长春理工大学光电工程学院
传感与检测技术
实验指导书
2006年9月
目 录
CSY10B型 ........................................................................................................................1 实验一 金属箔式应变片――单臂电桥性能实验.............................................................1 实验二 箔式应变片三种桥路性能比较 ............................................................................3 实验三 差动变压器的性能实验 ....................................................................................5 实验四 差动变压器零残电压的补偿..................................................................................7 实验五 差动变压器的应用——位移测量...........................................................................8 实验六 差动变压器的应用——振动测量......................................................................9 实验七 电容式传感器位移测量实验 .............................................................................. 10 实验八 霍尔式传感器位移测量实验................................................................................ 11 实验九 光纤传感器实验 ............................................................................................. 12
9-1 位移测量和振动实验 .......................................................................................... 12 9-2 光纤传感器―转速测量 ..................................................................................... 13 实验十 衍射光栅栅距的测定......................................................................................... 14 实验十一 光栅位移测量 .................................................................................................. 15 实验十二 热敏电阻测温实验 ...................................................................................... 16 实验十三 热电偶测温实验 ......................................................................................... 17 CSY2001B型、CSY-2000C型传感器系统实验仪 ............................................................. 18 实验一 金属箔式应变片——单臂电桥性能实验.............................................................. 18 实验二 金属箔式应变片三种桥路性能比较 ..................................................................... 20 实验三 差动变压器的性能实验 ....................................................................................... 23 实验四 差动变压器零残电压的补偿................................................................................ 25 实验五 差动变压器的应用——位移测量......................................................................... 26 实验六 差动变压器的应用——振动测量实验 ................................................................. 27 实验七、电容式传感器的位移测量实验 .......................................................................... 30 实验八 霍尔式传感器位移测量实验................................................................................ 32 实验九 光纤传感器实验 .................................................................................................. 33
9-1 位移和振动测量实验 ......................................................................................... 33 9-2 转速测量实验..................................................................................................... 34 附表： ............................................................................................................................. 36
CSY10B型
实验一 金属箔式应变片――单臂电桥性能实验
一、实验目地：
1． 观察了解箔式应变片的结构及粘贴方式。 2． 了解金属箔式应变片的应变效应。 3． 掌握单臂电桥工作原理和性能。 二、实验原理：
本实验说明箔式应变片及单臂直流电桥的原理和工作情况。
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。
电桥电路是最常用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R1、R2、R3、R4中，电阻的相对变化率分别为 △R1／R1、△R2／R2、△R3／R3、△R4／R4，当使用一个应变片时，R变片组成差动状态工作，则有RR2＝R3＝R4＝R，R4ΔRR2ΔRRΔRR；当二个应
；用四个应变片组成二个差动对工作，且R1＝
。
由此可知，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（±4V档）、直流电位器、差动放大器、箔式应变片、双孔悬臂梁、称重砝码（每个重20g）、电压表。 四、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。
＋4V R R2 ＋ V
WD －
－4V R3 R1
图 （1）
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2．按图（1）将实验部件用实验线连接成测试桥路。桥路中R1、R2、R3、和WD为电桥中的固定电阻和直流调平衡电位器，R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。
3．确认接线无误后开启仪器电源，并预热数分钟。 4．调整电桥WD电位器，使测试系统输出为零。
5．向托盘中放置砝码，每放置一个砝码，记录一次差动放大器输出电压值，直到10个砝码（200g）加完为止，然后逐个取下砝码，每取下一个，记录一次输出电压值，直到托盘上的砝码个数为零，按下表格式记录数据。
重量W（g） 电压V（V） 重量W（g） 电压V（V） 0 200 20 180 40 160 60 140 80 120 100 100 120 80 140 60 160 40 180 20 200 0 6．重复4、5步骤，再记录两组数据。 根据表中所测数据计算灵敏度Ku，Ku＝△V／△W，计算线性误差：LV/yFS100%，式中V为输出值（多次测量时为平均值）与拟合直线的最大偏
差，yF*S 满量程输出平均值，此处为200g时的输出电压值，在坐标图上做出V－W关系曲线。 五、思考题：
1．如何验证桥路的重复性和迟滞特性？结合上面的V－W关系曲线计算重复性误差和迟滞误差？
2．单臂电桥时，作为桥臂电阻应变片应选用：（1）正（受拉）应变片（2）负（受压）应变片（3）正、负应变片均可以。 六、注意事项：
1．实验前应检查实验接插线是否完好，连接电路时应尽量使用较短的接插线，以避免引入干扰。
2．接插线插入插孔，以保证接触良好，，切忌用力拉扯接插线尾部，以免造成线内导线断裂。
3．稳压电源不要对地短路。
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实验二 箔式应变片三种桥路性能比较
一、实验目的：
比较半桥、全桥与单臂电桥的不同性能，了解其各自特点。
二、实验原理：
已知单臂、半桥和全桥电路的∑R分别为△R/R、2△R／R、4△R／R。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·∑R，电桥灵敏度Ku＝V／△R／R，于是对应于单臂、半桥和全桥的电压灵敏度度分别为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。 三、实验所需部件
直流稳压电源（±4V档）、电桥、差动放大器、箔式应变片、双孔悬臂梁、称重砝码、电压表。
四、实验步骤：
1．在完成实验一的基础上，不变动差动放大器增益和调零电位器，依次将图（1）中电桥固定电阻R1、R2、R3换成箔式应变片，分别接成半桥和全桥测试系统。
2．确认接线无误后开启仪器电源，并预热数分钟。 3．调整电桥WD电位器，使测试系统输出为零。
4．向托盘中放置砝码，每放置一个砝码，记录一次差动放大器输出电压值，直到10个砝码（200g）加完为止，按下表格式记录数据。 重量W（g） 电压V（V） 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 2．重复3－4步骤，测出半桥和全桥输出电压并列表，计算灵敏度。 3．在同一坐标上描出三种桥路的V－X曲线，结合实验一比较三种桥路的灵敏度，并做出定性的结论。 五、注意事项：
1．应变片接入电桥时注意其受力方向，一定要接成差动形式。
2．直流激励电压不能过大，以免造成应变片自热损坏。 六、思考题：
1．如果电桥的相对臂R2=R1，R3=R，而R1R3，R2R，能否构成一个全桥？ 2．半桥测量时两片不同受力状态的电阻应变片接入电桥时，应放在：（1）对边（2）邻边 3．桥路（差动电桥）测量时存在非线形误差，是因为：（1）电桥测量原理上存在非线性（2）应变片应变效应是非线性的（3）调零值不是真正的零。 4．某工程技术人员在进行材料拉力测试时在棒材上贴了两组应变片，如下图所示，如何利用这四片电阻应变片组成电桥，是否需要外加电阻？
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图 （2）
4
实验三 差动变压器的性能实验
一、实验目的：
了解差动变压器的基本结构及原理，通过实验验证差动变压器的基本特性。 二、实验原理：
差动变压器由衔铁、初级线圈、次级线圈和线圈骨架等组成。初级线圈做为差动变压器激励用，相当于变压器的原边，次级线圈由两个结构尺寸和参数相同的线圈反相串接而成，相当于变压器的副边。差动变压器是开磁路，工作是建立在互感基础上的。其原理及输出特性见图（3） R2 Ma Lo R 1 Lv LKLo 5KHZ 第二通道 R3
示波器 Mb 第一通道
图（3） 图（4）
三、实验所需部件：
差动变压器、直流电位器、音频振荡器、测微头、示波器。 四、实验步骤：
1．按图（4）接线，差动变压器初级线圈必须从音频振荡器LV端功率输出，双线示波器第一通道灵敏度500mv/格，第二通道10mv／格。
2．音频振荡器输出频率5KHZ，输出值VP－P 2V。
3．用手提压变压器磁芯，观察示波器第二通道波形是否能过零翻转，如不能则改变两个次级线圈的串接端。
4．旋动测微头，带动差动变压器衔铁在线圈中移动，从示波器中读出次级输出电压VP－P值，读数过程中应注意初、次级波形的相位关系。 5．仔细调节测微头使次级线圈的输出波形至不能再小，这就是零点残余电压。可以看出它与输入电压的相位差约为π／2，是基频分量。
6．根据表格所列结果，画出Vop-p－X曲线，指出线性工作范围。 位移mm 电压V 五、思考题： 1．用差动放大器测量较高频率的振幅，如频率为1KHZ的振动幅值，可以吗？差动变压器测量振动频率的上限受什么限制？
5
2．试分析差动变压器与普通的电源变压器有何异同？ 六、注意事项：
示波器第二通道为悬浮工作状态。
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实验四 差动变压器零残电压的补偿
一、实验目的：
由于零残电压的存在会造成差动变压器零点附近的不灵敏区，如此电压经过放大器还会使放大器未级趋向饱和，影响电路正常工作，因此必须采用适当的方法进行补偿抵消。 二、实验原理：
零残电压中主要包含两种波形成份：
1．基波分量。这是由于差动变压器二个次级绕组因材料或工艺差异造成等效电路参数（M、L、R）不同，线圈中的铜损电阻及导磁材料的铁损，线圈中线间电容的存在，都使得激励电流与所产生的磁通不同相。
2．高次谐波。主要是由导磁材料磁化曲线非线性引起，由于磁滞损耗和铁磁饱和的影响，使激励电流与磁通波形不一致，产生了非正弦波（主要是三次谐波）磁通，从而在二次绕组中感应出非正弦波的电动势。
减少零残电压的办法有：（1）从设计和工艺制作上尽量保证线路和磁路的对称。（2）采用相敏检波电路。（3）选用补偿电路。 三、实验所需部件：
差动变压器、电桥、音频振荡器、示波器、差动放大器。 四、实验步骤：
1．根据图（5）接线。示波器第一通道500mv/格，第二通道1V／格，差动放大器增益100倍，音频LV端输出VP－P值2V。
10KHWD WA － Z ＋ R Vρ-ρ2V 第一通道
图（5）
2．调节测微头带动衔铁在线圈中运动，使差动放大器输出电压最小，调整电桥网络，使输出更趋减小。如果补偿效果不好则可在电桥交流插口另并联一个数μf的电容。
3．提高示波器第二通道灵敏度，将零残电压波形与激励电压波形比较。 五、注意事项：
由于补偿线路要求差动变压器输出必须悬浮，所以需用差动放大器将次级的双端输出转换为单端输出，以便示波器观察。
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实验五 差动变压器的应用——位移测量
一、实验目的：
了解差动变器位移测量系统的组成以及差动变压器的标定方法。 二、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。
移相器
Φ1
Φ2 音频振荡器 相敏 低通 电压表
－ V ＋ LV WD － WA 差放
R
图（6）
三、实验步骤：
1．按图（6）接线，差动放大器增益适度，音频振荡器LV端输出5KHZ，VP-P值2V。
2．调节电桥WD、WA电位器，调节测微头带动衔铁改变其在线圈中的位置，使系统输出为零。
3．旋动测微头使衔铁在线圈中上、下有一个较大的位移，用电压表和示波器观察系统输出是否正负对称(如有削波现象则应减小差动放大器增益)。如不对称则需反复调节衔铁位置和电桥、移相器，做到正负输出对称。
4．旋动测微头，带动衔铁向上5mm，向下5mm位移，每旋一周（0.5mm）记录一电压值并填入表格。
位移mm 电压V 位移mm 电压V 0 0 0.5 -0.5 1.0 -1.0 1.5 -1.5 2.0 -2.0 2.5 -2.5 3.0 -3.0 3.5 -3.5 4.0 -4.0 4.5 -4.5 5.0 -5.0 四、注意事项： 系统标定需调节电桥、移相器、衔铁三者位置，正确的调节方法是：在步骤1、2之后用手将衔铁压至线圈最底部，调节移相器，用示波器两个通道观察相敏检波器①、②端口，当两端口波形正好为同相或反相时恢复衔铁位置，这样才能做到系统输出灵敏度最高并正负对称。
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实验六 差动变压器的应用——振动测量
一、实验目的：
了解差动变压器的测量振动的方法。 二、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。 三、实验步骤：
1． 按图（5）接线，调节好系统各部分。 2．低频振荡器接入“激振I”，使振动圆盘保持适当振幅。
3．维持低频振荡器输出幅度不变，用示波器观察低通滤波器的输出，电压／频率表2KHZ档接低频输出端，改变振荡频率从5HZ30HZ，读出Vop-p值，填入下表：
f(HZ) 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 18 20 30 Vop- p 4．根据实验结果做出振动台的振幅――频率特性曲线，指出自振频率。 四、思考题：
1．如果用直流电压表来读数，需增加那些测量单元，测量线路该如何？ 2．利用差动变压器测量振动，在应用上有些什么限制？ 五、注意事项：
1．仪器中两副悬臂梁的固有频率因尺寸不同而不同。
2．衔铁位置可松开支架上小螺丝稍做上、下调节。
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实验七 电容式传感器位移测量实验
一、实验目的
掌握电容式传感器的工作原理和位移测量方法。 二、实验原理
电容式传感器有多种形式，本仪器中是差动平行变面积式。传感器由两组定片和一组动片组成。当安装于振动台上的动片上、下改变位置，与两组静片之间的相对面积发生变化，极间电容也发生相应变化，成为差动电容。如将上层定片与动片形成的电容定为CX1，下层定片与动片形成的电容定为CX2，当将CX1和CX2接入双T型桥路作为相邻两臂时，桥路的输出电压与电容量的变化有关，即与振动台的位移有关。 三、实验所需部件
电容传感器、电容变换器、差动放大器、低通滤波器、低频振荡器、测微头。 电容变换器 低 通 差放 电压表 CX1 －
＋
CX2
图（7）
四、实验步骤
1．按图（7）接线，电容变换器和差动放大器的增益适度。
2．装上测微头，带动振动台位移，使电容动片位于两静片中，此时差动放大器输出应为零。
3．以此为起点，向上和向下位移电容动片，每次0.5mm，直至动片与一组静片全部重合为止。记录数据，并作出V—X曲线，求得灵敏度。 X(mm) „„ -1.5 -1.0 -0.5 0 0.5 1.0 1.5 „„ V(v) 4．低频振荡器输出接“激振I”端，移开测微头，适当调节频率和振幅，使差放输出波形较大但不失真，用示波器观察波形。 五、思考题：
试设计利用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那些因素？
六、注意事项
1．电容动片与两定片之间的片间距离须相等，必要时可稍做调整。位移和振动时均应避免擦片现象，否则会造成输出信号突变。
2．如果差动放大器输出端用示波器观察到波形中有杂波，请将电容变换器增益进一步减小。
3.由于悬臂梁弹性恢复的滞后，进行反相采集时测微仪虽然回到起始位置，但系统输出电压可能并不回到零，此时可反向位移悬臂梁使输出电压过零后再回起始位置，待系统输出为零后进行反方向的采集。
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实验八 霍尔式传感器位移测量实验
一、实验目的：
了解霍尔式传感器的结构、工作原理，学会用霍尔传感器做静态位移测试。 二、实验原理：
霍尔式传感器是由工作在两个环形磁钢组成的梯度磁场和位于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。 2V 差放 电压表
－ ＋ WD
R
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。差动放大器增益适度。开启电源，调节电桥WD，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3.5mm，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。 X(mm) -3.5 „„ -1.5 -1.0 -0.5 0 0.5 1.0 1.5 3.5 „„ V(v) 五、思考题： 霍尔元件的两对电极可不可以互换使用，即激励电极作输出，而霍尔电极作激励电源的输入？为什么？ 六、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。
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实验九 光纤传感器实验
9-1 位移测量和振动实验
一、实验目的： 了解光纤位移传感器的工作原理和性能。 二、实验原理：
反射式光纤位移传感器的工作原理如图（9）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，在传感系统中，一支为接收光纤，另一支为光源光纤，光纤只起传输信号的作用。当光发射器发生的红外光，经光源光纤照射至反射体，被反射的光经接收光纤至光电转换器，光电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置量。 接收光纤 △X 反 射光源光纤 体
X 位移0 1 2 3 4 5 6 7 mm
图（9）反射式光纤位移传感器原理图及输出特性曲线
三、实验所需部件：
光纤、光电转换器、光电变换器、低频振荡器、示波器、电压表、支架、反射片、测微头。
四、实验步骤：
1．观察光纤结构：本仪器中光纤探头为半圆型结构，由数百根光导纤维组成，一半为光源光纤，一半为接收光纤。
2．将原装在电涡流线圈支架上的电涡流线圈取下，装上光纤探头，探头对准镀铬反射片（即电涡流片）。
3．振动台上装上测微头，开启电源，光电变换器Vo端接电压表。旋动测微头，带动振动平台，使光纤探头端面紧贴反射镜面（必要时可稍许调整探头角度），此时Vo输出为最小。然后旋动测微头，使反射镜面离开探头，每隔0.25mm取一Vo电压值填入下表，直到测量数据没有大的变化为止，作出V－X曲线。
„X 0 0.25 0.5 0.75 1.0 1.25 1.5 1.75 2.0 2.25 2.5 2.75 3.0 3.25 3.5 3.75 „ V 得出输出电压特性曲线如图(9)所示，分前坡和后坡，通常测量是采用线性较好的前坡。
4．振动实验：将测微头移开，振动台处于自由状态，根据V－X曲线选取前坡中点位置装好光纤探头。将低频振荡器输出接“激振I”，调节激振频率和幅度，使振动台保持
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输出电压（V） 适当幅度的振动（以不碰到光纤探头为宜）。用示波器观察Vo端电压波形。并用电压／频率表2K档读出振动频率。 五、思考题： 光纤位移传感器侧位移时对被测物体表面有什么要求？ 六、注意事项： 1．光电变换器工作时Vo最大输出电压以2V左右为好，如增益过高可能导致FO端无法读取频率值，可通过调节增益电位器控制。
2． 实验时请保持反射镜片的洁净与光纤端面的垂直度。
3．工作时光纤端面不宜长时间直照强光，以免内部电路受损。 4．注意背景光对实验的影响,光纤勿成锐角曲折。
5．每台仪器的光电转换器都是与仪器单独调配的，请勿互换使用，光电转换器应与仪器编号配对，以保证仪器正常使用。
9-2 光纤传感器―转速测量
一、实验目的： 了解光纤位移传感器用于测量转速的方法。 二、实验原理：
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。 三、实验所需部件：
光纤、光电变换器、测速电机及转盘、电压／频率表、示波器。 四、实验步骤：
1．继实验9-1，将光纤探头转一角度置于测速电机上方，并调整探头高度使其距转盘面1mm左右，光纤探头以对准转盘边缘内3mm处为宜。
3． 光电变换器Fo端分别接电压／频率表2KHZ档和示波器DC档。开启电机开关，调节转盘转速，用示波器观察输出波形并读出频率。（CSY10型）
4． CSY10A、CSY10B型实验仪：测转速时“光纤输出”“光电输出”须先接入“转速信号入”端，经整形电路输出，在“转速信号出”端口读取频率信号。
电机转速＝Fo端方波频率除以2（每周两个方波信号） 五、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。 六、注意事项：
1．光纤探头在支架上固定时应保持与转盘面平行，切不可相擦，以免使光纤端面受损。
2． 电机开关平时应置关闭状态，以保证稳压电源正常工作。 3． 实验时应避免强光直接照射转盘盘面，以免造成测试误差。
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实验十 衍射光栅栅距的测定
一、实验目的： 了解光栅的结构及光栅距的测量方法。 二、实验所需部件： 光栅、激光器、直尺与投射屏（自备）。 三、实验步骤：
1、 激光器放入光栅正对面的激光器支座中，接通激光电源后调节使光点对准光栅中点
后用紧定螺丝固定。
2、 在光栅后方安放好投射屏，观察到一组有序排列的衍射光斑，与激光器正对的光斑
为中央光斑，依次向两侧为一级、二级、三级„衍射光斑。如图（10）所示。请观察光斑的大小及光强的变化规律。
3、 根据光栅衍射规律，光栅距D与激光波长λ、衍射距离L、中央光斑与一级光斑的
间距S存在下列的关系：
LSS22D
（式中单位：L、S为mm，λ为nm, D为μm）
根据此关系式，已知固体激光器的激光波长为650nm，用直尺量得衍射距离L、光斑距S，即可求得实验所用的光栅的光栅距。
4、 尝试用激光器照射用做莫尔条纹的光栅，测定光栅距，了解光斑间距与光栅距的关
系。
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实验十一 光栅位移测量
一、实验目的： 了解光栅测量位移的原理及方法。 二、实验原理：
如果把两块光栅距相等的光栅平行安装，并且使光栅刻痕相对保持一个较小的夹角θ时，透过光栅组可以看到一组明暗相间的条纹，即为莫尔条纹。莫尔条纹的宽度B为：
B=P/sinθ 其中P为光栅距。
光栅刻痕重合部分形成条纹暗带，非重合部分光线透过则形成条纹亮带。光栅莫尔条纹的两个主要特征是：
判向作用：当指示光栅相对于固定不动的主光栅左右移动时，莫尔条纹将沿着近于栅线的方向上下移动，由此可以确定光栅移动的方向。
位移放大作用：当指示光栅沿着与光栅刻线垂直方向移动一个光栅距D时，莫尔条纹移动一个条纹间距B，当两个等距光栅之间的夹角θ较小时，指示光栅移动一个光栅距D，莫尔条纹就移动KD的距离。K=B/D≈1/θ。B=D/2sinθ/2≈d/θ，这样就可以把肉眼看不见的栅距位移变成清晰可见的条纹位移，实现高灵敏的位移测量。
二、实验所需部件：
光栅组、移动平台 四、实验步骤：
1、安装好主光栅与指示光栅，使两光栅保持平行，光栅间间隙要尽量小，微调主光栅角度，使莫尔条纹清晰可见，用紧定螺丝固定光栅好光栅的相对位置。
2、旋动移动平台螺旋测微仪，向前或向后，观察莫尔条纹上下移动与指示光栅位移方向的关系。
3、人工微位移测量：当指示光栅位移一个光栅距时，莫尔条纹就移动一个条纹距。调节位移平台，仔细记数条纹移动数目，根据实验十测得的光栅距，与位移条纹数相乘，此即为指示光栅的位移距离，实验时可与螺旋测微仪的转动刻度相对照。（事实上光栅莫尔条纹记数所测得的位移精度可以远高于螺旋测微仪的精度）。
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实验十二 热敏电阻测温实验
一、实验目的： 了解热敏电阻电阻测量温度的方法及特性。 二、实验原理：
用半导体材料制成的热敏电阻具有灵敏度高，可以应用于各领域的优点，热电偶一般测高温时线性较好，热敏电阻则用于200℃以下温度较为方便，本实验中所用热敏电阻为负温度系数。温度变化时热敏电阻阻值的变化导致运放组成的压/阻变换电路的输出电压发生相应变化。
三、实验所需部件：
热敏电阻、温度变换器、电压表、温度计（可用仪器中的P－N结温度传感器或热电偶作测温参考）。 四、实验步骤：
1．观察装于悬臂梁上封套内的热敏电阻，将热敏电阻接入温度变换器Rt端口，调节“增益”旋钮，使加热前电压输出Vo端电压值尽可能大但不饱和。用温度计测出环境温度To 并记录。
2. 打开加热器（CSY2001B和CSY-2000C型实验仪将电热炉温度设定为70℃），观察温度的温升和温度变换器Vo端的输出电压的变化情况，每升温1℃记录一个电压值，待电压稳定后记下最终温度T，一直到温度不再升高为止。 To(℃) „ Vo (V) 根据表中数据作出V－T曲线，求出灵敏度S。 S＝△V／△T 3．负温度系数热敏电阻的电阻温度特性可表示为：
Rt ＝ Rto exp Bn (1/T – 1/To)
式中Rt、Rto分别为温度T、To时的阻值，Bn为电阻常数，它与材料激活能有关，一般情况下，Bn=20006000K，在高温时使用，Bn值将增大。
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实验十三 热电偶测温实验
一、实验目的：
观察了解热电偶的结构，熟悉热电偶的工作特性，学会查阅热电偶分度表。 二、实验原理：
热电偶的基本工作原理是热电效应，当其热端和冷端的温度不同时，即产生热电动势。通过测量此电动势即可知道两端温差。如固定某一端温度（一般固定冷端为室温或0℃），则另一端的温度就可知，从而实现温度的测量。CSY型.CSY10.CSY10A型实验仪中热电偶为铜一康铜（T分度）,CSY10B型为镍铬-镍硅（K分度）。 三、实验所需部件：
热电偶、加热器、差动放大器、电压表、温度计（自备） 四、实验步骤：
1．打开电源，差动放大器增益放100倍，调节调零电位器，使差放输出为零。
2．差动放大器双端输入接入热电偶，打开加热开关，迅速将差动放大器输出调零。 3．随加热器温度上升，观察差动放大器的输出电压的变化，待加热温度不再上升时（达到相对的热稳定状态），记录电压表读数。
4．本仪器上热电偶是由两支铜－康铜热电偶串接而成，（CSY10B型实验仪为一支K分度热电偶），热电偶的冷端温度为室温，放大器的增益为100倍，计算热电势时均应考虑进去。用温度计读出热电偶参考端所处的室温t1。
E（t , to） = E（t , t1） + E（t1 , to） 实际电动势 测量所得电势 温度修止电动势
式中E为热电偶的电动势，t为热电偶热端温度，to为热电偶参考端温度为0℃，t1
为热电偶参考端所处的温度。查阅铜－康铜热电偶分度表，求出加热端温度t。
5.CSY10B型实验仪的K分度热电偶如插入数字式温度表端口，则直接显示℃温度值。 五、注意事项：
因为仪器中差动放大器放大倍数≈100倍，所以用差动放大器放大后的热电势并非十分精确，因此查表所得到的热端温度也为近似值。
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CSY2001B型、CSY-2000C型传感器系统实验仪
实验一 金属箔式应变片——单臂电桥性能实验
一、 实验目的：
了解金属箔式应变片的应变效应，单臂电桥工作原理和性能。 二、 基本原理：
电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应，描述电阻应变效应的关系式为：
△R/R=Kε
式中△R/R为电阻丝电阻相对变化，K为应变灵敏系数，ε=△l/l为电阻丝长度相对变化，金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变灵敏元件，通过它转换被测部位受力状态变化、电桥的作用完成电阻到电压的比例变化，电桥的输出电压反映了响应的受力状态。对单臂电桥输出的电压U01=EKε/4。 三、 需用器件与单元：
应变片传感器实验模板、应变式传感器、砝码、数显表、±15V电源、±4V电源、万用表（自备）。 四、 实验步骤：
1．根据图（1-1）应变片传感器已装于应变片传感器模板上。传感器中各应变片已接入模板的左上方的R1、R2、R3、R4。加热丝也接于模板上，可用万用表进行测量判别，R R1=R2= R3=R4=350，加热丝阻值为50欧姆左右。
2． 接入模板电源±15V（从主控箱引入），检查无误后，合上主控箱电源开关，将实验模板调节增益电位器R顺时针调节大致到中间位置，再进行差动放大器调零，方式为将差放的正、负输入端与地短接，输出端与主控箱面板上数显表电压输入端Vi相连，调节实验模板上的调零电位器RW4，使数显表显示为零（数显表的切换开关打到2V档）。关闭主控箱电源。
3． 将应变片式传感器的其中一个应变片R1（即模板左上方的 R1）接入电桥作为一个桥臂与R5、R6、R7接成直流电桥（R5R6R7模板内已连接好），接好电桥调零电位器Rw1，接上桥路电源±4V（从主控箱引入）如图1-2所示。检查接线无误后，合上主控箱电源开关。调节R，使数显表显示为零。
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4． 在电子称上放置一只砝码，读取数显表数值，依次增加砝码和读取响应的数显表表值，直到500g（或200g）砝码加完。记下实验结果填入表1-1，关闭电源。
5． 根据表1-1计算系统灵敏度S，S=△u/△W（△u输出电压变化量；△W重量变化量）计算线性误差：f1m/yF*S*100%，式中m为输出值（多次测量时为平均值）
与拟合直线的最大偏差，yF*S 满量程输出平均值，此处为500g或200g时的输出电压值，画出V-W曲线。
表1-1，半臂电桥测量时，输出电压与加负载重量值 重量W（g） 电压V（V） 重量W（g） 电压V（V） 0 200 20 180 40 160 60 140 80 120 100 100 120 80 140 60 160 40 180 20 200 0 五、 思考题：
1．单臂电桥时，作为桥臂电阻应变片应选用：（1）正（受拉）应变片（2）负（受压）应变片（3）正、负应变片均可以。
2．如何验证桥路的重复性和迟滞特性？结合上面的V－W关系曲线计算重复性误差和迟滞误差？
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实验二 金属箔式应变片三种桥路性能比较
一、实验目的：
比较半桥、全桥与单臂电桥的不同性能，了解其各自特点。 二、基本原理：
已知单臂、半桥和全桥电路的∑R分别为△R/R、2△R／R、4△R／R。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·∑R，电桥灵敏度Ku＝V／△R／R，于是对应于单臂、半桥和全桥的电压灵敏度度分别为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。 三、需用器件与单元：
应变片传感器实验模板、应变式传感器、砝码、数显表、±15V电源、±4V电源、万用表（自备）。 四、实验步骤： 1． 根据图（2-1）应变片传感器已装于应变片传感器模板上。传感器中各应变片已接入模板的左上方的R1、R2、R3、R4。加热丝也接于模板上，可用万用表进行测量判别，R1=R2= R3=R4=350，加热丝阻值为50欧姆左右。
2． 接入模板电源±15V（从主控箱引入），检查无误后，合上主控箱电源开关，将实验模板调节增益电位器R顺时针调节大致到中间位置，再进行差动放大器调零，方式为将差放的正、负输入端与地短接，输出端与主控箱面板上数显表电压输入端Vi相连，调节实验模板上的调零电位器RW4，使数显表显示为零（数显表的切换开关打到2V档）。关闭主控箱电
图2-1 应变片传感器的安装示意图
源。
3． 将应变片式传感器的其中 R1、R2（即模板左上方的R）接入电桥作为两个桥臂与R5、R6接成直流电桥（R5R6模板内已连接好），注意 R5应和R6受力状态相反，即将传感器中两片受力相反的电阻应变片作为电桥的相邻边。接好电桥调零电位器Rw1，接上桥路电源±4V（从主控箱引入）如图2-2所示。检查接线无误后，合上主控箱电源开关。调节Rw1，使数显表显示为零。
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图2-2 应变传感器实验连线图
4． 在电子称上放置一只砝码，读取数显表数值，依次增加砝码和读取响应的数显表表值，直到500g（或200g）砝码加完。记下实验结果填入表2-1，关闭电源。 表2-1 半桥测量时，输出电压与加负载重量值 重量（g） 电压（mv） 5． 根据表2-1计算系统灵敏度S，S=△u/△W（△u输出电压变化量；△W重量变化量）计算线形误差：式中f1m/yF*S*100%式中△m为输出值（多次测量时为平均值）
与拟合直线的最大偏差：yF*S 满量程输出平均值，此处为500g或200g。
如果实验时无数值显示说明R2与R1为相同受力状态应变片，应更换另一个应变片。 五、思考题：
1．半桥测量时两片不同受力状态的电阻应变片接入电桥时，应放在：（1）对边（2）邻边 2．桥路（差动电桥）测量时存在非线形误差，是因为：（1）电桥测量原理上存在非线性（2）应变片应变效应是非线性的（3）调零值不是真正的零。 3．全桥测量中，当两组对边（R1R4为对边）电阻值R相同时，即R1=R4，R2=R3，而R1R2时，是否可以组成全桥：（1）可以（2）不可以 4．某工程技术人员在进行材料拉力测试时在棒材上贴了两组应变片，如何利用这四片电阻应变片组成电桥，是否需要外加电阻。
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图2-3 应变片传感器受拉力时传感器圆周面展开图
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实验三 差动变压器的性能实验
一、实验目的：
了解差动变压器的工作原理和特性 二、基本原理：
差动变压器由一只初级线圈和两制次级线圈及一个铁心组成，根据内外层排列不同，有两段式和三段式，本实验采用三段式结构。当传感器随着被测物体移动时，由于初级线圈和次级线圈之间的互感发生变化促使次级线圈感应电动势产生变化，一只次级线圈感应电动势增加，另一只感应电动势减少，将两只次级反向串接（同名端连接），就引出差动输出。其输出电势反映出被测物体的移动量。 三、需用器件与单元：
差动变压器实验模板、测微头、双线示波器、差动变压器、音频信号源（音频震荡器）、直流电源、万用表。 四、实验步骤：
1．根据图3-1，将差动变压器安装在差动变压器实验模板上。
图3-1差动变压器电容传感器安装示意图
2．在模块上按图3-2 接线，音频震荡器信号必须从主控箱中的 端输出，调节音频震荡器的频率，输出频率为4-5KHz（可用主控箱的数显表的频率档Fin输出来检测）。调节幅度使输出幅度为峰峰值Vp-p=2V（可用示波器监测：X轴为0.2ms/div、Y轴CH1为1V/div、CH2为20mv/div）。图中1、2、3、4、5、6为连接线插座的插孔管脚编号。当然不看插座插孔号码，也可以判别初级线圈及次级同名端。判别初次级线圈及次级线圈同名端方法如下：设任一线圈为初级线圈，并设另外两个线圈的任一端为同名端，按图 接线。当铁心左右移动时，观察示波器中显示的初级线圈波形，次级线圈波形，当次级波形输出幅值变化很大，基本上能过零点，而且相位与初级线圈波形（Lv音频信号Vp-p=2V波形）比较能同相和反向变化，说明已连接的初、次级线圈及同名端是正确的，否则继续改变连接再判别直到正确为止。图中（1）、（2）、（3）、（4）为模块中的实验插孔。
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图3-2 双线示波器与差动变压器连结示意图
3．旋动测微头，使示波器第二通道显示的波形峰一峰值Vp-p 为最小。这时可以左右位移，假设其中一个方向为正位移，则另一个方向位移为负。从Vp-p 最小开始旋动测微头，每个0.2mm从示波器上读出输出电压Vp-p值填入下表。再从Vp-p最小处反向位移做实验，在实验过程中，注意左右位移时，初、次级波形的相位关系。
表3-1差动变压器位移x值与输出电压Vp-p数据表 V(mv) - 0mm + Vp-p X（mm） 最小 4． 实验过程中注意差动变压器输出的最小值即为差动变压器的零点残余电压大小。 根据表 画出Vop-p-X曲线，作出量程为±1mm，±3mm灵敏度和和非线性误差。 六、思考题：
1． 用差动变压器测量较高频率的振幅，例如1KHz的振动幅值，可以吗？差动变压器测量频率的上限受什么影响？
2． 试分析差动变压器与一般电源变压器的异同？
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实验四 差动变压器零残电压的补偿
一、实验目的：
由于零残电压的存在会造成差动变压器零点附近的不灵敏区，如此电压经过放大器还会使放大器未级趋向饱和，影响电路正常工作，因此必须采用适当的方法进行补偿抵消。 二、实验原理：
零残电压中主要包含两种波形成份：
1．基波分量。这是由于差动变压器二个次级绕组因材料或工艺差异造成等效电路参数（M、L、R）不同，线圈中的铜损电阻及导磁材料的铁损，线圈中线间电容的存在，都使得激励电流与所产生的磁通不同相。
2．高次谐波。主要是由导磁材料磁化曲线非线性引起，由于磁滞损耗和铁磁饱和的影响，使激励电流与磁通波形不一致，产生了非正弦波（主要是三次谐波）磁通，从而在二次绕组中感应出非正弦波的电动势。
减少零残电压的办法有：（1）从设计和工艺制作上尽量保证线路和磁路的对称。（2）采用相敏检波电路。（3）选用补偿电路。 三、实验所需部件：
差动变压器、电桥、音频振荡器、示波器、差动放大器。 四、实验步骤：
1．根据图（4）接线。示波器第一通道500mv/格，第二通道1V／格，差动放大器增益100倍，音频LV端输出VP－P值2V。
10KHWD WA － Z ＋ R Vρ-ρ2V 第一通道
图4-1 零残电压补偿连线图
2．调节测微头带动衔铁在线圈中运动，使差动放大器输出电压最小，调整电桥网络，使输出更趋减小。如果补偿效果不好则可在电桥交流插口另并联一个数μf的电容。
3．提高示波器第二通道灵敏度，将零残电压波形与激励电压波形比较。 五、注意事项：
由于补偿线路要求差动变压器输出必须悬浮，所以需用差动放大器将次级的双端输出转换为单端输出，以便示波器观察。
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实验五 差动变压器的应用——位移测量
一、实验目的：
了解差动变器位移测量系统的组成以及差动变压器的标定方法。 二、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。 移相器 Φ1 Φ2 音频振荡器 相敏 低通 电压表 差放 － LV WD ＋
WA
R 图5-1 差动变压器位移测量连线图
三、实验步骤：
1．按图5-1接线，差动放大器增益适度，音频振荡器LV端输出5KHZ，VP-P值2V。
2．调节电桥WD、WA电位器，调节测微头带动衔铁改变其在线圈中的位置，使系统输出为零。
3．旋动测微头使衔铁在线圈中上、下有一个较大的位移，用电压表和示波器观察系统输出是否正负对称(如有削波现象则应减小差动放大器增益)。如不对称则需反复调节衔铁位置和电桥、移相器，做到正负输出对称。
4．旋动测微头，带动衔铁向上5mm，向下5mm位移，每旋一周（0.5mm）记录一电压值并填入表格。 位移mm 电压V 四、注意事项： 系统标定需调节电桥、移相器、衔铁三者位置，正确的调节方法是：在步骤1、2之后用手将衔铁压至线圈最底部，调节移相器，用示波器两个通道观察相敏检波器①、②端口，当两端口波形正好为同相或反相时恢复衔铁位置，这样才能做到系统输出灵敏度最高并正负对称。
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实验六 差动变压器的应用——振动测量实验
一、实验目的：
了解差动变压器测量振动的方法 二、基本原理：
差动变压器由一只初级线圈和两制次级线圈及一个铁心组成，根据内外层排列不同，有两段式和三段式，本实验采用三段式结构。当传感器随着被测物体移动时，由于初级线圈和次级线圈之间的互感发生变化促使次级线圈感应电动势产生变化，一只次级线圈感应电动势增加，另一只感应电动势减少，将两只次级反向串接（同名端连接），就引出差动输出。其输出电势反映出被测物体的移动量。 三、需用器件与单元：
差动变压器实验模板、双线示波器、差动变压器、音频信号源（音频震荡器）、直流电源、万用表、移向器/相敏检波器/滤波模板、数显单元、低频震荡器。 四、实验步骤： 1、 将差动变压器按图6-1 ，安装在台面三源板的振动源单元上。
2、 按图6-2 接线，并调整好有关部分，调整如下：
（1）检查接线无误后，合上主控台电源开关，用示波器观察Lv峰一峰值，调整音频振荡器幅度旋纽使Vop-p =2V。 （2）利用示波器观察相敏检波器输出，调整传感器连接支架高度，使示波器显示的波形幅度值为最小。 （3）仔细调节Rw1和Rw2使示波器（相敏检波输出）显示的波形幅值最小，基本为零点。
图6-1 差动变压器震动测量安装图
（4）用手按住振动平台（让传
感器产生一个大位移）仔细调节移相器和相敏检波器的旋纽，使示波器显示的波形为一个接近全波整流波形。
（5）松手，整流波形消失变为一条接近零点线（否则再调节Rw1和Rw2）。低频振荡器输出引出振动源的低频输入，调节低频振荡器幅度旋纽和频率旋纽，使振动平台振荡较为明显。用示波器观察放大器Vo相敏检波器的Vo及低通滤波器的Vo波形。
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图6-2 差动变压器振动测量实验接线图
3．保持低频振荡器的幅度不变，改变振荡器频率用示波器观察低通滤波器的输出，读出峰一峰电压值，记下实验数据，填入下表
f(HZ5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 18 20 30 ) Vop- p 4． 根据实验结果作出梁的f-V 特性曲线，指出自振动频率的大致值，并与用应变片测出的结果相比较。
5． 保持低频振荡频率不变，改变振荡幅度，同样实验，可得到振幅——Vp-p曲线（定性）。
五、思考题：
1．如果用直流电压表来读数，需增加那些测量单元，测量线路该如何？ 2．利用差动变压器测量振动，在应用上有些什么限制？ 六、 注意事项： 低频振荡器电压幅值不要太大，以免梁在自振频率附近振幅过大。
附图：
移向器电路原理图
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相敏检波器电路原理图
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实验七、电容式传感器的位移测量实验
一、实验目的：
了解电容式传感器结构、工作原理和位移测量方法。 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，保持两个参数不变，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7-1安装示意图将电容传感器安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，接法正确则动极左右移动时，有正、负输出。不然需要调换接线。一般接线；动极板为棕色引线、两个静片分别是黑色和兰色引线，可做参考。
2． 将电容传感器电容Cx1和Cx2的静片连线分别插入电容传感器实验模板Cx1，Cx2插孔上，动极板连线接地
图7-1 电容式传感器安装示意图
插孔（见图7-2）。
3． 将电容传感器实验模板的输出端Vo1数显单元V i相接（插入主控箱Vi孔），Rw调节到中间位置。
图7-2 电容式传感器位移实验接线图
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7-1 。
表7-1电容式传感器唯一与输出电压值 X（mm） V（mv） 30
5． 根据表7-1数据计算电容传感器的系统灵敏度S和非线性误差f 。
五、思考题：
试设计利用 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那些因素？
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实验八 霍尔式传感器位移测量实验
一、实验目的：
了解霍尔式传感器的结构、工作原理，学会用霍尔传感器做静态位移测试。 二、实验原理：
霍尔式传感器是由工作在两个环形磁钢组成的梯度磁场和位于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。 2V 差放 电压表
－ ＋ WD
R
图8-1 霍尔传感器位移测量连线图
四、实验步骤：
1．按图8-1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。差动放大器增益适度。开启电源，调节电桥WD，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3.5mm，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。 X(mm) V(v) 五、思考题： 霍尔元件的两对电极可不可以互换使用，即激励电极作输出，而霍尔电极作激励电源的输入？为什么？ 六、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。
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实验九 光纤传感器实验
9-1 位移和振动测量实验
一、实验目的： 了解光纤位移传感器的工作原理和性能。 二、实验原理
反射式光纤位移传感器的工作原理如图9-1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，在传感系统中，一支为接收光纤，另一支为光源光纤，光纤只起传输信号的作用。当光发射器发生的红外光，经光源光纤照射至反射体，被反射的光经接收光纤至光电转换器，光电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置量。 接收光纤 △X 反 射光源光纤 体
X 位移0 1 2 3 4 5 6 7 mm
图9-1 反射式光纤位移传感器原理图及输出特性曲线
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、支流源 ±15V、反射面。 四、实验步骤： 1．根据图9-2，安装光纤位移传感器，两束光纤插入实验板上的光电变换座孔上。其内部已和发光管D及光电转换管T相接。
输出电压（V）
图9-2 光纤传感器安装示意图
2． 将光纤实验模板输出端V与数显单元相连，见图 9-3 。
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图9-3 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读出数显数值，将其填入9-1表 。
表9-1 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，做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。得出输出电压特性曲线如图9-1 所示，分前坡和后坡，通常测量是采用线性较好的前坡。
7．振动实验：将测微头移开，振动台处于自由状态，根据V－X曲线选取前坡中点位置装好光纤探头。将低频振荡器输出接“激振I”，调节激振频率和幅度，使振动台保持适当幅度的振动（以不碰到光纤探头为宜）。用示波器观察Vo端电压波形。并用电压／频率表2K档读出振动频率。 五、思考题： 光纤位移传感器侧位移时对被测物体表面有什么要求？ 六、注意事项： 1．光电变换器工作时Vo最大输出电压以2V左右为好，如增益过高可能导致FO端无法读取频率值，可通过调节增益电位器控制。
5． 实验时请保持反射镜片的洁净与光纤端面的垂直度。
3．工作时光纤端面不宜长时间直照强光，以免内部电路受损。 4．注意背景光对实验的影响,光纤勿成锐角曲折。
5．每台仪器的光电转换器都是与仪器单独调配的，请勿互换使用，光电转换器应与仪器编号配对，以保证仪器正常使用。
9-2 转速测量实验
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：
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，半圆分布即双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受光束。
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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 光纤接受光信号，再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。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9-2 安装于传感器支架上，使光纤探头与电机转盘平台中反射点对准，距离要在光纤线性范围内。
2． 按图9-4 ，将光纤传感器实验模板输出V01 与数显表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（0），再将V01 与数显表Fin输入端相接，数显表的波段开关拨到转速档，数显表的转速指示灯亮。
图9-4 光纤传感器位移实验接线图
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。
3、 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，根据转盘上的测速数折算成转速值n2。
4、 将实验步骤4与实验步骤3比较，以转速n1作为真值计算两种方法的测速误差（相对误差），相对误差r=（（n1-n2）/n1）*100%。
五、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。
35
附表：
热电偶分度表（分度号K） 温度 热 电 动 势 （mv） ( ℃ ) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 0 0.039 0.079 0.119 0.158 0.198 0.238 0.277 0.317 0.357 10 0.397 0.437 0.477 0.517 0.557 0.597 0.637 0.677 0.718 0.758 20 0.798 0.838 0.879 0.919 0.960 1.000 1.041 1.081 1.122 1.162 30 1.203 1.244 1.285 1.325 1.366 1.407 1.448 1.189 1.529 1.570 40 1.611 1.652 1.693 1.734 1.776 1.817 1.858 1.899 1.940 1.981 50 2.022 2.064 2.105 2.146 2.188 2.229 2.270 2.312 2.353 2.394 60 2.436 2.477 2.519 2.560 2.601 2.643 2.684 2.726 2.767 2.809 70 2.850 2.892 2.933 2.975 3.016 3.058 3.100 3.141 3.183 3.224 80 3.266 3.307 3.349 3.390 3.432 3.473 3.515 3.556 3.598 3.639 90 3.681 3.722 3.764 3.805 3.847 3.888 3.930 3.971 4.012 4.054 100 4.095 4.137 4.178 4.219 4.261 4.302 4.343 4.384 4.426 4.467 110 4.508 4.549 4.590 4.632 4.673 4.714 4.755 4.796 4.837 4.878 120 4.919 4.960 5.001 5.042 5.083 5.124 5.164 5.205 5.246 5.287 130 5.327 5.368 5.409 5.450 5.490 5.531 5.571 5.612 5.652 5.693 140 5.733 5.774 5.814 5.855 5.895 5.963 5.976 6.016 6.057 6.097 150 6.137 6.177 6.218 6.258 6.298 6.338 6.378 6.419 6.459 6.499 160 6.539 6.579 6.619 6.659 6.699 6.739 6.779 6.819 6.859 6.899 170 6.939 6.979 7.019 7.059 7.099 7.139 7.179 7.219 7.259 7.299 180 7.338 7.378 7.418 7.458 7.498 7.538 7.578 7.618 7.658 7.697 190 7.737 7.777 7.817 7.857 7.897 7.937 7.977 8.017 8.057 8.097 200 8.137 8.177 8.216 8.256 8.296 8.336 8.376 8.416 8.546 8.497 210 8.537 8.577 8.617 8.657 8.697 8.737 8.777 8.817 8.857 8.898 220 8.938 8.978 9.018 9.058 9.099 9.139 9.179 9.220 9.260 9.300 230 9.341 9.381 9.421 9.412 9.502 9.573 9.583 9.624 9.664 9.705 240 9.745 9.786 9.826 9.867 9.907 9.948 9.989 10.029 10.070 10.111 250 10.151 10.192 10.233 10.274 10.315 10.355 10.396 10.437 10.478 10.519 260 10.560 10.600 10.641 10.682 10.723 10.964 10.805 10.846 10.887 10.928 270 10.969 11.010 11.051 11.093 11.134 11.175 11.216 11.257 11.298 11.339 280 11.381 11.422 11.463 11.504 11.545 11.587 11.628 11.669 11.711 11.752 290 11.793 11.835 11.876 11.918 11.959 12.000 12.042 12.083 12.125 12.166 300 12.207 12.249 12.290 12.332 12.373 12.415 12.456 12.498 12.539 12.581 310 12.623 12.664 12.706 12.747 12.789 12.831 12.872 12.914 12.955 12.997 320 13.039 13.080 13.122 13.164 13.205 13.247 13.289 13.331 13.372 13.414 330 13.456 13.497 13.539 13.581 13.623 13.665 13.706 13.748 13.790 13.832 340 13.874 13.915 13.957 13.999 14.041 14.083 14.125 14.167 14.208 14.250 350 14.292 13.334 14.376 14.418 14.460 14.502 14.544 14.586 14.628 14.670 360 14.712 14.754 14.796 14.838 14.880 14.922 14.964 15.006 15.048 15.090 370 15.132 15.174 15.216 15.258 15.300 15.342 15.394 15.426 15.468 15.510 380 15.552 15.594 15.636 15.679 15.721 15.763 15.805 15.847 15.889 15.931 390 15.974 16.016 16.058 16.100 16.142 16.184 16.227 14.167 16.311 16.353 400 16.395 16.438 16.480 16.522 16.564 16.607 16.649 16.691 16.733 16.776 410 18.818 16.860 16.902 16.945 16.987 17.029 17.072 17.114 17.156 17.199 420 17.241 17.283 17.326 17.368 17.410 17.453 17.495 17.537 17.580 17.622 430 17.664 17.707 17.749 17.792 17.834 17.876 17.919 17.961 18.004 18.040 36
热电偶分度表（分度号E） 温度 ( ℃ ) 热 电 动 势 （mv） 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 0 0.059 0.118 0.176 0.235 0.295 0.354 0.413 0.472 0.532 10 0.591 0.651 0.711 0.770 0.830 0.890 0.950 1.011 1.071 1.131 20 1.192 1.252 1.313 1.373 1.434 1.495 1.556 1.617 1.676 1.730 30 1.801 1.862 1.924 1.985 2.047 2.109 2.171 2.233 2.295 2.357 40 2.419 2.482 2.544 2.607 2.669 2.732 2.795 2.853 2.921 2.984 50 3.047 3.110 3.173 3.237 3.300 3.364 3.428 3.491 3.555 3.619 60 3.683 3.748 3.812 3.876 3.941 4.005 4.070 4.134 4.199 4.264 70 4.329 4.394 4.459 4.521 4.590 4.655 4.720 4.786 4.832 4.917 80 4.983 5.049 5.115 5.181 5.247 5.314 5.380 5.446 5.513 5.579 90 5.646 5.713 5.780 5846 5.913 5.981 6.048 6.115 6.132 6.250 100 4.095 4.137 4.178 4.219 4.261 4.302 4.343 4.384 4.426 4.467 110 4.508 4.549 4.590 4.632 4.673 4.714 4.755 4.796 4.837 4.878 120 4.919 4.960 5.001 5.042 5.083 5.124 5.164 5.205 5.246 5.287 130 5.327 5.368 5.409 5.450 5.490 5.531 5.571 5.612 5.652 5.693 140 5.733 5.774 5.814 5.855 5.895 5.963 5.976 6.016 6.057 6.097 150 6.137 6.177 6.218 6.258 6.298 6.338 6.378 6.419 6.459 6.499 160 6.539 6.579 6.619 6.659 6.699 6.739 6.779 6.819 6.859 6.899 170 6.939 6.979 7.019 7.059 7.099 7.139 7.179 7.219 7.259 7.299 180 7.338 7.378 7.418 7.458 7.498 7.538 7.578 7.618 7.658 7.697 190 7.737 7.777 7.817 7.857 7.897 7.937 7.977 8.017 8.057 8.097 200 8.137 8.177 8.216 8.256 8.296 8.336 8.376 8.416 8.546 8.497 210 8.537 8.577 8.617 8.657 8.697 8.737 8.777 8.817 8.857 8.898 220 8.938 8.978 9.018 9.058 9.099 9.139 9.179 9.220 9.260 9.300 230 9.341 9.381 9.421 9.412 9.502 9.573 9.583 9.624 9.664 9.705 240 9.745 9.786 9.826 9.867 9.907 9.948 9.989 10.029 10.070 10.111 250 10.151 10.192 10.233 10.274 10.315 10.355 10.396 10.437 10.478 10.519 260 10.560 10.600 10.641 10.682 10.723 10.964 10.805 10.846 10.887 10.928 270 10.969 11.010 11.051 11.093 11.134 11.175 11.216 11.257 11.298 11.339 280 11.381 11.422 11.463 11.504 11.545 11.587 11.628 11.669 11.711 11.752 290 11.793 11.835 11.876 11.918 11.959 12.000 12.042 12.083 12.125 12.166 300 12.207 12.249 12.290 12.332 12.373 12.415 12.456 12.498 12.539 12.581 310 12.623 12.664 12.706 12.747 12.789 12.831 12.872 12.914 12.955 12.997 320 13.039 13.080 13.122 13.164 13.205 13.247 13.289 13.331 13.372 13.414 330 13.456 13.497 13.539 13.581 13.623 13.665 13.706 13.748 13.790 13.832 340 13.874 13.915 13.957 13.999 14.041 14.083 14.125 14.167 14.208 14.250 350 14.292 13.334 14.376 14.418 14.460 14.502 14.544 14.586 14.628 14.670 360 14.712 14.754 14.796 14.838 14.880 14.922 14.964 15.006 15.048 15.090 370 15.132 15.174 15.216 15.258 15.300 15.342 15.394 15.426 15.468 15.510 380 15.552 15.594 15.636 15.679 15.721 15.763 15.805 15.847 15.889 15.931 390 15.974 16.016 16.058 16.100 16.142 16.184 16.227 14.167 16.311 16.353 400 16.395 16.438 16.480 16.522 16.564 16.607 16.649 16.691 16.733 16.776 410 18.818 16.860 16.902 16.945 16.987 17.029 17.072 17.114 17.156 17.199 420 17.241 17.283 17.326 17.368 17.410 17.453 17.495 17.537 17.580 17.622 430 17.664 17.707 17.749 17.792 17.834 17.876 17.919 17.961 18.004 18.040 37
铜―康铜热电偶分度（分度号T，自由端温度0℃）
工作端 温 度 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 de/dt （vu） 38.6 39.5 40.4 41.3 42.4 43.0 49.8 44.5 45.3 46.0 46.8 0.0000 0.391 0.792 1.201 1.618 2.044 2.478 3.920 3.370 3.827 4.291 0.039 0.431 0.832 1.242 1.661 2.087 2.522 2.965 3.415 3.873 4.338 0.078 0.471 0.873 1.284 1.703 2.130 2.566 3.010 3.491 3.919 4.385 0.116 0.510 0.914 1.325 1.745 2.174 2.610 3.054 3.506 3.965 4.432 0.155 0.550 0.954 1.367 1.788 2.217 2.654 3.099 3.552 4.012 4.479 0.194 0.590 0.995 1.408 1.830 2.260 2.698 3.144 3.597 4.058 4.529 0.234 0.630 1.036 1.450 1.873 2.304 2.743 3.189 3.643 4.105 4.573 0.273 0.671 1.077 1.492 1.916 2.347 2.787 3.234 3.689 4.151 4.621 0.312 0.711 1.118 1.534 1.958 2.391 2.831 3.279 3.735 4.198 4.668 0.352 0.751 1.159 1.576 2.001 2.435 2.876 3.325 3.781 4.244 4.715 39
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