一體全集成傳感器實驗平臺

一、一體全集成傳感器實驗平臺概述

1.內置一體計算機，無需額外配置電腦

2.三軸數據采集振動源模塊，可標定，可精確設定振動幅度和頻率

3.多功能數據分析中樞，支持多種數據分析

4.虛擬示波器，實時觀測電路波形

5.數據采集，精準采集實驗數據

6.DDS函數信號發生器，提供多樣化信號

7.內置多路實驗電源，穩定可靠的供電

8.測試儀表，提供高精度直流電壓、電流表

9.PID智能熱源模塊，可精確設定溫度值

10.獨立實驗模塊，提供基礎模塊和創新模塊

開箱即用，輕松教學：

·預裝上位軟件和驅動程序，無需繁瑣安裝

·系統還原精靈，保障實驗環境穩定

·節約成本，無需額外購置儀器設備

二、一體全集成傳感器實驗平臺軟硬件資源參數：

1.內置計算機

強勁性能：CPU 主頻 2.16GHz，搭配 4G DDR3L SODIMM 內存與固態硬盤，支持上電自啟動，確保系統高效運行。

高清顯示：配備 HDMI 接口的 14 寸 IPS 屏，分辨率達 1920×1080，60Hz 刷新率，畫面流暢無卡頓。

豐富接口：擁有 1×USB3.0、3×USB2.0、耳機麥克風接口、COM 串口、HDMI、VGA、2個天線接口（支持無線網絡）以及 2 個千兆網口，滿足多種設備連接需求。

安全保障：內置自恢復還原系統，有效抵御病毒感染，保障系統安全穩定。

便捷操控：標配藍牙無線鼠標和鍵盤，方便用戶進行操作控制與編程，無需額外配備電腦即可完成所有實驗項目。

2.多功能數據測量與分析中樞

(1)虛擬示波器：最高實時采樣率50M，帶寬20M，最高輸入±50V，支持雙通道采集，全中文操作界面，軟件操作簡單明了，數據分析功能強大。

(2)支持 72 小時上位機無紙記錄儀功能。

(3)傳感器數值直顯功能

因為示波器是電壓數據波形的測量儀器，它只能測量電壓值。但是實際應用中，是需要測量各種各樣的物理量的，這些物理量可以是電壓（V），也可能是電流（A），還可能是壓力（Pa），加速度(g)， 液位高度（cm），溫度，光照強度等等。通常我們會使用對應的傳感器將各種被測物理量轉換成電壓進行測量。所以，每種轉換都需要有一個被測物理量和轉換后電壓值的對應關系。

一般這種關系都會做成線性關系，方便轉換計算。所以，有了自定義探頭功能來設置電壓和物理量的線性對應關系就非常有用。我們只要知道了各種傳感器的轉換對應關系，就能直接在示波器上顯示出真實物理量的數值，而不是電壓值。

(4)8 位~13 位垂直分辨率，自帶 PWM 輸出。

(5)支持過程緩存錄制存檔和回放,支持波形圖片導入與實時波形對比參考。

(6)支持 500 幀數據緩存和分段存儲。

(7)支持 RS232, RS485, RS422, I2C 和 CAN, SPI ,Lin 解碼，支持波形自動邊沿 / 極值點測量。

(8)支持頻譜分析，UI 特性曲線測繪和頻率響應曲線測繪。

(9)集成 Pass/Fail 檢測功能，測量量歷史變化趨勢統計和直方圖分析功能。

(10)集成PWM脈沖發生器，可調節脈沖頻率（頻率范圍200~25KHZ）和占空比(可調范圍4~96%)。

3.數據采集

(1)支持采集卡模式，可自己設置采樣率和存儲長度?？梢詫⒉杉降臄祿４娉晌谋疚募?，支持 TXT 或者 CSV 格式文件。

(2)GPIO口功能：提供3個GPIO引腳，它們可以分別獨立設置為輸入輸出，并且遵循 3.3V TTL 電平的邏輯。

4.內置DDS函數發生器，LCD液晶屏顯示：

1)頻率范圍：0.01Hz ~ 5MHz

2)頻率分辨率：0.01Hz(10mHz)

3)顯示方式：液晶屏顯示

4)輸出通道：主副波兩路高速獨立輸出。

5)輸出波形：正弦，三角波，方波（占空比可調）。

6)輸出幅度：≥20Vp-p(空載)

7)輸出阻抗： 50Ω±10%

8)直流偏置： ±10V

9)方波占空比范圍  1%~99%  

10)TTL輸出

幅度：>3Vp-p

扇出系數：>20 TTL負載

TTL電平上升下降時間：≤20ns

11)頻率計數器功能

計數范圍： 0-4294967295

測頻范圍 ：1Hz~60MHz

輸入幅度：1Vp-p~20Vp-p  

12)掃描功能:

掃描方式：線性掃描、對數掃描

頻率設定范圍：起始點和終止點任意設定

頻率掃描范圍：M1預設頻率~M2預設頻率

掃描速率：1s~99s/步進

13)全部按鈕操作和數字電位器設置和連續調節

5、測試儀表

(1)直流數字電壓表：4位半顯示，顯示范圍-19999~19999；電壓測試范圍0~20V,分辨率1mV,阻抗1MΩ。

(2)直流數字電流表：4位半顯示，顯示范圍-19999~19999；電流測試范圍0~200mA,分辨率10uA,阻抗1Ω。

6、實驗電源及功能電路

(1)直流穩壓電源輸出：+5V/2A，-5V/0.5A，+l2V/0.5A，-l2V/0.5A各一組，有短路保護功能；

(2)直流可調穩壓電源:0~+12V/0.5A一組連續可調；

(3)恒流源：0～50mA一組連續可調；

(4)功率放大器：雙聲道輸出（左右通道輸入、輸出端子全部開放引出），內置電源，輸出功率達15W+15W，峰值可達30W+30W，可接兩個4-8歐10-100W的揚聲器，信噪比高。

(5)提供交流電橋、直流電橋、差動放大器、儀器放大器、反相器、移相器、相敏檢波、低通濾波電路；提供轉接板和電源快捷插座。

7、三軸數采振動源模塊

三軸數采振動源模塊由獨立振動器、固定盒、振動板、固定支架板，振動傳感器檢查等組成，配合信號發生器、功放模塊可以精確調節振動幅度和頻率。與傳統的“平行金屬片振動系統"相比較，“三軸數采振動系統"具有更好的幅頻響應特性和相頻響應特性：

提供可視化的振動數據分析軟件（同時支持手機和PC機）

軟件支持曲線圖，散點圖，支持三軸振動，位移，速度，加速度，頻率檢測，軟件同時支持手機和PC機。支持數據導出，matlab振動分析，支持藍牙5.0。

幅頻響應特性對比:

市場上常見的平行金屬片振動系統：

在整個測試頻率范圍（0~30Hz）內，當輸入信號頻率從低到高變化時，線性霍爾傳感器的輸出幅度波動劇烈。而且，當輸入為 10V/10HZ 的信號時，輸出信號幅度會出現明顯的失真現象。

我們的三軸數采振動源系統：

在低頻段（0~30Hz），該系統展現出出色的幅頻響應特性。具體而言，當輸入信號頻率從低到高逐漸變化時，線性霍爾傳感器的輸出幅度會隨之調整，其變化過程相當平穩。這意味著在低頻范圍內，系統能夠很好地對輸入信號進行響應，為用戶提供穩定的性能體驗。

相頻響應特性對比:

市場上常見的平行金屬片振動系統：

在低頻段（0~30Hz），隨著輸入信號頻率由低升高，線性霍爾傳感器輸出信號相位與輸入信號相位偏移較大。  

我們的三軸數采振動源系統：

在低頻段（0~ 30Hz）表現出較好的相頻響應特性，隨著輸入信號頻率由低升高，線性霍爾傳感器輸出信號相位基本與輸入信號相位一致。

8、獨立PID智能熱源模塊

熱源模塊配置數字式智能溫控儀、K型熱電偶、加熱源、測試管、保溫殼。可以實時設置和顯示當前實際溫度值和設定溫度值，PID控制，控制實驗溫度。外殼采用金屬外殼，殼體上面開有散熱孔，經久耐用；解決了市場上常見內置熱源，長期使用后發熱老化，影響整體實驗箱，性能不穩的問題。

9、獨立實驗模塊

（一）基礎模塊：

根據傳感器的類型，我們設計了多種傳感器模塊，實驗模塊統一設計成255*155mm大小，PCB設計成白底黑字,PCB表面安裝元器件，并標識實驗電路原理圖，PCB板固定在一塊鏤空的PC樹脂工程塑料盒體上，機械強度高，耐熱性好，電絕緣性好。

(1)金屬箔式應變片實驗模塊

(2)擴散硅壓阻式壓力傳感器實驗模塊

(3)振動測量實驗模塊

(4)電容式傳感器實驗模塊

(5)霍爾式傳感器實驗模塊

(6)差動變壓器實驗模塊

(7)電渦流式傳感器實驗模塊

(8)轉速實驗模塊

(9)溫度傳感器特性實驗模塊

(10)氣敏式傳感傳感器實驗模塊

(11)濕度傳感器實驗模塊

(12)熱釋電紅外傳感器實驗模塊

(13)壓電傳感器實驗模塊

(14)噪聲/可見光照度傳感器實驗模塊

（二）應用創新模塊

(1)51單片機核心板模塊：單片機型號：STC90C516RD+;配置LCD1602液晶顯示模塊；配置USB轉串口電路。

(2)超聲波測距模塊：配備超聲波發射、接收探頭，及調理電路。

（三）各種傳感器介紹（共26種）

(1)應變傳感器：金屬應變傳感器，量程0～1kg，應變片阻值350Ω×4

(2)差動變壓器：鐵芯、初級線圈和次級線圈構成，量程≥5mm

(3)差動電容傳感器：兩組定片和一組動片構成，量程≥5mm

(4)霍爾位移傳感器：線性霍爾片置于梯度磁場中，量程≥3mm

(5)霍爾開關傳感器：集成霍爾開關傳感器，工作電壓DC5V

(6)擴散硅壓力傳感器：摩托羅拉集成擴散硅壓力傳感器，量程20kPa，極限壓力100kPa

(7)光纖位移傳感器；Y形導光型傳感器

(8)電渦流傳感器：多股漆包線與金屬渦流片組成，量程≥3mm

(9)壓電加速度傳感器：雙片壓電晶體和銅質量塊構成，諧振頻率>10kHz

(10)磁電傳感器；線圈和磁鋼構成，靈敏度0.5v/m/s

(11)PT100：金屬鉑電阻傳感器，00C電阻值100Ω，測溫范圍-200C～850C

(12)1Cu50：銅熱電阻，00C電阻值50Ω，測溫范圍-500C～1000C

(13)LM35：電壓輸出型集成溫度傳感器，測溫范圍-550C～1500C，靈敏度10mV/0C

(14)K型熱電偶：鎳鉻－鎳硅熱電偶.測溫范圍-500C～1800C

(15)E型熱電偶：鎳鉻－康銅熱電偶，測溫范圍-1000C～1100C

(16)PN結溫度傳感器：測溫范圍-1000C～1500C，靈敏度2.2mV/0C，線性誤差1％

(17)NTC：負溫度系數半導體熱敏電阻，測溫范圍-500C～3500C

(18)PTC；正溫度系數半導體熱敏電阻，測溫范圍-500C～1500C

(19)氣敏傳感器：酒精敏感，測量范圍：50～2000ppm

(20)濕敏傳感器：電容型濕度傳感器，測量范圍1～99%RH

(21)可燃氣體檢測傳感器：對一氧化碳，甲烷有很好的靈敏度，范圍：100-1000ppm可燃氣體

(22)光敏電阻：硫化鎘(CdS)材料，暗阻≥50MΩ，亮阻≤2KΩ

(23)聲電傳感器：駐極體電容式，頻響20～20kHz，靈敏度-27dB

(24)紅外傳感器：紅外熱釋電傳感器，檢測距離0.1～5m

(25)光電開關傳感器：射式光電開關：包含光軸相對放置的發射器和接收器

(26)超聲波傳感器：最遠射程4m，最近射程2cm，測量角度15 度。

11.附件收納盒

收納盒采用于透明材料，內部有分隔擋板，可以放置各類大小、形狀各異的傳感器和實驗配件，方便、整齊。

三、實驗平臺采用復合材料的箱式結構：

(1)箱體采用優質鋁合金框架+鋁合金包邊+鐵護角+ABS密度板+優雅黑美式大手把。

(2)上下蓋安裝加固強勁支撐合頁，兩邊增加兩個支撐鉸鏈曲手，開合度設置為95度，提供一個合適的操作和顯示視角。

(3)所有合金包角采用柳釘來加固保護，內部鋪設黑色PU面料，箱子美觀，堅固，不易變形。

(4)箱體箱底安裝耐磨墊和保護腳，正面安裝雙安全卡扣鎖。

四、實驗連接線

實驗平臺采用2MM香蕉頭K2測試線：

(1)兼容性強：這種測試線通常適用于多種設備和系統，因為它的規格符合常見的標準尺寸，便于與不同設備進行連接。

(2)耐用性好：K2號彈簧頭連接線采用全銅材質，并經過彈片鍍金處理，這樣的設計提高了其耐磨損性和導電性能，延長了使用壽命。

(3)易于操作：由于其帶有彈性的頭部，這種測試線可以輕松插入和拔出，減少了操作過程中的難度和時間。

(4)安全性高：這種測試線通常具有阻火/阻燃特性，并且絕緣體材質為絕緣塑料，這些特點使得在使用過程中更加安全，降低了短路或觸電的風險。

(5)多樣性：這種測試線提供多種顏色選擇，如紅、黑、綠、黃、藍等，方便用戶區分不同的線路，便于管理和維護。

五、實驗項目：

(1)單臂電橋性能實驗

(2)半橋性能實驗

(3)全橋性能實驗

(4)金屬箔式應變片單臂、半橋、全橋性能比較

(5)金屬箔式應變片的溫度影響實驗

(6)直流全橋的應用—電子秤實驗

(7)擴散硅壓阻式壓力傳感器的壓力測量實驗

(8)擴散硅壓阻式壓力傳感器的差壓測量實驗

(9)電渦流傳感器測量振動實驗

(10)磁電式傳感器測量振動實驗

(11)霍爾式傳感器測量振動實驗

(12)光纖傳感器測量振動實驗

(13)電容式傳感器的位移特性實驗

(14)電容式傳感器動態特性實驗

(15)直流激勵時霍爾式傳感器的位移特性實驗

(16)交流激勵時霍爾式傳感器的位移特性實驗

(17)差動變壓器的位移特性實驗

(18)激勵頻率對差動變壓器特性的影響

(19)差動變壓器的零點殘余電壓補償實驗

(20)電渦流傳感器的位移特性實驗

(21)被測體材質對電渦流式傳感器的特性影響實驗

(22)被測體面積大小對電渦流式傳感器的特性影響實驗

(23)電渦流式傳感器的應用位移限位器

(24)光電傳感器測速電路實驗

(25)磁電式傳感器測速電路實驗

(26)霍爾式傳感器測速電路實驗

(27)光纖傳感器測速電路實驗

(28)光纖傳感器的位移特性實驗

(29)PN結溫度傳感器溫度特性實驗

(30)NTC負溫熱敏電阻溫度特性實驗

(31)PTC正溫熱敏電阻溫度特性實驗

(32)集成溫度傳感器LM35溫度特性實驗

(33)鉑電阻溫度特性實驗

(34)銅電阻溫度特性實驗

(35)K型熱電偶測溫實驗

(36)E型熱電偶測溫實驗

(37)氣敏傳感特性實驗

(38)濕度傳感器特性實驗

(39)熱釋電紅外傳感器實驗

(40)移相實驗

(41)相敏檢波器實驗

(42)相敏檢波器檢波實驗

(43)低通濾波器實驗

(44)測量放大實驗

(45)壓電傳感器實驗

(46)噪聲傳感器實驗

(47)可見光照度傳感器實驗

(48)超聲波測距實驗

七、裝箱清單