THSRZ-2传感器系统综合实验装置
实验三十六 光纤传感器位移特性实验
一、实验目的：
了解反射式光纤位移传感器的原理与应用。 二、实验仪器：
光纤位移传感器模块、Y型光纤传感器、测微头、反射面、直流电源、数显电压表。 三、实验原理：
反射式光纤位移传感器是一种传输型光纤传感器。其原理如图36-1所示：光纤采用Ｙ型结构，两束光纤一端合并在一起组成光纤探头，另一端分为两支，分别作为光源光纤和接收光纤。光从光源耦合到光源光纤，通过光纤传输，射向反射面，再被反射到接收光纤，最后由光电转换器接收，转换器接收到的光源与反射体表面的性质及反射体到光纤探头距离有关。当反射表面位置确定后，接收到的反射光光强随光纤探头到反射体的距离的变化而变化。显然，当光纤探头紧贴反射面时，接收器接收到的光强为零。随着光纤探头离反射面距离的增加，接收到的光强逐渐增加，到达最大值点后又随两者的距离增加而减小。反射式光纤位移传感器是一种非接触式测量，具有探头小，响应速度快，测量线性化（在小位移范围内）等优点，可在小位移范围内进行高速位移检测。
图36-1 反射式光纤位移传感器原理 图36-2 光纤位移传感器安装示意图 四、实验内容与步骤
1．光纤传感器的安装如图36-2所示，将Y型光纤安装在光纤位移传感器实验模块上。探头对准镀铬反射板，调节光纤探头端面与反射面平行，距离适中；固定测微头。接通电源预热数分钟。
2．将测微头起始位置调到14cm处，手动使反射面与光纤探头端面紧密接触，固定测微头。 3．实验模块从主控台接入±15V电源，打开实验台电源。
4．将模块输出“Uo”接到直流电压表（20V档），仔细调节电位器Rw使电压表显示为零。 5．旋动测微器，使反射面与光纤探头端面距离增大，每隔０.1ｍｍ读出一次输出电压Ｕ值， 填入下表36-1 X（mm） Uo(V) 五、实验报告
1．根据所得的实验数据，确定光纤位移传感器大致的线性范围，并给出其灵敏度和非线性误差。
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实验三十七 光纤传感器的测速实验
一、实验目的：
了解光纤位移传感器用于测转速的方法。 二、实验仪器：
光纤位移传感器模块、Y型光纤传感器、直流稳压电源、数显直流电压表、频率/转速表、转动源、示波器。 三、实验原理：
利用光纤位移传感器探头对旋转被测物反射光的明显变化产生电脉冲，经电路处理即可测量转速。
四、实验内容与步骤
1．将光纤传感器安装在转动源传感器支架上，使光纤探头对准转动盘边缘的反射点，探头距离反射点1mm左右（在光纤传感器的线性区域内）。
2．用手拨动一下转盘，使探头避开反射面（避免产生暗电流），接好实验模块±15V电源，模块输出Uo接到直流电压表输入。调节Rw使直流电压表显示为零。（Rw确定后不能改动）
3．将模块输出Uo接到频率/转速表的输入“fin”。
4．合上主控台电源，选择不同电源+4V、+6V、+8V、+10V、12V（±6）、16V（±8）、20V（±10）、24V驱动转动源，可以观察到转动源转速的变化。也可用示波器观测光纤传感器模块输出的波形。 驱动电压V(V) 4v 转速n(rpm) 五、实验报告
1．分析光纤传感器测量转速原理。
2．根据记录的驱动电压和转速，作V-n曲线。 六、注意事项
光纤请勿成锐角曲折，以免造成内部断裂，端面尤要注意保护，否则会光通量衰耗加大造成灵敏度下降。
6v 8v 10v 12v 16v 20v 24v
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实验三十八 光纤传感器测量振动实验
一、实验目的：
了解光纤传感器动态位移性能。 二、实验仪器：
光纤位移传感器、光纤位移传感器实验模块、振动源、低频振荡器、通信接口（含上位机软件）。
三、 实验原理：
利用光纤位移传感器的位移特性和其较高的频率响应，用合适的测量电路即可测量振动。 四、实验内容与步骤
1．接好模块±15V电源，模块输出示波器。振荡器的“Us2输出”接到振动源的“低频输入”端，并把Us2幅度调节旋钮打到3/4位置，Us2频率调节旋钮打到最小位置。光纤位移传感器安装如图38-1所示，光纤探头对准振动平台的反射面，并避开振动平台中间孔。
图38-1
2．打开实验台电源，调节Us2频率旋钮使振动源振幅达到最大（目测），调节传感器支架的高度使光纤传感器探头刚好不碰到振动平台。
3．将光纤传感器的另一端的两根光纤插到光纤位移传感器实验模块上，
4．改变Us2输出频率（用转速/频率表的转速档检测，注：转速档显示的也是频率，精度比频率档高），通过示波器观察输出波形，并记下输出波形及其幅值。 振动频率(Hz) Vp-p(V) 3 5 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 30 五、实验报告：
分析霍尔传感器测量振动的波形，作F-Vp-p曲线，找出振动源的固有频率 六、实验报告
激励信号频率达到振动源固有频率点附近可以多测量几个点
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实验三十九 光电转速传感器的转速测量实验
一、实验目的：
了解光电转速传感器测量转速的原理及方法。 二、实验仪器：
转动源、光电传感器、直流稳压电源、频率/转速表、示波器 三、实验原理：
光电式转速传感器有反射型和透射型二种，本实验装置是透射型的，传感器端部有发光管和光电池，发光管发出的光源通过转盘上的孔透射到光电管上，并转换成电信号，由于转盘上有等间距的6个透射孔，转动时将获得与转速及透射孔数有关的脉冲，将电脉计数处理即可得到转速值。
四、实验内容与步骤
1．光电传感器已安装在转动源上，如下图所示。+5V电源接到三源板“光电”输出的电源端，光电输出接到频率/转速表的“fin”。
2．打开实验台电源开关，用不同的电源驱动转动源转动，记录不同驱动电压对应的转速，填入下表，同时可通过示波器观察光电传感器的输出波形。
图39-1 驱动电压V(V) 4v 转速n(rpm) 五、实验报告
1．根据测的驱动电压和转速，作V-n曲线。并与其他传感器测得的曲线比较。
6v 8v 10v 12v 16v 20v 24v 实验四十 磁敏元件转速测量实验
一、实验目的
了解半导体磁敏传感器的原理与应用。 二、实验仪器
磁敏传感器、转动源、应变传感器模块、±15V稳压电源、数显单元
三、实验原理
磁场中运动的载流子因受到劳伦兹力的作用而发生偏转。载流子运动方向的偏转起了加大电阻的作用。磁场越强，增大电阻的作用就越强。外加磁场使半导体（或导体）的电阻随磁场增大而增加的现象称为磁阻效应。
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由于霍尔电场的作用抵消了劳伦兹力，使载流子恢复直线运动方向。但导体中导电的载流子运动速度各不相同，有的快，有的慢，形成一定分布，所以霍尔电场力和劳伦兹力在总的效果上使横向电流抵消掉。对个别载流子来说，只有具有某一特定速度的那些载流子真正按直线运动，比这一速度快或慢的载流子仍然会发生偏转，因此在霍尔电场存在的情况下，磁阻效应仍然存在，只是被大大的削弱了。为了获得大的磁阻效应，就要设法消除霍尔电场的影响。
（a） （b） （c） 图40-1 电子运动轨迹的偏移
如图40-1（a）L>>W的纵长方形片,由于电子的运动偏向一侧,必然产生霍尔效应，当霍尔电场施加的电场力和磁场对电子施加的劳伦兹力平衡时,电子的运动轨迹就不再偏移，所以片中段的电子运动方向与L平行，只有两端才有所偏移，这样，电子的运动路径增长并不多，电阻加大也不多.
图40-1（b）L< 图40-1（c）是按图40-1（b）的原理把多个横长方形片串联而成，片和片之间的金属导体包霍尔电压短路掉，使之不能形成电场，于是电子的运动总是偏转的，电阻增加的比较多。 本实验所采用的传感器是一钟N型的InSb半导体材料做成的磁阻器件。在其背面加了一偏置磁场，所以，当被检测铁磁性物质或磁钢经过其检测区域时，MR1和MR2处的磁场先后增大从而导致MR1和MR2的阻值先后增大，如在①、③两端加电压±Vcc，则②端输出一正弦波。为了克服其温度特性不好的缺陷，采用两个磁阻器件串联以抵消其温度影响。 图40-2 四、实验内容与步骤 1．将磁敏传感器安装在传感器支架上，使传感器探头底部距离转盘的距离约1~2mm左右 45 天煌科技 天煌教仪