物理传感器实验实例
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llongwill? Digital Information System Laboratory
V6.0物理实验实例
上海市中小学数字化实验系统研发中心
山东省远大网络多媒体有限责任公司
2007年9月
目 录
1、静摩擦力研究…………………………………….……………………………………………P5
2、滑动摩擦力研究……………………………………….………………………………………P5
3、重力大小与质量的关系…………………………….…………………………………………P7
4、力的合成与分解……………………………………………………………………………P7
5、研究匀速直线运动……………………………………………….……………………………P8
6、研究匀加速直线运动………………………………………….……………………………P10
7、平均速度的测量…………………………………………….………………………………P11
8、平均速度与瞬时速度的关系……………………………………………………….………P12
9、加速度的测量………………………………………………………………………………P13
10、加速度与拉力的关系 ……………………….……………………………………………P15
11、加速度与质量的关系……………………………….......………..…………………………P16
12、牛顿第三定律………………………….……………………………………………………P17
13、浮力的相互作用……………………………….……………………………………………P18
14、用位移传感器研究自由落体运动………………………….………………………………P19
15、用光电门传感器测自由落体的加速度…………………….………………………………P21
16、超重与失重……………………………………………….…………………………………P22
17、动量定理（恒力）…………………………………….…..…………………………………P22
18、动量定理（变力）……………………………………………….……………………………P24
19、动量守恒定律……………………………………….………………………………………P26
20、功和能……………………………………………….………………………………………P28
21、观察碰撞中的动能………………………………….………………………………………P30
22、机械能守恒定律（斜轨法）…………………………………………….……………………P31
23、机械能守恒定律（摆球法）…………………………………………….……………………P33
24、单摆的振动图像…………………………………….………………………………………P34
25、阻尼振动…………………………………………….………………………………………P35
26、简谐振动的相位…………………………………….………………………………………P35
27、简谐波的叠加………………………………………….……………………………………P36
28、弹簧振子的振动图像………………………………….……………………………………P37
29、弹簧振子位移与弹簧受力关系……………….……………………………………………P38
30、受迫振动……………………………………………….……………………………………P39
31、单摆周期的测量……………………………………….……………………………………P41
32、单摆法测重力加速度………………………………….……………………………………P42
33、向心力研究…………………………………………….……………………………………P42
34、胡克定律……………………………………………….……………………………………P44
35、研究定滑轮与动滑轮………………………………….……………………………………P45
36、声波的振动图像……………………………………….……………………………………P46
37、噪声的波形…………………………………………….……………………………………P46
38、频率与音调的关系…………………………………….……………………………………P47
39、振幅与响度的关系………………………………….………………………………………P47
40、声波干涉………………………………………….…………………………………………P48
41、声波的合成……………………………………….…………………………………………P48
42、声音的共鸣……………………………………….…………………………………………P49
43、水在加热过程中的温度曲线…………………….…………………………………………P50
44、液体蒸发使温度下降………………………………………………………………………P50
45、摩擦做功使温度升高………………………………………………………………………P51
46、气体压缩温度升高…………………………………………………………………………P52
47、红外线热效应………………………………………………………………………………P52
48、热辐射研究…………………………………………………………………………………P53
49、热传导………………………………………………………………………………………P55
50、水的冷却规律………………………………………………………………………………P56
51、热胀冷缩……………………………………………………………………………………P57
52、固体熔化时温度的变化规律………………………………………………………………P57
53、沸点与压强的关系…………………………………………………………………………P58
54、液体内部压强………………………………………………………………………………P59
55、阿基米德定律………………………………………………………………………………P60
56、玻意耳定律…………………………………………………………………………………P61
57、查理定律……………………………………………………………………………………P63
58、串联电路中电流的规律……………………………………………………………………P63
59、并联电路中电流的规律……………………………………………………………………P64
60、串联电路中电压的规律……………………………………………………………………P64
61、电流的热效应与电阻的关系………………………………………………………………P65
62、电容充放电与串并联………………………………………………………………………P66
63、欧姆定律……………………………………………………………………………………P67
64、导体的伏安特性……………………………………………………………………………P69
65、伏安法测金属丝的电阻率…………………………………………………………………P70
66、伏安法测电池的电动势和内阻……………………………………………………………P70
67、补偿法测量电池电动势……………………………………………………………………P71
68、研究电源的输出功率与电源效率…………………………………………………………P72
69、描绘小灯泡的伏安特性曲线………………………………………………………………P73
70、小电机的伏安特性曲线……………………………………………………………………P75
71、分压与限流电路……………………………………………………………………………P76
72、恒压源恒流源……………………………………………………………………………P77
73、伏安法测电阻……………………………………………………….……………………...P78
74、复杂电路分析（一、二）………………………………………….………………………P79
75、用磁传感器研究地球磁场…………………………………………………………………P80
76、通电螺线管的磁感强度测量………………………………………………………………P81
77、匀强磁场研究………………………………………………………………………………P82
78、通电螺线管的磁感强度与电流的关系……………………………………………………P83
79、直线电流的磁场……………………………………………………………………………P84
80、安培力测量…………………………………………………………………………………P85
81、用单匝线圈研究电磁感应现象……………………………………………………………P86
82、楞次定律……………………………………………………………………………………P87
83、法拉第电磁感应定律………………………………………………………………………P87
84、电磁阻尼……………………………………………………………………………………P88
85、微弱磁通量变化时的感生电流……………………………………………………………P89
86、用磁传感器测量转速………………………………………………………………………P90
87、自感现象……………………………………………………………………………………P91
88、发电机原理…………………………………………………………………………………P92
89、交流电波形…………………………………………………………………………………P93
90、整流与滤波…………………………………………………………………………………P94
91、LC振荡………………………………………………………………………………….…P95
92、RC、RL移相………………………………………………………………………………P96
93、二极管特性曲线……………………………………………………………………………P97
94、三极管特性曲线……………………………………………………………………………P98
95、晶体管放大电路……………………………………………………………………………P99
96、李萨如图形…………………………………………………………………………………P101
97、简单门电路…………………………………………………………………………………P101
98、双稳态电路…………………………………………………………………………………P102
99、多谐振荡电路………………………………………………………………………………P103 100、单缝衍射…………………………………………………………………………………P104 101、双缝干涉…………………………….………………………………………………….P105 102、光栅的衍射………….…………………………………………………………………..P107 103、光强与光源距离的关系……….………………………………………………………..P107 104、小灯泡发光强度与电压的关系…………………….…………….…………………….P108 105、烛光的光强………………………………………………….…………………………..P108 106、不同物质的透光性能研究…………………….……….……………………….………P110 107、光的偏振………………………………….……………………..………………………P111 108、本底计数率测量……………………….………………………………..………………P112 109、常用放射源的计数率测量………………………..………………….…………………P113 110、验证放射性强度与距离的关系……………..……………………….…………………P115 111、放射性的屏蔽……………………...……………………………………………………P115 112、建筑材料放射性的测量…………………….……………………………………………P116 113、太阳活动与本底计数率变化的关系…….……………………………………………….P118
附录1：朗威?DISLab传感器明细表…….……………….…….……………………………. P119 附录2：朗威?DISLab配套实验器材明细表…….……….…….……………………………. P119 附录3：朗威?EXB系列电学实验板与实验实例对应表……….……………………...……. P120附录4：朗威?DISLab咨询服务一览表…….…………….……….…………………………. P120
实验一 静摩擦力研究
◆实验目的
观察最大静摩擦力现象，加深对静摩擦力概念的理解。 ◆实验原理
两个相互接触的物体，有相对滑动的趋势时，两物体之间会出现一种阻碍运动趋势的力，即静摩擦力。静摩擦力的最大极限值叫做最大静摩擦力。 ◆实验器材
朗威?DISLab 、计算机、木块、配重块、斜面板、小细绳。 ◆实验装置图 见图1-1。
◆实验过程与数据分析
1、将力传感器接入数据采集器；
2、调节传感器窗口为“示波”显示；
3、木块（加配重块）放置在斜面板上，用小细绳连接传感器的测钩与木块，保持水平方向缓慢拉动，待木块开始运动后停止拉动；
4、点击“停止”，在图1-2所示的实验图线上找出代表静摩擦力及最大静摩擦力的部分。
5、根据实验结果，分析拉动木块过程中受力情况；
6、改变配重块的质量，重复实验，观察获得的图线与图1-2的区别。
实验二 滑动摩擦力研究
◆实验目的
研究影响滑动摩擦力的因素。 ◆实验原理
两个接触着的物体，有了沿接触面的相对滑动，在接触面上就会产生阻碍相对滑动的力，即滑动摩擦力。固态物体之间的摩擦力与接触面相切，并与相对滑动或相对滑动趋势的方向相反。摩擦力的大小，与相互接触的物体的性质、表面的光洁程度及物体间的正压力有关，与接触面积无关。
图1-1 实验装置图
图1-2 最大静摩擦力实验结果
◆实验器材
朗威?DISLab 、计算机、木质或铁质物块、斜面板、小细绳、配重块（或砝码）、天平。 ◆实验装置图
同实验一。
◆实验过程与数据分析
1、用天平称出物块和配重块的质量，把斜面板放置水平；
2、将力传感器接入数据采集器；
3、打开“组合图线”窗口，点击“添加”，设置X 轴为“时间”，Y
轴为“力”；
4、物块放置在斜面板上，传感器的测钩用小细绳与物块连接好，水平方向缓慢拉动物体，待物体开始匀速运动一段时间后停止拉动，获得“F-t ”图线（图2-1）；
5、点击“停止”，用“选择区域”工具在图2-1的“F-t ”图线中选取对应物块匀速运
动的一段图线；
6、点击“其它处理”菜单中的“平均值”，得出被选中的那段“F-t ”图线对应测量数据的平均值（图2-2）；
7、点击平均值窗口中的“记入表格”，将平均值数据记录在表格中；
8、在物块上放置配重块，重复步骤4~7，测出并记录一组数据；
9、打开“计算表格”，点击“变量”，定义“m ”为代表物块与配重块的总质量并输入相应值，输入公式“Fn=9.8*m ”代表压力，输入公式“k=F 1/Fn ”，代表摩擦力与压力的
比值，得出计算结果（图2-3）；
10、从计算结果中看出，摩擦力与压力的比值基本为一常量，说明二者成正比。点
击“绘图”，选择X 轴为“Fn ”，Y 轴为“F 1”，各数据点在坐标系的排列呈线性特征，点击“线性拟合”，发现所有数据点都在拟合线上，且拟合线过原点，同样验证了二者的正比关系（图2-4）；
11、分别改变物块的接触面积、材料、粗
糙程度，重复上述实验，总结影响滑动摩擦力的因素。
图2-2 求平均值
图2-3 计算结果
图2-4 坐标显示数据点
图2-1 F-t 图
实验三 重力大小与质量的关系
◆实验目的
研究重力的大小与质量的关系。
◆实验原理
在地球上某一位置，物体所受的重力与其质量是成正比关系的。
◆实验器材
朗威?DISLab、计算机、钩码若干、天平、铁架台。
◆实验过程与数据分析
1、将力传感器接入数据采集器，用转接器将传感器固定在铁架台上，使其测钩竖直向下，对传感器调零；
2、用天平称出各钩码的质量（本次实验所用钩码的质量为0.098kg/只）；
3、打开“计算表格”，设定变量“m”，表示钩码的质量；
4、将一只钩码挂在力传感器的测
钩上，手动记录此时的重力值。依次
增加钩码数量，记录一组数据；
5、点击“公式”，输入自定义公
式“K=F1/m”，得到计算结果基本为
一常数；
6、点击“绘图”，设定X轴为
“m”，Y轴为“F1”。数据点的排
列呈现明显的线性特征。点击“线性
拟合”，得到一条过原点的拟合图线
（图3）；
7、从实验结果得出结论：重力的
大小与质量成正比。
实验四 力的合成与分解
◆实验目的
验证共点力的合成定则。
◆实验原理
共点力的合成与分解符合力的平行四边形定则。
◆实验器材
朗威?DISLab、计算机、DISLab力的合成分解实验器、钩码（5.76N）、小细绳等。
◆实验装置图
见图4-2。
◆实验过程与数据分析
1、将两只力传感器分别接入数据采集器，将DISLab
力的合成分解实验器通过十字转接器固定
图3 线性拟合
图4-1 DISLab力的合成分解实验器
在铁架台上；
2、按照图4-2将两力传感器固定在DISLab 力的合成分解实验器的挂臂上，力传感器测钩指向实验器力矩盘的圆心，且与力矩盘中心垂线呈45°夹角，两力传感器测钩延长线相互垂直；
3、将两条细绳拴在测钩上，细绳的另一端在力矩盘的圆心处打结拴在一起；
4、观察软件中两个力传感器窗口，点击“调零”，使传感器窗口示数为0；
5、在细绳的打结处向下方引出另一细绳，并挂上钩码；
6、调整实验器的力矩盘，使挂钩码的细线与力矩盘下方的0°重合；
7、打开“计算表格”，定义变量“g ”为常量5.76，定义变量“q ”代表角度值，
使用“点击记录”，记录所测数据；
8、顺时针转动力矩盘，在转动角度分别为10°、20°、30°、45°时，依次记录所测数据并输入对应的角度值；
9、点击“公式”，考虑到角度与弧度的换算关系，输入自由表达式“F 5＝g*Cos （（45-q ）*pi/180）”，表示“F1的理论值”；输入自由表达式“F 6＝g*Sin （（45-q ）*pi/180）”，表示“F 2的理论值”；
10、比较实测值与理论值，发现二者接近（见图4-3），验证了力的合成定则。 建议：
1、在表格中输入实测值与理论值的相对误差计算公式，观察计算结果。
2、可以接入第三只力传感器替代钩码的重力，重新做上述实验。
3、调整力传感器在DISLab 力的合成分解实验器挂臂上固定方向，用实验器附带的滚轴替换测钩，使用配套的标准木块，即可进行力的分解实验（图4-4
）。
实验五 研究匀速直线运动
◆实验目的
研究匀速直线运动的规律。
◆实验原理
图4-3 力的合成实验结果
图4-2 实验装置图
图4-4 力的分解实验
物体作直线运动时，单位时间内物体的位移相等，即为匀速直线运动。 ◆实验器材
朗威?DISLab 、计算机、DISLab 力学轨道及配套小车等附件（图5-1）。
◆实验装置图
见图5-2。
◆实验过程与数据分析
1、将位移传感器接收器接入数据采集器，并固定在力学轨道的高端；
2、将位移传感器发射器与轨道小车固定在一起，调节轨道一端的高度，使小车在轨道上的运动接近匀速。调整位移接收、发射器的位置，使其基本正对；
3、打开“组合图线”，点击“添加”，选择X 轴为“时
间”，Y 轴为“位移”；
4、打开位移传感器发射器的电源开关，让小车自轨道的高端下滑，得出“s -t ”（位移与时间）图线（图5-3）；
5、如果s -t 图线呈曲线，表明小车未做匀速直线运动，此时需调节轨道的角度；
6、选择有效区段（图5-4），点击“线性拟合”，可见所选区域s -t 图线与拟合图线完全重合（图5-5），表明在匀速直线运动时位移与时间为线性关系，拟合直线的斜率即为运动物体的速度。
图5-3 s-t 图
图5-2 实验装置图
图5-1 DISLab 力学轨道及配套小车等附件
实验六 研究匀加速直线运动
◆实验目的
研究匀加速直线运动的规律。 ◆实验原理
物体做变速直线运动时，如单位时间内速度的增加量相等，即为匀加速直线运动。 ◆实验器材
朗威?DISLab 、计算机、DISLab 力学轨道及配套小车等附件。 ◆实验装置图 同实验五。
◆实验过程与数据分析
1、将位移传感器接收器接入数据
采集器并固定在轨道的高端；
2、将位移传感器发射器与轨道小车固定在一起，调节轨道一端的高度，使小车做匀加速运动。调整接收、发射模块的位置，使其发射口与接收口正对；
3、打开“组合图线”，点击“添加”图线，选择X 轴为“时间”，Y 轴为“位移”；
4、打开位移传感器发射器的电源开关，让小车自轨道的高端下滑，得出s -t （位移与时间）图线（图6-1）；
5、点击“选择区段”，选择s -t 图线中对应小车运动的区段（图6-2）；
6、点击“拟合”，选取“二次拟合”，可见拟合图线与s -t 图线所选区段完全重合，表明小车的运动属于匀加速直线运动，位移与时间为二次多项式关系（图6-3）；
7、对拟合获得的二次多项式图线进行求导（其物理意义是将s -t 图转为v-t 图），获得的导数图线为直线（图6-4），说明速度与时间为线性关系；
8、对导数图线进行线性拟合（图6-5），该拟合线的线性方程的斜率即为运动物体的加速度。
图5-4 选择有效区段 图5-5 线性拟合
图6-1 s-t 图线
实验七 平均速度的测量
◆实验目的
理解平均速度的概念，掌握测量平均速度的方法。 ◆实验原理
物体运动的平均速度v=s/t ，s 为时间t 内的位移。 ◆实验器材
朗威?DISLab 、计算机、DISLab 力学轨道及配套小车、挡光片等附件。
图6-2 选择有效区段 图6-3 二次多项式拟合
图6-4 求导 图6-5 线性拟合
图7-1
实验装置图
◆实验装置图
见图7-1。
◆实验过程与数据分析
1、使用DISLab 力学轨道附件中的“I ”型支架将两只光电门传感器固定在力学轨道一侧，将光电门分别接入数据采集器的第一、二通道；
2、将两光电门之间的距离设定为0.5m ；
3、将轨道的一端调高，在小车上安装宽度为0.020m 的“I ”型挡光片（图7-2），调整光电门的位置使小车及挡光片能够顺利通过并挡光；
4、打开“计算表格”，点击“变量”，启用“挡光片经过两个光电门的时间”功能，软件默认变量为t 12。定义“s ”为两光电门传感器之间的距离，输入固定值0.5m ；
5、点击“开始”，令小车从轨道的高端下滑，使挡光片依次通过两光电门；
6、保持小车从同一位置下滑，获得多组数据。注意操作中不要发生误挡光；
7、点击“公式”，调用力学公式库中的“平均速度”公式，正确选择公式变量，得出实验结果，点击“求平均”，计算出多次实验的平均值（图7-3），单位是m/s 。
实验八 平均速度与瞬时速度的关系
◆实验目的
掌握“瞬时速度就是平均速度极限”的概念。 ◆实验原理
选取物体运动过程中的某一段位移s 并测量该物体在s 内的平均速度v 。如果使s 逐渐减小，则v 将逐渐趋近于某一定值，该定值（平均速度的极限）即为物体运动的瞬时速度。 ◆实验器材
朗威?DISLab 、计算机、DISLab 力学轨道及配套小车、挡光片等。 ◆实验装置图 同实验七。
◆实验过程与数据分析
1、使用DISLab 力学轨道附件中的“I ”型支架将两只光电门传感器固定在力学轨道一侧，将光电门分别接入数据采集器的第一、二通道；
2、将轨道的一端调高，小车上安装宽度为0.020m 的“I ”型挡光片，调整光电门的位置使小车及挡光片能够顺利通过并挡光；
3、打开“计算表格”，点击“变量”，启用“挡光片经过两个光电门的时间”功能，软件默认变量为t 12。定义“变量s ”为两光电门传感器之间的距离；
图7-3 平均速度测量实验结果
图8-1 s 逐渐减小时平均速度向定值的趋近 图7-2 在小车上加装挡光片
高中物理实验11传感器的简单使用学案1
实验十一传感器的简单使用 考纲解读1.知道什么是传感器，知道光敏电阻和热敏电阻的作用.2.能够通过实验探究光敏电阻和热敏电阻的特性.3.了解常见的各种传感器的工作原理、元件特性及设计方案． 基本实验要求Ⅰ 研究热敏电阻的特性 1．实验原理 闭合电路欧姆定律，用欧姆表进行测量和观察． 2．实验器材 半导体热敏电阻、多用电表、温度计、铁架台、烧杯、凉水和热水． 3．实验步骤 (1)按实验原理图甲连接好电路，将热敏电阻绝缘处理； (2)把多用电表置于欧姆挡，并选择适当的量程测出烧杯中没有水时热敏电阻的阻值，并记下温度计的示数； (3)向烧杯中注入少量的冷水，使热敏电阻浸没在冷水中，记下温度计的示数和多用电表测量的热敏电阻的阻值； (4)将热水分几次注入烧杯中，测出不同温度下热敏电阻的阻值，并记录． 4．数据处理 在图1坐标系中，粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线． 图1 5．实验结论 热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，随温度的降低而增大． 6．注意事项 实验时，加热水后要等一会儿再测其阻值，以使电阻温度与水的温度相同，并同时读出水温． 基本实验要求Ⅱ
研究光敏电阻的光敏特性 1．实验原理 闭合电路欧姆定律，用欧姆表进行测量和观察． 2．实验器材 光敏电阻、多用电表、小灯泡、滑动变阻器、导线、电源． 3．实验步骤 (1)将光敏电阻、多用电表、灯泡、滑动变阻器如实验原理图乙所示电路连接好，其中多用电表置于“×100”挡； (2)先测出在室内自然光的照射下光敏电阻的阻值，并记录数据； (3)打开电源，让小灯泡发光，调节小灯泡的亮度使之逐渐变亮，观察多用电表表盘指针显示电阻阻值的情况，并记录． (4)用手掌(或黑纸)遮光时，观察多用电表表盘指针显示电阻阻值的情况，并记录． 4．数据处理 根据记录数据分析光敏电阻的特性． 5．实验结论 (1)光敏电阻在暗环境下电阻值很大，强光照射下电阻值很小． (2)光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量． 6．注意事项 (1)实验中，如果效果不明显，可将电阻部分电路放入带盖的纸盒中，并通过盖上小孔改变射到光敏电阻上的光的多少来达到实验目的； (2)欧姆表每次换挡后都要重新调零． 考点一温度传感器的应用 例1 对温度敏感的半导体材料制成的某热敏电阻R T，在给定温度范围内，其阻值随温度的变化是非线性的．某同学将R T和两个适当的定值电阻R1、R2连成图2虚线框内所示的电路，以使该电路的等效电阻R L的阻值随R T所处环境温度的变化近似为线性的，且具有合适的阻值范围．为了验证这个设计，他采用伏安法测量在不同温度下R L的阻值，测量电路如图2所示，图中的电压表内阻很大．实验中的部分实验数据测量结果如表所示. 图2 温度t/℃30.040.050.060.070.080.090.0
传感器测试实验报告
实验一 直流激励时霍尔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： 金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流流过时，在垂直于磁场和电流的方向上将产生电动势，这种物理现象称为霍尔效应。具有这种效应的元件成为霍尔元件，根据霍尔效应，霍尔电势U H ＝K H IB ，当保持霍尔元件的控制电流恒定，而使霍尔元件在一个均匀梯度的磁场中沿水平方向移动，则输出的霍尔电动势为kx U H ，式中k —位移传感器的灵敏度。这样它就可以用来测量位移。霍尔电动势的极性表示了元件的方向。磁场梯度越大，灵敏度越高；磁场梯度越均匀，输出线性度就越好。 三、需用器件与单元： 霍尔传感器实验模板、霍尔传感器、±15V 直流电源、测微头、数显单元。 四、实验步骤： 1、将霍尔传感器安装在霍尔传感器实验模块上，将传感器引线插头插入实验模板的插座中，实验板的连接线按图9-1进行。1、3为电源±5V ， 2、4为输出。 2、开启电源，调节测微头使霍尔片大致在磁铁中间位置，再调节Rw1使数显表指示为零。 图9-1 直流激励时霍尔传感器位移实验接线图 3、测微头往轴向方向推进，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9-1。 表9－1 X （mm ） V(mv)
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。 五、实验注意事项： 1、对传感器要轻拿轻放，绝不可掉到地上。 2、不要将霍尔传感器的激励电压错接成±15V，否则将可能烧毁霍尔元件。 六、思考题： 本实验中霍尔元件位移的线性度实际上反映的时什么量的变化？ 七、实验报告要求： 1、整理实验数据，根据所得得实验数据做出传感器的特性曲线。 2、归纳总结霍尔元件的误差主要有哪几种，各自的产生原因是什么，应怎样进行补偿。
大学物理实验-温度传感器实验报告
关于温度传感器特性的实验研究 摘要：温度传感器在人们的生活中有重要应用，是现代社会必不可少的东西。本文通过控制变量法，具体研究了三种温度传感器关于温度的特性，发现NTC电阻随温度升高而减小；PTC电阻随温度升高而增大；但两者的线性性都不好。热电偶的温差电动势关于温度有很好的线性性质。PN节作为常用的测温元件，线性性质也较好。本实验还利用PN节测出了波 尔兹曼常量和禁带宽度，与标准值符合的较好。 关键词：定标转化拟合数学软件 EXPERIMENTAL RESEARCH ON THE NATURE OF TEMPERATURE SENSOR 1.引言 温度是一个历史很长的物理量，为了测量它，人们发明了许多方法。温度传感器通过测温元件将温度转化为电学量进行测量，具有反应时间快、可连续测量等优点，因此有必要对其进行一定的研究。作者对三类测温元件进行了研究，分别得出了电阻率、电动势、正向压降随温度变化的关系。 2.热电阻的特性 2.1实验原理 2.1.1Pt100铂电阻的测温原理 和其他金属一样，铂(Pt)的电阻值随温度变化而变化,并且具有很好的重现性和稳定性。利用铂的此种物理特性制成的传感器称为铂电阻温度传感器，通常使用的铂电阻温度传感器零度阻值为100Ω（即Pt100）。铂电阻温度传感器精度高，应用温度范围广，是中低温区（-200℃～650℃）最常用的一种温度检测器，本实验即采用这种铂电阻作为标准测温器件来定标其他温度传感器的温度特性曲线，为此，首先要对铂电阻本身进行定标。 按IEC751国际标准，铂电阻温度系数TCR定义如下： TCR=(R100-R0)/(R0×100) (1.1) 其中R100和R0分别是100℃和0℃时标准电阻值（R100=138.51Ω，R0=100.00Ω），代入上式可得到Pt100的TCR为0.003851。 Pt100铂电阻的阻值随温度变化的计算公式如下： Rt=R0[1+At+B t2+C(t-100)t3] (-200℃ 机 械 工 程 测 试 实 验 报 告 学 院： 机电工程学院 系 专业班级： 机制122 学生姓名： 黄余林 龙杰 李刚 孙龙宇 朱国帅 实验日期： 备， 目录 实验一箔式应变片性能—单臂电桥??????????????????????????????????????????????????????????????????????1 1 .1 实验目的????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????1 1. 2 实验原理????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????1 1. 3 实验原理????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????1 1. 4 实验步骤????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????1 1. 5 注意事项????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????3 1. 6试验数据?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????3 欢迎使用朗威?DISLab 愿我们共同开启实验教学的数字化时代朗威?数字化信息系统实验室（DISLab） llongwill? Digital Information System Laboratory V6.0物理实验实例 上海市中小学数字化实验系统研发中心 山东省远大网络多媒体有限责任公司 2007年9月 目 录 1、静摩擦力研究…………………………………….……………………………………………P5 2、滑动摩擦力研究……………………………………….………………………………………P5 3、重力大小与质量的关系…………………………….…………………………………………P7 4、力的合成与分解……………………………………………………………………………P7 5、研究匀速直线运动……………………………………………….……………………………P8 6、研究匀加速直线运动………………………………………….……………………………P10 7、平均速度的测量…………………………………………….………………………………P11 8、平均速度与瞬时速度的关系……………………………………………………….………P12 9、加速度的测量………………………………………………………………………………P13 10、加速度与拉力的关系 ……………………….……………………………………………P15 11、加速度与质量的关系……………………………….......………..…………………………P16 12、牛顿第三定律………………………….……………………………………………………P17 13、浮力的相互作用……………………………….……………………………………………P18 14、用位移传感器研究自由落体运动………………………….………………………………P19 15、用光电门传感器测自由落体的加速度…………………….………………………………P21 16、超重与失重……………………………………………….…………………………………P22 17、动量定理（恒力）…………………………………….…..…………………………………P22 18、动量定理（变力）……………………………………………….……………………………P24 19、动量守恒定律……………………………………….………………………………………P26 20、功和能……………………………………………….………………………………………P28 21、观察碰撞中的动能………………………………….………………………………………P30 22、机械能守恒定律（斜轨法）…………………………………………….……………………P31 23、机械能守恒定律（摆球法）…………………………………………….……………………P33 24、单摆的振动图像…………………………………….………………………………………P34 25、阻尼振动…………………………………………….………………………………………P35 26、简谐振动的相位…………………………………….………………………………………P35 27、简谐波的叠加………………………………………….……………………………………P36 28、弹簧振子的振动图像………………………………….……………………………………P37 29、弹簧振子位移与弹簧受力关系……………….……………………………………………P38 30、受迫振动……………………………………………….……………………………………P39 31、单摆周期的测量……………………………………….……………………………………P41 32、单摆法测重力加速度………………………………….……………………………………P42 33、向心力研究…………………………………………….……………………………………P42 34、胡克定律……………………………………………….……………………………………P44 35、研究定滑轮与动滑轮………………………………….……………………………………P45 36、声波的振动图像……………………………………….……………………………………P46 37、噪声的波形…………………………………………….……………………………………P46 38、频率与音调的关系…………………………………….……………………………………P47 39、振幅与响度的关系………………………………….………………………………………P47 40、声波干涉………………………………………….…………………………………………P48 41、声波的合成……………………………………….…………………………………………P48 42、声音的共鸣……………………………………….…………………………………………P49 传感器测速实验报告 院系： 班级： 、 小组： 组员： 日期：2013年4月20日 实验二十霍尔转速传感器测速实验 一、实验目的 了解霍尔转速传感器的应用。 二、基本原理 利用霍尔效应表达式：U H=K H IB，当被测圆盘上装有N只磁性体时，圆盘每转一周磁场就变化N次。每转一周霍尔电势就同频率相应变化，输出电势通过放大、整形和计数电路就可以测量被测旋转物的转速。 本实验采用3144E开关型霍尔传感器，当转盘上的磁钢转到传感器正下方时，传感器输出低电平，反之输出高电平 三、需用器件与单元 霍尔转速传感器、直流电源+5V，转动源2~24V、转动源电源、转速测量部分。 四、实验步骤 1、根据下图所示，将霍尔转速传感器装于转动源的传感器调节支架上，调节探头对准转盘内的磁钢。 图 9-1 霍尔转速传感器安装示意图 2、将+15V直流电源加于霍尔转速器的电源输入端，红（+）、黑（ ），不能接错。 3、将霍尔传感器的输出端插入数显单元F，用来测它的转速。 4、将转速调解中的转速电源引到转动源的电源插孔。 5、将数显表上的转速/频率表波段开关拨到转速档，此时数显表指示电机的转速。 6、调节电压使转速变化，观察数显表转速显示的变化，并记录此刻的转速值。 五、实验结果分析与处理 1、记录频率计输出频率数值如下表所示： 电压（V) 4 5 8 10 15 20 转速（转/分）0 544 930 1245 1810 2264 由以上数据可得：电压的值越大，电机的转速就越快。 六、思考题 1、利用霍尔元件测转速，在测量上是否有所限制？ 答：有，测量速度不能过慢，因为磁感应强度发生变化的周期过长，大于读取脉冲信号的电路的工作周期，就会导致计数错误。 2、本实验装置上用了十二只磁钢，能否只用一只磁钢？ 答：如果霍尔是单极的，可以只用一只磁钢，但可靠性和精度会差一些；如果霍尔是双极的，那么必须要有一组分别为n/s极的磁钢去开启关断它，那么至少要两只磁钢。 传感器综合实验报告( 2012-2013年度第二学期) 名称：传感器综合实验报告 题目: 利用传感器测量重物质量院系：自动化系 班级：测控1201 班 小组成员：加桑扎西，黄承德 学生：加桑扎西 指导教师：仝卫国 实验周数：1周 成绩： 日期：2015 年7 月12日 传感器综合实验报告 一、实验目的 1、了解各种传感器的工作原理与工作特性。 2、掌握多种传感器应用于电子称的原理。 3、根据不同传感器的特性，选择不同的传感器测给定物体的重量。 4、能根据原理特性分析结果，加深对传感器的认识与应用。 5、测量精度要求达到1%。 二、实验设备、器材 1、金属箔式应变片传感器用到的设备： 直流稳压电源、双平行梁、测微器、金属箔式应变片、标准电阻、差动放大器、直流数字电压表。 2、电容式传感器用到的设备： 电容传感器、电容变换器、差动放大器、低通滤波器、电压表、示波器。 3、电涡流式传感器用到的设备： 电涡流式传感器、测微器、铝测片、铁测片、铜测片、电压表、示波器。 三、传感器工作原理 1、电容式传感器的工作原理： 电容器的电容量C是的函数，当被测量变化使S、d或 任意一个参数发生变化时，电容量也随之而变，从而可实现由被测量到电容量的转换。电容式传感器的工作原理就是建立在上述关系上的，若保持两个参数不变，仅改变另一参数， 就可以把该参数的变化转换为电容量的变化，通过测量电路再转换为电量输出。 差动平行变面积式传感器是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C X1，下层定片与动片形成的电容定为C X2，当将C X1和C X2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。依据该原理，在振动台上加上砝码可测定重量与桥路输出电压的对应关系，称未知重量物体时只要测得桥路的输出电压即可得出该重物的重量。 2、电涡流式传感器的工作原理： 电涡流式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，与其平行的金属片上感应产生电涡流，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）、激励源已确定，并保持环境温度不变，阻抗Z只与X距离有关。将阻抗变化经涡流变换器变换成电压V输出，则输出电压是距离X的单值函数。依据该原理可制成电涡流式传感器电子称。3、金属箔式应变片传感器工作原理： 应变片应用于测试时，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。 实验中，通过旋转测微器可使双平梁的自由端上、下移动，从而使应变片的受力情况不同，将应变片接于电桥中即可使双平衡的位移转换为电压输出。电桥的四个桥臂电阻R1、R2、R3、R4，电阻的相对变化率分别为△R1／R1、△ “传感器与检测技术”实验报告 学号： 913110200229 姓名：杨薛磊 序号： 83 实验一电阻应变式传感器实验 （一）应变片单臂电桥性能实验 一、实验目的：了解电阻应变片的工作原理与应用并掌握应变片测量电路。 二、基本原理：电阻应变式传感器是在弹性元件上通过特定工艺粘贴电阻应变片来组成。一种利用电阻材料的应变效应将工程结构件的内部变形转换为电阻变化的传感器。此类传感器主要是通过一定的机械装置将被测量转化成弹性元件的变形，然后由电阻应变片将弹性元件的变形转换成电阻的变化，再通过测量电路将电阻的变化转换成电压或电流变化信号输出。它可用于能转化成变形的各种非电物理量的检测，如力、压力、加速度、力矩、重量等，在机械加工、计量、建筑测量等行业应用十分广泛。 三、需用器件与单元：主机箱中的±2V～±10V（步进可调）直流稳压电源、±15V直流 1位数显万用表（自备）。 稳压电源、电压表；应变式传感器实验模板、托盘、砝码； 4 2 四、实验步骤： 应变传感器实验模板说明：应变传感器实验模板由应变式双孔悬臂梁载荷传感器（称重传感器）、加热器+5V电源输入口、多芯插头、应变片测量电路、差动放大器组成。实验模板中的R1(传感器的左下)、R2(传感器的右下)、R3(传感器的右上)、R4(传感器的左上)为称重传感器上的应变片输出口；没有文字标记的5个电阻符号是空的无实体，其中4个电阻符号组成电桥模型是为电路初学者组成电桥接线方便而设；R5、R6、R7是350Ω固定电阻，是为应变片组成单臂电桥、双臂电桥（半桥）而设的其它桥臂电阻。加热器+5V是传感器上的加热器的电源输入口，做应变片温度影响实验时用。多芯插头是振动源的振动梁上的应变片输入口，做应变片测量振动实验时用。 传感器综合实验 前提：电阻应变式传感器 电阻应变式传感器以电阻应变计为转换元件的电阻式传感器。电阻应变式传感器由弹性敏感元件、电阻应变计、补偿电阻和外壳组成，可根据具体测量要求设计成多种结构形式。弹性敏感元件受到所测量的力而产生变形，并使附着其上的电阻应变计一起变形。电阻应变计再将变形转换为电阻值的变化，从而可以测量力、压力、扭矩、位移、加速度和温度等多种物理量。传感器中的电阻应变片具有金属的应变效应，即在外力作用下产生机械形变，从而使电阻值随之发生相应的变化。电阻应变片主要有金属和半导体两类，金属应变片有金属丝式、箔式、薄膜式之分。半导体应变片具有灵敏度高（通常是丝式、箔式的几十倍）、横向效应小等优点。 一．实验目的 （1）加深对应力和应变概念的理解; （2）了解金属箔式应变片，单臂单桥的工作原理和工作情况; (3)验证单臂，半桥，全桥的性能及相互之间关系； （4）了解温度对应变测试系统的影响； （5）了解传感器（电阻应变片）在检测中的应用。 二．实验仪器： 直流稳压电源，15V不可调直流稳电源，差动放大器，电桥，F/V表，测微头，双平行梁，双孔悬臂梁称重传感器，应变片，砝码，加热器，水银温度计（自备），主，副电源。 三．实验原理 要测量模拟金属梁的应力，首先引入描述物体变形的物理量“应变”。设模拟金属梁原长为l的一段，在变形时发生“伸长”或“缩短”量为，则应变为 应变的大小，即与外力F的大小及应用位置有关，也与材料本身的弹性有关。根据胡克定律， 由上式可知，应变最大处，应力也最大。但应力是内力，无法直接测量，应先测量应变后换算出应力。而应变又可用电阻应变片将转换成易于放大的电压、电流或功率的变化进行测量。 因此，应力就可以测出。 （1）模拟金属梁的设置 如图，它是用长150毫米、宽17毫米的钢尺做成，其上下表面各贴有3片电阻应变片。上表面的应变片受力，下表面的应变片受压。拉区电阻值增大，压区电阻值变小。 无线传感器网络实验报告 Contiki mac协议与xmac协议的比较 1.简介 无线传感器网络（wireless sensor networks, WSN）节点由电池供电，其能力非常有限，同时由于工作环境恶劣以及其他各种因素，节点能源一般不可补充。因而降低能耗、延长节点使用寿命是所有无线传感器网络研究的重点。 WSN中的能量能耗主要包括通信能耗、感知能耗和计算能耗，其中通信能耗所占的比重最大，因此，减少通信能耗是延长网络生存时间的有效手段。同时，研究表明节点通信时Radio 模块在数据收发和空闲侦听时的能耗几乎相同，所以要想节能就需要最大限度地减少Radio 模块的侦听时间（收发时间不能减少），及减小占空比。 传统的无线网络中，主要考虑到问题是高吞吐量、低延时等，不需要考虑能量消耗，Radio 模块不需要关闭，所以传统无线网络MAC协议无法直接应用于WSN，各种针对传感器网络特点的MAC协议相继提出。现有的WSN MAC协议按照不同的分类方式可以 分成许多类型，其中根据信道访问策略的不同可以分为： X-MAC协议 X-MAC协议也基于B-MAC协议的改进，改进了其前导序列过长的问题，将前导序列分割成许多频闪前导（strobed preamble），在每个频闪前导中嵌入目的地址信息，非接收节点尽早丢弃分组并睡眠。 X-MAC在发送两个相邻的频闪序列之间插入一个侦听信道间隔，用以侦听接收节点的唤醒标识。接收节点利用频闪前导之间的时间间隔，向发送节点发送早期确认，发送节点收到早 期确认后立即发送数据分组，避免发送节点过度前导和接收节点过度侦听。 X-MAC还设计了一种自适应算法，根据网络流量变化动态调整节点的占空比，以减少单跳延时。 优点： X-MAC最大的优点是不再需要发送一个完整长度的前导序列来唤醒接收节点，因而发送延时和收发能耗都比较小；节点只需监听一个频闪前导就能转入睡眠。 缺点： 节点每次醒来探测信道的时间有所增加，这使得协议在低负载网络中能耗性比较差。而且分组长度、数据发送速率等协议参数还需进一步确定 X-MAC原理图如图3所示： ContikiMAC协议 一．ContikiMAC协议中使用的主要机制： 1.时间划分 高中物理实验十二、传感器的简单使用 江苏省特级教师 戴儒京 一、 实验 光敏电阻 （课程标准教科书人教版选修3－2第57页） 实验原理： 当光辐射到光敏电阻的表面，使载流子浓度增加，从而降低了材料的电阻。 两端的金属电极之间加上电压，其中便有电流通过，受到适当波长的光线照射时，电流就会随光强的增加而变大，从而实现光电转换。光敏电阻没有极性，纯粹是一个电阻器件，使用时既可以加直流电压，也可以加交流电压。 图 1 将G R 的感光面朝上，然后按图1连接电路，分别用2个电压传感 器测量1R 和G R 两端的电压，假设两电压传感器测到的电压分别为1U ，2U ，那么11 2R U U R G ，只要预先知道1R 的大小就能计算出光敏电阻的阻值来。为了定量地观测光敏电阻的电阻值随光照强度的变化，实验 中还需要使用光强传感器同时测量光照的强度。 实验目的： 观察光敏电阻 实验装置： 计算机，数据采集器，光强传感器，两个电压传感器，电阻箱，光敏电阻，学生直流电源，导线若干。 实验步骤： 1．调节1R 电阻箱的阻值，选择合适的电阻（例如Ω=40001R ），将两 个电压传感器与数据采集器的1，2通道连接，把光强传感器连接到3或4通道，然后将数据采集器与计算机连接，进入“TriE iLab ”数字化信息系统； 2．把两个电压传感器的两个信号输入端的导线分别短接，对电压传 感器进行校零，然后把连接1通道的电压传感器接到1R 两端，把 连接2通道的电压传感器接到G R 两端。 3．将光敏电阻的感应面朝上，将光强传感器与光敏电阻放置在一起， 打开实验模板“光敏电阻”，在采集间隔和采集时间窗口输入合适的数值，在“公式编辑”中建立物理量电流1 1R U I = ;光敏电阻1122R U U I U R ?==； 4．点击“开始”按钮，用一块大的挡光物将光敏电阻附近的光线慢 慢挡住，然后再慢慢把挡光物撤掉，观察实验数据曲线，最后结束实验。 2021届高考物理必考实验十二：传感器的简单使用 1.实验原理 (1)传感器的作用 传感器能够将感受到的物理量(力、热、光、声等)转换成便于测量的量(一般是电学量)。 (2)传感器的工作过程 通过对某一物理量敏感的元件将感受到的信号按一定的规律转换成便于测量的信号。例如,光电传感器是利用光敏电阻将光信号转换成电信号;热电传感器是利用热敏电阻或金属热电阻将温度信号转换成电信号。转换后的信号经过电子电路的处理就可达到方便检测、自动控制、遥控等各种目的。 传感器工作的原理可用下图表示: 2.实验器材 热敏电阻、光敏电阻、多用电表、铁架台、烧杯、冷水、热水、小灯泡、学生电源、滑动变阻器、开关、导线等。 3.实验步骤及数据处理 (1)研究热敏电阻的热敏特性 ①实验步骤 a.按图所示连接好电路,将热敏电阻绝缘处理。 b.把多用电表置于“欧姆挡”,并选择适当的量程测出烧杯中没有水时热敏电阻的阻值,并记下温度计的示数。 c.向烧杯中注入少量的冷水,使热敏电阻浸没在冷水中,记下温度计的示数和多用电表测出的热敏电阻的阻值。 d.将热水分几次注入烧杯中,测出不同温度下热敏电阻的阻值,并记录。 ②数据处理 a.根据记录数据,把测量到的温度、电阻阻值填入下表中,分析热敏电阻的特性。 次数 123456 待测量 温度/℃ 电阻/Ω b.在坐标系中,粗略画出热敏电阻的阻值随温度变化的图线。 c.根据实验数据和R-t图线,得出结论:热敏电阻的阻值随温度的升高而减小,随温度的降低而增大。 (2)研究光敏电阻的光敏特性 ①实验步骤 a.将光电传感器、多用电表、灯泡、滑动变阻器按图所示电路连接好,其中多用电表置于“×100”的欧姆挡。 b.先测出在室内自然光的照射下光敏电阻的阻值,并记录数据。 c.打开电源,让小灯泡发光,调节小灯泡的亮度使之逐渐变亮,观察表盘指针显示电阻阻值的情况,并记录。 d.观察用手掌(或黑纸)遮光时电阻的阻值,并记录。 ②数据处理 把记录的结果填入下表中,根据记录数据分析光敏电阻的特性。 光照强度弱中强无光照射 阻值/Ω 结论:光敏电阻的阻值被光照射时发生变化,光照增强电阻变小,光照减弱电阻变大。 4.注意事项 实验一直流激励时霍尔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： 金属或半导体薄片置于磁场中，当有电流流过时，在垂直于磁场和电流的方向上将产生 电动势，这种物理现象称为霍尔效应。具有这种效应的元件成为霍尔元件，根据霍尔效应，霍 尔电势 U H＝ K H IB ，当保持霍尔元件的控制电流恒定，而使霍尔元件在一个均匀梯度的磁场中 沿水平方向移动，则输出的霍尔电动势为U H kx ，式中k—位移传感器的灵敏度。这样它就 可以用来测量位移。霍尔电动势的极性表示了元件的方向。磁场梯度越大，灵敏度越高；磁场 梯度越均匀，输出线性度就越好。 三、需用器件与单元： 霍尔传感器实验模板、霍尔传感器、±15V 直流电源、测微头、数显单元。 四、实验步骤： 1、将霍尔传感器安装在霍尔传感器实验模块上，将传感器引线插头插入实验模板的插座 中，实验板的连接线按图9-1进行。 1、 3 为电源±5V ， 2、4 为输出。 2、开启电源，调节测微头使霍尔片大致在磁铁中间位置，再调节Rw1 使数显表指示为零。 图 9-1直流激励时霍尔传感器位移实验接线图 3、测微头往轴向方向推进，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 9-1。 表9－ 1 X （ mm） V(mv) 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。 五、实验注意事项： 1、对传感器要轻拿轻放，绝不可掉到地上。 2、不要将霍尔传感器的激励电压错接成±15V ，否则将可能烧毁霍尔元件。 六、思考题： 本实验中霍尔元件位移的线性度实际上反映的时什么量的变化？ 七、实验报告要求： 1、整理实验数据，根据所得得实验数据做出传感器的特性曲线。 2、归纳总结霍尔元件的误差主要有哪几种，各自的产生原因是什么，应怎样进行补偿。 高中物理《传感器的应用实验》教案转载 一、教材分析 本节继第三节介绍四种传感器的应用实例之后，再进一步拓展学生的视野，提高学生的认识和分析能力以及动手能力，并通过实验的方法，让学生在组装和调试中，更为深入地认识传感器的应用。 二、教学目标 1．知识目标： （1）、知道二极管的单向导电性和发光二极管的发光特性。 （2）、知道晶体三极管的放大特性。 (3)、掌握逻辑电路的基本知识和基本应用。 2．能力目标： 通过实验的方法，让学生在组装和调试中，更为深入地认识传感器的应用。 3．情感、态度和价值观目标： 培养学生的学习兴趣，倡导以创新为主，实践为重的素质教育理念。 三、教学重点难点 重点：传感器的应用实例。 难点：由门电路控制的传感器的工作原理。 四、学情分析 我们的学生属于理解较差，动手能力不好，尽量让学生多动手，必要时需要教师指导并借助动画给予直观的认识。 五、教学方法 PPT课件，演示实验，讲授 六、课前准备 1．学生的学习准备：预习新课，初步把握实验原理及方法步骤。 2．教师的教学准备：多媒体课件制作，课前预习学案，课内探究学案，课后延伸拓展学案。3．教学环境的设计和布置：四人一组，课前准备好斯密特触发器或非门电路，二极管，三极管，蜂鸣器，滑线变阻器，热敏电阻，光敏电阻等材料用具。 七、课时安排：1课时 八、教学过程 （一）预习检查、总结疑惑 检查落实了学生的预习情况并了解了学生的疑惑，使教学具有了针对性。 （二）情景导入、展示目标。 上节课我们学习了温度传感器、光传感器及其工作原理。请大家回忆一下我们学了哪些具体的温度、光传感器？ 学生思考后回答：电饭锅，测温仪，鼠标器，火灾报警器 这节课我们将结合简单逻辑电路中的知识学习由门电路以及传感器控制的电路问题。（三）合作探究、精讲点拨。 探究一：（！）普通二极管和发光二极管 1、二极管具有单向导电性 2、发光二极管除了具有单向导电性外，导电时还能发光，普通发光二极管使用磷化镓或磷砷化镓等半导体材料制成，直接将电能转化为光能，该类发光二极管的正向导通电压大于1.8V。 （2）晶体三极管 1、三极管具有电流放大作用。 2、晶体三极管能够将微弱的信号放大，晶体三极管的三个极分别是发射极e，基极b和集电极c。 3、传感器输出的电流和电压很小，用一个三极管可以放大几十倍或几百倍，三极管的放大作用表现为基极b的电流对集电极c的电流起了控制作用。 （三）逻辑电路 逻辑门电路符号图包括与门，或门，非门， 1．与逻辑 对于与门电路，只要一个输入端输入为0，则输出端一定是0，只有当所有输入端输入都同为1时，输出才是1. 2．或逻辑 对于或门电路，只要一个输入端输入为1，则输出一定是1，反之，只有当所有输入端都为0时，输出端才是0. 3.非门电路 对于非门电路，当输入为0时，输出总是1，当输入为1时，输出反而是0，非门电路也称反相器。 4.斯密特电路： 斯密特触发器是特殊的非门电路，当加在它的输入端A的电压逐渐上升到某个值1.6V时，输出端Y会突然从高电平调到低电平0.25V，而当输入端A的电压下降到另一个值的时候0.8V，Y会从低电平跳到高电平3.4V。斯密特触发器可以将连续变化的模拟信号转换为突变的数字信号。而这正是进行光控所需要的。 探究点二：应用实例 1、光控开关 电路组成：斯密特触发器，光敏电阻，发光二极管LED模仿路灯，滑线变阻器，定值电阻，电路如图所示。 压电式传感器测振动实验 一、实验目的:了解压电传感器的测量振动的原理与方法。 二、基本原理:压电式传感器由惯性质量块与受压的压电片等组成。(观察实验用压电加速 度计结构)工作时传感器感受与试件相同频率的振动,质量块便有正比于加速度的交变力作用在晶片上,由于压电效应,压电晶片上产生正比于运动加速度的表面电荷。 三、需用器件与单元:振动台、压电传感器、检波、移相、低通滤波器模板、压电式传感 器实验模板。双踪示波器。 四、实验步骤: 1、压电传感器装在振动台面上。 2、将低频振荡器信号接入到台面三源板振动源的激励源插孔。 3、将压电传感器输出两端插入到压电传感器实验模板两输入端,与传感器外壳相连的接线端接地,另一端接R1。将压电传感器实验模板电路输出端V o1,接R6。将压电传感器实验模板电路输出端V02,接入低通滤波器输入端Vi,低通滤波器输出V0与示波器相连。 3、合上主控箱电源开关,调节低频振荡器的频率与幅度旋钮使振动台振动,观察示波器波 形。 4、改变低频振荡器的频率,观察输出波形变化。 光纤式传感器测量振动实验 一、实训目的: 了解光纤传感器动态位移性能。 二、实训仪器: 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、相关原理:利用光纤位移传感器的位移特性与其较高的频率响应,用合适的测量电路即可测量振动。 四、实训内容与操作步骤 1、光纤位移传感器安装如图所示,光纤探头对准振动平台的反射面,并避开振动平台中间孔。 2、根据“光纤传感器位移特性试验”的结果,找出线性段的中点,通过调节安装支架高度将光纤探头与振动台台面的距离调整在线性段中点(大致目测)。 3、参考“光纤传感器位移特性试验”的实验连线,Vo1与低通滤波器中的Vi相接,低通输出Vo接到示波器。 4、将低频振荡器的幅度输出旋转到零,低频信号输入到振动模块中的低频输入。 物质为主体的高温固体微粒构成的。火焰的热辐射具有离散光谱的气体辐射和连续光谱的固体辐射。不同燃烧物的火焰辐射强度、波长分布有所差异，但总体来说，其对应火焰温度的 1 ～ 2 μm 近红外波长域具有最大的辐射强度。例如汽油燃烧时的火焰辐射强度的波长。 火焰传感器是机器人专门用来搜寻火源的，当然火焰传感器也可以用来检测光线的亮度，只是本传感器对火焰特别灵敏。火焰传感器利用红外线对对火焰非常敏感的特点，使用特制的红外线接受管来检测火焰，然后把火焰的亮度转化为高低变化的电平信号，输入到中央处理器中，中央处理器根据信号的变化做出相应的程序处理。 火焰传感器是探测在物质燃烧时，产生烟雾和放出热量的同时，也产生可见的或大气中没有的不可见的光辐射。 火焰传感器又称感光式火灾传感器，它是用于响应火灾的光特性，即探测火焰燃烧的光照强度和火焰的闪烁频率的一种火灾传感器。 理； 2、通过该实验项目，学生能够学会编写火焰传感器的程序。 1、编写一个读取火焰传感器输出电平信号的程序； 2、将火焰检测状态做简单的处理显示，正常无火焰状态为0，检测到火焰状态为1； 3、用按键KEY1控制ZIGBEEN是否发送数据。 6.4.1硬件部分 1、ZIGBEE调试底板一个； 图6-1 ZIGBEE调试底板 2、20PIN转接线一条和带USB的J-Link仿真器一个； 图6-2 J-Link仿真器 3、转接板一个； 实验内容 实验设备 电 源 开 关 电 源 传感器C端口 指示灯 2 J-LINK接 ZigBee_DEBUG 复位键 节点按键 拨码开关 ZigBe按键 红 外 发 射 指 示 灯 1 ZigBee复位键 可 调 电 阻传 感 器 A 端 口 传感器B端口 方口USB线，另一端连接电上电指示灯 20PIN转接线，另一端接转接板 20PIN转接线接口 10PIN转接线接口 串口接口 “传感器与检测技术”实验报告 学号：913110200229 姓名：杨薛磊 序号：83 实验一电阻应变式传感器实验 （一）应变片单臂电桥性能实验 一、实验目的：了解电阻应变片的工作原理与应用并掌握应变片测量电路。 二、基本原理：电阻应变式传感器是在弹性元件上通过特定工艺粘贴电阻应变片来组成。一种利用电阻材料的应变效应将工程结构件的内部变形转换为电阻变化的传感器。此类传感器主要是通过一定的机械装置将被测量转化成弹性元件的变形，然后由电阻应变片将弹性元件的变形转换成电阻的变化，再通过测量电路将电阻的变化转换成电压或电流变化信号输出。它可用于能转化成变形的各种非电物理量的检测，如力、压力、加速度、力矩、重量等，在机械加工、计量、建筑测量等行业应用十分广泛。 三、需用器件与单元：主机箱中的±2V～±10V（步进可调）直流稳压电源、±15V直流 1位数显万用表（自备）。 稳压电源、电压表；应变式传感器实验模板、托盘、砝码； 4 2 四、实验步骤： 应变传感器实验模板说明：应变传感器实验模板由应变式双孔悬臂梁载荷传感器（称重传感器）、加热器+5V电源输入口、多芯插头、应变片测量电路、差动放大器组成。实验模板中的R1(传感器的左下)、R2(传感器的右下)、R3(传感器的右上)、R4(传感器的左上)为称重传感器上的应变片输出口；没有文字标记的5个电阻符号是空的无实体，其中4个电阻符号组成电桥模型是为电路初学者组成电桥接线方便而设；R5、R6、R7是350Ω固定电阻，是为应变片组成单臂电桥、双臂电桥（半桥）而设的其它桥臂电阻。加热器+5V是传感器上的加热器的电源输入口，做应变片温度影响实验时用。多芯插头是振动源的振动梁上的应变片输入口，做应变片测量振动实验时用。 1、将托盘安装到传感器上，如图1—4所示。 图1—4 传感器托盘安装示意图 《传感器与检测技术》 实验报告 姓名：学号： 院系：仪器科学与工程学院专业：测控技术与仪器实验室：机械楼5楼同组人员： 评定成绩：审阅教师： 传感器第一次实验 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及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形变时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应。 金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件，通过它反映被测部位受力状态的变化。电桥的作用是完成电阻到电压的比例变化，电桥的输出电压反映了相应的受力状态。单臂电桥输出电压 1/4o U EK ε=，其中K 为应变灵敏系数，/L L ε=?为电阻丝长度相对变化。 三、实验器材 主机箱、应变传感器实验模板、托盘、砝码、万用表、导线等。 四、实验步骤 1. 根据接线示意图安装接线。 2. 放大器输出调零。 3. 电桥调零。 4. 应变片单臂电桥实验。 050 100150200 246810x y untitled fit 1y vs. x 由matlab 拟合结果得到，其相关系数为0.9998，拟合度很好，说明输出电压与应变计上的质量是线性关系，且实验结果比较准确。 系统灵敏度 (即直线斜率)，非线性误 差= = 五、思考题 单臂电桥工作时，作为桥臂电阻的应变片应选用：（1）正（受拉）应变片；（2）负（受压）应变片；（3）正、负应变片均可以。 答：（1）负（受压）应变片；因为应变片受压，所以应该选则（2）负（受压）应变片。 实验三 金属箔式应变片——全桥性能实验 一、实验目的 了解全桥测量电路的优点 测试技术与传感器 实验报告 班级： 学号： 姓名： 任课老师： 年月日 实验一：静压力传感器标定系统 一、实验原理： 压力传感器输入—输出之间的工作特性，总是存在着非线性、滞后和不重复性，对于线性传感器（如压力传感器）而言，就希望找出一条直线使它落在传感器每次测量时实际呈现的标准曲线内，并相对各条曲线上的最大偏离值与该直线的偏差为最小，来作为标定工作直线。标定工作线可以用直线方程=+表示。 y k x b 对压力传感器进行静态标定，就是通过实验建立压力传感器输入量与输出量 =+使它落之间的关系，得到实际工作曲线，然后，找出一条直线y kx b 在实际工作曲线内，由于方程中的x和y是传感器经测量得到的实验数据，因此一般采用平均斜率法或最小二乘法求取拟合直线。本实验通过最小二乘法求取拟合直线，并通过标定曲线得到其精度。即常用静态特性：工作特性直线、满量程输出、非线性度、迟滞误差和重复性。 二、准备实验： 1)调节活塞式压力计底座四个调节旋钮，使整个活塞式压力计呈水平状态如图6所示； 2)松开活塞筒缩紧手柄，将活塞系统从前方绕水平轴转动，使飞轮在水平转轴上方且活塞在垂直位置锁紧，调整活塞系统底座下部滚花螺母，使活塞筒上的水平仪气泡居于中间位置，如图6，并紧固调水平处的滚花螺母； 图6 调节好，已水平 3)被标定三个压力传感器接在截止阀上（参见下图7），打开截止阀、进气调速阀、进油阀，关闭进气阀和排气阀，将微调器的调节阀门旋出15mm左右位置； 4)打开空气压缩机，待空气压缩机压力达到0.4MPa时，关闭压气机。因为对于最大量程为0.25MPa的活塞式压力计，压力必须小于等于0.4MPa。 5)打开采集控制柜开关，检查串口连接情况。双击桌面的“压力传感器静态标定”软件，进入测试系统，如图7所示。传感器实验报告1
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