生物医学传感器实验报告

综 合 实 验 报 告

学 院 医学工程学院 实 验 名 称 生物医学测量与传感器综合实验 专 业 班 级 学 生 姓 名 学 号 指 导 教 师 成 绩

实验一 应变片单臂特性实验

一、实验目的：了解电阻应变片的工作原理与应用并掌握应变片测量电路。

二、基本原理：电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这就是电阻应

变效应，描述电阻应变效应的关系式为：ΔR/R=Kε；式中ΔR/R为电阻丝的电阻相对变化值，K为应变灵敏系数，ε=ΔL/L为电阻丝长度相对变化。金属箔式应变片是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件，用它来转换被测部位的受力大小及状态，通过电桥原理完成电阻到电压的比例变化，对单臂电桥而言，电桥输出电压，U01=EKε/4。（E为供桥电压）。

三、实验步骤：

1、 在应变梁自然状态（不受力）的情况下，用41位数显万用表2kΩ电阻档测量所有 2应变片阻值；在应变梁受力状态（用手压、提振动台）的情况下，测应变片阻值，观察一下应变片阻值变化情况(标有上下箭头的4片应变片纵向受力阻值有变化；标有左右箭头的2片应变片横向不受力阻值无变化，是温度补偿片)。如下图1—6所示。

2、 差动放大器调零点：按图1—7示意接线。将F／V表的量程切换开关切换到2V档， 合上实验箱主电源开关，将差动放大器的拨动开关拨到“开”位置，将差动放大器的增益电位器按顺时针方向轻轻转到底后再逆向回转半圈，调节调零电位器，使电压表显示电压为零。差动放大器的零点调节完成，关闭主电源。

图1—7 差放调零接线图

3、应变片单臂电桥特性实验：

⑴将主板上传感器输出单元中的箔式应变片(标有上下箭头的4片应变片中任意一片为工作片)与电桥单元中R1、R2、R3组成电桥电路，电桥的一对角接±4V直流电源，另一对角作为电桥的输出接差动放大器的二输入端，将W1电位器、r电阻直流调节平衡网络接入电桥中(W1电位器二固定端接电桥的±4V电源端、W1的活动端r电阻接电桥的输出端)，如图1—8示意接线(粗细曲线为连接线)。

图1—8 应变片单臂电桥特性实验接线示意图

⑵检查接线无误后合上主电源开关，在机头上应变梁的振动台无砝码时调节电桥的直流 调节平衡网络W1电位器，使电压表显示为0或接近0(有小的起始电压也无所谓，不影响应 变片特性与实验)。

⑶在应变梁的振动台中心点上放置一只砝码(20g／只)，读取数显表数值，依次增加砝码和读取相应的数显表值，记下实验数据填入表1。 表1 应变片单臂电桥特性实验数据 重量(g) 电压(mV) (4)

20 1 40 2 60 3 80 4 100 5 120 7 140 8 160 9 180 10 200 11

12电压（mv)1086420050100150重量(g)200250S＝ΔV/ΔW=0.05mv/g, 拟合直线为：y=0.056x-0.86, Δm=7-0.056*120+0.86=1.14 δ=Δm/yFS ×100％=1.14/200*100%=0.57%

四、思考题：

1、ΔR转换成ΔV输出用什么方法? 答：利用桥式电路。

3、 根据图4机头中应变梁结构，在振动台放置砝码后分析上、下梁片中应变片的应变

方向(是拉?还是压?)。

答:上梁片中应变片方向是拉，下梁片的是压。

实验二 应变片半桥特性实验

一、实验目的：了解应变片半桥（双臂）工作特点及性能。

二、基本原理: 应变片基本原理: 电阻应变式传感器是在弹性元件上通过特定工艺粘贴电

阻应变片来组成。一种利用电阻材料的应变效应将工程结构件的内部变形转换为电阻变化的传感器，此类传感器主要是通过一定的机械装置将被测量转化成弹性元件的变形，然后由电阻应变片将变形转换成电阻的变化，再通过测量电路将电阻的变化转换成电压或电流变化信号输出。应变片半桥特性实验原理如图2—1所示。不同受力方向的两片应变片（上、下二片梁的应变片应力方向不同）接入电桥作为邻边，输出灵敏度提高，非线性得到改善。其桥路输出电压Uo≈(1／2)(△R／R)E＝(1／2)KεE 。

图2—1 应变片半桥特性实验原理图

三﹑实验步骤：

除实验接线按图2—2接线即电桥单元中R1、R2与相邻的二片应变片组成电桥电路外。

实验步骤和实验数据处理方法与实验一完全相同。实验完毕，关闭电源。

图2—2 应变式传感器半桥接线示意图

应变片半桥特性实验实验数据 重量(g) 20 40 60 80 100 120 140 160 180 0 20电压(mV) 30253 5 8 10 13 15 18 20 23 25 20151050050100150重量（g）200250S＝ΔV/ΔW=0.12,拟合曲线为：y=0.13x-0.3,△ m=200*0.13-0.3-25=0.7, δ=Δm/yFS ×100％=0.7/200*100%=0.35%

四、思考题：

半桥测量时两片不同受力状态的电阻应变片接入电桥时，应接在：（1）对边?（2）邻边?为什么?

答：不同受力方向的两只应变片应接入电桥作为邻边,中点的电位变化的才能和另外的参考点进行比较，如果不在临边，也就会出现当两个应变片都发生变化时，与他们对应电阻的电位差可能会出现0的情况。电桥输出灵敏度提高,非线性得到改善.

电压（mv）实验三 应变片全桥特性实验

一、实验目的：了解应变片全桥工作特点及性能。

二、基本原理：应变片基本原理参阅实验一。应变片全桥特性实验原理如图3—1所示。

应变片全桥测量电路中，将受力方向相同的两应变片接入电桥对边，相反的应变片接入电桥

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