HEFEI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
《传感器原理及应用》课程
实验指导书
机械与汽车工程学院 机械电子工程系
二零一五 年 五 月
实验的基本要求和安全操作规程
一、实验台简介：
CSY20##/2001B型实验台分主机与实验模块二部分。
1) 2001型主机
传感器实验平台：装有气敏、电容、PSD光电位置、热释电红外、光电（光断续器）、光电阻、集成温度、半导体热敏、铂热电阻、PN结温敏、热电偶、电涡流、磁电、压电加速度、霍尔、湿敏（RH、CH）、电感、双孔悬臂梁称重、半导体应变、金属箔式应变、MPX扩散硅压阻、光纤位移、光栅等二十余种经典和新型的传感器（传感器的种类可根据用户的需要增减）。以及进行实验所需的两副双平行悬臂梁和螺旋测微仪、位移平台、温控电加热炉、支架、平台、旋转测速电机等，传感器接口位于仪器面板下侧排列。
主机内装有：
n 直流稳压电源：
l +2V~+10V分五档输出，最大输出电流1.5A
l +15V 、+ 9V（12V）、激光电源，最大输出电流1.5A
n 音频信号源：
l 0.4KHz-10KHz输出连续可调，最大Vp-p值20V
l 00、1800端口反相输出
l 00、LV端口功率输出，最大输出电流1.5A
l 1800端口电压输出，最大输出功率300mw
n 低频信号源：1Hz~30Hz输出，连续可调，最大输出电流1.5A，最大Vp-p值20V，激振I、II的信号频率源。
n 转换开关：当倒向V0侧时，低频信号源正常使用，V0端输出低频信号，倒向Vi侧时，断开低频信号电路，Vi作为电流放大器输入端，输出端仍为V0端。
n 电压/频率表：3 1/2位数字表、电压显示0~2V、0~20V两档，频率显示0~2KHz、0~20KHz两档，灵敏度≤50mv。
n 温控电加热器：由热电偶控温的300W电加热炉，最高炉温400℃，实验控温200℃。提供温度传感器热源及热电偶测温、标定及应变传感器加热等功能。
n 通信接口：标准RS232口，提供实验仪与计算机通信接口。
n 数据采集卡：12位A/D转换，信号输入端为电压/频率表的“IN”端。
n 气压源：电动气泵，气压输出≤20KP； 气压表：满量程40KP。
n 整套仪器共有实验模块14个，实验模块电源统一为四芯标准接口。
2) 2001B型主机
n 装有磁电、压电加速度、半导体应变、金属箔式应变、衍射光栅等传感器,信号源、温控电加热器、显示仪表、电动气压源、数据采集及通信接口。
n 分别安装在十余个实验模块面板上二十种传感器与2001型主机工作台上安装的传感器性能相同，其中电感、电容、霍尔、光纤、电涡流等传感器可在模块上做静态位移实验，也可安装在主机的振动台上做动态性能测试。
n 主机与实验模块的连接线采用高可靠性的防脱落插座及插头。连接线均用灯笼状的插头及配套的插座，接触可靠，防旋防松脱，并可在使用日久断线后重新修复。
二、CSY20##/2001B型传感器实验台传感器性能、参数指标：
气敏传感器（MO3），对酒精敏感，测量范围10-2000ppm 灵敏度RO/R>5
电容式传感器：2001型:平行变面积差动式电容，线性范围≥3mm。
2001B型:圆筒变面积差动式电容, 线性范围≥3mm。
热释电红外传感器：光谱范围7~15μm,光频响应0.5~10HZ。
光电传感器：红外发光管、光敏三极管及施密特整形电路组成的光断续器。
光电阻：半导体材料制成的光敏传感器，阻值范围10MΩ~nKΩ。
集成温度传感器：电流型集成温度传感器，测量范围-55-200℃。
热电偶：标准热电偶镍铬—镍硅（K分度），温控热电偶镍铬—铜镍（E分度）。
半导体热敏电阻：MF51，负温度系数，测温范围-50-300℃。
铂热电阻：Pt100 测温范围≤650℃。
PN结温敏二极管：测温范围-40-150℃，精度1%。
光纤位移传感器：双支Y型导光型光纤传感器，线性范围1.5mm。
电涡流传感器：量程0-3mm,由扁平线圈和多种金属涡流片组成。
磁电传感器：灵敏度0.4V/m/S，动铁与线圈组成。
霍尔传感器：梯度磁场与锑化铟线性霍尔元件组成，测量范围+2.5mm。
压电加速度传感器：PZT双压电晶片、质量块及压簧组成，频响>5Hz 。
湿敏电容：测量范围：0-99%RH，线性度+2%。
湿敏电阻：测量范围：0-99%RH，阻值范围10MΩ-nkΩ。
差动变动器：一组初级线圈、两组次级线圈及软磁铁心组成，测量范围+5mm。
称重传感器：商用双孔悬臂梁结构，称重范围≤500克，精度1%。
半导体应变计：BY型，灵敏系数120。
金属箔式应变计（贴于双平行悬臂梁上）：BHF环氧基底防蠕变，工作片×4，温度补偿片×2，灵敏度系数2.06。
压阻式传感器：MPX压阻式差压传感器,量程0-50KP，精度1%。
光栅莫尔条纹位移传感器:测试精度1%mm。（仅2001B型有）
CCD图象传感器：光敏面尺寸：1/3英寸。工作电压12V。
三、实验操作须知：
1、 使用本仪器前，请先熟悉仪器的基本状况，对各传感器激励信号的大小、信号源、显示仪表、位移及振动机构的工作范围做到心中有数。
2、 了解测试系统的基本组成：合适的信号激励源→传感器→处理电路（传感器状态调节机构）→仪表显示（数据采集或图象显示）
3、 实验操作时，在用实验连接线接好各系统并确认无误后方可打开电源，各信号源之间严禁用连接线短路，2001型主机与模块的电源连接线插头与插座连接时尤要注意标志端对准后插入，如开机后发现信号灯、数字表有异常状况，应立即关机，查清原因后再进行实验。
4、 实验连接线插头为灯笼状簧片结构，插入插孔即能保证接触良好，不须旋转锁紧，为延长使用寿命，请捏住插头连接。
5、 实验指导中的“注意事项”不可忽略。传感器的激励信号不准随意加大，否则会造成传感器永久性的损坏。
6、 本实验仪为教学实验用仪器，而非测量用仪器，各传感器在其工作范围内有一定的线性和精度，但不能保证在整个信号变化范围都是呈线性变化。限于实验条件，有些实验只能做为定性演示（如湿敏、气敏传感器），能完成实验指导书中的实验内容，则整台仪器正常。
7、 本仪器的工作环境温度≤40℃，需防尘。
实验一 金属箔式应变计性能——应变电桥
实验目的：
1、观察了解箔式应变片的结构及粘贴方式。
2、测试应变梁变形的应变输出。
3、比较各桥路间的输出关系。
实验原理：
本实验说明箔式应变片及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，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，
；当二个应变片组成差动状态工作，则有
；用四个应变片组成二个差动对工作，且R1= R2= R3= R4=R，
。
实验所需部件：
直流稳压电源+4V、公共电路模块、贴于主机工作台悬臂梁上的箔式应变计、螺旋测微仪、数字电压表
实验步骤：
1、连接主机与模块电路电源连接线，差动放大器增益置于最大位置（顺时针方向旋到底），差动放大器“+”“－”输入端对地用实验线短路。输出端接电压表2V档，注意主机和模块之间必须共地。开启主机电源，用调零电位器调整差动放大器输出电压为零。然后关闭主机电源，拔掉实验线，调零后模块上的“增益、调零”电位器均不应再变动。
2、观察贴于悬臂梁根部的应变计的位置与方向，按图（1）将所需实验部件连接成测试桥路，图中R1、R2、R3分别为固定标准电阻，R为应变计（可任选上梁或下梁中的一个工作片），图中每两个节之间可理解为一根实验连接线，注意连接方式，勿使直流激励电源短路。
将螺旋测微仪装于应变悬臂梁前端永久磁钢上，并调节测微仪使悬臂梁基本处于水平位置。
（图1）
3、确认接线无误后开启主机，并预热数分钟，使电路工作趋于稳定。调节模块上的WD电位器，使桥路输出为零。
4、用螺旋测微仪带动悬臂梁分别向上和向下位移各5mm ,每位移1mm记录一个输出电压值，并记入下表：
根据表中所测数据在坐标图上做出V—X曲线，计算灵敏度S：S=
。
注意事项：
1、实验前应检查实验连接线是否完好，学会正确插拔连接线，这是顺利完成实验的基本保证。
2、由于悬臂梁弹性恢复的滞后及应变片本身的机械滞后，所以当螺旋测微仪回到初始位置后桥路电压输出值并不能马上回到零，此时可一次或几次将螺旋测微仪反方向旋动一个较大位移，使电压值回到零后再进行反向采集实验。
3、实验中实验者用螺旋测微仪进行位移后应将手离开仪器后方能读取测试系统输出电压数，否则虽然没有改变刻度值也会造成微小位移或人体感应使电压信号出现偏差。
4、因为是小信号测试，所以调零后电压表应置2V档，用计算机数据采集时应选用200mv量程。
实验二 金属箔式应变计三种桥路性能比较
实验原理：
已知单臂、半桥和全桥电路的∑R分别为△R/ R、△2R/ R、4△R/ R。根据戴维南定理可以得出测试电桥近似等于
·E·∑·∑R，电桥灵敏度Ku=V/△R/R，于是对于单臂、半桥和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，电桥的灵敏度与各桥臂阻值的大小无关。
实验所需部件：
直流稳压电源（+4V）、应变式传感器实验模块、箔式应变计、螺旋测微仪、数字电压表。
实验步骤：
1、在完成实验一的基础上，依次将图（1）中的固定电阻R1，换接应变计组成半桥、将固定电阻R2 、R3，换接应变计组成全桥。
2、重复实验一中实验3-4步骤，完成半桥与全桥测试实验。
3、在同一坐标上描出V-X曲线，比较三种桥路的灵敏度，并做出定性的结论。
注意事项：
应变计接入桥路时，要注意应变计的受力方向，一定要接成差动形式，即邻臂受力方向相反，对臂受力方向相同，如接反则电路无输出或输出很小。
实验三 双孔应变传感器——称重实验
实验原理：
本实验选用的是标准商用双孔悬臂梁式称重传感器，四个特性相同的应变片贴在如图所示位置，弹性体的结构决定了R1和R3、R2 和R4的受力方向分别相同，因此将它们串接就形成差动电桥。当弹性体受力时，根据电桥的加减特性其输出电压为：
实验所需部件：
直流稳压电源、双孔悬臂梁称重传感器、公共电路模块（一）{公共电路模块}，称重砝码（20克/个）、数字电压表。
（图2）双孔悬臂梁称重传感器
实验步骤：
1、观察称重传感器弹性体结构及贴片位置，连接主机与实验模块的电源连接线，开启主机电源，调节放大器调零电位器使无负载时的称重传感器输出为零。
2、接好传感器测试系统线路，称重传感器工作电压选用+4V，差动放大器增益为最大（100倍），输出端接电压表。调节电桥 WD调零电位器使无负载时称重传感器输出为零。
3、逐步将砝码放上称重平台，调节增益电位器，使V0端输出电压与所称重量成一比例关系，记录W（克）与V（mv）的对应值，并填入下表：
4、记录W与V值，并做出W-V曲线，进行灵敏度、线性度与重复性的比较。
5、与双平行悬臂梁组成的全桥进行性能比较。
注意事项：
称重传感器的激励电压请勿随意提高。
注意保护传感器的引线及应变片使之不受损伤。
实验四 光栅传感器衍射演示实验
实验原理：
激光照射光栅时光栅的衍射特性可用公式：
表示，根据这一公式可进行光栅距的测定，光栅至投射屏距离的测试，图（3）为光栅衍射示意图。
实验所需部件：
固体激光器、光栅、投射屏（自备）、直尺（自备）
（图3）
实验步骤：
1、观察光栅，衍射光栅上每片有两组栅线相差90°的光栅，调整激光器位置，与其中的一组光栅中心对准。
2、打开主机电源，接通激光器，经一束激光照射后的光栅在前方投射屏上出现一行衍射光斑，正中为中央光斑，从中央光斑两侧向外依次为一级、二级、三级……衍射光斑，观察与分析光斑的大小及光强变化规律。
3、根据光栅衍射公式，用直尺量得一级光斑与中央光斑的距离S，光栅至投射屏的距离L，就可得得光栅距d。反之如果已知实验所用的光栅的光栅距，则量得S后就可求得距离L。
注意事项：
激光照射光栅时注意光路勿受阻挡，实验仪上所配的衍射光栅为50线/mm。
实验五 微机检测与转换——数据采集处理
实验目的：
传感器实验课程中，数据采集和分析处理是最为主要的部分，随着现代科技的发展，微机检测与转换也成为必然的趋势，通过使用实验仪内置的数据采集卡和配套的实验软件对传感器测试系统采集到的电信号进行分析处理，可以为以后测试系统的设计与应用建立基础。
使用说明：
数据采集卡采用内置形式，与计算机通信采用串行工作方式，实验时用通信线与计算机串口RS232口相连。
通讯约定：波特率2400，1位停止位，无奇偶校验。
数据采集卡采用十二位A/D转换，容错率为1/2048，量程分200mv、1V、10V三档，因为实验仪的输出信号电压范围较宽，为满足精度要求，所以应根据具体情况选择量程，采集模式分为单次采集与连续采集，对静态信号采用单次采集方式，动态信号则用连续采集方式，速度选择为1~7档（20000次/秒~100次/秒）。。
通信口选择：从COM1~COM4，如不选择，默认为COM1口。
配套数据采集实验软件：实验软件为一份光盘，为安装盘形式，点击安装图标，即进入自动安装程序，待安装完成后，执行程序EXP已以快捷方式置于桌面。CCD图象传感器测径及莫尔条纹记数软件安装办法与数据采集软件安装方法相同。
实验软件使用说明：
点击EXP图标，进入实验软件。
首先进行系统设置，要根据实验内容设置的项目：姓名、班级、实验名称、采集方式，采集速度，X轴坐标单位选择，（坐标间隔和坐标单位），串口选择，采集曲线色彩选择等等，选定项目后按“确认”键。
进入主界面：每帧坐标均能容纳四条曲线，每条曲线最高容纳100点数据，可选择是否要小圆点作为标记。
采集时请按曲线顺序从上至下的图标进行操作，单次采集须先进行正向采集，然后进行反向采集，反向采集后则不能再进行正向采集，如采集时操作有误，可按“清除上次采集数据”键，以免实验从头开始。
一条曲线完成后进行另一曲线采集，坐标自动从零开始，每一条曲线都可进行线性拟合。
因为作于同一坐标的几条曲线是为了进行特性比较，所以X坐标间隔必须是一致的。
连续采集只要选定了采集速度也就自动决定了坐标间隔，每次采集要求有一完整的波形周期。
一旦开始进入采集，界面上数据分析也就自动进行。
已经进行一种形式的采集后须按“完全清除”键后进行另一形式的采集。
采集到的数据可保存在数据库中。
采集卡的频率输入口已接定于光电传感器实验模块中“F0”端，测试最低转速为7.62转/秒。
实验结果可打印，打印前务请正确设置打印机与打印纸。
“实验结论”由实验者写出后与实验结果一起打印，页面最多二页，如遇下列情况往往不是故障：
1、在桌面上有EXP图标的情况下，已进入主界面，但采不到数据，可检查：实验仪是否与微机串口连接好，实验仪是否开机，串口是否选择正确。
2、如以“连续”采集方式采集一个直流信号时，界面坐标上往往显示一条带有许多突变信号的曲线，细观纵坐标，如果看到曲线所示的电压中间值与曲线的峰值和谷值的差为量程的0.05%左右，这是因为12位A/10转换的容错率为1/2048，不是采集卡或软件的毛病。
3、如果四条实验曲线都要打印，建议都选用对比明显，较深的颜色，否则往往显示屏上能看见打印后曲线却没有了。
4、如果计算机与实验仪通信正常，但采到的数据均为错误数据，可以进入“系统设置”进行相关的调整，直至数据采集正常为止。
第二篇：传感器实验
传感测试技术基础实验
概述
传感器也称为探测器、变换器或变送器，是能够把自然界的各种物理量和化学量转变为电信号再经过电子电路、仪器仪表或计算机进行处理，从而对这些量进行检测和控制。传感器测试技术也称为非电量电测技术。在机械量测量中，非电量被测参数主要有：位移、速度、加速度、力、压力、扭矩、转速、应力、应变、声音、振动等等。
传感器种类繁多，千差万别。一种传感器可以用来测量多种被测量，一种被测量也可以用多种不同的传感器来测量。通常传感器的分类可以用转换原理来分类，如电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、磁电式传感器、压电式传感器、光电式传感器等等。也可以按被测量来分类，如位移传感器、速度传感器、加速度传感器、力传感器、压力传感器、扭矩传感器等等。
无论何种传感器，它作为测量与控制系统的首要环节，应能达到快速、正确、可靠并且经济地实现信息采集和转换的基本要求。即：
（1） 传感器要有足够的容量——传感器的工作范围或量程足够大，具有一定的过载能力；
（2） 传感器要与系统匹配性好，灵敏度高——输出量与被测量之间具有确定的线形关系；
（3） 传感器反应速度快，工作可靠性好；
（4） 传感器适用性和适应性强——对被测对象影响小，内部噪声小又不易受干扰；
（5） 传感器精度适当，稳定性好——静态、动态响应要满足要求；
（6） 使用经济——成本底、寿命长。
（7） 工程中要综合考虑上述要求，使用时应尽量满足上述要求。[1]
CSY系列传感器系统综合实验台[2]
CSY系列传感器系统综合实验台简介
CSY系列传感器系统综合实验台为完全模块式结构，分主机和实验模块二部分。主机由实验平台，传感器系统，交、直流信号源，温控电加热源，位移机构、振动机构、仪表显示、电动气压源、数据采集处理和通信系统（RS232接口）等组成。实验模块有13个，每个包含一种或一类传感器及实验所需的电路和执行机构。实验时模块可按实验要求灵活组合，仪器性能稳定可靠，方便实用。
CSY系列传感器系统综合实验台中的传感器及参数
1. 金属箔式应变传感器（箔式应变片 工作片4片；温度补偿片2片,应变系数：2.06，精度2%）
2. 称重传感器（标准商用双孔悬臂梁结构，量程0~500g，精度2%）
3. MPX扩散硅压阻式压力传感器（差压式，量程0~50KP，精度3%）
4. 半导体应变传感器（BY350，工作片2片，应变系数120）
5. 标准K分度热电偶，（量程0~800℃，精度3%）
6. 标准E分度热电偶，（量程0~800℃，精度3%）
7. MF型半导体热敏传感器（负温度系数，25℃时电阻值10K）
8. Pt100铂热电阻（量程0~800℃，精度5%）
9. 半导体温敏二极管（精度5%）
10. 集成温度传感器（电流型，精度2%）
11. 光敏电阻传感器（cds器件，光电阻≥2MΩ.
12. 光电转速传感器（近红外发射-接收量程0~2400转/分）
13. 光纤位移传感器（多模光强型，量程≥2mm,在其线性工作范围内精度5%）
14. 热释电红外传感器（光谱响应7~15μm，光频响应0.5~10HZ）。
15. 半导体霍尔传感器(由线性霍尔元件与梯度磁场组成。工作范围：位移±2mm，精度5%)
16. 磁电式传感器（动铁与线圈）
17. 湿敏电阻传感器（高分子材料，工作范围5~95%RH，）
18. 湿敏电容传感器（高分子材料，工作范围5~95%RH）
19. MQ3气敏传感器（酒精气敏感，实验演示用）
20. 电感式传感器（差动变压器，量程±5mm,精度5%）
21. 压电加速度传感器（PZT压电陶瓷与质量块。工作范围5~30HZ ）
22. 电涡流传感器（线性工作范围1mm,精度3%）
23. 电容传感器（同轴式差动变面积电容，工作范围±3mm,精度2%）
24. 力平衡传感器（综合传感器系统）
25. 光电池传感器
26. 光敏二极管传感器
27. 光敏三极管传感器
28. PSD光电位置传感器（PSD器件与激光器组件，采用工业上的三角测量法，量程25mm，精度0.1%）
29. 激光光栅传感器（光栅衍射及光栅莫尔条纹，莫尔条纹精密位移记数精度0.01mm）
30. CCD图象传感器（光敏面尺寸：1/3英寸。采用计算机软件与CCD传感器配合，进行高精度物径及高精度光栅莫尔条纹位移自动测试。）
31. 超声波测距传感器（量程范围30~600mm，精度10mm）
CSY系列传感器系统综合实验台的主机配置
1. 直流稳压电源：（传感器工作直流激励源与实验模块工作电源）
±2V~±10V分五档输出，最大输出电流1.5A
±15V（±12V） 、最大输出电流1.5A；激光器电源。
2. 音频信号源：（传感器工作交流激励源）
0.4KHz-10KHz输出连续可调，最大Vp-p值20V。
00、1800端口反相输出
00、LV端口功率输出，最大输出电流1.5A
1800端口电压输出，最大输出功率300mw
3. 低频信号源：（供主机位移平台与双平行悬臂梁振动激励，实现传感器动态测试）
1Hz~30Hz输出，连续可调，最大输出电流1.5A，最大Vp-p值20V，激振I（双平行悬臂梁）、激振II（圆形位移平台）的振动源。
转换钮子开关的作用：（请特别注意）当倒向V0侧时，低频信号源正常使用，V0端输出低频信号，倒向Vi侧时，断开低频信号电路，V0 端无低频信号输出，停止激振Ⅰ、Ⅱ的激励。Vi作为电流放大器的信号输入端，输出端仍为V0端。激振不工作时激振选择开关应位于置中位置。
4. 温控电加热源：（温度传感器加热源）
由E分度热电偶控温的300W电加热炉，最高控制炉温400℃，实验控温≤200℃。交流220V插口提供电炉加热电源，作为温度传感器热源、及热电偶测温、标定和传感器温度效应的温度源等。
5. 旋转源：（光电、电涡流传感器测转速之用）
低噪声旋转电机，转速0-2400转/分，连续可调。（特别注意：电机不工作时钮子开关应置于“关”，否则直流稳压电源负电源会无输出）。
6. 气压源：（提供压力传感器气压源）
电动气泵：气压输出应≤40KP，连续可调,使用时请注意控制气压。
手动加压气囊：可加压至满量程40KP，通过减压阀调节气压值。
仪表显示部分：
７. 电压/频率表：
3 1/2位数字表、电压显示分0~2V、0~20V两档；
频率显示分0~2KHz、0~20KHz两档，灵敏度≤50mv。
８. 数字式温度表：（E分度）
温度显示：0-800℃（用其他热电偶测温时应查对相应的热电偶分度表）。
９. 气压表：
0-40KP（0-300mmHg）显示。
10. 计算机通信与数据采集：
通信接口：标准RS232口，提供实验台与计算机通信接口。
数据采集卡：12位A/D转换，采集卡信号输入端为电压/频率表的“通道Ⅰ”和“通道Ⅱ”端，采集卡频率输入端为“转速信号入”口。
CSY系列传感器系统综合实验台包含的实验模块
1. 实验公共电路模块：提供所有实验中所需的电桥、差动放大器、低通滤波器、电荷放大器、移项器、相敏检波器等公用电路。
2. 应变式传感器实验模块（包含电阻应变及压力传感器）：金属箔式标准商用称重传感器（带加热及温度补偿）、悬臂梁结构金属箔式、半导体应变、MPX扩散硅压阻式传感器、放大电路。
3. 电感式传感器实验模块：差动变压器、螺管式传感器、高精度位移导轨、放大电路。
4. 电容式传感器实验模块：同轴式差动电容组成的双T电桥检测电路，精密位移导轨。
5. 光电传感器实验模块：光纤位移传感器与光电耦合器、光敏电阻及信号变换电路，精密位移导轨、电机旋转装置。
6. 霍尔传感器实验模块：霍尔传感器、梯度磁场、变换电路及高精度位移导轨。
7. 温度传感器实验模块：提供7种温度传感器及变换电路，可控电加热炉。
8. 电涡流传感器实验模块：电涡流探头、变换电路及精密位移导轨。
9. 湿敏气敏传感器实验模块：高分子湿敏电阻、湿敏电容、MQ3气敏传感器及变换电路。
10. PSD光电位置传感器实验模块：PSD器件及激光器组件、精密位移导轨，高倍放大器。（增强型单元）
11. CCD 图象传感器及光栅测试实验模块：CCD传感器、光栅莫尔条纹位移传感器及计机测试软件、精密位移导轨。（增强型单元）
12. 超声波传感器测距实验模块：超声波发射-接收探头、位移装置及时间-距离变换显示电路，直接显示探测距离（cm）及时间（μs）（增强型单元）
13.光电器件实验模块：光电器件模板、微安表，实验选配单元。
实验台主机与实验模块的连接线采用了高可靠性的防脱落插座及插头。实验连接线均用灯笼状的插头及配套的插座，接触可靠，防旋防松脱，并可在使用日久断线后重新修复（特别注意：在本型仪器上请勿同时使用旧型号的可锁紧连接线，以免损坏新型连接线及造成插座松动）。
CSY系列传感器系统综合实验台操作须知
1. 使用本仪器前，请先熟悉仪器的基本状况，对各传感器激励信号的大小、信号源、显示仪表、位移及振动机构的工作范围做到心中有数。主机面板上的纽子开关都应选择好正确的倒向。
2. 了解测试系统的基本组成：合适的信号激励源→传感器→处理电路（传感器状态调节机构）→仪表显示（数据采集或图象显示）
3. 实验操作时，在用实验连接线接好各系统并确认无误后方可打开电源，各信号源之间严禁用连接线短路，主机与实验模块的直流电源连接线插头与插座连接时尤要注意标志端对准后插入，如开机后发现信号灯、数字表有异常状况，应立即关机，查清原因后再进行实验。
4. 实验连接线插头为灯笼状簧片结构，插入插孔即能保证接触良好，不须旋转锁紧，使用时应避免摇晃。为延长使用寿命，操作时请捏住插头连接叠插。
5. 实验指导中的“注意事项”不可忽略。传感器的激励信号不准随意加大，否则可能会造成传感器永久性的损坏。
6. 本实验仪为教学实验用仪器，而非测量用仪器，各传感器在其工作范围内有一定的线性和精度，但不能保证在整个信号变化范围都是呈线性变化。限于实验条件，有些实验只能做为定性演示（如湿敏、气敏传感器），能完成实验指导书中的实验内容，则整台仪器正常。
7. 本仪器的工作环境温度≤40℃，需防尘。
综合实验仪电路性能实验[2] ？？？？
通过对传感器系统综合实验台基本电路的测试，充分了解并掌握各电路的工作原理和性能特点，为今后在各种传感器的实验中能正确应用这些电路，组成合格的测试系统，满足各种传感器测量要求。
差动放大器实验
实验目的
了解并掌握差动放大器的动态范围、放大倍数和频率特性。
实验原理和方法
差动放大器电路原理图如图1所示。其中W1是放大器调零电位器，W2是调节放大倍数电位器。两个输入端①②分别是同向输入端和反向输入端，③是输出端。差动放大器若作单端工作方式，只要把其中一输入端接地即可。
差动放大器的动态范围是指放大器在不失真的情况下的最大输出电压，用峰峰值表示。音频振荡器信号经衰减器后接差动放大器输入端,用示波器观察差动放大器输出端波形，调节音频振荡器输出或衰减电位器使输出端波形增大至不出现明显失真，此时示波器读出波形的峰峰值即为动态范围。衰减器可借用电桥调平衡电路的电位器。
放大倍数的测量实验方法是用示波器观察差动放大器输出端和输入端不失真波形的电压值，两者之比就是电压放大倍数。
差动放大器的频率特性就是指放大器的放大倍数随频率的变化关系，也就是放大器的幅频特性。保持输入信号电压不变，改变输入信号频率，测得输出电压即可得幅频特性。
图4-1 差动放大器电路原理图
实验所需部件
公共电路实验模块（相敏检波器、移相器、低通滤波器）、音频信号源、直流稳压电源、电压表、双线示波器
实验步骤
1、按上述实验方法确定差动放大器的动态范围并记录。测试条件：输入信号频率1KＨＺ。
2、按上述实验方法确定差动放大器的放大倍数并记录。测试条件：输入信号频率1KＨＺ，输出电压8ＶＰ－Ｐ 。
３、按上述实验方法确定差动放大器在放大倍数最小（K@1）和放大倍数最大（K@100）时的频率特性，在下表格中记录输出电压VO并画出频率特性曲线。
实验条件记录：输入电压
注意事项
1、在测量中任何时候放大器必须工作在它的动态范围内，即放大器输出端波形不能出现明显失真。
2、正确使用衰减器和示波器的量程。
相敏检波器实验
实验目的：
说明由施密特开关电路及运放组成的相敏检波器电路的原理。
实验原理：
相敏检波电路如图2所示：图中①为输入信号端，②为交流参考电压输入端，③为检波信号输出端，④为直流参考电压输入端。
当②、④端输入控制电压信号时，通过差动电路的作用使D和J处于开或关的状态，从而把①端输入的正弦信号转换成全波整流信号。
图4-2 相敏检波电路原理图
实验所需部件：
公共电路实验模块（相敏检波器、移相器、低通滤波器）、音频信号源、直流稳压电源、电压表、双线示波器
实验步骤：
1、连接主机与实验模块电源线，音频信号输出接相敏检波输入端①。
2、直流稳压电源2V档输出（正或负均可）接相敏检波器④端。
3、示波器两通道分别接相敏输入、输出端，观察输入、输出波形的相位关系和幅值关系。
4、改变④端参考电压的极性，观察输入、输出波形的相位和幅值关系。由此可以得出结论：当参考电压为正时，输入与输出同相，当参考电压为负时，输入与输出反相。
5、将音频振荡器00 端输出信号送入移相器输入端，移相器的输出与相敏检
波器的参考输入端②连接，相敏检波器的信号输入端①接音频00输出。
6、用示波器两通道观察附加观察插口⑤、⑥的波形。
可以看出，相敏检波器中整形电路的作用是将输入的正弦波转换成方波，使相敏检波器中的电子开关能正常工作。
7、将相敏检波器的输出端与低通滤波器的输入端连接，低通输出端接数字电压表20V档。
8、示波器两通道分别接相敏检波器输入、输出端。
9、适当调节音频振荡器幅值旋钮和移相器“移相”旋钮，观察示波器中波形变化和电压表电压值变化，然后将相敏检波器的输入端①改接至音频振荡器1800输出端口，观察示波器和电压表的变化。
由上可以看出，当相敏检波器的输入信号与开关信号同相时，输出为正极性的全波整流信号，电压表指示正极性方向最大值，反之，则输出负极性的全波整流波形，电压表指示负极性的最大值。
10、调节移相器“移相”旋钮，利用示波器和电压表，测出相敏检波器的输入Vp-p值与输出直流电压的关系。
11、使输入信号与参考信号的相位改变1800，得出实验结果。
注意事项：
相敏检波器实验插口端的序数从左至右，从上至下为①—⑥号。
移相器实验
实验目的：
说明由运算放大器构成的移相电路的工作原理。
实验原理：
图4-3为移相器电路原理图。
由图4-3可求得该电路的闭环增益G（S）：
则 
当R1= R2= R3= R4= R5=10K时有
由正切三角函数半角公式可得：
ω＞
时，输出相位滞后于输入，当ω＜
时，输出
相位超前输入。
实验所需部件：
公共电路实验模块（移相器、相敏检波器、低通滤波器）、音频信号源、双线示波器
实验步骤：
1、连接主机与实验模块电源线，音频信号源频率幅值旋钮居中，信号输出端连接移相器输入端。
2、打开主机电源，双线示波器两探头分别接移相器输入与输出端，调整示波器，观察两路波形。
3、调节移相器“移相”电位器，观察两路波形相应变化。
4、改变音频信号源频率，观察频率不同时移相器移相范围的变化。
5、对照移相器电路图分析其工作原理。
注意事项：
因为实验仪的音频信号是由函数发生器产生，不是纯正弦信号，所以通过移相器后波形局部有失真，这并非仪器故障。
正确选择双线示波器的“触发”方式及其它设置，以保证能看到稳定的移相波形的变化。
金属箔式应变计性能——应变电桥实验
实验目的：
1、观察了解箔式应变片的结构及粘贴方式。
2、测试应变梁变形的应变输出。
3、比较各桥路间的输出关系。
实验原理
本实验说明箔式应变片及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，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，
；当二个应变片组成差动状态工作，则有
；用四个应变片组成二个差动对工作，且R1= R2= R3= R4=R，
。
实验所需部件：
直流稳压电源+4V、应变式传感器实验模块、贴于主机工作台悬臂梁上的箔式应变计、螺旋测微仪、数字电压表
实验步骤：
1、连接主机与模块电路电源连接线，差动放大器增益置于最大位置（顺时针方向旋到底），差动放大器“+”“—”输入端对地用实验线短路。输出端接电压表2V档。开启主机电源，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，调零后模块上的“增益、调零”电位器均不应再变动。
图4-4 电阻应变直流电桥测量电路
2、观察贴于悬臂梁根部的应变计的位置与方向，按图4将所需实验部件连接成测试桥路，图中R1、R2、R3分别为模块上的固定标准电阻，R为应变计（可任选上梁或下梁中的一个工作片），图中每两个节之间可理解为一根实验连接线，注意连接方式，勿使直流激励电源短路。
将螺旋测微仪装于应变悬臂梁前端永久磁钢上，并调节测微仪使悬臂梁基本处于水平位置。
3、确认接线无误后开启主机，并预热数分钟，使电路工作趋于稳定。调节模块上的WD电位器，使桥路输出为零。
4、用螺旋测微仪带动悬臂梁分别向上和向下位移各5mm ,每位移1mm记录一个输出电压值，并记入下表：
根据表中所测数据在坐标图上做出V—X曲线，计算灵敏度S：S=
。
注意事项：
1、实验前应检查实验连接线是否完好，学会正确插拔连接线，这是顺利完成实验的基本保证。
2、由于悬臂梁弹性恢复的滞后及应变片本身的机械滞后，所以当螺旋测微仪回到初始位置后桥路电压输出值并不能马上回到零，此时可一次或几次将螺旋测微仪反方向旋动一个较大位移，使电压值回到零后再进行反向采集实验。
3、做单臂电桥实验时，由于应变片的零飘和蠕变现象的客观存在，桥路中的三个精密电阻与应变片的零飘值一致的可能性很小，如果没有采用补偿的话，单臂电桥测试电路必然会出现输出电压漂移现象，这是真实地反映了应变片的特性，但是只要采用了半桥或全桥测试电路，系统就会非常稳定，这是因为同一批次的应变片的飘移和蠕变特性相近，接成半桥和全桥形式后根据桥路的加减特性原理就起到了非常好的补偿作用，这也是应变片在实际应用中无一例外地采用全桥（或半桥）测试电路的原因。
4、因为是小信号测试，所以调零后做实验时电压表应置2V档，实验中要尽量避免外界信号干扰。
金属箔式应变计三种桥路性能比较实验
实验原理：
已知单臂、半桥和全桥电路的∑R分别为△R/ R、△2R/ R、4△R/ R。根据戴维南定理可以得出测试电桥近似等于
·E·∑·∑R，电桥灵敏度Ku=V/△R/R，于是对于单臂、半桥和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，电桥的灵敏度与各桥臂阻值的大小无关。
实验所需部件：
直流稳压电源（+4V）、应变式传感器实验模块、贴于悬臂梁上的箔式应变计、螺旋测微仪、数字电压表。
实验步骤：
1、在完成实验4.3.1的基础上，依次将图4中的固定电阻R1，换接应变计组成半桥、将固定电阻R2 、R3，换接应变计组成全桥。
2、重复实验4.3.1中实验3-4步骤，完成半桥与全桥测试实验。
3、在同一坐标上描出V-X曲线，比较三种桥路的灵敏度，并做出定性的结论。
注意事项：
应变计接入桥路时，要注意应变计的受力方向，一定要接成差动形式，即邻臂受力方向相反，对臂受力方向相同，如接反则电路无输出或输出很小。
双孔应变传感器——称重实验
实验原理：
本实验选用的是标准商用双孔悬臂梁式称重传感器，灵敏度高，性能稳定，四个特性相同的应变片贴在如图所示位置，弹性体的结构决定了R1和R3、R2 和R4的受力方向分别相同，因此将它们串接就形成差动电桥。（弹性体中间上下两片为温度补偿片）
当弹性体受力时，根据电桥的加减特性其输出电压为：
实验所需部件：
直流稳压电源、应变式传感器实验模块、双孔悬臂梁称重传感器，称重砝码（20克/个）、数字电压表。
图4-5 双孔悬臂梁称重传感器
实验步骤：
1、观察称重传感器弹性体结构及贴片位置，连接主机与实验模块的电源连接线，按照实验一、二的方法连接测试系统，开启主机电源，调节电桥WD调零电位器使无负载时的称重传感器输出为零。
2、逐一将砝码放上传感器称重平台，调节增益电位器，使V0端输出电压与所称重量成一比例关系，记录W（克）与V（mv）的对应值，并填入下表：
3、记录W与V值，并做出V-W曲线，进行灵敏度、线性度与重复性的比较。
4、与双平行悬臂梁组成的全桥进行性能比较。
注意事项：
1、重传感器的激励电压请勿随意提高。
2、保护传感器的引线及应变片使之不受损伤。
电感式传感器实验[2]
CSY系列传感器系统综合实验台电感式传感器包括差动变压器传感器、差动螺管式传感器和电涡流传感器，可以分别开设下列实验。
差动变压器电感传感器性能实验
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。
实验原理：
电感传感器是一种将位置量的变化转为电感量变化的传感器，差动变压器由衔铁、初级线圈和次级线圈组成，初级线圈做为差动变压器激励用，相当于变压器原边。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7。
图4-6 差动变压器传感器结构图和输出特性图
图4-7 差动变压器传感器输出接线图
实验所需部件：
差动变压器、电感传感器实验模块、音频信号源、螺旋测微仪、示波器
实验步骤：
1、按图7接线，差动变压器初级线圈必须从音频信号源LV功率输出端接入，二个次级线圈串接。双线示波器第一通道灵敏度500mv/格，第二通道10mv/格。
2、打开主机电源，调整音频输出信号频率，输出Vp-p值2V，以示波器第二通道观察到的波形不失真为好。
3、前后移动改变变压器磁芯在线圈中位置，观察示波器第二通道所示波形能否过零翻转，否则改变接次级二个线圈的串接端序。
4、用螺旋测微仪带动铁芯在线圈中移动，从示波器中读出次级输出电压Vp-p值，同时注意初次级线圈波形相位。
根据表格所列结果，作出V-X曲线，指出线性工作范围。
5、仔细调节测微仪使次级输出波形无法再小时，即为差动变压器零点残余电压，提高示波器第二通道灵敏度，观察残余电压波形，分析其频率成分。
注意事项：
示波器第二通道为悬浮工作状态（即示波器探头二根线都不接地）。
差动变压器电感传感器零残电压的补偿实验
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，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使之减小。
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的非线性引起，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是：（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。
图4-8 差动变压器电感传感器接线图
实验所需部件：
差动变压器、电感传感器实验模块、音频信号源、螺旋测微仪、示波器
实验步骤
1、按图（14）？？？接线，示波器第一通道500mv/格，第二通道1V/格，（根据波形大小适当调整）差动放大器增益置最大。
2、打开主机电源，调节音频输出频率，以第二通道波形不失真为好（为此音频信号频率可调至10KHZ左右），音频幅值Vp-p2V。
调节铁芯在线圈中的位置，使差动放大器输出的电压波形最小，再调节电桥中WD、WA电位器，使输出更趋减小。
3、提高示波器二通道灵敏度，将零残电压波形与激励电压波形作比较。
注意事项
音频信号频率一定要调整到次级线圈输出波形基本无失真，否则由于失真波形中有谐波成分，补偿效果将不明显。
此电路中差动放大器的作用是将次级线圈的二端输出改为单端输出。
差动螺管式电感传感器位移测量实验
实验原理：
差动螺管式电感传感器由电感线圈的二个次级线圈反相串接而成，工作在自感基础上，由于衔铁在线圈中位置的变化使二个线圈的电感量发生变化，包括两个线圈在内组成的电桥电路的输出电压信号因而发生相应变化。
实验所需部件：
差动变压器二组次级线圈、音频信号源、公共电路实验模块、电感传感器实验模块、电压表、示波器、测微仪。
图4-9 差动螺管式电感传感器接线图
实验步骤：
1、连接主机与实验模块电源线，按图9组成测试系统，模块上的两个次级线圈必须接成差动状态，差动放大器增益稍有即可。
2、旋动测微仪使衔铁居中线圈，此时LO′=LO″，系统输出为零。
3、当衔铁在线圈中前后位移时，LO′≠LO″，电桥失衡，输出电压信号的大小与衔铁位移量成比例，相位则与衔铁位移方向有关，衔铁向左和向右移动时输出波形相差约1800，（可用示波器观察相敏检波器①、②端），因此必须经过相敏检波器才能判断电压极性。
以衔铁位置居中为起点，分别向前、后各位移5mm，记录V、X值并填入下表（每位移0.5mm记录一个数值）：
依此做出V-X曲线，求出灵敏度S，指出线性工作范围。
差动螺管式电感传感器振幅测量实验
实验所需部件：
差动变压器二组次级线圈、音频信号源、低频信号源、公共电路实验模块、电感传感器实验模块、示波器、电压/频率表
实验步骤：
1、按实验二十四装配调整好系统各部器件及电路后，低频激振选择“激振I”。
2、开启主机电源，保持低频信号输出幅值不变，改变振荡频率，将动态测试结果记入下表：
在坐标上作出V-F曲线
注意事项：
振动平台振动时以与周围各部件不发生碰擦为宜，否则会产生非正弦振动信号。
激励频率对电感传感器的影响实验
实验目的：
说明不同的激励信号频率对差动螺管式传感器的影响。
实验所需部件：
差动变压器二组次级线圈、音频信号源、电感传感器实验模块、公共电路实验模块、主机振动台、电压表、测微仪、示波器
实验步骤：
1、将音频信号频率从2KHz起每隔2KHz进行一次实验二十六的操作，并将结果记入下表：
根据所测数据在同一坐标做出V-X曲线，计算灵敏度，得出灵敏度与激励频率的关系。
从上述实验中可以看出，电感传感器的灵敏度与频率特性密切相关，对一个系统来讲，某一特定频率时系统最为灵敏，故在测试系统中应选用这个激励频率。
电涡流传感器——静态标定实验
实验原理：
电涡流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，在与其平行的金属片上会感应产生电涡流，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）、激励源确定，并保持环境温度不变，阻抗Z只与距离X有关，将阻抗变化转为电压信号V输出，则输出电压是距离X的单值函数。
实验所需部件：
电涡流传感器、电涡流传感器实验模块、螺旋测微仪、电压表、示波器
图4-10 涡流式位移传感器的基本结构及工作原理图
实验步骤：
1、连接主机与实验模块电源及传感器接口，电涡流线圈与涡流片须保持平行，安装好测微仪，涡流变换器输出接电压表20V档。
2、开启主机电源，用测微仪带动涡流片移动，当涡流片完全紧贴线圈时输出电压为零（如不为零可适当改变支架中的线圈角度），然后旋动测微仪使涡流片离开线圈，从电压表有读数时每隔0.2mm记录一个电压值，将V、X数值填入下表，作出V-X曲线，指出线性范围，求出灵敏度。
3、示波器接电涡流线圈与实验模块输入端口，观察电涡流传感器的激励信号频率，随着线圈与电涡流片距离的变化，信号幅度也发生变化，当涡流片紧贴线圈时电路停振，输出为零。
注意事项：
模块输入端接入示波器时由于一些示波器的输入阻抗不高（包括探头阻抗）以至影响线圈的阻抗，使输出V0变小，并造成初始位置附近的一段死区，示波器探头不接输入端即可解决这个问题。
被测材料对电涡流传感器特性的影响实验
实验所需部件：
电涡流传感器、多种金属涡流片、电涡流传感器实验模块、电压表、测微仪、示波器
实验步骤：
1、按实验三十九分别对铁、铜、铝涡流片进行测试与标定，记录数据，在同一坐标上作出V-X曲线。
2、分别找出不同材料被测体的线性工作范围，灵敏度，最佳工作点（双向或单向）并进行比较，并做出定性的结论。
注意事项：
换上铜、铝和其他金属涡流片时，线圈紧贴涡流片时输出电压并不为零，这是因为电涡流线圈的尺寸是为配合铁涡流片而设计的，换了不同材料的涡流片，线圈尺寸须改变输出才能为零。