21
21
21
21
21
计算距离/mm
92
112
162
211
261
318
368
距离/mm
350
400
450
500
550
600
数码管显示距离/mm
364
407
450
494
539
585
数码管显示时间/μs
1213
1355
1500
1646
1795
1969
示波器测量时间/μs
1221
1358
1508
1654
1799
1977
测量时温度/℃
21
21
21
21
21
21
计算距离/mm
421
468
520
570
620
681
解得：
绘制时间位移曲线如图4-1：
图4-1时间位移对比原始数据走势图
六、实验总结
升级会员 