Ⅰ 感測器 課程設計好的選題有哪些
轉速感測器
用個變速箱來弄
轉速感測器由磁敏電阻作感應元件，是新型的轉速感測器。核心部件是採用磁敏電阻作為檢測的元件，再經過全新的信號處理電路令雜訊降低,功能更完善。通過與其它類型齒轉速感測器的輸出波形對比，所測到轉速的誤差極小以及線性特性具有很好的一致性.感應對象為磁性材料或導磁材料，如磁鋼、鐵和電工鋼等。當被測體上帶有凸起(或凹陷)的磁性或導磁材料，隨著被測物體轉動時，感測器輸出與旋轉頻率相關的脈沖信號，達到測速或位移檢測的發訊目的。
磁場中有一個霍爾半導體片，恆定電流I從A到B通過該片。在洛侖茲力的作用下，I的電子流在通過霍爾半導體時向一側偏移，使該片在CD方向上產生電位差，這就是所謂的霍爾電壓。
Ⅱ [急][高懸賞]光電感測器課程設計
最簡單的方法就是使用一個光電管發射信號，一個光電管接收信號，當有物體經過時，信號被隔斷，單片機就記一次數。
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Ⅲ 感測器課程設計基於單片機的工業產品自動計數器
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Ⅵ 求一篇位移檢測的感測器課程設計
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活塞式壓電感測器課程設計
專業:測控技術與儀器
班級:08測控
姓名:單雨
目 錄
引言 1
1.感測器課程設計的目的和任務 2
1.1目的 2
1.2要求 2
2.感測器設計方案的選擇 3
2.1感測器種類的選擇 3
2.2感測器支承的選擇 4
2.3電級結構的選擇 5
3.感測器機械設計各部分的參數確定 7
3.1晶片的參數 7
3.1.1壓電系數 7
3.1.2晶片的直徑的確定 9
3.2驗算 9
3.3電極的設計 12
3.4彈簧設計 12
4.感測器整體的結構設計 15
附錄 16
參考書目 17
引 言
壓電式壓力感測器基於壓電效應的壓力感測器。它的種類和型號繁多，按彈性敏感元件和受力機構的形式可分為膜片式和活塞式兩類。膜片式主要由本體、膜片和壓電元件組成（見圖）。壓電元件支撐於本體上，由膜片將被測壓力傳遞給壓電元件，再由壓電元件輸出與被測壓力成一定關系的電信號(見壓電式感測器)。這種感測器的特點是體積小、動態特性好、耐高溫等。現代測量技術對感測器的性能出越來越高的要求。例如用壓力感測器測量繪制內燃機示功圖，在測量中不允許用水冷卻，並要求感測器能耐高溫和體積小。壓電材料最適合於研製這種壓力感測器。目前比較有效的辦法是選擇適合高溫條件的石英晶體切割方法,例如XYδ（+20°～+30°）割型的石英晶體可耐350℃的高溫。而LiNbO3單晶的居里點高達1210℃，是製造高溫感測器的理想壓電材料。
壓電式壓力感測器的結構類型很多，但它們的基本原理與結構仍與前述壓電式加速度和力感測器大同小異。突出的不同點是，它必須通過彈性膜、盒等，把壓力收集、轉換成力，再傳遞給壓電元件。為保證靜態特性及其穩定性，通常多採用石英晶體作壓電元件。壓電壓力感測器種類及型號繁多，按彈性敏感元件分，主要有兩種，活塞式和膜片式。在壓電式感測器中，常採用兩或兩片以上的壓電元件組合、並聯兩種方式工作，並聯時，輸出電容大、電荷大，同時，時間常數τ= 大，宜於用於緩慢信號的測量，並宜用於以電荷作輸出的場合。串聯時，輸出電壓高，自身電容小，宜使用於輸出為電壓及測量電路的輸入阻抗很高的場合。活塞式壓力感測器也分為中壓活塞式和高壓活塞式感測器。根據要求選擇的時活塞式直接支承並聯式感測器。其主要是根據外界受力的變化來轉變成電壓的變化從而測到外界的壓力的變化,壓力與外接電壓是一個線性變化的關系。下面就是壓電式壓力感測器的具體選擇方案等說明書
1.感測器課程設計的目的和任務
1.1目的
（1）. 鞏固所學知識，加強對感測器原理的進一步理解；
（2）. 理論與實際相結合，「學以致用」；
（3）. 綜合運用知識，培養獨立設計能力；
（4）. 著重掌握典型感測器的設計要點，方法與一般過程；
（5）. 培養學生精密機械與測控電路的設計能力。
1.2要求
(1)．設計時必須從實際出發，綜合考慮實用性、經濟性、安全性、先進性及操作維修方便。如果可以用比較簡單的方法實現要求，就不必過份強調先進性。並非是越先進越好。同樣，在安全性、方便性要求較高的地方，應不惜多用一些元件或採用性能較好的元件，不能單純考慮簡單、經濟；
(2)．獨立完成作業。設計時可以收集、參考感測器同類資料，但必須深入理解，消化後再借鑒。不能簡單地抄襲；
(3)．在課程設計中，要隨時復習感測器的工作原理。積極思考。不能直接向老師索取答案和圖紙。
(4). 設計感測器測頭機械機構方案,繪制總裝圖(CAD為工具),編寫感測器設計說明書。
2.感測器設計方案的選擇
設計一台活塞式壓電式壓力感測器
設計的參數
1.量程范圍（壓縮）40 MPa
2.靈敏度為1.6×10-3pC/Pa
3.固有頻率≥40kHz
4.線性度≤1％
5.絕緣電阻≥1012Ω
壓電式壓力感測器的結構類型很多，但它們的基本原理與結構仍與前述壓電式加速度和力感測器大同小異。突出的不同點是，它必須通過彈性膜、盒等，把壓力收集、轉換成力，再傳遞給壓電元件。為保證靜態特性及其穩定性，通常多採用石英晶體作壓電元件。其結構主要是由本體、彈性敏感元件和壓電轉換元件組成。
2.1 感測器種類的選擇
壓電壓力感測器種類及型號繁多，按彈性敏感元件分，主要有兩種，活塞式和膜片式。
活塞式壓電式感測器的應用特點：
(1)靈敏度和解析度高，線性范圍大，結構簡單、牢固，可靠性好，壽命長；
(2)體積小，重量輕，剛度、強度、承載能力和測量范圍大，動態響應頻帶寬，動態誤差小；
(3) 易於大量生產，便於選用，使用和校準方便，並適用於近測、遙測。
（a）中壓活塞式 感測器 (b) 膜片式石英壓力感測器結構圖
圖 1 壓電式壓力感測器結構圖
圖(a) 1本體 2活塞3彈簧4晶片5絕緣套6晶片7電極 8絕緣套9晶體10墊塊
圖(b) 1街頭 2絕緣套3芯體4絕緣管 5電極引線6本體7晶體8壓塊9絕緣管10壓緊螺母11繁定螺母
2.2感測器支承的選擇
(a) 直接支承 (b)間接支承
圖 2 壓電壓力感測器結構簡圖
1本體 2支撐螺桿3壓電轉換元件4電極5壓電轉換元件6膜片
圖1 中(a)為晶片直接支承在本體上 （b） 為晶片間接支承在本體上。這兩種結構形式的諧振頻率相差很大。
2.3 電級結構的選擇
感測器的固有頻率為 0¬2=K/m，為了使活塞活動靈活，必須增加長度，這樣將使質量 增加而使 下降，一般取 0 30kHz 。如果採用導電膠粘接晶片和電極，可提高剛度K，使 0 提高至40kHz。
在壓電式感測器中，常採用兩或兩片以上的壓電元件組合、並聯兩種方式工作，如下圖所示。
（a）並聯方式 （b）串聯方式
圖3 壓電式的連接方式
(1)並聯結構
如圖5（a）所示，負極集中在中間，正極為上、下兩個面的串聯，此種方式稱為並聯方式。
n片並聯時，並聯輸出電容為
輸出電壓為
極板上電荷為
式中 n ¬——片數；
C1、U1、Q1——單片時的電容、電壓、電荷量。
(2)串聯結構
如圖5（b）所示，上極板為正極，下極板為負極，中間正、負電荷抵消方式稱為串聯結構形式。
輸出電荷量為
輸出電壓為
輸出電容量為
由此可見：
（1） 並聯時，輸出電容大、電荷大，同時，時間常數τ= 大，宜於用於
慢信號的測量，並宜用於以電荷作輸出的場合。
（2） 串聯時，輸出電壓高，自身電容小，宜使用於輸出為電壓及測量電路的
入阻抗很高的場合。
根據要求選擇的時活塞式直接支承並聯式感測器
3.感測器機械設計各部分的參數確定:
3.1晶片參數確定
3.1.1 壓電系數
根據正壓電效應原理可知，當一個平行於X軸的力Fx作用於垂直於X軸的壓電元件的平面上時，則在該平面上產生的點和密度為
1=d11 1=d11=d11 （3-1）
式中 d11———壓電系數：晶體受單位力作用時產生的電荷量；
1———Ax面上的作用應力。
所以，在彈性限內電荷密度 1與應力（作用力）成正比。
如果同時在壓電原件的x、y、z三個軸向上作用拉（壓）力，對yz、xy、xz平面上作用切向力，則個平面上的電荷密度可用數學表達式表示如下：
1= d11 1+ d12 2+ d13 3+ d14 23+ d15 31+ d16 12
2= d21 1+ d22 2+ d23 3+ d24 23+ d25 31+ d26 12 （3-2）
3= d31 1+ d32 2+ d33 3+ d34 23+ d35 31+ d36 12
式中 1、 2、 3——Ax、Ay、Az 各平面上的電荷密度；
1、 2、 3——Ax、Ay、Az平面上作用的軸向應力；
23、 31、 12——切向應力；
dij——壓電系數
將式（1-8）以矩陣形式表示，則有
1
2
1 3
2 =D 4
3 5
6
式中 4= 23， 5= 31， 6= 12
d11 d12 d13 d14 d15 d16
D= d11 d12 d13 d14 d15 d16 （3-3）
d11 d12 d13 d14 d15 d16
式（1-4）稱為壓電系數矩陣。實驗得到石英晶體的壓電系數矩陣為
2.31 -2.31 0 0.67 0 0
D= 0 0 0 0 -0.67 -4.62 （3-4）
0 0 0 0 0 0
由式（3-4）可知
（1） 壓電系數矩陣是正確選擇力—電轉換方式和轉換效率的重要依據；
（2） 石英晶體不是在任何方向都存在壓電效應；
（3） 石英晶體的壓電系數共有18個。但由於晶體的對稱性，可以確定的壓電系數只有兩個。
對於右旋石英晶體， <0和 >0：對於左旋石英晶體則是 >0, <0，即
= 2.3× C/N, = 7.3× C/N
3.1.2晶片的直徑的確定
為縱向靈敏度的計算公式為
SQ =nd11•A （3-5）
SQ=1.6×10-3 Pc/Pa=1.6×10-15C/Pa
所以 1.6× =2×2.3× ×A
A=348
A=
D=21.06mm
晶片直徑及厚度大於0.5mm
3.2驗算
彈性元件的材料應具有：
（1)強度高和耐蝕性好；
（2)彈性模量要高；
（3)溫度系數要低。
彈性儲能是衡量彈性材料的一個重要指標。彈性儲能是指單位體積所吸收最大變形的功，它表示在彈性元件的材料吸收最大變形功時，而不產生永久變形的能力。
最大變形功為
式中 W——最大彈性變形功；
——彈性極限；
E——彈性模量。
由上式可見：
（1）要使W增加，則必使E減小；
（2）但彈性元件要求有較高E值；
（3）以上兩者矛盾，綜合考慮，常取E值高的材料作彈性元件；
（4）測量超高壓時，選用超高強度的合金材料（ >1600MPa），如馬氏體、不銹鋼、鎳鈷鉬合金等。
無論選用哪種材料，都要求具有良好的機械加工性能、熱處理性能和焊接性能好等。
要保持具有良好的線性。
具有良好的線性關系必使在最大動態力作用下不脫離接觸，此時，必須滿足以下條件：在最大動態力作用下產生的變形 不超過預應力產生的變形x，即
最大動態力為 ，由胡克定律，由
因而，在此動態力作用下產生的變形為
在位移 下產生的彈性力為
所以最小預用力為
顯然， ，預應力的下限值應取 。
機械強度的設計計算
（1） 根據使用條件和測量要求合理選擇材料；
（2） 合理設計整體結構和零件尺寸；
（3） 用於超高壓測量的感測器要進行連接螺紋的強度校合，以滿足整個感測器強度要求和可靠性。壓力感測器的強度設計主要是對彈性元件和轉換元件。
設： 為被測最大壓力；A為膜片有效受力面積；A』為壓電轉換元件（晶片）的面積； 為壓電元件（晶片）的強度極限；[ ]為允許應力。則壓電元件（晶片）上承受的最大力為
= •A
=4.0× ×3.48×
=1.39× N
3.3電極設計
縱向效應晶體組件的設計
晶體元件一般設計成機械串聯（受力）、電氣並聯，以薄金屬片做電極（圖9-41），或以金屬鍍層做電極（圖9-42）。
以金屬片為電極的應用較為普遍，因其結構工藝簡單。
（a）金屬薄片式 (b)金屬鍍層式
圖4 晶體元件組
3.4.彈簧設計
圖5 彈簧設計圖
1.彈簧的作用：
保證測頭與被測目標可靠接觸。
2.設計要求：
測量力要求：小於100g，不能太硬。
行程要求： 2mm，伸縮行程。
3.關於材料的選擇和參數計算：
彈簧材料的選擇，應根據彈簧承受載荷的性質、應力狀態、應力大小、工作溫度、環境介質、使用壽命、對導電導磁的要求、工藝性能、材料來源和價格等因素確定。彈簧材料除了注意其化學成分外，還應特別注意其冶金及熱處理的工藝質量。相同成分的材料由於冶金及熱處理工藝質量不同，其機械性能往往有很大差別。感測器內部彈簧較小，選用經預先熱處理的油淬火回火的彈簧鋼絲。
考慮最大工作負荷為 ，並且在低溫下使用的彈簧材料，應具有良好的低溫韌性。碳素彈簧鋼絲、琴鋼絲和 1Cr18Ni9 等奧氏體不銹鋼彈簧鋼絲、銅合金、鎳合金有較好的低溫韌性和強度，本感測器還需要該材料膨脹系數變化極小。綜上各因素，我們小組決定選取材料1Cr18Ni9，其許用切應力 ，通過查閱機械手冊表，選取其彈簧指數為C=14，則曲度系數
。
計算彈簧絲徑 ，選取標准值 。
彈簧中徑 。節距一般取 ，這里取 。根據量程 ，查機械手冊表，選取彈簧工作圈數的標准值 ，由此得彈簧自由高度 。壓縮高度 。
表1彈簧設計所有參數
絲徑 中徑 載荷 壓縮高度 自由高度
0.35 5 0.1kg 1.225 4
為了進一步提高彈簧的許用剪切應力，需對彈簧採取強壓處理。經強壓處理後的彈簧，可提高彈簧的許用剪切應力，最高可增加25％左右。強壓處理的基本原理是將彈簧預制的比要求的自由高度高一些，然後壓縮彈簧至並緊，使其應力超過彈簧材料的彈性極限。強壓處理過的彈簧再載入時，其許用彈性極限比強壓處理前提高很多。強壓處理方式採用長時間一次強壓，保持時間為48h左右。
4.感測器整體的結構設計
圖6 活塞式壓力感測器總設計圖
總結
1•通過這次課程設計，我對感測器設計基礎知識復習了一遍，而且更重要的是又學到了很多新的知識，獲得了新的經驗。我從中學會了根據具體的數據進行查表、篩選，從而進行設計。學會知道團隊精神的重要性，在這次的課程設計當中，在一些材料的選用，數據的演算法等方面與其他同學進行了交流，提高了自己的工作效率。
2•在如此短的時間內，依靠個人能力是不可能完成如此繁瑣的資料查找與收集。所以，通過這次課程設計，加強了同學之間的交流，大大增進了我們組的凝聚力，協作的精神更強了。而且自己也學到了很多實際的有用的東西，相信對以後的工作一定會有很大的益處。
3•最後，在此對郭易老師的指導與教學表示感謝，通過老師的幫助使得我們的工作效率得到了很大的提高。
參考書目
[1] 黃賢武 ,鄭筱霞 . 感測器原理與應用 .北京：電子科技大學出版社 1995年 35-40
[2] 王化祥,張淑英.感測器原理及應用.天津：天津大學出版社 ,1999年 56-60
[3] 高曉蓉.感測器技術.西南交通大學出版社，2003年 66-70
[4] 郁有文，常健.感測器原理及工程應用.西安：西安電子科技大學出版社，2001年 75-80
[5]何希才.感測器及其應用電路 .北京:電子工業出版社 2001 90-100
[6] 陳傑 ,黃鴻.感測器與檢測技術 .北京：高等教育出版社 2002年 100-103
[7] 於建紅 . 感測技術學報 .2007年 2-4
Ⅸ 跪求《感測器與檢測技術》課程設計 欲做振動設備動態監測系統的設計，要用到感測器及單片機
要做振動動態監測，你要測振動的哪些項目？振幅？頻率？加速度？設計的量程、精度、解析度有什麼要求？監測方法首先確定，然後進行感測器選型，采購還是研發？光電式的還是壓電式的，或者電容式的，選則感測器時考慮信號傳輸與採集，甚至數模模數轉換，以及單片機是否要做數據處理，輸出顯示等等，多查資料，如果你自己認真做好，肯定會有收獲的
Ⅹ 求感測器課程設計
課程編碼：08365040
課程名稱：感測器實驗及課程設計
英文名稱：the experiment and course design of sensor
學時/學分：20/1
適用對象：測控技術與儀器、電氣工程及其自動化等本科生
指導教材：感測器課程設計教程
參考書：感測器原理及檢測技術實驗指導與習題集
主要儀器設備：CSY—910型感測器實驗儀、感測器實驗擴展裝置、計算機、示波器、萬用表、信號發生器等
一、學時分配
序號 實驗項目名稱 實驗類型 學時分配 備注
1 霍爾式感測器的特性實驗 基本 2
2 感應式磁敏感測器設計 設計 4
3 霍爾式感測器應用設計 綜合 4
4 熱電偶測溫實驗 基本 2
5 熱敏電阻 設計 2
6 AD590 設計 2
7 光敏三極體 設計 2
8 光敏電阻 設計 2
9 金屬箔式應變片位移測量實驗 基本 2
10 電感感測器 基本 2
11 電容感測器 基本 2
12 壓電式感測器 基本 2
13 氣敏、濕度感測器 設計 2
14 智能感測器 基本 2
15 磁敏感測器應用 綜合設計 8
16 溫度感測器應用 綜合設計 8
17 光敏感測器應用 綜合設計 8
18 力敏感測器應用 綜合設計 8
19 應變感測器應用 綜合設計 8
20 壓電感測器應用 綜合設計 8
21 其它感測器應用 綜合設計 8
22 智能感測器設計 綜合設計 8
二、課程性質、目的與任務
感測器課程設計是測控技術與儀器專業開設的一門獨立實踐課程，也是電氣工程及自動化專業的選修課程。本課程以各類感測器的性能測試、實際應用設計為線索，完成磁敏感測器、溫度感測器、光電感測器、應變感測器、電感感測器、電容感測器、壓電感測器、光纖感測器、溫濕度感測器、智能感測器等基本型、設計性和綜合性實驗與設計內容，通過課內和課外相結合，自主申請實驗項目和實驗室開放課題相結合，使學生掌握不同種類感測器的使用方法和設計要點的基本技能，加深學生對「感測器原理及檢測技術」理論知識的理解，為從事儀器系統開發與設計打下基礎。
三、教學基本要求
1、通過磁敏感測器實際製作或應用，掌握感應式感測器的工作原理及其性能和霍爾式感測器的工作原理、特能及其應用。
2、通過熱電偶、熱敏電阻和集成溫度感測器AD590的性能測試的方法及應用，掌握熱電偶的原理、熱敏電阻和電流輸出型溫度感測器的工作原理和使用方法，並計算和分析溫度感測器靈敏度、線性度。
3、了解各種光電器件的特性，通過光敏三極體和光敏電阻的實際參數測試，掌握光電感測器的工作原理與應用方法。
4、通過應變式感測器實驗，掌握理論課上所講授的應變片的工作原理，並完成單臂、半橋、全橋的性能測試，總結它們之間的相互關系。
5、了解差動變壓器的結構，通過差動變壓器靜態位移性能測試和差動變壓器零點殘余電壓的補償電路設計，掌握理論課上所講授的差動變壓器的工作原理和零點殘余電壓的補償措施。
6、通過差動變面積式電容感測器的靜態及動態特性測試，掌握差動變面積式電容感測器的工作原理及其特性，了解電容變換器的工作原理。
7、通過壓電式感測器的動態響應和引線電容對電壓放大器與電荷放大器的影響實驗，掌握壓電式感測器的工作原理、結構及應用和驗證引線電容對電壓放大器的影響，了解電荷放大器的原理和使用方法。
8、通過氣敏、濕度感測器性能測試，掌握氣敏、濕度感測器的工作原理及其特性，掌握測量可燃性氣體、環境濕度的方法和設計電路。
9、通過基於IEEE 1451的溫濕度智能感測器現場應用演示，掌握基於該標準的智能感測器協議的特點、系統組成及實際應用領域。
四、教學內容及要求：
1、磁敏感測器：完成霍爾元件基本特性實驗；自行設計感應式感測器，利用感測器實驗儀放大器和顯示模塊完成磁場測試的實驗內容；利用集成霍爾式感測器，自行設計放大器電路，實現轉速測量，將轉速結果通過顯示模塊顯示。該兩項實驗內容學生可任選其一作課內實驗，另一項實驗內容通過課外或實驗室開放完成。
2、溫度感測器：利用感測器實驗儀上的熱電偶完成測溫實驗，根據實驗結果，查分度表，計算並分析該熱電偶的靈敏度和線性度；通過設計熱敏電阻測量電路和放大器，利用感測器實驗儀上的顯示模塊顯示被測溫度，計算並分析該熱敏電阻的靈敏度和線性度；識別集成溫度感測器AD590管腳，通過設計測量電路和放大器，利用感測器實驗儀上的顯示模塊顯示被測溫度，計算並分析該溫度感測器AD590的靈敏度和線性度。該三項實驗內容學生可任選其一作課內實驗，剩餘兩項項實驗內容通過課外或實驗室開放完成。
3、光電感測器：設計光敏三極體測量電路，通過電機帶動黑白相間條紋園盤旋轉，利用感測器實驗儀上的顯示模塊計數白條紋數量，經過計算得出電機轉速；設計光敏電阻測量電路、放大器和發光二極體亮度可調電路，利用感測器實驗儀上的顯示模塊顯示電位器不同刻度對應的輸出值，繪制光敏電阻光譜特性曲線。該兩項實驗內容學生可任選其一作課內實驗，另一項實驗內容通過課外或實驗室開放完成。
4、應變式感測器：利用感測器實驗儀上粘貼的應變片，學生分別連接三種電橋：單臂、半橋、全橋，完成位移測量實驗，要求三種電橋所用放大器增益不變，根據測量結果，計算靈敏度，比較三種電橋之間的相互關系。該部分內容為課內實驗。
5、電感感測器：利用感測器實驗儀上的差動變壓器，將兩只次級線圈反向串接，由音頻振盪器給初級提供激勵信號，調整差動變壓器中銜鐵的位置，用示波器觀察輸出波形，然後，通過電橋平衡網路對差動變壓器的零點殘余電壓進行補償，觀察零點殘余電壓波形。該部分內容可作為課內實驗或通過課外或實驗室開放完成。
6、電容感測器：將感測器實驗儀上的差動變面積式電容感測器連接到電容變換器，經放大和濾波，在電壓表和示波器上顯示可動極板相對變化情況，記錄測試數據，計算系統靈敏度，分析電容變換器電路工作原理。該部分內容可作為課內實驗或通過課外或實驗室開放完成。
7、壓電式感測器：將感測器實驗儀上的壓電感測器接到電荷放大器，給振動台的激振線圈加激勵信號，觀察壓電感測器的輸出波形，然後再將壓電感測器接到電壓放大器，通過濾波、放大和相敏檢波器，更換不同長度屏蔽線，觀察實驗輸出結果，分析並比較引線電容對電壓放大器和電荷放大器的影響。該部分內容可作為課內實驗或通過課外或實驗室開放完成。
8、氣敏、濕度感測器：識別氣敏感測器管腳，設計其測量電路，將感測器輸出接直實驗儀上的放大器，通過顯示模塊顯示不同氣體濃度對應的數據，分析產生測量誤差的原因；設計濕敏電阻測量環境濕度的檢測電路，利用實驗儀上的顯示模塊顯示被測濕度，計算該感測器的重復性誤差。該兩項實驗內容學生可任選其一作課內實驗，另一項實驗內容通過課外或實驗室開放完成。
9、智能感測器：利用感測器國際標准協議IEEE 1451製作的網路化實驗感測器裝置，通過連接Internet網路遠程調用，觀察被測現場多種參數測量結果。該部分內容可作為課內課程設計或通過課外或實驗室開放完成。
五、考核方式：考查，成績由出勤率、作品驗收、實驗報告三部分決定。
實驗項目一 霍爾式感測器的特性實驗
霍爾元件的結構中，矩型薄片狀的立方體稱為基片，在它的兩側各裝有一對電極。一個電極用以加激勵電壓或激勵電流，故稱為激勵電極。另一個電極作為霍爾電勢的輸出，故稱霍爾電極。
在實際應用中，當磁場強度H（或磁感應強度B）或激勵電流I中的一個參數為常量，而另一個作為輸入時，則輸出霍爾電勢UH(或B)或I。當輸入量是H（或B）或I時，則輸出霍爾電勢UH正比於H（或B）與I的乘積。
實驗裝置採用的磁路系統如圖1（a）所示，由於兩對極性相反的磁極的共同組成，在磁極間形成一個梯度磁場。理想特性如圖1（b）所示磁感應強度B是位移x的函數，即B=f(x)。調整霍爾元件處於圖示中心位置時，由於該處磁場作用抵消B=0，所以霍爾元件上下運動時霍爾電勢大小和符號也會跟隨變化，並且有UH=f(x)。因此，若用一標准磁場或已知特性磁場的磁路系統來校準霍爾元件的輸出電勢時可採用測量磁場強度的方法。
圖1 霍爾元件磁路系統和特性
實驗目的：了解霍爾式感測器的原理與特性。
基本原理：根據霍爾效應，霍爾電勢UH=KHIB，當霍爾元件處在梯度磁場中運動時，它就可以驚醒位移測量。
所需單元及部件：霍爾片、磁路系統、電橋、差動放大器、F／V表、直流穩壓電源、測微頭、振動平台、主、副電源。
實驗步驟：
（1）霍爾元件上所加電壓不得超過±2V，以免損壞霍爾晴，辨別霍爾片的激勵電極和霍爾電極端。
（2）一旦調整好測量系統，測量時不能移動磁路系統。
（3）了解霍爾式感測器的結構及實驗儀上的安裝位置，熟悉實驗面板上霍爾片的符號。霍爾片安裝在實驗儀的振動圓盤上，兩個半圓永久磁鋼固定在實驗儀的頂板上，二者組合成霍爾感測器。
（4）將差動放大器的(+)、(－)輸入端與地短接，輸出端插口與F／V表的輸入插口Vi相連，開啟主、副電源，調節差放零點旋鈕，使F／V表顯示零，關閉主電源。
（5）差動放大器增益旋至最小，F/V電壓表量程置2V檔，直流穩壓電源放在2V檔。開啟主、副電源將差動放大器調零後，增益置最小，再關閉主電源，根據圖2接線，W1、r為電橋單元的直流電橋平衡網路。
霍爾器件
N
N
S
S
環形磁鐵
V
+
－
←
直流穩壓電源
1
1
+2V
－2V
w1
r
電橋平衡網路
差動放大器
電壓表
霍爾感測器
圖2 霍爾感測器直流特性測試
（6）裝好測微頭，調節測微頭與振動台吸合並使霍爾片置於半圓磁鋼上下正中位置。
（7）開啟主、副電源，調整Wl使電壓表指示為零。
（8）上下旋動測微頭，每0.5mm讀一個數，將電壓表的讀數填入下表
X（mm）
V(v)
X（mm）
V(v)
（9）作出V—X曲線，指出線性范圍，求出靈敏度K=△V/△X。
發揮部分：
（1）按圖3接好線路，開啟電源將差動放大器輸出調零；
（2）用F表將音頻振盪器調至1KHZ，用示波器觀察輸出幅度小於5V。
（3）（0°，180°）端輸出至霍爾片的輸入端，差動放大器增益調小；
（4）利用示波器、電壓表調整平衡網路w1、w2使輸出為零，同時可調整移相器。
（5）旋轉測微頭，記下讀數填入下表：
X（mm）
V(v)
X（mm）
V(v)
圖3 霍爾感測器的交流特性測試
思考題
（1）本實驗測出的實際上是磁場的分布情況，它的線性好壞是否影響位移測量的線性度。
（2）霍爾感測器是否適用於大位移測量？
（3）霍爾片工作在磁場的那個范圍靈敏度最高？
實驗項目二 感應式磁敏感測器設計
1．實驗目的及要求
了解感應式磁敏感測器的基本結構、工作原理及應用場合，掌握感測器線圈纏繞匝數與其頻率帶寬之間的關系、與其靈敏度之間的關系，不同材料的磁芯對感應式磁敏感測器的性能的影響。
2．基本原理：感應式磁敏感測器是基於法拉第電磁感應定律製成的，感測器的N匝線圈所在磁場的磁通變化時，線圈中產生感應電動勢： 發生變化，根據產生感應電動勢的大小檢測磁場的強弱。其線圈分為兩種類型：有磁芯線圈和空心環路線圈。有磁芯線圈感測器中的磁芯採用高導磁率材料，如坡莫合金，非晶態合金等。
3．所需儀器及材料：示波器、RLC測試儀、信號發生器、萬用表、磁芯、漆包線等。
4．實驗任務：
（1）在給定的磁芯上纏繞一定匝數的漆包線，完成感測器的製作，同時用漆包線製作一個激勵線圈。用RLC測試儀測量所作感測器的電感值、分布電容值和有效直流電阻值，並記錄。
（2）利用感測器實驗儀上的放大器、電阻和電容等電子元件，設計、製作與調試感測器測量電路，並與感測器連接。
（3）用信號發生器輸出的正弦信號接至激勵線圈，產生頻率幅度變化的磁場，將製作的感測器放入該磁場中，用雙線示波器連接信號發生器輸出端和感測器輸出端，組成一個測量線路，通過調節信號發生器輸出正弦信號的頻率，用示波器讀出信號發生器輸出的正弦信號和感測器輸出波形的峰峰值，填入下表：
F（Hz）
Vp-p（信號發生器）
Vp-p（感測器）
（4）根據實測數據，寫出該感測器的帶寬，計算其靈敏度和線性度。
5．思考：
（1）試回答磁敏感應感測器的第一個諧振點的頻率。
（2）感測器線圈匝數纏繞的多少是否影響其頻率特性？為什麼?
6．實驗報告
包括：目的、任務；線圈參數（匝數、磁芯材料和線徑等）及測量電路設計原理和框圖；實驗方法及實驗中碰到的問題和分析解決問題的方法；實驗步驟；測量數據記錄；結論。
實驗項目三 霍爾感測器應用設計
1．集成霍爾感測器
霍爾集成感測器是將霍爾元件、放大器、施密特觸發器以及輸出電路等集成在一塊晶元上，為用戶提供了一種簡化的和比較完善的磁敏感測器。其輸出信號強，傳送過程無抖動現象，而且功耗低，對溫度的變化是穩定的，靈敏度與磁場移動速度無關。霍爾集成感測器分為線性集成電路和開關電路。
實驗採用3144EU開關型霍爾集成感測器，開關型集成霍爾感測器由霍爾元件HG、放大器A、輸出晶體管VT、施密特電路C和穩定電源R等組成。其內部框圖、輸出特性和引腳如圖4（a）、（b）、（c）所示。感測器通過晶體管VT的集電極輸出，感測器的輸出只有一端，是以一定磁場電平值進行開關工作的，由於內設有施密特電路，開關特性具有時滯，因此有較好的抗雜訊效果。工作電源的電壓范圍較寬，可為3—6V。
（a）內部框圖 （b）輸出特性 （c）引腳圖
圖4 開關集成霍爾元件內部框圖、輸出特性
2．實驗目的；
了解開關型集成霍爾感測器及其轉換電路的工作原理；掌握霍爾感測器的使用方法；設計利用開關型集成霍爾感測器製作接近開關等控制電路；認識霍爾元件。了解測量集成霍爾元件輸出的參數和工作性能。
3．設計任務
根據具體給出的器件設計一音樂控制電路。當磁鋼靠近霍爾感測器時電路發出樂曲聲，當磁鋼極性翻轉或被撤離感測器時電路停止音樂聲。
4．實驗步驟
（1）根據給出的器件設計電路。
（2）在實驗麵包板上插接聯接電路。
（3）檢查連線無誤後加3V直流工作電壓，調試工作狀態。
（4）測量磁場變化時霍爾感測器的輸出電壓值。
5．實驗器件：常閉開關型集成霍爾感測器3144EU一個；集成音樂片9300一片；三極體NPN型9014一隻；三極體PNP型9015一隻；小功率揚聲器一個；電阻4.7K、1K各一隻。
6．實驗板裝配電路板如圖5所示
揚聲器
集成音樂片
霍爾感測器
V+
電 阻
三極體
V-
三極體
圖5 實驗板裝配元件位置示意圖
注意事項：
（1）音樂集成片的工作電壓較低，直流電源3V電壓即可工作，電壓不可過大以免燒壞器件。
（2）注意集成霍爾感測器的極性，確定無誤後再接線。
思考題
（1）用集成霍爾感測器設計一無觸點控制電路，控制燈的亮滅。
提示：輸出端接有固態繼電器，通斷控制100V交流。
（2）用霍爾元件控制電機轉速與光電感測器測量控制電機轉速各有特點。
實驗報告
包括：目的、任務；實驗框圖及電路設計；調試方法及調試中碰到的問題和分析解決問題的方法；測量數據記錄（霍爾感測器的工作電壓、工作電流、磁場變化的靜態輸出）。