一体全集成传感器实验平台

一、一体全集成传感器实验平台概述

1.内置一体计算机，无需额外配置电脑

2.三轴数据采集振动源模块，可标定，可精确设定振动幅度和频率

3.多功能数据分析中枢，支持多种数据分析

4.虚拟示波器，实时观测电路波形

5.数据采集，精准采集实验数据

6.DDS函数信号发生器，提供多样化信号

7.内置多路实验电源，稳定可靠的供电

8.测试仪表，提供高精度直流电压、电流表

9.PID智能热源模块，可精确设定温度值

10.独立实验模块，提供基础模块和创新模块

开箱即用，轻松教学：

·预装上位软件和驱动程序，无需繁琐安装

·系统还原精灵，保障实验环境稳定

·节约成本，无需额外购置仪器设备

二、一体全集成传感器实验平台软硬件资源参数：

1.内置计算机

强劲性能：CPU 主频 2.16GHz，搭配 4G DDR3L SODIMM 内存与固态硬盘，支持上电自启动，确保系统高效运行。

高清显示：配备 HDMI 接口的 14 寸 IPS 屏，分辨率达 1920×1080，60Hz 刷新率，画面流畅无卡顿。

丰富接口：拥有 1×USB3.0、3×USB2.0、耳机麦克风接口、COM 串口、HDMI、VGA、2个天线接口（支持无线网络）以及 2 个千兆网口，满足多种设备连接需求。

安全保障：内置自恢复还原系统，有效抵御病毒感染，保障系统安全稳定。

便捷操控：标配蓝牙无线鼠标和键盘，方便用户进行操作控制与编程，无需额外配备电脑即可完成所有实验项目。

2.多功能数据测量与分析中枢

(1)虚拟示波器：最高实时采样率50M，带宽20M，最高输入±50V，支持双通道采集，全中文操作界面，软件操作简单明了，数据分析功能强大。

(2)支持 72 小时上位机无纸记录仪功能。

(3)传感器数值直显功能

因为示波器是电压数据波形的测量仪器，它只能测量电压值。但是实际应用中，是需要测量各种各样的物理量的，这些物理量可以是电压（V），也可能是电流（A），还可能是压力（Pa），加速度(g)， 液位高度（cm），温度，光照强度等等。通常我们会使用对应的传感器将各种被测物理量转换成电压进行测量。所以，每种转换都需要有一个被测物理量和转换后电压值的对应关系。

一般这种关系都会做成线性关系，方便转换计算。所以，有了自定义探头功能来设置电压和物理量的线性对应关系就非常有用。我们只要知道了各种传感器的转换对应关系，就能直接在示波器上显示出真实物理量的数值，而不是电压值。

(4)8 位~13 位垂直分辨率，自带 PWM 输出。

(5)支持过程缓存录制存档和回放,支持波形图片导入与实时波形对比参考。

(6)支持 500 帧数据缓存和分段存储。

(7)支持 RS232, RS485, RS422, I²C 和 CAN, SPI ,Lin 解码，支持波形自动边沿 / 极值点测量。

(8)支持频谱分析，UI 特性曲线测绘和频率响应曲线测绘。

(9)集成 Pass/Fail 检测功能，测量量历史变化趋势统计和直方图分析功能。

(10)集成PWM脉冲发生器，可调节脉冲频率（频率范围200~25KHZ）和占空比(可调范围4~96%)。

3.数据采集

(1)支持采集卡模式，可自己设置采样率和存储长度。可以将采集到的数据保存成文本文件，支持 TXT 或者 CSV 格式文件。

(2)GPIO口功能：提供3个GPIO引脚，它们可以分别独立设置为输入输出，并且遵循 3.3V TTL 电平的逻辑。

4.内置DDS函数发生器，LCD液晶屏显示：

1)频率范围：0.01Hz ~ 5MHz

2)频率分辨率：0.01Hz(10mHz)

3)显示方式：液晶屏显示

4)输出通道：主副波两路高速独立输出。

5)输出波形：正弦，三角波，方波（占空比可调）。

6)输出幅度：≥20Vp-p(空载)

7)输出阻抗： 50Ω±10%

8)直流偏置： ±10V

9)方波占空比范围  1%~99%  

10)TTL输出

幅度：>3Vp-p

扇出系数：>20 TTL负载

TTL电平上升下降时间：≤20ns

11)频率计数器功能

计数范围： 0-4294967295

测频范围 ：1Hz~60MHz

输入幅度：1Vp-p~20Vp-p  

12)扫描功能:

扫描方式：线性扫描、对数扫描

频率设定范围：起始点和终止点任意设定

频率扫描范围：M1预设频率~M2预设频率

扫描速率：1s~99s/步进

13)全部按钮操作和数字电位器设置和连续调节

5、测试仪表

(1)直流数字电压表：4位半显示，显示范围-19999~19999；电压测试范围0~20V,分辨率1mV,阻抗1MΩ。

(2)直流数字电流表：4位半显示，显示范围-19999~19999；电流测试范围0~200mA,分辨率10uA,阻抗1Ω。

6、实验电源及功能电路

(1)直流稳压电源输出：+5V/2A，-5V/0.5A，+l2V/0.5A，-l2V/0.5A各一组，有短路保护功能；

(2)直流可调稳压电源:0~+12V/0.5A一组连续可调；

(3)恒流源：0～50mA一组连续可调；

(4)功率放大器：双声道输出（左右通道输入、输出端子全部开放引出），内置电源，输出功率达15W+15W，峰值可达30W+30W，可接两个4-8欧10-100W的扬声器，信噪比高。

(5)提供交流电桥、直流电桥、差动放大器、仪器放大器、反相器、移相器、相敏检波、低通滤波电路；提供转接板和电源快捷插座。

7、三轴数采振动源模块

三轴数采振动源模块由独立振动器、固定盒、振动板、固定支架板，振动传感器检查等组成，配合信号发生器、功放模块可以精确调节振动幅度和频率。与传统的“平行金属片振动系统"相比较，“三轴数采振动系统"具有更好的幅频响应特性和相频响应特性：

提供可视化的振动数据分析软件（同时支持手机和PC机）

软件支持曲线图，散点图，支持三轴振动，位移，速度，加速度，频率检测，软件同时支持手机和PC机。支持数据导出，matlab振动分析，支持蓝牙5.0。

幅频响应特性对比:

市场上常见的平行金属片振动系统：

在整个测试频率范围（0~30Hz）内，当输入信号频率从低到高变化时，线性霍尔传感器的输出幅度波动剧烈。而且，当输入为 10V/10HZ 的信号时，输出信号幅度会出现明显的失真现象。

我们的三轴数采振动源系统：

在低频段（0~30Hz），该系统展现出出色的幅频响应特性。具体而言，当输入信号频率从低到高逐渐变化时，线性霍尔传感器的输出幅度会随之调整，其变化过程相当平稳。这意味着在低频范围内，系统能够很好地对输入信号进行响应，为用户提供稳定的性能体验。

相频响应特性对比:

市场上常见的平行金属片振动系统：

在低频段（0~30Hz），随着输入信号频率由低升高，线性霍尔传感器输出信号相位与输入信号相位偏移较大。  

我们的三轴数采振动源系统：

在低频段（0~ 30Hz）表现出较好的相频响应特性，随着输入信号频率由低升高，线性霍尔传感器输出信号相位基本与输入信号相位一致。

8、独立PID智能热源模块

热源模块配置数字式智能温控仪、K型热电偶、加热源、测试管、保温壳。可以实时设置和显示当前实际温度值和设定温度值，PID控制，控制实验温度。外壳采用金属外壳，壳体上面开有散热孔，经久耐用；解决了市场上常见内置热源，长期使用后发热老化，影响整体实验箱，性能不稳的问题。

9、独立实验模块

（一）基础模块：

根据传感器的类型，我们设计了多种传感器模块，实验模块统一设计成255*155mm大小，PCB设计成白底黑字,PCB表面安装元器件，并标识实验电路原理图，PCB板固定在一块镂空的PC树脂工程塑料盒体上，机械强度高，耐热性好，电绝缘性好。

(1)金属箔式应变片实验模块

(2)扩散硅压阻式压力传感器实验模块

(3)振动测量实验模块

(4)电容式传感器实验模块

(5)霍尔式传感器实验模块

(6)差动变压器实验模块

(7)电涡流式传感器实验模块

(8)转速实验模块

(9)温度传感器特性实验模块

(10)气敏式传感传感器实验模块

(11)湿度传感器实验模块

(12)热释电红外传感器实验模块

(13)压电传感器实验模块

(14)噪声/可见光照度传感器实验模块

（二）应用创新模块

(1)51单片机核心板模块：单片机型号：STC90C516RD+;配置LCD1602液晶显示模块；配置USB转串口电路。

(2)超声波测距模块：配备超声波发射、接收探头，及调理电路。

（三）各种传感器介绍（共26种）

(1)应变传感器：金属应变传感器，量程0～1kg，应变片阻值350Ω×4

(2)差动变压器：铁芯、初级线圈和次级线圈构成，量程≥5mm

(3)差动电容传感器：两组定片和一组动片构成，量程≥5mm

(4)霍尔位移传感器：线性霍尔片置于梯度磁场中，量程≥3mm

(5)霍尔开关传感器：集成霍尔开关传感器，工作电压DC5V

(6)扩散硅压力传感器：摩托罗拉集成扩散硅压力传感器，量程20kPa，极限压力100kPa

(7)光纤位移传感器；Y形导光型传感器

(8)电涡流传感器：多股漆包线与金属涡流片组成，量程≥3mm

(9)压电加速度传感器：双片压电晶体和铜质量块构成，谐振频率>10kHz

(10)磁电传感器；线圈和磁钢构成，灵敏度0.5v/m/s

(11)PT100：金属铂电阻传感器，00C电阻值100Ω，测温范围-200C～850C

(12)1Cu50：铜热电阻，00C电阻值50Ω，测温范围-500C～1000C

(13)LM35：电压输出型集成温度传感器，测温范围-550C～1500C，灵敏度10mV/0C

(14)K型热电偶：镍铬－镍硅热电偶.测温范围-500C～1800C

(15)E型热电偶：镍铬－康铜热电偶，测温范围-1000C～1100C

(16)PN结温度传感器：测温范围-1000C～1500C，灵敏度2.2mV/0C，线性误差1％

(17)NTC：负温度系数半导体热敏电阻，测温范围-500C～3500C

(18)PTC；正温度系数半导体热敏电阻，测温范围-500C～1500C

(19)气敏传感器：酒精敏感，测量范围：50～2000ppm

(20)湿敏传感器：电容型湿度传感器，测量范围1～99%RH

(21)可燃气体检测传感器：对一氧化碳，甲烷有很好的灵敏度，范围：100-1000ppm可燃气体

(22)光敏电阻：硫化镉(CdS)材料，暗阻≥50MΩ，亮阻≤2KΩ

(23)声电传感器：驻极体电容式，频响20～20kHz，灵敏度-27dB

(24)红外传感器：红外热释电传感器，检测距离0.1～5m

(25)光电开关传感器：射式光电开关：包含光轴相对放置的发射器和接收器

(26)超声波传感器：最远射程4m，最近射程2cm，测量角度15 度。

11.附件收纳盒

收纳盒采用于透明材料，内部有分隔挡板，可以放置各类大小、形状各异的传感器和实验配件，方便、整齐。

三、实验平台采用复合材料的箱式结构：

(1)箱体采用优质铝合金框架+铝合金包边+铁护角+ABS密度板+优雅黑美式大手把。

(2)上下盖安装加固强劲支撑合页，两边增加两个支撑铰链曲手，开合度设置为95度，提供一个合适的操作和显示视角。

(3)所有合金包角采用柳钉来加固保护，内部铺设黑色PU面料，箱子美观，坚固，不易变形。

(4)箱体箱底安装耐磨垫和保护脚，正面安装双安全卡扣锁。

四、实验连接线

实验平台采用2MM香蕉头K2测试线：

(1)兼容性强：这种测试线通常适用于多种设备和系统，因为它的规格符合常见的标准尺寸，便于与不同设备进行连接。

(2)耐用性好：K2号弹簧头连接线采用全铜材质，并经过弹片镀金处理，这样的设计提高了其耐磨损性和导电性能，延长了使用寿命。

(3)易于操作：由于其带有弹性的头部，这种测试线可以轻松插入和拔出，减少了操作过程中的难度和时间。

(4)安全性高：这种测试线通常具有阻火/阻燃特性，并且绝缘体材质为绝缘塑料，这些特点使得在使用过程中更加安全，降低了短路或触电的风险。

(5)多样性：这种测试线提供多种颜色选择，如红、黑、绿、黄、蓝等，方便用户区分不同的线路，便于管理和维护。

五、实验项目：

(1)单臂电桥性能实验

(2)半桥性能实验

(3)全桥性能实验

(4)金属箔式应变片单臂、半桥、全桥性能比较

(5)金属箔式应变片的温度影响实验

(6)直流全桥的应用—电子秤实验

(7)扩散硅压阻式压力传感器的压力测量实验

(8)扩散硅压阻式压力传感器的差压测量实验

(9)电涡流传感器测量振动实验

(10)磁电式传感器测量振动实验

(11)霍尔式传感器测量振动实验

(12)光纤传感器测量振动实验

(13)电容式传感器的位移特性实验

(14)电容式传感器动态特性实验

(15)直流激励时霍尔式传感器的位移特性实验

(16)交流激励时霍尔式传感器的位移特性实验

(17)差动变压器的位移特性实验

(18)激励频率对差动变压器特性的影响

(19)差动变压器的零点残余电压补偿实验

(20)电涡流传感器的位移特性实验

(21)被测体材质对电涡流式传感器的特性影响实验

(22)被测体面积大小对电涡流式传感器的特性影响实验

(23)电涡流式传感器的应用位移限位器

(24)光电传感器测速电路实验

(25)磁电式传感器测速电路实验

(26)霍尔式传感器测速电路实验

(27)光纤传感器测速电路实验

(28)光纤传感器的位移特性实验

(29)PN结温度传感器温度特性实验

(30)NTC负温热敏电阻温度特性实验

(31)PTC正温热敏电阻温度特性实验

(32)集成温度传感器LM35温度特性实验

(33)铂电阻温度特性实验

(34)铜电阻温度特性实验

(35)K型热电偶测温实验

(36)E型热电偶测温实验

(37)气敏传感特性实验

(38)湿度传感器特性实验

(39)热释电红外传感器实验

(40)移相实验

(41)相敏检波器实验

(42)相敏检波器检波实验

(43)低通滤波器实验

(44)测量放大实验

(45)压电传感器实验

(46)噪声传感器实验

(47)可见光照度传感器实验

(48)超声波测距实验

七、装箱清单