信息、通訊、計算機(jī)技術(shù)的融通與結(jié)合是21世紀(jì)科技發(fā)展的總體趨勢。傳感器技術(shù)是信息拾取、信號傳輸，實現(xiàn)自動化檢測與控制的關(guān)鍵紐帶，磁敏傳感器是傳感器技術(shù)領(lǐng)域中具有屬性的一個重要分支，隨著當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，磁敏傳感與檢測技術(shù)成為現(xiàn)代信息技術(shù)中極為重要的檢測手段，其應(yīng)用涉及到國民經(jīng)濟(jì)眾多領(lǐng)域，屬于機(jī)電一體化基礎(chǔ)元器件?！洞琶魝鞲衅骶C合實驗儀》通過無觸點角度傳感器、傾斜角傳感器、微位移傳感器、測速傳感器、磁編碼器、電流傳感器的特性測量展示以磁敏感為轉(zhuǎn)換機(jī)理的系列傳感器的屬性與特點。將傳感器檢測技術(shù)與電動機(jī)模擬量、數(shù)字量檢測，開環(huán)檢測與閉環(huán)控制，速度閉環(huán)、位置閉環(huán)、功率閉環(huán)等自動化基礎(chǔ)實驗有機(jī)溶入基礎(chǔ)教學(xué)實驗，使物理基本原理與信息檢測、自動控制、機(jī)電一體化等專業(yè)自然地銜接。本實驗儀具有多主題、多途徑、層次化、自選擇、自設(shè)計實驗內(nèi)容與實施路線，進(jìn)而可開展創(chuàng)新研究型教學(xué)，形成教與學(xué)、教學(xué)與創(chuàng)新互動的全新教學(xué)模式。

  《磁敏傳感器綜合實驗儀》具有以下優(yōu)點：

  1.設(shè)備小型化、操作簡便；物理現(xiàn)象清晰、直觀；實驗數(shù)據(jù)穩(wěn)定。

  2.從教學(xué)的實際效果和科研的應(yīng)用考慮，實驗電路、測量組合及測量面板布局設(shè)計合理。

  3.知識拓展性強(qiáng)，實驗內(nèi)容新穎且與新型檢測技術(shù)聯(lián)系緊密，實踐性強(qiáng)；與后續(xù)實驗及研究銜接自然，讓學(xué)生對科學(xué)實驗和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用產(chǎn)生興趣，愿意并有能力進(jìn)行更深入研究。

  本儀器適用于高等院校各專業(yè)的基礎(chǔ)物理實驗、設(shè)計性實驗和演示實驗。

 

  儀器功能如圖所示：儀器根據(jù)實驗內(nèi)容分為三個組成部分，既：角度測試系統(tǒng)、位移測試系統(tǒng)、電機(jī)閉還控制系統(tǒng)。

  一、實現(xiàn)對基本磁敏傳感器的特性研究：

  1、有關(guān)磁敏傳感器敏感元件的物理機(jī)制與特性研究在我們開發(fā)的磁敏感元件與磁場特性研究實驗中可以充分開展研究，或通過講義將磁電子轉(zhuǎn)換原理與系列磁敏傳感器原理講述清楚。

  2、本實驗通過分辨率為1′的角度刻度盤與支架可以實現(xiàn)無觸點磁敏角度傳感器；磁敏傾斜角傳感器0～360°范圍內(nèi)任意角度的測量。通過更換不同傳感器的備品類型，配合面版儀表的組合顯示，可以測量不同輸出量程、不同輸出形式（電壓、電流、PWM脈寬調(diào)制、RS232、RS485、單片機(jī)等）的信號檢出與線性度、分辨率、重復(fù)性、復(fù)位精度、綜合精度、數(shù)據(jù)處理等傳感器品質(zhì)進(jìn)行評估與研究。

  3、本實驗通過千分尺對磁敏微位移傳感器的輸出特性與輸出形式進(jìn)行測量與研究。

  4、通過與電機(jī)聯(lián)接的齒輪可以利用磁電感應(yīng)、磁敏電阻、霍爾器件等不同原理的磁敏齒輪測速傳感器的檢測特性進(jìn)行測試研究。還可以不斷引進(jìn)其它原理測速傳感器進(jìn)行特性對比。

  5、通過與電機(jī)聯(lián)接的磁編碼器可以進(jìn)一步對工業(yè)與自動化常用數(shù)字控制編碼器形式進(jìn)行特性研究。掌握的磁編碼器使用技術(shù)。

  二、利用傳感器對電機(jī)特性與控制方式進(jìn)行測量與研究

  電動機(jī)是工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域主要動力源，實現(xiàn)對電機(jī)的準(zhǔn)確測控意義重大。本實驗借助于磁敏傳感器的概念嘗試了揭示電機(jī)控制的基本方式、原理與相互關(guān)系，其設(shè)計思想為。

  1、對電機(jī)轉(zhuǎn)速測量模擬量與數(shù)字量開環(huán)測量特性研究：本實驗通過與電機(jī)聯(lián)接的測速發(fā)電機(jī)進(jìn)行模擬轉(zhuǎn)速測量，對比齒輪測速與磁編碼器數(shù)字量轉(zhuǎn)速測量，以及數(shù)字量分度多少對控制精度的影響進(jìn)行測試研究；

  2、對于電機(jī)閉環(huán)控制的特性研究：閉環(huán)控制是高精度自動控制的核心所在，是自動控制的基礎(chǔ)。閉環(huán)控制主要有三種形式，速度閉環(huán)、位置閉環(huán)、功率閉環(huán)。

  ⅰ、速度閉環(huán)：本儀器通過單片機(jī)結(jié)合電機(jī)控制理論分別對轉(zhuǎn)速傳感器測速發(fā)電機(jī)模擬量與齒輪測試及磁編碼器數(shù)字量編程實現(xiàn)閉環(huán)控制，儀器明顯可以觀察到控制穩(wěn)定性的變化。

  ⅱ、位置閉環(huán)：本儀器通過同步帶輪模擬位置控制，它依賴與磁編碼器雙路90°位相差數(shù)字信號進(jìn)行計長與定位控制。

  ⅲ、功率閉環(huán)：電動機(jī)帶負(fù)載運動過程中，實現(xiàn)穩(wěn)速轉(zhuǎn)動必需對電機(jī)驅(qū)動功率進(jìn)行補(bǔ)償。本實驗配置自主開發(fā)的電流傳感器，通過電機(jī)控制理論編程實現(xiàn)了恒功率控制。

  三、研討型創(chuàng)新實驗

  在掌握了自動控制幾個閉環(huán)控制的基礎(chǔ)上，讓同學(xué)們利用實驗結(jié)果結(jié)合不同專業(yè)應(yīng)用特點，開展創(chuàng)新型研究，拓展本實驗教學(xué)成果的應(yīng)用領(lǐng)域。

  也可以在新型磁敏傳感器的開發(fā)，新型磁敏感元件的性能測試等方面開展創(chuàng)新研究。

  四、技術(shù)指標(biāo)

  1.磁敏傳感器教學(xué)實驗儀寬47cm，長52cm，高17cm，外型如圖1所示。

  2．角度傳感器測試臺外分度盤直徑200mm，最小刻度0.5°，內(nèi)刻度盤沿直徑180°對稱位置2個游標(biāo)分度30格，最小分度1´。

  3．微位移傳感器17直徑25mm，長度50mm，150mm量程千分尺，精度為0.01mm。

  4.電機(jī)工作電壓顯示表：指針電壓表，顯示電機(jī)的工作電壓，量程：30V，最小分度1V。

  5.測速電機(jī)電壓顯示表：三位數(shù)字電壓表，量程0~100V，精度0.1V。

  6.傳感器工作電壓顯示表：三位數(shù)字電壓表，量程0~100V，精度0.1V。

  7.傳感器輸出電壓顯表：四位數(shù)字電壓表，量程0~10V，精度0.001V。

  8.傳感器輸出電流顯示表：四位數(shù)字電流表，量程0~100mA，精度0.01mA。

  9.所選用傳感器相關(guān)指標(biāo)：

  五、使用注意事項

  1．實驗注意傳感器的工作電壓，將測試端子插入相應(yīng)的測試孔，防止傳感器由于工作電壓太高或太低無法正常工作或損壞儀表。

  2．電機(jī)閉還控制過程中，在操作功能鍵盤時等到液晶提示完成再進(jìn)行操控，否則輸入無效。

  3．在進(jìn)行角度測試和位移測試實驗時注意盡量在同一次測量中向同一方向轉(zhuǎn)動角度盤和位移千分尺，以避免引入機(jī)械上的誤差。

  4．電機(jī)開環(huán)測量時注意負(fù)載加入控制端位于空載處，閉環(huán)實驗時注意負(fù)載加入端位于空載處。

  5．電流傳感器的電流輸入端子應(yīng)在實驗時始終連接，否則電機(jī)電路斷開，無法工作。

  6．關(guān)機(jī)后應(yīng)將電機(jī)控制系統(tǒng)開關(guān)置于關(guān)斷位置，開環(huán)電機(jī)工作電壓和傳感器工作電壓旋至最小。