信息、通訊、計(jì)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(shì)。傳感器技術(shù)是信息拾取、信號(hào)傳輸，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化檢測(cè)與控制的關(guān)鍵紐帶，磁敏傳感器是傳感器技術(shù)領(lǐng)域中具有獨(dú)特屬性的一個(gè)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(cè)技術(shù)成為現(xiàn)代信息技術(shù)中極為重要的檢測(cè)手段，其應(yīng)用涉及到國(guó)民經(jīng)濟(jì)眾多領(lǐng)域，屬于機(jī)電一體化基礎(chǔ)元器件。《磁敏傳感器綜合實(shí)驗(yàn)儀》通過(guò)無(wú)觸點(diǎn)角度傳感器、傾斜角傳感器、微位移傳感器、測(cè)速傳感器、磁編碼器、電流傳感器的特性測(cè)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(diǎn)。將傳感器檢測(cè)技術(shù)與電動(dòng)機(jī)模擬量、數(shù)字量檢測(cè)，開(kāi)環(huán)檢測(cè)與閉環(huán)控制，速度閉環(huán)、位置閉環(huán)、功率閉環(huán)等自動(dòng)化基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)有機(jī)溶入基礎(chǔ)教學(xué)實(shí)驗(yàn)，使物理基本原理與信息檢測(cè)、自動(dòng)控制、機(jī)電一體化等專(zhuān)業(yè)自然地銜接。本實(shí)驗(yàn)儀具有多主題、多途徑、層次化、自選擇、自設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與實(shí)施路線(xiàn)，進(jìn)而可開(kāi)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(dòng)的全新教學(xué)模式。

  《磁敏傳感器綜合實(shí)驗(yàn)儀》具有以下優(yōu)點(diǎn)：

  1.設(shè)備小型化、操作簡(jiǎn)便；物理現(xiàn)象清晰、直觀(guān)；實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)穩(wěn)定。

  2.從教學(xué)的實(shí)際效果和科研的應(yīng)用考慮，實(shí)驗(yàn)電路、測(cè)量組合及測(cè)量面板布局設(shè)計(jì)合理。

  3.知識(shí)拓展性強(qiáng)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容新穎且與新型檢測(cè)技術(shù)聯(lián)系緊密，實(shí)踐性強(qiáng)；與后續(xù)實(shí)驗(yàn)及研究銜接自然，讓學(xué)生對(duì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)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(zhuān)業(yè)的基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)和演示實(shí)驗(yàn)。

 

  儀器功能如圖所示：儀器根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分為三個(gè)組成部分，既：角度測(cè)試系統(tǒng)、位移測(cè)試系統(tǒng)、電機(jī)閉還控制系統(tǒng)。

  一、實(shí)現(xiàn)對(duì)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(kāi)發(fā)的磁敏感元件與磁場(chǎng)特性研究實(shí)驗(yàn)中可以充分開(kāi)展研究，或通過(guò)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(shí)驗(yàn)通過(guò)分辨率為1′的角度刻度盤(pán)與支架可以實(shí)現(xiàn)無(wú)觸點(diǎn)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(cè)量。通過(guò)更換不同傳感器的備品類(lèi)型，配合面版儀表的組合顯示，可以測(cè)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(hào)檢出與線(xiàn)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(píng)估與研究。

  3、本實(shí)驗(yàn)通過(guò)千分尺對(duì)磁敏微位移傳感器的輸出特性與輸出形式進(jìn)行測(cè)量與研究。

  4、通過(guò)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(cè)速傳感器的檢測(cè)特性進(jìn)行測(cè)試研究。還可以不斷引進(jìn)其它原理測(cè)速傳感器進(jìn)行特性對(duì)比。

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

  二、利用傳感器對(duì)電機(jī)特性與控制方式進(jìn)行測(cè)量與研究

  電動(dòng)機(jī)是工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域主要?jiǎng)恿υ?，?shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的準(zhǔn)確測(cè)控意義重大。本實(shí)驗(yàn)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(jì)思想為首創(chuàng)。

  1、對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量模擬量與數(shù)字量開(kāi)環(huán)測(cè)量特性研究：本實(shí)驗(yàn)通過(guò)與電機(jī)聯(lián)接的測(cè)速發(fā)電機(jī)進(jìn)行模擬轉(zhuǎn)速測(cè)量，對(duì)比齒輪測(cè)速與磁編碼器數(shù)字量轉(zhuǎn)速測(cè)量，以及數(shù)字量分度多少對(duì)控制精度的影響進(jìn)行測(cè)試研究；

  2、對(duì)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(dòng)控制的核心所在，是自動(dòng)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(guò)單片機(jī)結(jié)合電機(jī)控制理論分別對(duì)轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)速發(fā)電機(jī)模擬量與齒輪測(cè)試及磁編碼器數(shù)字量編程實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，儀器明顯可以觀(guān)察到控制穩(wěn)定性的變化。

  ⅱ、位置閉環(huán)：本儀器通過(guò)同步帶輪模擬位置控制，它依賴(lài)與磁編碼器雙路90°位相差數(shù)字信號(hào)進(jìn)行計(jì)長(zhǎng)與定位控制。

  ⅲ、功率閉環(huán)：電動(dòng)機(jī)帶負(fù)載運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)速轉(zhuǎn)動(dòng)必需對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)功率進(jìn)行補(bǔ)償。本實(shí)驗(yàn)配置自主開(kāi)發(fā)的電流傳感器，通過(guò)電機(jī)控制理論編程實(shí)現(xiàn)了恒功率控制。

  三、研討型創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)

  在掌握了自動(dòng)控制幾個(gè)閉環(huán)控制的基礎(chǔ)上，讓同學(xué)們利用實(shí)驗(yàn)結(jié)果結(jié)合不同專(zhuān)業(yè)應(yīng)用特點(diǎn)，開(kāi)展創(chuàng)新型研究，拓展本實(shí)驗(yàn)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(kāi)發(fā)，新型磁敏感元件的性能測(cè)試等方面開(kāi)展創(chuàng)新研究。

  四、技術(shù)指標(biāo)

  1.磁敏傳感器教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀寬47cm，長(zhǎng)52cm，高17cm，外型如圖1所示。

  2．角度傳感器測(cè)試臺(tái)外分度盤(pán)直徑200mm，最小刻度0.5°，內(nèi)刻度盤(pán)沿直徑180°對(duì)稱(chēng)位置2個(gè)游標(biāo)分度30格，最小分度1´。

  3．微位移傳感器17直徑25mm，長(zhǎng)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(cè)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(xiàng)

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

  2．電機(jī)閉還控制過(guò)程中，在操作功能鍵盤(pán)時(shí)等到液晶提示完成再進(jìn)行操控，否則輸入無(wú)效。

  3．在進(jìn)行角度測(cè)試和位移測(cè)試實(shí)驗(yàn)時(shí)注意盡量在同一次測(cè)量中向同一方向轉(zhuǎn)動(dòng)角度盤(pán)和位移千分尺，以避免引入機(jī)械上的誤差。

  4．電機(jī)開(kāi)環(huán)測(cè)量時(shí)注意負(fù)載加入控制端位于空載處，閉環(huán)實(shí)驗(yàn)時(shí)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(shí)驗(yàn)時(shí)始終連接，否則電機(jī)電路斷開(kāi)，無(wú)法工作。

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