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时间:2018-12-30
《传感器实验霍尔测速和光速测控》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在应用文档-天天文库。
1、传感器实验实验报告实验三霍耳测速一、实验目的:了解霍耳传感器N3120U的特性,学习霍耳传感器的应用,NE555时基集成电路应用。二、实验设备及器件:显示器、稳压电源、频率计数器;霍耳传感器、万用表、小磁铁、小电机等。三、实验原理:霍耳元件是一种磁电转换元件,用于检测磁场并将磁信号转换成电压。把霍耳元件置于外磁场中,沿垂直于磁力线方向通过电流时,其中的载流子受洛仑兹力作用,被推向一侧,积累以后形成电场,这个电场阻止载流子的偏移,当达到动态平衡后,电场中电位差即形成霍耳电压。当电流一定时,测量霍耳电压即可得知磁场的场强大小。本实验采用的N
2、3120U霍耳器件是一种集成的开关元件。它的输出可直接与多种电子元件相连。它的内部结构和主要性能如上图,其中:图(一)显示了N3120U的内部结构和外接电路的种类。图(二)显示了对于N3120U器件来说磁场为负的情况。图(三)、图(四)、图(五)表示了对于磁感应强度大小的不同区域输出电压翻转的情况。图(六)给出了实验装置的示意图和磁铁与传感器的相对位置图,当磁铁转动时,N3120U输出波形为一系列方波,这时就可送计数器进行计数。实验原理框图所示:四、实验步骤:1、测试传感器特性:(1)按图(一)连接电路,输出接示波器。(2)如图(七)所
3、示,测试图(五)区域的器件特性。用示波器观察N3120U的输出情况。将小磁铁由远及近移向N3120U,当输出电压发生跳变时,记录小磁体靠近霍耳探头的一端(现在是N极)与霍耳探头N3120U的距离,然后由此点由近及远移动小磁铁,观察N3120U的输出,当示波器上输出电压出现反向跳变时,再记录小磁体与N3120U的距离。磁铁由远到近磁铁由近到远跳变点与N3120U距离8mm11mm注:反复操作,测量结果与表中相差无几,由于不便于测量,难以得到精确值,故不必进行多次记录。(3)用小磁体的S极指向N3120U,重复(2)的步骤,测试图(三)所示
4、的器件特性。实验中,将S极指向N3120U,重复(2)中步骤,发现无论S极如何靠近和远离N3120U,示波器显示电压并不会发生跳变。说明该霍尔元件是一个单向开关型霍尔传感器,只对N极敏感。(4)将磁体的N极对准N3120U,如图(六)转动小磁体,观察示波器上的输出电压,测试如图(四)所示的特性。当连续转变小磁体时,输出电压将连续发生跳变,记录下4次输出电压发生跳变时每次小磁体的转变角度。跳变次数1234旋转角度16°300°35°305°以N极指向N3120U为起始0°,沿顺时针方向旋转为正方向,重新整理上述表格如下:跳变次数1234相
5、对角度16°-14°16°-14°由于霍耳探头N3120U具有图(五)所示特性,当N极靠近和远离探头时,示波器波形产生跳变,由表2中数据可以看出,跳变发生点约发生在N极偏离起始点15°左右,所以当电机高速旋转时,在示波器上将出现一定占空比切频率一定的方波,于是我们便可以利用霍尔元件对电机进行转速测量。2、用霍耳器件测量转速:(1)按图一连接电路,并将N3120U的输出连接到频率计数器的数字信号输入端。(2)将连接小磁体的小电机通电,使之带动小磁体旋转,将这一装置如图(六)靠近N3120U,计录频率计数器显示测出的旋转频率。按图一连接好电
6、路后,将N3120U的输出接示波器,并给小电机通以5V直流电压,示波器显示输出如下图所示:示波器显示旋转频率为36.6HZ,即通以5V直流电时,小电机转速为36.6R/S。实验五光控测速一、实验目的测量光电转换器件的特性。掌握NE555时基电路和NE5532双低噪声运算放大器的应用。利用光电转换器件进行自动测量。二、实验设备晶体管直流稳压电源、万用表、示波器、频率计数器。三、实验原理利用某些材料的光电和电光效应可以做成光电转换器件,半导体发光管和光电二极管就是利用半导体材料的电光效应制成的,发光管输出的光强正比于它的正向工作电流,而光电
7、二极管产生的光生电流(即二极管反向电流)正比于接收光强度。图(一)是测量半导体发光管L1的光发射与光电二极管P1接收特性的原理电路。光电发射—接收测试工作原理如下:当调整RA电位器时,三极管N1工作电流Ic发生变化,Ic通过发光管L1使之发光,发光功率P是Ic的函数表示为P=Kg*Ic,Ic可以由R4上电压求得。Kg是电光发射系数。L1发的光,可以通过光电接收管P1检测;根据光电检测原理,P1的电流正比于接收光功率。当光照P1时产生光电流Ip,此电流在R5上产生电压;通过测R5上的电压测量所接收的光功率。接收光功率与光电流Ip的关系为:
8、Ip=Kp*P,Kp是光电转换系数。注意:发光管是正向接入电路,接收管是反向接入电路。光电转换器件的一种应用就是测量旋转飞轮的转速。当将旋转的飞轮置于电光发射和光电接收测量装置中间时,利用飞轮旋转时不断挡住
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