1、传感器与检测技术实验指导讲义传感器与检测技术实验指导讲义实验一实验一预备实验预备实验一、实验目的一、实验目的熟悉实验要求，熟悉实验系统和主控台。学习、掌握虚拟示波器的使用。二、实验课要求与注意事项二、实验课要求与注意事项1、实验课同上理论课一样是上课，必须遵守上课的各项规定，不允许做与上课无关事。必须做好预习。2、实验各组必须独立完成实验，不允许大声讲话，不允许各处走动，不允许与其他组商量。3、必须单独做好测量原始数据的记录，并交任课教师签字后有效，每人一份。实验报告必须附有任课教师签字的原始数据的记录，否则实验报告无效。4、自学深圳大学学生实验守则和深圳大学仪器设备损坏、丢失赔偿办法 。5、
2、必须爱护使用的仪器设备。接线时必须关闭主控台的电源！接线时必须关闭主控台的电源！特别注意主控台电源与实验模块电源的正、负、地要连接一致正、负、地要连接一致，不可接错，开启电源前要认真检查。若操作错误，导致设备的损坏将按学校的规定赔偿。6、实验结束后，关闭主控台的电源，整理好连接线放在实验台上。三、实验系统简介三、实验系统简介SET9000 型系列传感器与检测（控制）技术实验台由主控台、测控对象、传感器/实验模板、数据采集卡及处理软件、实验桌等六部分组成。（1 1）主控台：）主控台：提供高稳定的15V、+5V、2V10V（可调） 、+2V+24V（可调）四种直流稳压电源；0.4KHz10KHz
3、可调音频信号源；1Hz30Hz 可调低频信号源；面板上装有数显电压、频率、转速、压力表和精度温度控制仪表； 020kpa 可调气压源；计算机数据采集卡；浮球流量计；电源故障报警/复位系统；漏电保护装置。SET9000 型还增加了数据采集控制器及测控系统接口。（2 2）测控对象测控对象：振动源 1Hz30Hz(可调)；转动源 0-2400 转/分(可调)；温度源200(可调)。SET9000 型的上述三种对象均带手动/自动调节功能。（3 3）传感器）传感器/ /实验模块配置：实验模块配置： 基础型（基础型（1717 种种） ：1.电阻应变式传感器；2.扩散硅压力传感器；3.差动变压器；4.电容式
4、传感器；5.霍尔式位移传感器；6.霍尔式转速传感器；7.磁电转速传感器；8.压电式传感器；9.电涡流位移传感器；10.光纤位移传感器；11.光电转速传感器；12.集成温度传感器；13.K 型热电偶；14.E 型热电偶；15.Pt100 铂电阻；16.湿敏传感器；17.气敏传感器。 增强型（增强型（2727 种可选配种可选配） ：1.热释电远红外传感器；2.光敏电阻；3.光敏二极管；4.光敏三极管；5.硅光电池；6.光电耦合器件；7.红外辐射温度传感器；8.光纤温度传感器（传导型） ；9.光纤压力传感器（传导型） ；10.光栅位移传感器（原理型） ；11.光栅位移传感器（测量型） ；12.光电编
5、码器传感器（原理型） ；13.光电编码器传感器（测量型） ；14.超声测距感器；15.扭矩传感器；16.PSD 位置传感器；17.CCD 图像测量传感器（带红外夜视功能） ；18.T 型热电偶；19.J 型热电偶；20.半导体热敏电阻；21.微波传感器；22.指纹传感器（带控制输出） ；23. 指纹传感器 （带图像输出） ； 24.表面无损探伤传感器模块； 25.颜色识别传感器； 26.通用输入 zigbee无线传感器网络模块；27.环境监测实验模块。（4 4）数据采集）数据采集卡卡及处理软件及处理软件： 传感器特性实验专用数据采集卡及实验软件： 采用 12 位 A/D 转换、 采样速度 10
6、0000点/秒，采样方式可分为：单步采样、连续采样、定时采样；具有控制输出端口；处理软件具有良好的计算机显示界面， 可以进行实验项目的选择与编辑； 数据采集； 特性曲线的分析、比较；实验报告（文件）存取、打印等功能。传感器实验及虚拟仪器专用数据采集卡及软件： （另附）传感器测控专用控数据采集卡及测控软件： （见 Pa:95）（5）实验桌尺寸实验桌尺寸：1600(长)800(宽)780(高)(mm)，实验桌留有计算机、示波器安放位置及实验模块存储柜。重点了解重点了解主控台的功能。主控台的功能。四、学习虚拟示波器的使用四、学习虚拟示波器的使用1、Hantek DSO-2090 简介基本配件：基本配
7、件：产品示波器探头USB 数据线光盘说明书其它图片：其它图片：特点特点流线型设计,体积小巧, USB2.0 接口,免电源,与台式示波器类似界面,易于上手.更适合于笔记本电脑，生产线维修调整，便于出差使用。小的尺寸(mm):190(L)x100(W)x35(H) ,便于携带.高刷新率, 高采样率,100MS/s 实时采样.软件支持: Windows7,Windows Me, Windows NT, Windows 2000, Windows XP ,VISTA20 余种自动测量功能, PASS/FAIL Check 功能,适于工程应用.波形平均,余辉,亮度调节,反向,加,减,乘,除,X-Y 显示
8、波形数据可以按时间和电压输出到 EXCEL,BMP,JPG。FFT 频谱分析一台电脑可同时连多台示波器,轻松扩展通道数.二次开发库提供,LabviewVBVCDelphiC+Builder 开发示例提供技术指标技术指标通道通道2 通道带宽带宽40MHz单次带宽单次带宽DC to 40MHz最大实时取样率最大实时取样率100MS/s存储深度存储深度10K-32KB/CH垂直分辨率垂直分辨率8Bit阻抗阻抗1M 25pF耦合耦合AC/DC/GND电压量程电压量程10mV-5V, 9Steps垂直精度垂直精度3%时基量程时基量程4ns-1h, 38 Steps垂直位置可调垂直位置可调有输入保护输入保
9、护DiodeDiode 嵌位嵌位X-Y有自动设置自动设置有 (30Hz to 40MHz)外触发输入外触发输入有水平方式水平方式自动, 标准, 单次触发斜率触发斜率+/-触发电平可调触发电平可调有触发类型触发类型模拟触发源触发源CH1, CH2, EXT预触发预触发0-100% 选择取样率选择取样率选择有辉线显示辉线显示点/线, 波形平均,余辉,亮度调节.网络网络开/关垂直模式垂直模式CH1, CH2, Dual, ADD光标测量光标测量有有算法算法快速富氏变换,反向,加,减,乘,除.光标显示光标显示频率,电压数据点数据点10K-32K 每通道配套配套S/W CD, probes, manua
10、l, USB cord应用程序：应用程序：软件支持: Windows7,Windows Me, Windows NT, Windows 2000, Windows XP ,VISTA二次开发：二次开发：提供常用开发平台下的 DEMO 源代码(VC、CVI、VB、LABVIEW)和开发技术支持。2、Hantek DSO-2090 使用通过测量 Hantek DSO-2090 自带标准信号，学习水平、垂直、触发调节等各种功能的使用。（1） 、手动测出输入信号的幅度、周期和频率。要求： 记录示波器测试信号的设置条件； 记录测量输入信号幅度和周期的原始数据与波形图。输入信号：示波器自带标准信号；主控台
11、音频震荡信号；主控台低频震荡信号。（2） 、练习信号的加、减、乘、除运算。记录相应的有关数据与结果。（3） 、练习 XY 输入方式的显示。记录相应的有关数据与结果。（4） 、总结正确测试输入信号的步骤。五、思考题五、思考题请自己通过资讯了解虚拟示波器与模拟示波器的不同， 了解虚拟示波器的使用应注意的问题。实验二实验二金属箔式应变片全桥性能实验与应用金属箔式应变片全桥性能实验与应用一、实验目的一、实验目的理解全桥测量电路的优点， 学习应变片直流全桥的电路标定及应用。 了解温度对应变片测试系统的影响。二、基本原理二、基本原理全桥测量电路中，将受力状态相同的两片应变片接入电桥对边，不同的接入邻边，应
12、变片初始阻值是 R1= R2= R3=R4，当其变化值R1=R2=R3=R4 时，桥路输出电压U03=KU，比半桥灵敏度提高了一倍，非线性误差进一步得到改善。电阻应变片的温度影响，主要来自两个方面:敏感栅丝电阻温度系敏感丝的线膨胀系数与弹性体的线膨胀系数不一致。因此当温度变化时，在被测体受力状态及大小不变时，输出电压会有一定的变化。基本原理的详细解释见教科书第二章第一节（2.1） 。三、需用器件和单元三、需用器件和单元应变式传感器实验模板、应变式传感器、砝码（每只约 20g） 、数显表、15V 电源、4V 电源、万用表，数显表单元、加热器(已贴在应变片底部)四、实验步骤四、实验步骤1、根据图(
13、1-1),应变式传感器已装于应变传感器模板上。传感器中各应变片已接入模板左上方的 R1、R2、R3、R4 标志端。加热丝也接于模板上，可用万用表进行测量判别，R1=R2=R3=R4=350，加热丝阻值约为 50左右。2、实验模板差动放大器调零，方法为:接入模板电源15V(从主控箱引入)，注意电源的正负，检查无误后，合上主控箱电源开关，将实验模板增益调节电位器 Rw3 顺时针调节到大致中间位置，将差放的正、负输入端与地短接，输出端与主控箱面板上数显电压表输入端 Vi 相连，调节实验模板上调零电位器 Rw4，使数显表显示为零(数显表的切换开关打到 2V 档)，完毕关闭主控箱电源。3、根据图 1-4
14、 接线，将 R1、R2、R3、R4 应变片接成全桥，注意受力状态不要接错。接上桥路电源4V(从主控箱引入)，检查接线无误后（注意电源的正负） ，合上主控箱电源开关，先粗调节 Rw1，再细调 Rw4 使数显表显示为零。4、保持增益不变，在传感器托盘上放置一只砝码，读取数显表数值，依次增加砝码并读取相应的数显表数值，逐一记下实验结果填入表 1-1；进行灵敏度和非线性误差计算。表 1-1 全桥测量时,输出电压与负载重量的关系重量(g)20406080100120140160180200电压(mV)5、电子秤应用。（1）按上述（图 1-4）全桥接线，电压表置 2V 档，合上主控箱电源开关，调节电桥平衡
15、电位器 Rw1，并细调 Rw4 使数显表显示 0.00V。（2）将 10 只砝码全部置于托盘上，调节增益电位器 Rw3(即满量程调整)，使数显表显示为 0.200V 或-0.200V。（3）拿去所有砝码,再次调零。（4）重复 2、3 步骤的标定过程，一直到满量程显示 0.200V，空载时显示 0.000V 为止，把电压量纲 V 改为重量量纲 g，即成为一台原始的电子秤。（5）在托盘上放上一未知重量的物体（20KHz，它的方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能，超声波在介质中以三种形式传播：横波、纵波、表面波，用于测量距离时采用纵波。本实验的超声波发射探头的发射频率为 40KHz，在空气中波
16、速为 V=344m/s。当发射探头发射的超声波在空气中传播时碰到介面就会产生反射波，它被接收探头接收，若发、收波的时间差为t，根据 S=Vt,这一关系就能得到探头与反射介面的距离。3、指纹识别的原理（一） 、指纹识别概念指纹识别是生物识别的一种。 具有所有生物识别的共性， 即基于人体生物特征的唯一性。不过其所分析的对象是指纹特征。在所有用于个体辨识的人体生物特征中，指纹特征是最早被发现和应用的，所以指纹识别的历史较之其它识别技术要悠久的多。从 20 世纪 70 年代，出现自动化的指纹识别系统到现在，经过 30 多年的发展，目前的指纹识别技术已经逐渐深入到人们的生活和工作中，并被接受和喜欢。（二
17、） 、指纹识别的原理和过程指纹识别技术的原理和其它生物识别技术的原理相似。 它是利用人体的指纹特征对个体身份进行区分和鉴定。在所有的生物识别技术中指纹识别技术是目前最为成熟，也被应用最广的生物识别技术。这主要因为指纹采用的过程对人们来讲非常简单，指纹识别的准确率高的原因。在所有的生物识别技术中，其理论准确率仅次于虹膜识别技术，为百万分之一。严格来讲，指纹识别的原理包括指纹采集原理、指纹特征提取原理和指纹特征匹配原理三大部分。指纹采集原理主要是根据指纹的几何特性或生理特性，通过各种传感技术把指纹表现出来，形成数字化表示的指纹图案。由于指纹的嵴和峪的几何特征不同，主要表现为嵴是突起的，峪是凹下的，
18、所以在接触到光线时，其反射光的强度也就不同。在接触到平面时，其在平面上形成的压力也就不同。另一方面，由于指纹的嵴和峪的生理特征不同，主要表现为，嵴和峪的温度不同，其导电性也不同，其对波长的反馈也就不同。通过这些几何的、生理的特性的不同，把人的指纹采集到计算机系统中形成指纹图像。指纹特征分析的原理是对指纹图案的整体特征和细节特征进行提取、鉴别的原理。其分析的对象包括纹形特征和特征点的分布、类型，以及一组或多组特征点之间的平面几何关系。特征点的平面几何关系表现为某两个特征点之间的距离等，或者某三个或更多特征点之间组成的多边形的几何特性。不论是特征点的单体特征，还是特征点的组合特征，都是指纹特征的组
19、成部分。把这些指纹特征用数字模板的形式表示出来，就实现了一个指纹特征分析的过程。指纹特征值匹配原理是对指纹图案的整体特征和细节特征按模式识别的原理进行比对匹配。匹配是在已注册的指纹和当前待验证的指纹之间进行的。匹配运算不是对两个指纹图像进行比较，而是对已形成数字模板的指纹特征值进行匹配。指纹特征值匹配从整体特征和局部特征两个方面进行。整体特征的匹配包括对指纹纹形的分类和判断，指嵴密度的判断等。局部匹配包括每个细节点的类型匹配、坐标匹配、质量匹配、方向匹配等，甚至还包括由一组特征值之间形成的拓扑关系的匹配。匹配的时候并不需要把当前指纹图像中的所有的特征值进行匹配。 实际上根据科学证明，只需要匹配
20、 8 个或以上的特征点就可以区分出两个手指来。另一方面匹配过程是多维匹配的过程。即要对整体特征进行匹配，又要对特征点进行匹配。对特征点进行匹配时，还需要对它分不同的维度进行比对。最后需把所有的特征点的匹配结果综合起来，根据事先定义的判定模式和判定标准，判定是否达到预设的阈值。综合判定的过程，可以看作是对各个匹配点的相似度进行类似加权求和的过程。对指纹进行判定就像一个人去识别另一个人，会从身高、胖瘦、脸形、发型、着装风格等各个方面做出综合判别。指纹识别的过程，包括两个子过程 4 个阶段点。两个子过程是指纹注册过程和指纹识别过程。指纹注册过程包括四个阶段，分别是指纹采集、指纹图像处理、指纹特征值提
21、取及建立指纹模板库。指纹识别的过程也经过四个阶段，分别是指纹采集、指纹图像处理、指纹特征值提取和指纹特征值匹配。指纹图像处理在两个子过程中是相同的。但指纹采集和指纹特征值提取，虽然名称相同，但内部算法流程是有区分的。在指纹注册过程中的指纹采集，其采集次数要多。并且其特征值提取环节的算法也多一些对特征点的归纳处理步骤。图 20指纹识别的过程上图是指纹识别的过程模型。 图 21 展示了指纹注册的过程。 指纹注册就是把指纹特征值模板信息存储到系统数据库的过程。图1指纹注册过程图 22 是指纹验证的过程。指纹验证是当前待检指纹与其声称身份的指纹进行一对一匹配的过程，俗称 1:1 比对。图 22指纹验证
22、（1:1）图 23 是指纹识别的过程。一般所说的指纹识别对整个指纹识别技术的一个笼统的称谓。而这里的指纹识别是指从包含多枚指纹的指纹库中识别出这枚指纹在不在指纹库，或者是指纹库中的哪一枚。俗称 1:N 比对。图 23指纹识别（1:N）三、需用器件与单元三、需用器件与单元1、气敏传感器、酒精棉球、相应的电阻处理模块、直流稳压电源10V 输出档。2、超声波传感器实验模块，15V 电源。3、指纹识别模块。四、实验步骤四、实验步骤（一）气敏传感器实验1、将10V 电源接入“气敏传感器模块” 。2、准备好酒精棉球。3、打开电源开关，给气敏传感器预热数分钟，(按正常的工作标准应为 10 分钟)若时间较短可
23、能会产生较大的测试误差。4、将酒精棉球逐步靠近传感器，观察红色 LED 指示灯的点亮情况，移开酒精棉球，观察指示灯的熄灭情况。5、将变换电路的电压输出端接至电压表，重复上述步，观察电压表指示的变化情况。（二）超声波测距1、将主控箱上的15V 电源接入超声实验模块。2、距超声波探头 30cm 处放置反射挡板（可用白纸） ，合上电源。调节挡板正对探头，按发射按钮，得到测量结果。特别注意：不可将激光定位器发出的光对准人脸和眼睛。特别注意：不可将激光定位器发出的光对准人脸和眼睛。3、平行移动反射板，观察测量结果的变化。（三）指纹传感器认知实验指纹正确使用方法指纹正确使用方法操作：操作：模块面板上配有指
24、纹采集器和集成在采集器内的数据处理芯片，一个双色 LED“OK”指示灯，一个“注册”和一个“删除”按钮及继电器输出触电（常开） 。1 1、注册、注册-指纹录入：指纹录入：（1） 、长按“注册”按钮直到“OK”指示灯呈绿色并且闪烁。（2）将需要录入的手指放到指纹采集窗口并充分按压-让你的手指与传感器窗口接触。（3）当听到模块内部的蜂鸣器“嘀”声后，移开手指。（4） 再一次将同一手指放到指纹采集窗口并充分按压， 直到蜂鸣器 “嘀”声并且 “OK”指示灯呈绿色常亮状态。指纹录入完毕。这是“二次确认”的录入过程。正确方法手指与采集窗的接触面积应尽量大一点， 手指尽量平按在采集窗的正中间。错误方法手指偏
25、离采集窗的正中间。错误方法手指没有平放在采集窗表面。2 2、指纹对比：、指纹对比：将要对比指纹的手指按照正确方法放在指纹采集窗中，如对比成功，蜂鸣 1 次，OK 指示灯绿色闪亮、同时输出继电器触点导通，可驱动工作设备运行，5 秒钟后恢复常态。如对比失败，红色(ER)指示灯闪亮，蜂鸣 3 次。3 3、指纹删除：、指纹删除：长按“删除”按钮，观察“OK”指示灯从绿红闪-绿，蜂鸣器响起，表示录入的指纹已全部删除。4 4、设备自检：、设备自检：在没有存储指纹的情况下, 按“对比”按键或“删除”按键，绿色(OK)指示灯闪亮 1次，蜂鸣 1 次，输出继电器动作，表示控制模块工作正常。如将继电器的动作接入电控锁即成了指纹锁。
