4 отчета по лабораторным работам
.docМосковский инженерно-физический институт
(Государственный университет)
Отчет по лабораторной работе №1
по курсу “Физические устройства: датчики”
Изучение манипулятора “мышь”
Выполнил:
студент группы А6-08
______
Москва
2007
Выполнение работы.
1. Определить тип кода, в котором выдает данные мышь (прямой или инверсный).
Считая перемещение по направлению к себе положительным, можно определить тип кода – прямой, так как в этом случае показания манипулятора последовательно увеличиваются при движении в положительном направлении: 0000, 0001, 0010, 0011, 0100 и т.д. (разрядность мыши – 4 бита).
2. Обнаруживается ли минимальная скорость перемещения манипулятора?
Значение минимальной скорости обнаружить не удалось, следовательно, этот параметр либо мал, либо отсутствует. Исходя из принципа работы манипулятора, можно сделать вывод, что минимальная скорость должна отсутствовать.
3. Обнаруживается ли гистерезис?
Гистерезис очень мал, практически не наблюдается.
4. Определить разрешение мыши.
По оси Y разрешение составило 16 точек/см, откуда минимальный шаг по оси Y равен 0.63 мм. При движении вниз (положительное направление, см. п. 1) показания мыши увеличиваются, при движении вверх – уменьшаются. При перемещении манипулятора по оси X показания не меняются.
Заключение. В работе был исследован манипулятор “Мышь”. Были установлены тип кода, в котором выдает данные мышь (п.1), отсутствие или малость минимальной скорости перемещения манипулятора (п.2), малость гистерезиса (п.3), разрешение мыши по оси Y (п.4): 16 точек/см.
Московский инженерно-физический институт
(Государственный университет)
Отчет по лабораторной работе №2
по курсу “Физические устройства: датчики”
Изучение сейсмодатчика
Выполнил:
студент группы А6-08
_____
Москва
2007
Выполнение работы.
1. Исследовать реакцию сейсмодатчика, находящегося на твердой повехрности, на механические воздействия.
При отсутствии воздействий выходной сигнал составил около 5мВ.
При импульсном воздействии на поверхность сигнал составил около 50 мВ.
2. Снять АЧХ и ФЧХ сейсмодатчика.
Для снятия АЧХ и ФЧХ использовалась система из двух жестко скрепленных сейсмодатчиков, подвешенных на упругом подвесе. Сигнал с амплитудой 10 В подавался на один из датчиков, с другого снимался выходной сигнал.
Таблица 1. Снятие АЧХ и ФЧХ сейсмодатчика.
|
f, Гц |
Uвых, В |
Фаза, град. |
|
4 |
0.03 |
0 |
|
6 |
0.05 |
10 |
|
8 |
0.15 |
22 |
|
10 |
0.3 |
35 |
|
12 |
0.33 |
45 |
|
16 |
0.25 |
55 |
|
22 |
0.15 |
65 |
|
26 |
0.1 |
75 |
|
30 |
0.1 |
90 |
|
40 |
0.07 |
110 |
|
50 |
0.05 |
130 |
|
67 |
0.04 |
140 |
|
90 |
0.03 |
150 |
|
100 |
0.03 |
155 |
|
108 |
0.02 |
160 |
|
136 |
0.02 |
170 |
|
171 |
0.015 |
180 |
|
215 |
0.012 |
180 |
|
270 |
0.008 |
180 |
|
340 |
0.006 |
180 |
|
430 |
0.005 |
180 |
|
540 |
0.004 |
180 |
|
680 |
0.002 |
180 |
|
860 |
0.001 |
180 |
|
1050 |
0.001 |
180 |
АЧХ и ФЧХ показаны на рис. 1, 2 соответственно.
Из таблицы 1 и рис. 1, 2 видно, что резонанс наблюдается на частоте 12 Гц.
Рисунок 2. ФЧХ сейсмодатчика.
3. Исследовать реакцию сейсмодатчика на импульс (переходная характеристика)
Осциллограмма показана на рис. 3.
Рисунок 3. ПХ датчика. Входное воздействие: 2В/дел, выходной сигнал: 5мВ/дел; 2 мс/дел.
4. Исследовать собственные колебания сейсмодатчика.
Для этого:
1) отклоняем датчик от положения равновесия на 5 см;
2) отпускаем датчик
3) определяем амплитуду и период возникших колебаний
По данной методике первое отклонение от положения равновесия составило 4 см (в положительном направлении оси Y), второе – 3 см (в отрицательном направлении). При этом чувствительность датчика, определяемая приближенно по осциллографу в момент максимального отклонения, составила 100 мВ/см. Период собственных колебаний 0.8 с, что соответствует частоте 1.25 Гц.
5. Реакция сейсмодатчика на механическое воздействие на пол и перемещение лифтов в здании.
Были изучены показания датчиков при воздействии на пол и передвижении лифтов в здании. Можно сделать вывод, что сейсмодатчик позволяет “почувствовать” воздействие, не ощущаемое органами чувств.
Заключение. В работе был исследован сейсмодатчик, его реакция на механическое воздействие (п.1), получены АЧХ и ФЧХ (п.2) с ярко выраженным резонансом (см. рис. 1), исследована реакция на импульс (переходная характеристика, п.3), чувствительность датчика составила 100 мВ/см (п.4). Исследования в п.5 позволили убедиться, что сейсмодатчик позволяет “почувствовать” воздействия, не ощущаемые органами чувств (такие, как движение лифтов в здании).
Московский инженерно-физический институт
(Государственный университет)
Отчет по лабораторной работе №3
по курсу “Физические устройства: датчики”
Шумы света
Выполнил:
студент группы А6-08
________
Москва
2007
Лабораторный стенд состоял из макета, в котором отдельно питались светодиод и схема. При этом на макет подавался входной сигнал с ГНЧ, а выходной снимался осциллографом. Добротностью схемы можно было управлять с помощью двух кнопок. Высокодобротной схеме соответствовала нажатая правая кнопка, низкодобротной – нажатая левая кнопка.
Рисунок 1. Схема контура в макете.
Рисунок 2. Схема измерений.
Выполнение работы.
1. Снять АЧХ колебательного высокодобротного и низкодобротного колебательного контура.
Таблица 1. АЧХ контуров.
|
f, Гц |
A |
Фаза, град |
|
100 |
0.025 |
|
|
200 |
0.075 |
|
|
400 |
0.095 |
|
|
800 |
0.140 |
|
|
1600 |
0.023 |
|
|
3200 |
0.460 |
|
|
6400 |
0.900 |
|
|
12800 |
2.200 |
|
|
25600 |
10.000 |
|
|
51200 |
1.000 |
|
|
102400 |
0.200 |
|
Рисунок 3. АЧХ (кнопки не нажаты) Рисунок 4. АЧХ (левая кнопка нажата)
Рисунок 5. АЧХ (правая кнопка нажата)
2. Выяснить, какова реакция на прямоугольный импульс высокодобротного и низкодобротного контура.
Для низкодобротного контура имеем апериодический переходный процесс (большое затухание).
Для высокодобротного контура имеем затухающие колебания (контур реагирует на ударное возбуждение). Чем больше добротность, тем меньше затухание.
3. Проследить поведение шума при различной интенсивности света, варьируя питание светодиода.
Из опыта следует, что при увеличении интенсивности света увеличивается шум:
Таблица 2. Интенсивность шума в зависимости от напряжения питания светодиода.
|
Uпит, В |
Интенсивность шума (в относительных единицах) |
||
|
A (кнопки не нажаты) |
A (левая кнопка нажата – низкодобротный контур) |
A (правая кнопка нажата – высокодобротный контур) |
|
|
5 |
0.3 |
0 |
0.1 |
|
7.5 |
1 |
0 |
0.2 |
|
9 |
3 |
0 |
0.4 |
|
10 |
3.5 |
0 |
0.6 |
Заключение. В работе были исследованы амплитудно-частотные характеристики контура (рис. 1) при различных добротностях (п.1, таблица 1, рис. 3-5), исследована реакция контура на ударное возбуждение (п.2) и интенсивность шума при различных добротностях контура и напряжениях питания светодиода.
Московский инженерно-физический институт
(Государственный университет)
Отчет по лабораторной работе №4
по курсу “Физические устройства: датчики”
Датчик Холла
Выполнил:
студент группы А6-08
_____
Москва
2007
Свойства эффекта Холла.
Если магнитное поле напряжённости H перпендикулярно направлению течения тока силы I, то разность потенциалов, возникающая между боковыми сторонами проводника ширины d, есть
(1)
Величина RH называется постоянной Холла. Если ток в проводнике (или полупроводнике) представляет собой поток свободных носителей заряда, то холловская постоянная для металлов равна
(2)
где n — концентрация носителей, а e — их заряд. Отметим, что разность потенциалов прямо пропорциональна силе тока, из-за чего можно ввести холловское сопротивление, которое для заданной системы постоянно и не зависит от силы протекающего тока.
Причина возникновения эффекта Холла — сила Лоренца, действующая на заряды, движущиеся в магнитном поле. Поскольку эта сила пропорциональна скорости дрейфа носителей заряда, и сама сила электрического тока тоже пропорциональна их скорости дрейфа, то возникающая в образце поперечная напряжённость поля пропорциональна плотности протекающего тока.
Выполнение работы.
Рисунок 1. Схема для измерений.
1. Убедиться, что датчик Холла перемножает сигналы.
Для этого используем генератор с частотой 600 Гц, сигнал будем подавать непосредственно на датчик; в качестве второго сигнала будем использовать переменное магнитное поле с частотой 30 Гц. Результаты будем наблюдать по осциллографу, снимая сигнал с выходов I-II (см. рис. 1). Полученный сигнал показан на рис. 2. Как видно из рис.2, полученный сигнал действительно является произведением двух сигналов.
Рисунок 2. Сигнал с датчика Холла.
2. Снять зависимость амплитуды сигнала с датчика от модулирующей частоты (магнитного поля)
Схема для измерений показана на рис. 3. Петля из провода позволяет контролировать магнитное поле.
Рисунок 3. Схема для измерений.
Таблица 1. Зависимость амплитуды сигнала с датчика от модулирующей частоты.
|
f, Гц |
10 |
20 |
40 |
80 |
160 |
320 |
640 |
1280 |
2560 |
|
Iк, мВ |
3.5 |
4.0 |
4.5 |
5.0 |
5.0 |
5.0 |
5.0 |
4.0 |
4.0 |
|
IIк, В |
1.50 |
1.00 |
0.50 |
0.35 |
0.13 |
0.07 |
0.04 |
0.02 |
0.01 |
|
K = U1/U2, 10-3 |
2.33 |
4 |
9 |
14.29 |
38.46 |
71.43 |
125 |
200 |
400 |
Рисунок 4. График зависимости K от f.
3. Зарисовать сигнал с петли и с датчика Холла при подаче прямоугольных импульсов с ГНЧ.
Сигналы показаны на рис. 4.
Рисунок 4.
Заключение. В работе был изучены датчик Холла. В п.1 мы убедились, что датчик Холла обладает свойством перемножения сигналов. В п.2 были изучены частотные свойства датчика (таблица 1). Из рис. 4 видно, что датчик Холла не может быть применен на больших частотах. В п.3 была изучена реакция датчика на прямоугольные импульсы с ГНЧ. Магнитное поле контролировалось с помощью петли.