直流激励时霍尔式传感器位移特性实验.doc

直流激励时霍尔式传感器位移特性实验一、实验目的：了解霍尔式传感器原理与应用。 二、基本原理：根据霍尔效应，霍尔电势UH=KHIB，当霍尔元件处在梯度磁场中运动时，它就可以进行位移测量。 三、需用器件与单元：霍尔传感器实验模板、霍尔传感器、直流源4V、15、测微头、数显单元。 四、实验步骤： 1、将霍尔传感器按图5-2安装。霍尔传感器与实验模板的连接按图5-3进行。1、3为电源4，2、4为输出。图5-2 霍尔传感器安装示意图2、开启电源，调节测微头使霍尔片在磁钢中间位置再调节RW1使数显表指示为零。图5-3 霍尔传感器位移 直流激励实验接线图3、旋转测微头向轴向方向推进，每转动0.2mm记下一个读数，直到读数近似不变，将读数填入表5-1。表5-1X(mm)00.20.40.60.81.01.21.41.61.8V(V)-0.966-0.978-0.984-0.988-0.993-0.997-1.001-1.006-1.010-1.015作出V-X曲线，计算不同线性范围时的灵敏度和非线性误差。用最小二乘法对实验数据进行处理，并绘出V-X曲线，程序如下：t=0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8;y=-0.966 -0.978 -0.984 -0.988 -0.993 -0.997 -1.001 -1.006 -1.010 -1.015;P,S = polyfit(t,y,1)t1=0:0.01:1.8;yi=polyval(P,t1);plot(t,y,k*,t1,yi,r)xlabel(X(mm);ylabel(V(V);legend(测量数据点,最小二乘拟合线)运行结果如下：P = -0.0248 -0.9715S = R: 2x2 double df: 8normr: 0.0069由结果知灵敏度为0.0248和非线性误差为0.69%V-X曲线结论：由上图知霍尔电压与推进距离为线性关系。五、思考题：1）本实验中霍尔元件位移的线性度实际上反映的是什么量的变化？2）请思考解释本实验中的“信号获取电路”的原理及电路参数。光纤传感器的位移特性实验一、 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：本实验采用的是导光型多模光纤，它由两束光纤组成Y型光纤，探头为半圆分布，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即探头，它与被测体相距，由光源发出的光通过光纤传到端部射出后再经被测体反射回来，由另一束光纤接收反射光信号再由光电转换器转换成电压量，而光电转换器转换的电压量大小与间距有关，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15V、反射面。四、实验步骤：1、根据图6-1安装光纤位移传感器，二束光纤插入实验板上光电变换座孔上。其内部已和发光管及光电转换管T相接。图6-1 光纤传感器安装示意图2、将光纤实验模板输出端V01与数显单元相连，见图6-2。图6-2 光纤传感器位移实验接线图 3、调节测微头，使探头与反射平板轻微接触。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9-1。表6-1光纤位移传感器输出电压与位移数据X(mm)00.510.80.8351.01.11.21.31.41.5V(v)00.2070.3250.350.390.440.4750.5180.5370.56用最小二乘法对实验数据进行处理，程序为：t=0.51 0.8 0.835 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5;y=0.207 0.325 0.35 0.39 0.44 0.475 0.518 0.537 0.56;P,S = polyfit(t,y,1)t1=0.5:01:1.5;yi=polyval(P,t1);plot(t,y,k*,t1,yi,r)xlabel(X(mm);ylabel(V(V);legend(测量数据点,最小二乘拟合线)运行结果为：P = 0.3607 0.0359S = R: 2x2 double df: 7normr: 0.0307量程1mm时灵敏度为3.3048和非线性误差为0.0307。光纤位移传感器的位移特性结论：由上图知光纤位移传感器输出电压与位移为线性关系。五、思考题：1）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：被测体表面必须足够光滑，能够形成镜面发射。2）请思考解释本实验中的“信号获取电路”的原理及电路参数。光纤传感器测速实验一、 实验目的：了解光纤位移传感器用于测量转速的方法。二、 基本原理：利用光纤位移传感器探头对旋转体被测物反射光的明显变化产生的电脉冲，经电路处理即可测量转速。三、 需用器件与单元：光纤传感器、光纤传感器实验模板、数显单元测转速档、直流源15V、转速调节2-24V，转动源单元。四、实验步骤：1、将光纤传感器按图4-5装于传感器支架上，使光纤探头与电机转盘平台中反射点对准。2、按图6-2，将光纤传感器实验模板输出V01与数显电压表VI端相接，接上实验模板上15V电源，数显表的切换开关选择开关拨到2V档。用手转动圆盘，使探头避开反射面（暗电流），合上主控箱电源开关，调节RW使数显表显示接近零（）。再用手转动圆盘，使光纤探头对准反射点，调节升降支架高低，使数显表指示最大，重复、步骤，直至两者的压差值最大，再将V01与转速频率数显表Fin输入端相接，数显表的波段开关拨到转速档。3、将转速调节2-24V，接入转动电源24V插孔上，使电机转动，逐渐加大转速源电压。使电机转速盘加快，固定某一转速观察并记下数显表上读数n1。注意：电机不可满量程24v供电。4、固定转速电压不变，将选择开关拨到频率测量档，测量频率记下频率读数，根据转盘上的测速点数折算成转速值n2。5、将实验步骤4与实验步骤3比较，以转速n1作为真值计算二种方法的测速误差（相对误差），相对误差r=(n1-n2)/n1)100%。表6-2控制速度的直流电机电压值（V）10.0611.0612.4213.1513.8415.1516.8218.0518.9319.55转速表示值（r/min）657075808590100105110115频率表示值（HZ）13141516171820212223=0%即相对误差为：0%对表中的数据进行最小二乘拟合，程序如下：t=10.06 11.06 12.42 13.15 13.84 15.15 16.82 18.05 18.93 19.55;y=65 70 75 80 85 90 100 105 110 115;y1=13 14 15 16 17 18 20 21 22 23;P,S = polyfit(t,y,1)E,D=polyfit(t,y1,1)t1=10:0.01:20;yi=polyval(P,t1);y1i=polyval(E,t1);plot(t,y,k*,t1,yi,r,t1,y1i,b)legend(测量数据点,转速,频率)控制速度的直流电机电压值与转速和频率的曲线图结论：控制速度的直流电机电压值与转速为线性关系，转速和频率为线性关系，因为转速的单位为r/min而频率的单位为/s，而且每个转盘上有12个反射点，这样60/12=5，即转速为频率的5倍。四、 思考题：测量转速时转速盘上反射（或吸收点）的多少与测速精度有否影响，你可以用实验来验证比较转盘上是一个黑点的情况。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、 基本原理：光电式转速传感器有反射型和直射型二种，本实验装置是反射型的，传感器部有发光管和光电管，发光管发出的光源在转盘上反射后由光电管接受转换成电信号，由于转盘有黑白相间的12个间隔，转动时将获得与转速及黑白间隔数有关的脉冲，将电脉计数处理即可得到转速值。三、 需用器件与单元：光电转速传感器、5V直流电源、转动源单元及转速调节2-24V、数显转速频率表。四、实验步骤：1、光电转速传感器安装如图4-5所示，在传感器支持架上光电转速传感器，调节高度，使传感器端面离平台表面2-3mm，将传感器引线分别插入相应插孔，其中红色接入直流电源+5V，黑色为接地端，蓝色输入主控箱Fin 。转速频率表置“转速”档。2、将转速调节2-24V接到转动源24V插孔上。注意：电机不可满量程24v供电。3、合上主控箱电源开关，使电机转动并从转速频率表上观察电机转速。如显示转速不稳定，可调节传感器的安装高度。表6-2控制速度的直流电机电压值（V）7.538.9310.4613.0213.9214.7016.0216.6817.3519.07转速表示值（r/min）6065809095105110115120125频率表示值（HZ）12131517192022232425=1.657%即相对误差为：1.657%对表中的数据进行最小二乘拟合，程序如下：t=7.53 8.93 10.46 13.02 13.92 14.70 16.02 16.68 17.35 19.07;y=60 65 80 90 95 105 110 115 120 125;y1=12 13 15 17 19 20 22 23 24 25;P,S = polyfit(t,y,1)E,D=polyfit(t,y1,1)t1=6:0.01:20;yi=polyval(P,t1);y1i=polyval(E,t1);plot(t,y,k*,t1,yi,r,t1,y1i,b)legend(测量数据点,转速,频率)控制速度的直流电机电压值与转速和频率的曲线图结论：控制速度的直流电机电压值与转速为线性关系，转速和频率为线性关系，因为转速的单位为r/min而频率的单位为/s，而且每个转盘上有12个反射点，这样60/12=5，即转速为频率的5倍。五、思考题：1）已进行的实验中用了多种传感器测量转速，试分析比较一下哪种方法最简单、方便。2）学生可以利用直射式光电转速传感器进行实验，需要制作透光型转速盘。