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《传感器报告》word版 本文简介：东北大学《传感器技术与应用》实验报告指导老师：王旗班级：材料物理0901学号：20090883姓名：周裴同作者：周小东电容式传感器的位移特性一、实验目的：了解电容式传感器结构及其特点。二、基本原理：利用平板电容C＝εA／d和其它结构的关系式通过相应的结构和测量电路可以选择ε、A、d中三个参数中，保持
《传感器报告》word版 本文内容：
东
北
大
学
《传感器技术与应用》实验报告
指导老师：王旗
班级：材料物理0901
学号：20090883
姓名：周裴
同作者：周小东
电容式传感器的位移特性
一、
实验目的：了解电容式传感器结构及其特点。
二、
基本原理：利用平板电容C＝εA／d和其它结构的关系式通过相应的结构和测量电路可以选择ε、A、d中三个参数中，保持二个参数不变，而只改变其中一个参数，则可以有测谷物干燥度（ε变）测微小位移（变d）和测量液位（变A）等多种电容传感器。
三、
需用器件与单元：电容传感器、电容传感器实验模板、测微头、相敏检波、滤波模板、数显单元、直流稳压源。
四、
实验步骤：
1、
按图1－1安装示意图将电容传感器装于电容传感器实验模板上，判别CX1和CX2时，注意动极板接地，接法正确则动极板左右移动时，有正、负输出。不然得调换接头。一般接线：二个静片分别是1号和2号引线，动极板为3号引线。
2、
将电容传感器电容C1和C2的静片接线分别插入电容传感器实验模板Cx1、Cx2插孔上，动极板连接地插孔（见图1－3）。
图1－3电容传感器位移实验接线图
3、
将电容传感器实验模板的输出端Vo1与数显表单元Vi相接（插入主控箱Vi孔），Rw调节到中间位置。
4、
接入±15V电源，旋动测微头推进电容器传感器动极板位置，每间隔0.2mm记下位移X与输出电压值，填入表1－2。
表1－2
电容传感器位移与输出电压值
X(mm)
V(mv)
5、
根据表1－2数据计算电容传感器的系统灵敏度S和非线性误差δf。
电容式传感器位移特性曲线数据记录
X/mm
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
V/mv
1.61
1.6
1.58
1.57
1.55
1.52
1.51
1.47
1.6
1.8
2
2.2
2.4
2.6
2.8
3
1.45
1.41
1.38
1.35
1.31
1.27
1.24
1.2
3.2
3.4
3.6
3.8
4
4.2
4.4
4.6
1.16
1.12
1.08
1.04
1
0.96
0.92
0.88
4.8
5
5.2
5.4
5.6
5.8
6
6.2
0.83
0.79
0.75
0.7
0.65
0.6
0.55
0.5
6.4
6.6
6.8
7
7.2
7.4
7.6
7.8
0.45
0.4
0.36
0.32
0.27
0.22
0.17
0.12
8
8.2
8.4
8.6
8.8
9
9.2
9.4
0.07
0.02
-0.02
-0.07
-0.12
-0.22
-0.27
-0.32
9.6
9.8
10
10.2
10.4
10.6
10.8
11
-0.38
-0.43
-0.48
-0.54
-0.59
-0.64
-0.7
-0.75
11.2
11.4
11.6
11.8
12
12.2
-0.81
-0.86
-0.92
-0.98
-1.03
-1.09
图像
数据处理
灵敏度K=Δy/Δx=—0.23
非线性误差δf=ΔLmax/yfs×100%=0.1/2.7×100%=4%
五
思考题：
试设计利用ε的变化测谷物湿度的传感器原理及结构？能否叙述一下在设计中应考虑哪些因素？
答：传感器原理：当此传感器放在谷物里面时，根据谷物的呼吸作用，用传感器检测呼吸作用的水分程度，从而判断出谷物的湿度。
考虑因素：感应器是否于谷物接触的充分、谷物分布的是否均匀等。
电涡流传感器的位移特性
一、
实验目的：了解电涡流传感器测量位移的工作原理和特性。
二、
基本原理：通过高频电流的线圈产生磁场，当有导电体接近时，因导电体涡流效应产生涡流损耗，而涡流损耗与导电体离线圈的距离有关，因此可以进行位移测量。
三、
需用器件与单元：电涡流传感器实验模板、电涡流传感器、直流电源、数显单元、测微头、铁圆片。
四、
实验步骤：
1、
根据图1-4安装电涡流传感器。
图1-4
电涡流传感器安装示意图
图1-5电涡流传感器位移实验接线图
2、
观察传感器结构，这是一个平绕线圈。
3、
将电涡流传感器输出线接入实验模板上标有L的两端插孔中，作为振荡器的一个元件。
4、
在测微头端部装上铁质金属圆片，作为电涡流传感器的被测体。
5、
将实验模板输出端Vo与数显单元输入端Vi相接。数显表量程切换开关选择电压20V档。。
6、
用连结导线从主控台接入15V直流电源接到模板上标有＋15V的插孔中。
7、
使测微头与传感器线圈端部接触，开启主控箱电源开关，记下数显表读数，然后每隔0.2mm读一个数，直到输出几乎不变为止。将结果列入表1-3。
表1-3电涡流传感器位移X与输出电压数据
X（mm）
V(v)
8、
根据表1-3数据，画出V－X曲线，根据曲线找出线性区域及进行正、负位移测量时的最佳工作点，试计算量程为1mm、3
mm及5mm时的灵敏度和线性度（可以用端基法或其它拟合直线）
数据记录
铝盘
X(mm）
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
V(v)
2.07
2.71
3.27
3.77
4.24
4.62
4.97
5.28
1.6
1.8
2
2.2
2.4
2.6
2.8
3
5.53
5.77
5.97
6.14
6.3
6.44
6.57
6.67
3.2
3.4
3.6
3.8
4
4.2
4.4
4.6
6.77
6.81
6.93
7
7.06
7.11
7.16
7.2
4.8
5
5.2
5.4
5.6
5.8
6
6.2
7.24
7.28
7.31
7.33
7.35
7.38
7.4
7.42
6.4
6.6
6.8
7
7.2
7.4
7.6
7.8
7.44
7.45
7.47
7.48
7.49
7.5
7.51
7.52
8
8.2
8.4
8.6
8.8
9
9.2
9.4
7.53
7.54
7.55
7.56
7.57
7.58
7.59
7.59
9.6
7.59
铁盘
X（mm）
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
V（v)
-0.06
-0.08
-0.05
0.12
0.5
0.82
1.14
1.47
1.6
1.8
2
2.2
2.4
2.6
2.8
3
1.79
2.11
2.43
2.74
3.05
3.33
3.62
3.88
3.2
3.4
3.6
3.8
4
4.2
4.4
4.6
4.14
4.39
4.62
4.82
5.02
5.2
5.38
5.53
4.8
5
5.2
5.4
5.6
5.8
6
6.2
5.68
5.82
5.93
6.06
6.17
6.27
6.37
6.45
6.4
6.6
6.8
7
7.2
7.4
7.6
7.8
6.54
6.61
6.68
6.74
6.8
6.85
6.9
6.95
8
8.2
8.4
8.6
8.8
9
9.2
6.98
7.02
7.06
7.1
7.13
7.14
7.14
铜盘
X/mm
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
V/v
1.42
1.52
1.98
2.51
3.04
3.5
3.92
1.4
1.6
1.8
2
2.2
2.4
2.6
2.8
4.33
4.66
4.98
5.25
5.49
5.72
5.9
6.08
3
3.2
3.4
3.6
3.8
4
4.2
4.4
6.23
6.36
6.49
6.59
6.68
6.77
6.85
6.92
4.6
4.8
5
5.2
5.4
5.6
5.8
6
6.98
7.04
7.09
7.13
7.18
7.21
7.25
7.28
6.2
6.4
6.6
6.8
7
7.2
7.4
7.6
7.3
7.33
7.35
7.38
7.39
7.41
7.43
7.44
7.8
8
8.2
8.4
8.6
8.8
9
9.2
7.46
7.47
7.49
7.5
7.51
7.52
7.54
7.54
小铝盘
X/mm
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
V/v
3.31
3.62
3.97
4.3
4.71
5.07
5.45
1.4
1.6
1.8
2
2.2
2.4
2.6
2.8
5.66
5.98
6.18
6.35
6.55
6.65
6.8
6.91
3
3.2
3.4
3.6
3.8
4
4.2
4.4
6.99
7.09
7.14
7.22
7.27
7.31
7.36
7.39
4.6
4.8
5
5.2
5.4
5.6
5.8
6
7.43
7.46
7.48
7.51
7.52
7.55
7.56
7.57
6.2
6.4
6.6
6.8
7
7.58
7.59
7.6
7.61
7.61
图像
数据处理
铝盘
灵敏度K=Δy/Δx=2.55
非线性误差δf=ΔLmax/yfs×100%=0.07/2.55×100%=3%
灵敏度K=Δy/Δx=1.47
非线性误差δf=ΔLmax/yfs×100%=0.75/4.6×100%=16%
灵敏度K=Δy/Δx=0.91
非线性误差δf=ΔLmax/yfs×100%=1.45/5.21×100%=28%
铜盘
灵敏度K=Δy/Δx=2.2
非线性误差δf=ΔLmax/yfs×100%=0.20/2.08×100%=10%
灵敏度K=Δy/Δx=1.71
非线性误差δf=ΔLmax/yfs×100%=0.50/4.81×100%=10%
灵敏度K=Δy/Δx=1.14
非线性误差δf=ΔLmax/yfs×100%=1.03/5.67=18%
铁盘
灵敏度K=Δy/Δx=0.90
非线性误差δf=ΔLmax/yfs×100%=0.18/0.88×100%=20%
灵敏度K=Δy/Δx=1.45
非线性误差δf=ΔLmax/yfs×100%=0.45/3.94×100%=11%
灵敏度K=Δy/Δx=1.32
非线性误差δf=ΔLmax/yfs×100%=0.45/5.88×100%=8%
小铝盘
灵敏度K=Δy/Δx=1.77
非线性误差δf=ΔLmax/yfs×100%=0.04/1.76×100%=2.3%
灵敏度K=Δy/Δx=1.27
非线性误差δf=ΔLmax/yfs×100%=0.44/3.68×100%=12%
灵敏度K=Δy/Δx=0.79
非线性误差δf=ΔLmax/yfs×100%=-0.92/4.17×100%=-22%
五
思考题：
1、
电涡流传感器的量程与哪些因素有关，如果需要测量±5mm的量程应如何设计传感器？
2、
用电涡流传感器进行非接触位移测量时，如何根据量程使用选用传感器。
3、
被测体材质对电涡流传感器特性有无影响？
4、
被测体面积大小对电涡流传感器特性有无影响？
答：1）电涡流的量程与金属导体的电阻率c，厚度t，线圈的励磁电流角频率ω以及线圈与金属块之间的距离x等参数有关。
2）电涡流传感器对金属材料的成分比较敏感，一般来说电涡流传感器擅长微小位移的检测，最大量程一般在几毫米的最常用，如果量程较大，则分辨率下降，线圈直径也较大。
3）有影响。因为对于不同的金属，电阻率和磁导率不同，因此对于电涡流效应的强弱也有着不同程度的影响，进而对电涡流传感器的输出特性也存在影响。
4）有影响。因为被测体面积不同，同样对电涡流效应的强弱有不同的影响，从而影响传感器的输出特性。
光纤传感器的位移特性
一、
实验目的：了解光纤位移传感器的工作原理和性能。
二、
基本原理：本实验采用的是传光型光纤，它由两束光纤混合后，组成Y型光纤，半园分布即双D型一束光纤端部与光源相接发射光束，另一束端部与光电转换器相接接收光束。两光束混合后的端部是工作端亦称探头，它与被测体相距X，由光源发出的光纤传到端部出射后再经被测体反射回来，另一束光纤接收光信号由光电转换器转换成电量，而光电转换器转换的电量大小与间距X有关，因此可用于测量位移。
三、
需用器件与单元：光纤传感器、光纤传感器实验模板、数显单元、测微头、直流源、反射面。
四、
实验步骤：
1、
根据图1-6安装光纤位移传感器，二束光纤插入实验板上的座孔上。其内部已和发光管D及光电转换管T
相接。
图1-6光纤传感器安装示意图
2、
将光纤实验模板输出端VO1与数显单元相连，见图1-7。
图1-7光纤传感器位移实验接线图
3、
调节测微头，使探头与反射面圆平板接触。
4、
实验模板接入±15V电源，合上主控箱电源开关，调RW、使数显表显示为零。
5、
旋转测微头，被测体离开探头，每隔0.1mm读出数显表值，将其填入表1-4。
表1-4光纤位移传感器输出电压与位移数据
X（mm）
V(v)
6、
根据表9－1数据，作光纤位移传感器的位移特性，计算在量程1mm时灵敏度和非线性误差。
数据记录
X/mm
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
V/v
0
0.12
0.24
0.36
0.48
0.62
0.76
0.89
0.8
0.9
1
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1
1.07
1.17
1.27
1.39
1.43
1.48
1.53
1.6
1.7
1.8
1.9
2
2.1
2.2
2.3
1.58
1.63
1.67
1.69
1.7
1.67
1.64
1.61
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8
2.9
3
3.1
1.58
1.54
1.51
1.47
1.46
1.42
1.38
1.34
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8
3.9
1.3
1.27
1.24
1.21
1.18
1.14
1.11
1.08
4
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
4.7
4.8
1.05
1.02
0.99
0.96
0.93
0.91
0.89
0.87
0.85
4.9
5
5.1
5.2
5.3
5.4
5.5
5.6
0.83
0.8
0.77
0.74
0.73
0.71
0.69
0.67
5.7
5.8
5.9
6
6.1
6.2
6.3
6.4
0.65
0.64
0.63
0.62
0.61
0.6
0.59
0.58
6.5
6.6
6.7
6.8
6.9
7
7.1
7.2
0.57
0.56
0.55
0.54
0.53
0.52
0.51
0.5
7.3
7.4
7.5
7.6
7.7
7.8
7.9
8
0.49
0.48
0.47
0.46
0.45
0.44
0.43
0.42
8.1
8.2
8.3
8.4
8.5
0.41
0.4
0.4
0.39
0.39
图像
量程1mm
灵敏度K=Δy/Δx=1.2
非线性误差δf=ΔLmax/yfs×100%=-0.04/1.17×100%=3%
五
思考题：
光纤位移传感器测位移时对被测体的表面有些什么要求？
答：光纤传感器是通过收集被测物体反射回来的光，并将反射回来的光信号转换为电信号，所以被测物体表面粗糙程度要均匀。
光敏传感器：
一、
实验目的：了解光敏传感器的实验原理和特性。
二、
实验原理：光敏电阻是利用半导体的光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改变的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。光敏电阻器一般用于光的测量、光的控制和光电转换（将光的变化转换为电的变化）。
光敏电阻的符号如图所示：
三、
需要器件：光电管、光电倍增管、光敏电阻、光敏三极管、光电耦合器、太阳能电池、红外线传感器、紫外线传感器、光纤式光电传感器、色彩传感器、CCD和CMOS图像传感器等。
四、
实验现象：观察实验可知，随着入射光的增强，引起光敏电阻的变小，电压变大。
实验总结：这学期我学习了《传感器技术与应用》这门课程，通过这次传感器技术的实验,使我学到了不少实用的知识,更重要的是,做实验的过程,思考问题的方法,这与做其他的实验是通用的,真正使我受益匪浅.，在这次实验中，我学到很多东西，加强了我的动手能力，并且培养了我的独立思考能力。特别是在做实验报告时，因为在做数据处理时出现很多问题，如果不解决的话，将会很难的继续下去。通过本门课程实验，以下能力得到了较大的提高：
1、了解常用传感器的原理和应用，以及传感器使用的注意事项及各种测试中不同传感器的选择方法。
2、
培养具有综合应用相关知识来解决测试问题的基础理论；
3、
培养在实践中研究问题，分析问题和解决问题的能力；
可能这次实验做得不太完美，但是我相信以后的实验学习过程中，我的表现会越来越好。