1、使 用 說 明CSY10A傳感器系統實驗儀是用于檢測類課程教學實驗的多功能教學儀器。其特點是集被測體、各種傳感器、信號激勵源、處理電路和顯示器于一體，可以組成一個完整的測試系統。通過實驗指導書所提供的實驗舉例，能完成包含光、磁、電、溫度、位移、振動、轉速等內容的測試實驗。通過這些實驗，實驗者可對各種不同的傳感器及測量電路原理和組成有直觀的感性認識，并可在本儀器上開發出新的實驗內容。實驗儀主要由實驗工作臺、處理電路、信號與顯示電路三部分組成。實驗儀的傳感器配置及布局是：一、位于儀器頂部的實驗工作臺部分，左邊是一副平行式懸臂梁，梁上裝有應變式、熱敏式、熱電式、P-N結溫度式和壓電加速度五種傳感器。

2、平行梁上梁的上表面和下梁的下表面對應地貼有八片應變片，受力工作片分別用符號 和 表示。其中六片為金屬箔式片（BHF-350）。橫向所貼的兩片為溫度補償片，用符號 和 表示。片上標有“BY”字樣的為半導體式應變片，靈敏系數130。熱敏式：上梁表面裝有玻璃珠狀的半導體熱敏電阻MF-51，負溫度系數，25時阻值為810K。P-N結溫度式：根據半導體P-N結溫度特性所制成的具有良好線性范圍的集成溫度傳感器。壓電加速度式：位于懸臂梁自由端部，由PZT-5雙壓電晶片、銅質量塊和壓簧組成，裝在透明外殼中。實驗工作臺左邊是由裝于機內的另一副平行梁帶動的圓盤式工作臺。圓盤周圍一圈安裝有（依逆時針方向）電感式（差

3、動變壓器）、電容式、磁電式、霍爾式、電渦流式、壓阻式等傳感器。電感式（差動變壓器）：由初級線圈Li和兩個次級線圈L。繞制而成的空心線圈，圓柱形鐵氧體鐵芯置于線圈中間，測量范圍10mm。電容式：由裝于圓盤上的一組動片和裝于支架上的兩組定片組成平行變面積式差動電容，線性范圍3mm。磁電式：由一組線圈和動鐵（永久磁鋼）組成，靈敏度0.4V/m/s。霍爾式：半導體霍爾片置于兩個半環形永久磁鋼形成的梯度磁場中，線性范圍3mm。電渦流式：多股漆包線繞制的扁平線圈與金屬渦流片組成的傳感器，線性范圍1mm。光電式傳感器裝于電機側旁。兩副平行式懸臂梁頂端均裝有置于激振線圈內的永久磁鋼，右邊圓盤式工作臺由“激振I

4、”帶動，左邊平行式懸臂梁由“激振II”帶動。為進行溫度實驗，左邊懸臂梁之間裝有電加熱器一組，加熱電源取自15V直流電源，打開加熱開關即能加熱,工作時能獲得高于溫度30左右的升溫。以上傳感器以及加熱器、激振線圈的引線端均位于儀器下部面板最上端一排。實驗工作臺上還裝有測速電機一組及控制、調速開關。兩支測微頭分別裝在左、右兩邊的支架上。二、信號及儀表顯示部分：位于儀器上部面板低頻振蕩器：130Hz輸出連續可調，Vp-p值20V，最大輸出電流1.5A，Vi端插口可提供用作電流放大器。音頻振蕩器：0.4KHz10KHz輸出連續可調，Vp-p值20V，180、0為反相輸出，Lv端最大功率輸出1.5A。直流

5、穩壓電源：15V，提供儀器電路工作電源和溫度實驗時的加熱電源，最大輸出1.5A。2V10V，檔距2V，分五檔輸出，提供直流信號源，最大輸出電流1.5A。12 數字式電壓/頻率表：3 位顯示，分2V、20V、2KHz、20KHz四檔，靈敏度50mV，頻率顯示5Hz20KHz。指針式直流毫伏表：測量范圍500Mv、50mV、5mV三檔，精度2.5%。三、處理電路：位于儀器下部面板電橋：用于組成應變電橋，面板上虛線所示電阻為虛設，僅為組橋提供插座。R1、R2、R3為350標準電阻，WD為直流調節電位器，WA為交流調節電位器。差動放大器：增益可調直流放大器，可接成同相、反相、差動結構，增益1-100倍

6、。光電變換器：提供光纖傳感器紅外發射、接收、穩幅、變換，輸出模擬信號電壓與頻率變換方波信號。四芯航空插座上裝有光電轉換裝置和兩根多模光纖（一根接收，一根發射）組成的光強型光纖傳感器。電容變換器：由高頻振蕩、放大和雙T電橋組成。移相器：允許輸入電壓20Vp-p，移相范圍40（隨頻率不同有所變化）。相敏檢波器：集成運放極性反轉電路構成，所需最小參考電壓0.5Vp-p，允許最大輸入電壓20Vp-p。電荷放大器：電容反饋式放大器，用于放大壓電加速度傳感器輸出的電荷信號。渦流變換器：變頻式調幅變換電路，傳感器線圈是三點式振蕩電路中的一個元件。溫度變換器（信號變換器）：根據輸入端熱敏電阻值、光敏電阻及P-

7、N結溫度傳感器信號變化輸出電壓信號相應變化的變換電路。低通濾波器：由50Hz陷波器和RC濾波器組成，轉折頻率35Hz左右。使用儀器時打開電源開關，檢查交、直流信號源及顯示儀表是否正常。儀器下部面板左下角處的開關控制處理電路的工作電源，進行實驗時請勿關掉。指針式毫伏表工作前需輸入端對地短路調零，取掉短路線后指針有所偏轉是正常現象，不影響測試。實驗時請非常注意實驗指導書中實驗內容后的“注意事項”，要在確認接線無誤的情況下開啟電源，盡量避免電源短路情況的發生，加熱時“15V”電源不能直接接入應變片、熱敏電阻和熱電偶。實驗工作臺上各傳感器部分如相對位置不太正確可松動調節螺絲稍作調整，原則上以按下振動梁

8、松手，周邊各部分能隨梁上下振動而無碰擦為宜。附件中的稱重平臺是在實驗工作臺左邊的懸臂梁旁的測微頭取開后裝于頂端的永久磁鋼上方，銅質砝碼（20克/個）做稱重實驗之用。實驗開始前請檢查實驗連接線是否完好，以保證實驗順利進行。本實驗儀需防塵，以保證實驗接觸良好，儀器正常工作溫度-1040。實驗一箔式應變片性能單臂電橋一、實驗目的：1 觀察了解箔式應變片的結構及粘貼方式。2 測試應變梁變形的應變輸出。3 比較各橋路間的輸出關系。二、實驗原理：本實驗說明箔式應變片及單臂直流電橋的原理和工作情況。應變片是最常用的測力傳感元件。當用應變片測試時，應變片要牢固地粘貼在測試體表面，當測件受力發生形變，應變片的敏

9、感柵隨同變形，其電阻值也隨之發生相應的變化。通過測量電路，轉換成電信號輸出顯示。電橋電路是最常用的非電量電測電路中的一種，當電橋平衡時，橋路對臂電阻乘積相等，電橋輸出為零，在橋臂四個電阻R1、R2、R3、R4中，電阻的相對變化率分別為R1R1、R2R2、R3R3、R4R4，當使用一個應變片時，；當二個應變片組成差動狀態工作，則有；用四個應變片組成二個差動對工作，且R1R2R3R4R，。由此可知，單臂，半橋，全橋電路的靈敏度依次增大。三、實驗所需部件：直流穩壓電源（4V檔）、電橋、差動放大器、箔式應變片、懸臂梁、稱重砝碼、電壓表。四、實驗步驟： 1調零。開啟儀器電源，差動放大器增益置100倍（順

10、時針方向旋到底），“、”輸入端用實驗線對地短路。輸出端接數字電壓表，用“調零”電位器調整差動放大器輸出電壓為零，然后拔掉實驗線。調零后電位器位置不要變化。如需使用毫伏表，則將毫伏表輸入端對地短路，調整“調零”電位器，使指針居“零”位。拔掉短路線，指針有偏轉是有源指針式電壓表輸入端懸空時的正常情況。調零后關閉儀器電源。2按圖將實驗部件用實驗線連接成測試橋路。橋路中R1、R2、R3、和WD為電橋中的固定電阻和直流調平衡電位器，R為應變片（可任選上、下梁中的一片工作片）。直流激勵電源為4V。4V RR24V R3 R1WDV3確認接線無誤后開啟儀器電源，并預熱數分鐘。調整電橋WD電位器，使測試系統輸

11、出為零。4在懸臂梁稱重平臺上依次放上砝碼(20g/個)，進行上述實驗）。砝碼g電壓V根據表中所測數據計算靈敏度S，SVW，并在坐標圖上做出VW關系曲線。五、注意事項： 1實驗前應檢查實驗接插線是否完好，連接電路時應盡量使用較短的接插線，以避免引入干擾。 2接插線插入插孔，以保證接觸良好，切忌用力拉扯接插線尾部，以免造成線內導線斷裂。 3穩壓電源不要對地短路。實驗二 箔式應變片三種橋路性能比較一、實驗目的：4 觀察了解箔式應變片的結構及粘貼方式。5 測試應變梁變形的應變輸出。6 比較各橋路間的輸出關系。二、實驗原理：說明實際使用的應變電橋的性能和原理。已知單臂、半橋和全橋電路的R分別為R/R、2

12、RR、4RR。根據戴維南定理可以得出測試電橋的輸出電壓近似等于1/4ER，電橋靈敏度KuVRR，于是對應于單臂、半橋和全橋的電壓靈敏度度分別為1/4E、1/2E和E.。由此可知，當E和電阻相對變化一定時，電橋及電壓靈敏度與各橋臂阻值的大小無關。三、實驗所需部件直流穩壓電源（4V檔）、電橋、差動放大器、箔式應變片、懸臂梁、稱重砝碼、電壓表。四、實驗步驟： 1在完成實驗一的基礎上，不變動差動放大器增益和調零電位器，依次將圖（1）中電橋固定電阻R1、R2、R3換成箔式應變片，分別接成半橋和全橋測試系統。2重復實驗一中34步驟，測出半橋和全橋輸出電壓并列表，計算靈敏度。3在同一坐標上描出VW曲線，比較

13、三種橋路的靈敏度，并做出定性的結論。五、注意事項： 1應變片接入電橋時注意其受力方向，一定要接成差動形式。2直流激勵電壓不能過大，以免造成應變片自熱損壞。實驗三半導體應變計性能一、實驗目的：了解半導體應變計的靈敏度和溫度效應。二、實驗原理：由于材料的阻值，則, 當應變，靈敏度; 對于箔式應變片，K箔12，主要是由形變引起。對于半導體應變計，K半（/）/,主要由電阻率變化引起。由于半導體材料的“壓阻效應”特別明顯，可以反映出很微小的形變，所以K半要大于K箔，但是受溫度影響大。2V RRWDVR2V圖（4）三、實驗所需部件：直流穩壓電源、電橋、差動放大器、半導體應變計、測微頭、電壓表、溫度計（可用

14、儀器中的PN結溫度傳感器或熱電偶作測溫參考）。四、實驗步驟：1按圖（4）接線，R是半導體應變計，另一臂電阻是電橋上固定電阻。開啟電源后預熱數分鐘。2按單臂電橋實驗步驟調整懸臂梁位置，調整系統輸出，用測微頭進行位移，記錄V，X數據，（每次移動0.5mm）作出VX曲線，求出靈敏度。3重新調整測試系統輸出為零。記錄加溫前的工作溫度T。4打開“加熱”開關，觀察隨溫度升高系統輸出電壓溫漂情況。待電壓穩定后測得溫升，求出系統的溫漂VT。X(mm)V(v)五、注意事項：此實驗中直流激勵電壓只能用2V，以免引起半導體自熱。實驗四光電傳感器轉速測試一、實驗目的：了解光電開關的原理和應用。二、實驗原理：光電開關由

15、紅外發射、接收及整形電路組成，為遮斷式工作方式。三、實驗所需部件： 光電傳感器、光電變換器、測速電機及轉盤、電壓頻率表2KHZ檔、示波器。四、實驗步驟：1光電傳感器“光電”端接光電變換器 端，“光電輸出”須先接入“轉速信號入”端，經整形電路輸出，在“轉速信號出”端口讀取頻率信號。VF端接示波器和電壓頻率表2KHZ。2 安裝好光電傳感器位置，勿與轉盤盤面相擦。 3開啟電源，打開電機開關，調節電機轉速。用示波器觀察光電轉換器VF端（轉速信號出端），并讀出波形頻率，與頻率表所示頻率比較。 4電機轉速方波頻率2 5將一較強光源照射儀器轉盤上方，觀察測試方波是否正常。 6由此可以得出結論，光電開關受外界

16、影響較小，工作可靠性較高。實驗五 電容式傳感器位移測量一、實驗目的掌握電容式傳感器的工作原理和測量方法。二、實驗原理電容式傳感器有多種形式，本儀器中是差動平行變面積式。傳感器由兩組定片和一組動片組成。當安裝于振動臺上的動片上、下改變位置，與兩組靜片之間的相對面積發生變化，極間電容也發生相應變化，成為差動電容。如將上層定片與動片形成的電容定為CX1，下層定片與動片形成的電容定為CX2，當將CX1和CX2接入雙T型橋路作為相鄰兩臂時，橋路的輸出電壓與電容量的變化有關，即與振動臺的位移有關。三、實驗所需部件CX2電容變換器 低 通 差放 電壓表CX1電容傳感器、電容變換器、差動放大器、低通濾波器、低頻振蕩器、測微頭。四、實驗步驟 1按上圖接線，電容變換器和差動放大器的增益適度。2裝上測微頭，帶