自动检测技术实验报告实验一 金属箔式应变片性能实验——单臂、半桥、全桥电路性能比较一、实验目的：1． 观察了解箔式应变片的结构及粘贴方式。

2． 测试应变梁形变的应变输出。

3． 比较各种桥路的性能（灵敏度）。

二、实验原理：应变片是最常用的测力传感元件，当用应变片测试时，应变片要牢固地粘贴在测试体表面，当测件受力发生形变, 应变片的敏感栅随同变形，其电阻值也随之发生相应的变化。

通过测量电路，转换成电信号输出显示。

电桥电路是最常见的非电量电测电路中的一种，当电桥平衡时，桥路对臂电阻乘积相等，电桥输出为零，在桥臂四个电阻R 1、R 2、R 3、R 4中，电阻的相对变化率分别为44332211R R R R R R R R ∆∆∆∆、、、，当使用一个应变片时，∑∆=RR ；当二个应变片组成差动状态工作，则有∑∆=RR R 2；用四个应变片组成二个差动对工作，且∑∆=====RRR R R R R R 4,4321。

根据戴维南定理可以得出测试电桥的输出电压近似等于1/4 • E •ΣR ，电桥灵敏度R R V K u//∆=，于是对应于单臂、半桥、全桥的电压灵敏度分别为1/4E 、1/2E 和E 。

由此可知，当E 和电阻相对变化一定时，电桥及电压灵敏度与各桥臂阻值的大小无关，单臂、半桥、全桥电路的灵敏度依次增大。

三、实验所需部件：直流稳压电源（V 4 档）、电桥、差动放大器、金属箔式应变片、测微头、电压表。

四、实验接线图：图（1） 五、实验步骤：1、调零。

开启仪器电源，差动放大器增益置100倍（顺时针方向旋到底），“+，-”输入端用实验线对地短路。

输出端接数字电压表，用“调零”电位器调整差动放大器输出电压为零，然后拔掉实验线。

调零后电位器位置不要变化。

如需使用毫伏表，则将毫伏表输入端对地短路，调整“调零”电位器，使指针居“零”位。

拔掉短路线，指针有偏转是有源指针式电压表输入端悬空时的正常情况。

调零后关闭仪器电源。

2、按图（1）将实验部件用实验线连接成测试桥路，单臂桥路中R 2、R3、R 4和W D 为电桥中的固定电阻和直流调平衡电位器，R 1为应变片（可任选上、下梁中的一片工作片）。

直流激励电源为±4V ；半桥桥路中R 1和R 2为箔式应变片，R 3、R 4仍为固定电阻；全桥桥路中R 1、R 2、R 3、R 4全部使用箔式应变片。

在接半桥、全桥桥路时应特别注意其应变片的受力方向，一定要接成差动形式。

3、调节测微头，使悬臂梁处于基本水平状态。

4、确认接线无误后开启仪器电源，并预热数分钟。

5、调整电桥电位器W D ，使测试系统输出为零。

6、旋动测微头，带动悬臂梁分别作向上和向下的运动，以水平状态下输出电压为零，向上和向下移动各5mm ，测微头每移动0.5mm 记录一个差动放大器输出电压值，并列表。

根据表中所测数据计算灵敏度S ，S = △V ／△X ，并在一个坐标图上做出V-X 关系曲线。

比较三种桥路的灵敏度，并作出定性的结论。

六、实验数据分析：实验所得数据如下表所示：根据表中所测数据，在一个坐标图上做出V-X 关系曲线图，如下图：+4V-4V全臂半臂单臂根据S=△V／△X，分别计算灵敏度，得：S全=△U／△X =0.00059S半=△U／△X =0.00044S单=△U／△X =0.00015实验结论：当E和电阻相对变化一定时，电桥及电压灵敏度与各桥臂阻值的大小无关，单臂、半桥、全桥电路的灵敏度依次增大。

实验二差动螺管式电感传感器位移测量一、实验目的：了解差动螺管式电感传感器位移测量地方法。

二、实验原理：利用差动变压器的两个次级线圈和衔铁组成。

衔铁和线圈的相对位置变化引起螺管线圈电感值的变化。

次级两个线圈必须呈差动状态连接，当衔铁移动时将使一个线圈电感增加，而另一线圈电感减小。

三、实验所需部件：差动变压器、音频振荡器、电桥、差动放大器、移相器、相敏检波器、低通滤波器、电压表、示波器、测微头。

四、实验步骤：1.差动变压器两个次级线圈组成差动状态，按图（6）接线，音频振荡器LV端做为恒流源供电，差动放大器增益适度。

差动变压器的两个线圈和电桥上的两个固定电阻R组成电桥的四臂，电桥的作用是将电感变化转换成电桥电压输出。

2、旋动测微头使衔铁在线圈中位置居中，此时L0′=L0″，系统输出为零。

3、当衔铁上、下移动时，L0′≠L0″，电桥失衡就有输出，大小与衔铁位移量成比例，相位则与衔铁移动方向有关，衔铁向上移动和向下移动时输出波形相位相差约1800，由于电桥输出是一个调幅波，因此必须经过相敏检波器后才能判断电压极性，以衔铁位置居中为起点，分别向上、向下各位移2mm，记录V，X值，做出V—X曲线，求出灵敏度。

图（6）五、实验数据分析及结果：位移mm 0.00 0.25 0.50 0.75 1.00 1.25 1.50 1.75 2.00电压V 0.00 5.76 6.12 6.42 6.71 7.31 7.45 8.00 8.78位移mm 0.00 -0.25 -0.50 -0.75 -1.00 -1.25 -1.50 -1.75 -2.00电压V 0.00 -5.80 -6.08 -6.38 -6.74 -7.27 -7.43 -7.97 -8.82 根据所得数据，制得X-U曲线图如下：根据实验数据及X-U图可求得灵敏度：S=△U/△X=0.00235实验三电涡流式传感器的静态标定一、实验目的：了解电涡流传感器的结构、原理、工作特性。

二、实验原理：电涡流式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，与其平行的金属片上产生电涡流，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）、激励源已确定，并保持环境温度不变，阻抗Z只与X距离有关。

将阻抗变化经涡流变换器变换成电压V输出，则输出电压是距离X的单值函数。

三、实验所需部件：电涡流线圈、金属涡流片、电涡流变换器、测微头、示波器、电压表。

四、实验步骤：1、安装好电涡流线圈和金属涡流片，注意两者必须保持平行。

安装好测微头，按图（1）连接好电路，将电涡流线圈接入涡流变换器输入端。

涡流变换器输出端接电压表20V 档。

2、开启仪器电源，用测微头将电涡流线圈与涡流片分开一定距离。

此时输出端有一电压值输出。

用示波器接涡流变换器输入端观察电涡流传感器的高频波形，信号频率约为1MHZ 。

3、用测微头带动振动平台使平台线圈完全贴紧金属涡流片，此时涡流变换器输出电压为零。

涡流变换器中的振荡电路停振。

4、旋动测微头使平面线圈离开金属涡流片，从电压表开始有读数起每位移0.25mm 记录一个读数，并用示波器观察变换器的高频振动波形，同时每位移0.25mm 从示波器读出对应的频率f 。

将V 、f 、X 数据填入表格，分别作出V －X 曲线和f —X 曲线，指出线性范围，求出灵敏度。

五、实验数据分析：实验测得数据如下表所示：X mm 0.00 0.25 0.50 0.75 1.00 1.25 1.50 1.75 2.00 2.25 2.50 2.75 3.00 U V 0.00 0.89 1.20 1.47 1.76 2.04 2.29 2.54 2.77 2.98 3.18 3.38 3.40 f MHz1.211.191.171.161.151.141.131.121.101.051.001.001.00根据所得数据分别绘制U-X 和f-X 曲线图如下图所示：U-X曲线00.511.522.533.540.250.50.7511.25 1.5 1.7522.25 2.5 2.7533.25X/mmU /V根据曲线图求出灵敏度：S=△U／△X= 0.001由U-X曲线图可知线性范围是：0.30 mm < X < 2.75 mm六、本实验注意事项:当涡流变换器接入电涡流线圈处于工作状态时，接入示波器会影响线圈的阻抗，使变换器的输出电压减少，或是传感器在初始状态有一死区。

实验四霍尔式传感器的直流激励特性一、实验目的：了解霍尔式传感器的结构、工作原理，学会用霍尔式传感器做静态位移测试。

二、实验原理：霍尔式传感器是由两个环形磁钢组成梯度磁场和位于梯度磁场中的霍尔元件组成。

当霍尔元件通以恒定电流时，霍尔元件就有电势输出。

霍尔元件在梯度磁场中上、下移动时，输出的霍尔电势V取决于其在磁场中的位移量X，所以测得霍尔电势的大小便可以获知霍尔元件的静位移。

三、实验所需部件：直流稳压电源、电桥、霍尔传感器、差动放大器、电压表、测微头。

图（8）四、实验步骤：1、按图（8）接线，装上测微头，调节振动圆盘上、下位置，使霍尔元件位于梯度磁场中间位置。

开启电源，调节测微头和电桥W D ，使差放输出为零。

上、下移动振动台，使差放正负电压输出对称。

2、上、下移动测微头各4.0mm ，每变化0.5mm 读取相应的电压值，并记入下表，作出V-X 曲线，求出灵敏度及线性。

五、实验所得数据处理及分析：X(mm) 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 U （v ） 0.02 0.82 1.78 2.70 3.46 4.21 4.85 5.40 5.97 X(mm) 0.0 -0.5 -1.0 -1.5 -2.0 -2.5 -3.0 -3.5 -4.0 U （v ）-0.02-0.79-1.68-2.50-3.20-3.72-4.13-4.44-4.69由上表数据作出U-X 曲线图如下：U-X曲线-6-5-4-3-2-10123456-4.5-4-3.5-3-2.5-2-1.5-1-0.500.511.522.533.544.5X/mmU /V根据所得数据及图形求出灵敏度：S=△U ／△X =0.0013六、本实验注意事项：直流激励电压须严格限定在±2V ，绝对不能任意加大，以免损坏霍尔元件。

实验五 光纤传感器位移、转速测量一、实验原理：1、位移测量反射式光纤位移传感器的工作原理如图（7）所示，光纤采用Y 型结构，两束多模光纤一端合并组成光纤探头，另一端分为两束，分别作为接收光纤和光源光纤，光纤只起传输信号的作用。

当光发射器发生的红外光，经光源光纤照至反射体，被反射的光经接收光纤至光电转换元件将接收到的光信号转换为电信号。

其输出的光强决定于反射体距光纤探头的距离，通过对光强的检测而得到位移量。

图（7）反射式光纤位移传感器原理图及输出特性曲线2、转速测量当光纤探头与反射面的相对位置发生周期性变化，光电变换器输出电量也发生相应的变化，经V / F电路变换，成方波频率信号输出。

二、实验所需部件：光纤、光电变换器、低频振荡器、示波器、测微头、反射片、支架、电压/ 频率表、测速电机及转盘。