下面我将为你提供一个全面、结构化的传感器与检测技术实验指南涵盖：
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- 实验目的与意义
- 核心实验项目（从基础到综合）
- 实验报告撰写指南
- 常见问题与注意事项
实验目的与意义
通过实验,你将能够：
- 理论联系实际： 将课堂上学到的传感器原理、信号调理、误差分析等理论知识应用于实践。
- 掌握核心技能：
- 传感器选型： 根据被测物理量选择合适的传感器。
- 电路搭建： 能够搭建简单的传感器测量电路，如电桥、放大电路。
- 数据采集： 学会使用数据采集卡、示波器、万用表等仪器采集传感器输出信号。
- 数据处理与分析： 对采集到的原始数据进行滤波、标定、误差分析和可视化。
- 培养工程思维： 学会分析实验中出现的问题（如噪声、漂移、非线性），并提出解决方案，培养解决实际工程问题的能力。
- 熟悉现代检测系统： 了解从“传感器-信号调理-数据采集-计算机处理”的完整检测链路。
核心实验项目（从基础到综合）
这里按照从简单到复杂的顺序,列出一些典型的实验项目，你可以根据学校的实验条件选择进行。
基础传感器特性实验（以电阻应变片为例）
- 实验名称： 金属电阻应变片的静态特性标定
- 实验目的：
- 理解电阻应变片的工作原理（应变效应）。
- 掌握直流电桥测量电阻变化的方法。
- 标定应变片的灵敏系数,并分析其静态特性（线性度、灵敏度、迟滞）。
- 实验设备：
- 电阻应变片（至少1片）
- 悬臂梁实验台（提供可控的微小位移/应变）
- 直流稳压电源
- 数字万用表
- 电阻箱（用于电桥平衡）
- 实验步骤简述：
- 单臂电桥： 将应变片接入一个直流电桥的一个桥臂，其他桥臂用固定电阻。
- 电桥平衡： 调节电阻箱或电桥平衡电位器，使在无应变（悬臂梁自由端无砝码）时，电桥输出电压为零。
- 加载与测量： 在悬臂梁的自由端逐次增加砝码（例如10g, 20g, ..., 100g），记录每次加载后电桥的输出电压。
- 卸载与测量： 逐次减少砝码，记录每次卸载后的输出电压。
- 数据处理： 计算应变（ε = 4FL / (Et³b)，其中F是力，L是力臂，E是杨氏模量，t是梁厚，b是梁宽），绘制“电压-应变”或“电压-力”曲线。
- 特性分析： 计算灵敏度（输出电压变化量 / 输入应变变化量），并分析线性度和迟滞误差。
- 知识点关联： 电阻应变效应、电桥电路、静态特性指标（线性度、灵敏度、迟滞）、最小二乘法拟合。
常用物理量传感器实验
1 温度传感器实验（以热电偶/热敏电阻为例）
- 实验名称： N型热电偶的测温特性标定
- 实验目的：
- 掌握热电偶的测温原理（热电效应）。
- 学习冷端补偿的方法。
- 标定热电偶的分度表,并计算其非线性误差。
- 实验设备：
- N型热电偶
- 温度计（标准，如Pt100）
- 恒温加热装置（如恒温水浴或电热套）
- 数字电压表（或万用表mV档）
- 冰水混合物（用于0℃参考点）
- 实验步骤简述：
- 冷端处理： 将热电偶的冷端（参考端）置于冰水混合物中，确保其为0℃。
- 加热与测量： 将热电偶的测量端（热端）放入恒温水浴中，从室温开始，每隔5-10℃设定一个温度点，待温度稳定后，同时记录标准温度计的读数和热电偶的输出mV值。
- 数据处理： 绘制“热电动势-温度”曲线，并与标准分度表进行对比，计算非线性误差。
- （可选）尝试其他冷端补偿方法，如计算补偿法或电桥补偿法，并比较效果。
2 光电传感器实验（以光敏电阻/光电二极管为例）
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- 实验名称： 光敏电阻的光照特性与光谱特性研究
- 实验目的：
- 理解光敏电阻的工作原理（光电导效应）。
- 测量光敏电阻在恒定电压下的光照特性（电阻-照度关系）。
- 了解光敏电阻的光谱响应特性。
- 实验设备：
- 光敏电阻
- 可调光源（或带不同颜色滤光片的光源）
- 照度计
- 直流稳压电源
- 数字万用表
- 实验步骤简述：
- 光照特性： 在固定工作电压下，通过改变光源距离或强度，改变照度值，使用照度计测量照度，同时用万用表测量光敏电阻的阻值，绘制“阻值-照度”曲线。
- 光谱特性： 保持照度恒定，更换不同颜色的滤光片（改变入射光波长），测量光敏电阻的阻值，绘制“阻值-波长”或“相对灵敏度-波长”曲线。
传感器信号调理电路实验
- 实验名称： 高精度仪表放大器电路设计与测试
- 实验目的：
- 理解差动放大和共模抑制的概念。
- 学习使用仪表放大器芯片（如AD620, INA128）。
- 设计并搭建一个能放大微弱差动信号的调理电路。
- 实验设备：
- 信号发生器（用于产生差动信号）
- 直流稳压电源
- 示波器
- 面包板、电阻、电容、仪表放大器芯片
- 实验步骤简述：
- 电路设计： 根据芯片手册，设计一个增益G=100的仪表放大器电路。
- 电路搭建： 在面包板上搭建电路。
- 功能测试：
- 共模抑制比测试： 给放大器输入一个共模信号（如Vin+ = Vin+ = 1V），测量输出电压，理想情况下应为0。
- 差模放大测试： 给放大器输入一个差模信号（如Vin+ = 10mV, Vin- = 9mV），测量输出电压，验证增益是否为G=100。
- （可选）噪声测试： 将输入端短路，测量输出端的噪声电压。
综合性与设计性实验
- 实验名称： 基于单片机的电子秤设计与制作
- 实验目的：
- 综合运用应变片、电桥、信号放大、A/D转换和微控制器知识。
- 学习完整的检测系统设计与实现流程。
- 培养软硬件结合的动手能力。
- 实验设备：
- 悬臂梁+应变片（称重传感器）
- 仪表放大器（如AD620）
- A/D转换模块（如HX711，专为电子秤设计）
- 单片机开发板（如Arduino, STM32）
- 电阻、电容、杜邦线、PCB（可选）、标准砝码
- 实验步骤简述：
- 硬件搭建：
- 将应变片与固定电阻组成惠斯通电桥。
- 将电桥输出连接到仪表放大器进行信号放大。
- 将放大后的输出
- 硬件搭建：
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