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测控专业特色实验集锦

一、电感传感器信号处理电路实验
二、条纹式传感器信号处理实验
三、积分计数的电容、电阻传感器检测实验

一、电感传感器信号处理电路实验

电感传感器是一种精度较高的位移传感器，高精度的电感位移传感器一般测量范围只有几百位微米，但测量精度达到0.1微米级，甚至更小。采用相对测量法测量工件尺寸，或绝对测量法测量很薄尺寸的物体，如纸张的厚度等。
实验目的
加深对电感传感器的位移测量原理的理解。
掌握采用绝对值电路处理电感信号的方法。
实验原理
下图显示了电感传感器的相敏检波电路的模型

电桥模型检波模型滤波模型示波器

下图显示了电感传感器的信号处理电路原理。
信号放大
信号取反
减法电路
减法电路
绝对值
绝对值
减法电路放大
低通滤波

假设电桥两端所加交流信号为：

各部分的输出信号如下所示：
交流电桥输出的电感变化信号经放大A倍后，输出为：

其中x为铁芯位移，当铁芯处于中间位置时，x=0，当铁芯偏上时x>0，反之x<0。k为电感位移系数，为一较小常数。因为在测量过程中，铁芯位移只有几百微米，很小，所以。
信号取反后的输出为：

两减法电路输出的信号分别为：

两绝对值电路输出信号分别为：

绝对值后的减法电路输出信号为：

低通滤波后的信号与具体的低通滤波器方式有关。
（为什么？）
实验设备与器材
传感器信号处理印刷电路板一块
电感传感器
示波器
万用表
电子元器件（学生自购）
直流电源，含有+5V，+12V与-12V
电路仿真软件为Multisim2001、matlab等，电路设计软件PROTEL
实验内容及步骤
正弦激励信号产生的方法。A、采用考毕兹及电容三点式振荡电路产生激励信号，硬件调试成功，并计算振荡信号的振荡频率；B、晶振分频形成方波、再进行低带通滤波。
掌握差分（即减法）放大电路芯片AD620的工作原理，并分析其输出信号与输入信号的关系；
一般运放减法电路的设计方法与连接；
绝对值电路的工作原理与电路的连接方法；
应用实验电路，对电感传感器进行标定；
应用传感器测量纸张的厚度，并进行数据处理；
应用matlab或multisim软件仿真传感器的信号处理，并画出各部分输出信号。
思考题
如何实现模拟信号的取反；
为什么电感传感器的处理信号要求采用交流电桥，电桥信号放大后的一系列处理过程的实质是什么；
怎样对传感器进行标定。
实验报告要求
（每小组在弄懂基本原理，提供完整的电感信号处理原理图的基础之上，完成以下任务之一项即可）。
实验设计并完成正弦激励信号及实现其绝对值的电路；
设计电桥及其差分放大电路，在引入正弦信号后，连接电感传感器观察波形；
应用multisim或matlab电路软件仿真传感器的信号处理（教师给出简单的示例后）；
应用教师提供的电路板，完成整个电路的设计；（2组）
在第3组的基础上，对传感器进行标定，并测量纸张或工件厚度，进行相应的数据处理；
实现交流信号的绝对值电路，并对绝对值信号进行低通滤波，应用示波器观察低通滤波的结果。
七、运放型号及选择
一般运放有单运放、双运放、四运放之分，即一块芯片上分别集成有一个、两个或四个运算放大器。目前运用的双运放主要有：LF412LF353等，四运放有TL084、LM324、LM224等。精密差分放大器一般采用AD620即可。

综合实验报告要求涉及以下几方面的内容，不准抄袭：
整个电感传感器原理详述，目的为整个综合实验作铺垫；
综合实验指导书中所提出的所有问题，你的解答；
你或你组所设计的部分电路原理图；
设计的部分电路原理所采用方案的详述，调试过程中遇到的问题；
部分电路中所选电阻电容等元器件的参数（即其值的大小），你在调试中所遇到的问题及解决方案；
所选用的关键芯片、元器件名称，每个引脚功能，每个引脚干什么用，你能否一一对应上；
关键电路部分各信号输出形式的分析；
现场电路调试结果（给你电源与示波器，连接电路，结合电路讲解过关）。

建表考核：
姓名考核次数及分数（ABCD）12345张三李四
参考原理图：
1．绝对值电路（你能分析清楚吗），用一个双运放如LF412（3元左右，它的资料从附件中给你）与一些电子元器件即可实现。电路如下：

2．如何产生稳定的正弦激励信号？（电路）
应用有源晶振（市场上直接购买，大约7元，参数为11.059Mhz）通过计数器（如SN74HC4040，12位计数器）分频，得到大约5Khz的方波信号，通过带通滤波，得到正弦激励信号。具体的带通滤波仿真电路（仿真软件为Multisim2001）如下：

3．如何应用AD620搭建电桥减法信号放大电路？你必须首先了解AD620的工作原理及各引脚的功能。AD620的资料