磁敏传感器综合实验仪

一．   概述 信息、通讯、计算机技术的融通与结合是21世纪科技发展的总体趋势。传感器技术是信息拾取、信号传输，实现自动化检测与控制的关键纽带，磁敏传感器是传感器技术领域中具有独特属性的一个重要分支，随着当代科学技术的发展，磁敏传感与检测技术成为现代信息技术中极为重要的检测手段，其应用涉及到国民经济众多领域，属于机电一体化基础元器件。《磁敏传感器综合实验仪》通过无触点角度传感器、倾斜角传感器、微位移传感器、测速传感器、磁编码器、电流传感器的特性测量展示以磁敏感为转换机理的系列传感器的属性与特点。将传感器检测技术与电动机模拟量、数字量检测，开环检测与闭环控制，速度闭环、位置闭环、功率闭环等自动化基础实验有机溶入基础教学实验，使物理基本原理与信息检测、自动控制、机电一体化等自然地衔接。本实验仪具有多主题、多途径、层次化、自选择、自设计实验内容与实施路线，进而可开展创新研究型教学，形成教与学、教学与创新互动的全新教学模式。本实验仪获得2007年全国物理演示仪器评比二等奖。 《磁敏传感器综合实验仪》具有以下优点： 1.设备小型化、操作简便；物理现象清晰、直观；实验数据稳定。 2.从教学的实际效果和科研的应用考虑，实验电路、测量组合及测量面板布局设计合理。 3.本实验仪将物理基础原理与传感器技术、信息采集、自动控制、机电一体化技术融合一体，通过实验体现交叉学科的技术优势。 4.知识拓展性强，实验内容新颖且与新型检测技术联系紧密，实践性强；与后续实验及研究衔接自然，让学生对科学实验和产业应用产生兴趣，愿意并有能力进行更深入研究。 本仪器适用于高等院校各的基础物理实验、设计性实验和演示实验。 三、实验及教学内容的编排 仪器功能如图所示：仪器根据实验内容分为三个组成部分，既：角度测试系统、位移测试系统、电机闭还控制系统。 一、实现对基本磁敏传感器的特性研究：

磁敏传感器综合实验仪功能框图

1、有关磁敏传感器敏感元件的物理机制与特性研究在我们开发的磁敏感元件与磁场特性研究实验中可以充分开展研究，或通过讲义将磁电子转换原理与系列磁敏传感器原理讲述清楚。

2、本实验通过分辨率为1′的角度刻度盘与支架可以实现无触点磁敏角度传感器；磁敏倾斜角传感器0～360°范围内任意角度的测量。通过更换不同传感器的备品类型，配合面版仪表的组合显示，可以测量不同输出量程、不同输出形式（电压、电流、PWM脉宽调制、RS232、RS485、单片机等）的信号检出与线性度、分辨率、重复性、复位、综合、数据处理等传感器品质进行评估与研究。 3、本实验通过千分尺对磁敏微位移传感器的输出特性与输出形式进行测量与研究。 4、通过与电机联接的齿轮可以利用磁电感应、磁敏电阻、霍尔器件等不同原理的磁敏齿轮测速传感器的检测特性进行测试研究。还可以不断引进其它原理测速传感器进行特性对比。 5、通过与电机联接的磁编码器可以进一步对工业与自动化常用数字控制编码器形式进行特性研究。掌握先进的磁编码器使用技术。 二、利用传感器对电机特性与控制方式进行测量与研究 电动机是工业技术领域主要动力源，实现对电机的准确测控意义重大。本实验借助于磁敏传感器的概念尝试了揭示电机控制的基本方式、原理与相互关系，其设计思想为。 1、对电机转速测量模拟量与数字量开环测量特性研究：本实验通过与电机联接的测速发电机进行模拟转速测量，对比齿轮测速与磁编码器数字量转速测量，以及数字量分度多少对控制的影响进行测试研究； 2、对于电机闭环控制的特性研究：闭环控制是高自动控制的所在，是自动控制的基础。闭环控制主要有三种形式，速度闭环、位置闭环、功率闭环。 ⅰ、速度闭环：本仪器通过单片机结合电机控制理论分别对转速传感器测速发电机模拟量与齿轮测试及磁编码器数字量编程实现闭环控制，仪器明显可以观察到控制稳定性的变化。 ⅱ、 位置闭环：本仪器通过同步带轮模拟位置控制，它依赖与磁编码器双路90°位相差数字信号进行计长与定位控制。 ⅲ、功率闭环：电动机带负载运动过程中，实现稳速转动必需对电机驱动功率进行补偿。本实验配置自主开发的电流传感器，通过电机控制理论编程实现了恒功率控制。  三、研讨型创新实验 在掌握了自动控制几个闭环控制的基础上，让同学们利用实验结果结合不同应用特点，开展创新型研究，拓展本实验教学成果的应用领域。 也可以在新型磁敏传感器的开发，新型磁敏感元件的性能测试等方面开展创新研究。 四、技术指标 1. 磁敏传感器教学实验仪宽47cm，长52cm，高17cm，外型如图1所示。 2．角度传感器测试台外分度盘直径200mm，小刻度0.5°，内刻度盘沿直径180°对称位置2个游标分度30格，小分度1´。 3．微位移传感器17直径25mm，长度50mm，150mm量程千分尺，为0.01mm。 4.电机工作电压显示表：指针电压表，显示电机的工作电压，量程：30V，小分度1V。 5.测速电机电压显示表：三位数字电压表，量程0~100V，0.1V。 6.传感器工作电压显示表：三位数字电压表，量程0~100V，0.1V。 7.传感器输出电压显表：四位数字电压表，量程0~10V，0.001V。 8.传感器输出电流显示表：四位数字电流表，量程0~100mA，0.01mA。 9.所选用传感器相关指标：

名称	工作电压	量程	输出信号	说明
角度传感器	8～24V	0～360°	0.5～2.5V正旋	电压输出
角度传感器	8～24V	0～60°	4～20mA线性	电流输出
倾斜角传感器	8～24V	0～90°	4～20mA线性	电流输出
位移传感器	5V	±5mm	0.5～4.5V线性	电压输出
电流传感器	5V	0～1.45A	0～2.5V线性	电压输出
磁敏编码器	5V	256脉冲	A、B双相	脉冲输出
齿轮测速传感器	5V		单   相	脉冲输出

  五、使用注意事项 1．  实验注意传感器的工作电压，将测试端子插入相应的测试孔，防止传感器由于工作电压太高或太低无法正常工作或损坏仪表。 2．  电机闭还控制过程中，在操作功能键盘时等到液晶提示完成再进行操控，否则输入无效。 3．  在进行角度测试和位移测试实验时注意尽量在同测量中向同一方向转动角度盘和位移千分尺，以避免引入机械上的误差。 4．  电机开环测量时注意负载加入控制端位于空载处，闭环实验时注意负载加入端位于空载处。 5．  电流传感器的电流输入端子应在实验时始终连接，否则电机电路断开，无法工作。 6．  关机后应将电机控制系统开关置于关断位置，开环电机工作电压和传感器工作电压旋至小。