了解THSRZ-2型传感器实训装置的任务

一、任务目标

通过本任务的学习，帮助学生了解THSRZ-2 型传感器实训装置的结构，熟悉装置各部分的作用，学会THSRZ-2 型传感器实训装置各部分输出参数的调节和使用方法。

二、任务实施

1.认识THSRZ-2 型传感器实训装置各组成部分

THSRZ-2 型传感器实训装置由实验台、检测源模块、传感器及信号处理电路、数据采集卡组成，如图1-18所示。

（1）实验台

实验台上有信号源、直流稳压电源、恒流源、数字式仪表、计时器和高精度的温度调节仪。信号源可以输出两种不同的信号，一种是1～10 kHz 的音频信号，Up-p 在0～17 V 范围可调；另一种是1～30 Hz 的低频信号，Up-p在0～17 V 范围可调，并且有短路保护功能，如图1-19所示。

五组直流稳压电源是＋24 V、±15 V、＋5 V、±2～±10 V 分五挡输出、0～5 V 可调电源，带短路保护功能。实验台自带的恒流源是0～20 mA 连续可调输出，最大输出电压为12 V，如图1-20所示。

图1-18　THSRZ-2 型传感器实训装置

图1-19　信号源

图1-20　直流稳压电源和恒流源

实验台上有直流电压表、直流毫安表和频率／转速表三种数字式仪表。其中直流电压表的量程为0～20 V，分为200 mV、2 V、20 V 三挡、精度为0.5 级。直流毫安表的量程为0～20 mA，三位半数字显示、精度为0.5 级，有内测、外测功能。频率／转速表的频率测量范围为1～9 999 Hz，转速测量范围为1～9 999 r／min。三种数字式仪表外形如图1-21所示。

除了以上这些仪器设备外，实验台上还有能够在0～9 999 s 范围内，精确到0.1 s 计时的计时器和用于温度测量的高精度智能温度调节仪，这种温度调节仪具有多种输入输出规格、人工智能调节以及参数自整定功能，先进控制算法，温度控制精度达±0.5 ℃，如图1-22所示。

图1-21　数字式仪表

图1-22　智能温度调节仪

（2）检测源模块

检测源模块分为加热源、转动源、振动源3 个模块，如图1-23所示。如图1-23（a）所示为加热源，其采用0～220 V 交流电源加热，内部配有风扇，温度可控制在室温至120 ℃。如图1-23（b）所示为转动源，其采用2～24 V 直流电源驱动，转速可在0～3 000 r／min范围内调节。如图1-23（c）所示为振动源，其振动频率为1～30 Hz（连续可调），共振频率为12 Hz 左右。

图1-23　检测源模块

（a）加热源；（b）转动源；（c）振动源

（3）各种传感器

THSRZ-2 型传感器实验装置自带了很多种传感器，如电阻应变式传感器、差动变压器、电容传感器、霍尔位移传感器、扩散硅压力传感器、光纤位移传感器、电涡流传感器、压电加速度传感器、磁电传感器、Pt100 热电阻、AD590、K 型热电偶、E 型热电偶、Cu50热电阻、PN 结温度传感器、NTC 传感器、PTC 传感器、气敏传感器（对酒精敏感、可燃气体敏感）、湿敏传感器、光敏电阻、光电二极管、红外传感器、磁阻传感器、光电开关传感器、霍尔开关传感器、扭矩传感器、PSD 位移传感器、光电编码器、长光栅传感器等。这些传感器有些直接固定在实验模块上，形成一个整体，有些需要另行安装在相对应的实验模块中。如图1-24所示的红外传感器就是直接做在传感器实验模块上的，而图1-25所示的Pt100 热电阻就需要和配套的温度传感器实验模块配合使用。各个具体的传感器及其对应的实验模块会在后面的项目中具体介绍。

（4）信号处理电路

信号处理电路包括电桥、电压放大器、差分放大器、电荷放大器、电容放大器、低通滤波器、涡流变换器、相敏检波器、移相器、I／V 转换电路、F／V 转换电路、直流电动机驱动等，这些信号处理电路也是做在对应的实验模块中。如图1-26（a）所示的就是将移相器、相敏检波器、低通滤波器做在一个模块上的移相／相敏检波／低通滤波实验模块。如图1-26（b）所示的是将电压放大器、I／V、F／V 转换电路、直流电动机驱动做在一个模块上的信号转换模块。

图1-24　红外传感器实验模块

图1-25　Pt100 热电阻

图1-26　信号处理电路

（a）移相／相敏检波／低通滤波实验模块；（b）信号转换模块

（5）数据采集卡

THSRZ-2 型传感器实验装置附带了一个高速USB 数据采集卡，如图1-27所示。包含4 路模拟量输入，2 路模拟量输出，8 路开关量输入／输出，14 位A／D 转换，A／D 采样速率最大为400 kHz。并且配有相应的上位机软件，该软件配合USB 数据采集卡使用，实时采集实验数据，对数据进行动态或静态处理和分析，实现双通道虚拟示波器的功能。(www.xing528.com)

2.检测实验台相关部件

1）给实验台通电，将直流电源部分＋15 V、-15 V、＋5 V 的正负极接到电压表上，用万用表检测是否显示＋15 V、-15 V、＋5 V。将电压选择挡分别打在±2 V、±4 V、±6 V、±8 V、±10 V，用万用表分别检测Uout的“＋”“⊥” 和“-”“⊥” 两端是否为电压挡所对应的电压值。旋转2～24 V 输出调节，用万用表检测是否变化范围为2～24 V。

2）将直流电压表挡位选择为20 V，将直流电源＋15 V 的正负极接到直流电压表上，检测直流电压表显示是否为15 V。

图1-27　数据采集卡

3）将低频输入信号“低频调幅” 调到最大，“低频调频” 调到最小1 Hz，将低频输出到频率／转速表，旋转“低频调频” 旋钮，用频率／转速表检测频率范围是否为1～30 Hz。

4）在控制台上的“智能调节仪” 单元中，“控制对象” 选择“温度”，并按图1-28接线。其中Pt100 两个黄色的接线端接实验台上两个蓝色的接线柱，红色接线端接实验台上黑色的接线柱，打开调节仪电源，检测智能调节仪是否能正常显示室温。

图1-28　THSRZ-2 型传感器实训接线图

5）将2～24 V 可调直流电压加到转动源电源输入端（注意＋、-），转盘转动平稳；然后将＋5 V 和GND 接霍尔传感器和光电传感器的电源输入端，用示波器观察是否有输出波形，调节2～24 V 可调直流电压观察波形变化。

6）从低频信号输入端输入低频信号，将低频信号发生器的“低频调幅” 打到最大位置，调节“低频调频” 旋钮，使振动梁振动，在13.3 Hz 左右振幅达到最大，检测振动源是否正常。

3.任务内容和评分标准（见表1-1）

表1-1　认识THSRZ-2 型传感器实训装置评分表

续表

三、任务拓展

从刚才的任务中了解了THSRZ-2 型传感器实验装置的组成和各部分的作用，通过技能训练关于检测源模块只是了解了振动源和转动源的使用。加热源如何使用？读者可以自己尝试一下，本书也会在以后的任务中一一展开说明。

传感器在汽车中的应用

随着汽车行业的快速发展和人们对于汽车安全性、环保性、舒适性、通信和娱乐的需求日益增长，传感器在汽车上的应用也随之不断扩大，它们在汽车电子稳定性控制系统（包括轮速传感器、陀螺仪以及刹车处理器）、车道偏离警告系统和盲点探测系统（包括雷达、红外线或者光学传感器）各个方面都得到了使用。

1.发动机控制传感器

发动机管理系统（简称EMS），其采用各种传感器，是整个汽车传感器的核心，传感器种类丰富，包括温度传感器、压力传感器、位置和转速传感器、流量传感器、气体浓度传感器和爆震传感器等。这些传感器将发动机吸入空气量、冷却水温度、发动机转速与加减速等状况转换成电信号送入控制器，控制器将这些信息与储存信息比较、精确计算后输出控制信号。EMS 不仅可以精确控制燃油供给量，以取代传统的化油器，而且可以控制点火提前角和带速空气流量等，极大地提高了发动机的性能。如图1-29所示是汽车发动机用传感器。

图1-29　汽车发动机用传感器

2.底盘和主轴上的传感器

底盘、悬架和主轴上的传感器主要包括：转向传感器、车轮角速度传感器、侧滑传感器、横向加速度传感器。这里及往后将重点介绍ABS（Anti-locked Braking System）防抱死制动系统的传感器，如图1-30所示。

图1-30　防抱死制动系统（ABS）

ABS 的主要作用是改善整车的制动性能，提高行车安全性，防止在制动过程中车轮抱死（即停止滚动），从而保证驾驶员在制动时还能控制方向，并防止后轴侧滑。其工作原理为：紧急制动时，依靠装在各车轮上高灵敏度的车轮转速传感器，一旦发现某个车轮抱死，计算机立即控制压力调节器使该轮的制动分泵泄压，使车轮恢复转动，达到防止车轮抱死的目的。ABS 的工作过程实际上是“抱死—松开—抱死—松开” 的循环工作过程，使车辆始终处于临界抱死的间隙滚动状态，有效克服紧急制动时由车轮抱死产生的车辆跑偏现象，防止车身失控等情况的发生。

3.车身系统常用传感器

车身控制用传感器主要用于提高汽车的安全性、可靠性和舒适性等。由于其工作条件不像发动机和底盘那么恶劣，一般工业用传感器稍加改进就可以应用。需要解释的是车身上使用的传感器大多都是外置设备，可以由车主喜好自由选择进行组装。因此，车身使用的传感器种类繁多且差异性较大，如表1-2所示为常用的车身传感器种类和用途。

表1-2　车身用传感器

由于汽车传感器在汽车电子控制系统中的重要作用和快速增长的市场需求，世界各国对其理论研究、新材料应用和新产品开发都非常重视。未来的汽车用传感器技术，总的发展趋势是微型化、多功能化、集成化和智能化。利用微电子机械系统（MEMS）技术和计算机辅助设计技术可以设计出低成本、高性能的微型传感器。