传感器与测控技术创新实训平台:上海硕博教学设备公司

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2025年6月25日传感器与测控技术创新实训平台

SBCGQ-03型传感器与测控技术创新实训平台

一、概述

传感器与测控技术创新实训平台、通过传感器实训、单片机实训，使学生了解各种传感器的结构、原理，掌握各种传感器在工农业生产、科学研究、家用电器、机电设备中的应用，掌握单片机、传感器在工业综合控制系统的作用和应用。达到能够分析测控系统工作原理、能够设计简单测控系统的目的。体现理论到实践，再由实践到理论的过程，突出实际技能的培养。为学生进一步学习深造以及从事与自动测量、自动控制系统的分析与设计等工作打下良好的基础。

传感器与测控技术创新实训平台、传感器技术，作为当今世界备受瞩目的高新技术之一，与通信技术、计算机技术共同构成了信息产业的三大支柱。其发展水平已成为衡量一个国家科技实力的重要标准。随着科技的日新月异，传感器的应用已经渗透到我们生活的方方面面。为了让学生们能够深入了解和掌握传感器技术，我们将通过丰富的教程和实验课程，引导他们逐步探索传感器的奥秘，从基础特性到深入应用，全方位提升学生的传感器技术知识水平。

传感器与测控技术创新实训平台、传感器与检测技术实验室设备不仅满足了应用型人才培养的教育需求，还是实验教学的重要场所。这里不仅适合自动化、电子技术与机电技术等专业的实验教学，更承担着多项任务，企业员工技术培训以及技能比武等。

参考图

二、实训桌：

1.桌面要求采用高绝缘度、高强度、耐高温的高密度板，电脑桌连体设计，实验桌面上预留显示器或示波器安放位置，下方提供一体化柜子和一体化电脑主机架，用于放置实训模块数据采集主机，提供抽屉两个用于放置传感器、连接导线、常用维修工具及辅件，提供推拉式键盘托盘，用于放置键盘。

2.实验桌具有接地、漏电保护、采用高绝缘的安全型插座，安全性要求符合相关国家准。

3.实验桌主体要求采用1.2mm铁质喷塑，桌子底脚用带刹车万向轮，方便移动及固定。

三、技术条件要求：

1、工作电源：单相三线220VAC/50Hz

2、整机容量：＜0.5kVA

3、尺寸1600mm×750mm×1250mm（长×宽×高）；

四、实训项目

1、常规传感器基础实验

1）金属箔式应变片-单臂电桥性能实验

2）金属箔式应变片-半桥性能实验

3）金属箔式应变片-全桥性能实验

4）金属箔式应变片：单臂、半桥、全桥比较

5）金属箔式应变片的温度影响实验

6）移相器实验

7）相敏检波器实验

8）应变式传感器应用-电子称

9）T型热电偶的原理应用

10）差动变压器（互感式）的性能

11）差动变压器（互感式）零点残余电压的补偿

12）差动变压器（互感式）的应用-振幅测量

13）差动变压器（互感式）的应用-电子称

14）电涡流传感器的静态标定

15）被测体的材料对电涡流传感器特性的影响

16）电涡流传感器的应用-振幅测量

17）电涡流传感器的应用-电子称

18）霍尔传感器的直流激励特性

19）霍尔传感器的应用-电子称

20）霍尔传感器的交流激励特性

21）霍尔传感器的应用-振幅测量

22）磁电式传感器的性能

23）压电式传感器的动态响应实验

24）差动变面积式电容传感器的静态及动态特性

25）扩散硅压阻式压力传感器实验

26）光纤位移传感器静态实验

27）光纤位移传感器测量振动实验

28）光纤位移传感器测速实验

29）PN结温度传感器测温实验

30）热敏电阻演示实验

31）气体流量的测定实验

2、可完成传感器拓展实验

1）Pt100热电阻测温特性

2）气敏（酒精）传感器实验

3）湿敏传感器实验

4）光敏电阻特性实验

5）光敏二极管的特性实验

6）光敏三极管特性实验

7）红外传感器实验

8）超声波位移测量实验

9）磁阻式传感器实验

3、虚拟仪器技术的实验

1) Labview软件的基本认识

2) Labview软件的编程练习--直流电压发生与直流电压表的显示

3) Labview软件的编程练习--波形发生器与示波器

4) Labview软件的编程练习--仿真信号频谱分析仪

5) 虚拟示波器

4、传感器及检测技术虚拟现实仿真项目

1、应变全桥称重实验

2、压阻测压力实验

3、差动变压器性能实验

4、差动变压器测位移实验

5、光电转速测量

6、电容传感器测位移实验

7、霍尔传感器测位移实验

8、光纤传感器测位移实验

9、电涡流传感器测位移实验

10、压电传感器测振动实验

11、光纤传感器的测速实验

12、集成温度传感器的温度特性实验

13、霍尔测速实验

14、转速控制实验

15、电涡流传感器的位移特性实验

五、产品技术参数

1、实训装置组成：装置由实验台、一层铝合金框架、电源仪表模块、传感器母板、相应实验实训模块、数据采集及处理软件和实验导线组成，电源仪表模块可安装在铝合金框架上，传感器母板为独立模块平放在实验桌上，实验桌的抽屉和储物柜可存放实验导线、配件和实验模块。

实验操作面板要求采用3mm厚高强度绝缘材料雕刻丝印。基于实验操作的人身安全性考虑，要求所有挂箱的箱体及面板均采用非金属绝缘材料,不采用金属材料的箱体及面板。

2、气动源及压力表模块

（1）气动源：压力范围≥0-50kpa；

（2）数字压力表：测压范围不小于0-999.9kpa，测量精度奴低于0.5级。

（3）流量计:玻璃转子气体

3、直流智能仪表模块

（1）要求该仪表包含直流电压表和直流电流表2只仪表，仪表测量精度不低于0.5级，不低于四位半的数字显示，具有超量程保护功能。

（2）直流电压表：测量范围不小于0～750V，设有200mV、2V、 20V、200V 、750V五档量程，切换模式包含手动和自动选择。

（3）直流电流表：测量范围不低于0～3A, 设有2mA、20mA、200 mA、3A四档量程，切换模式包含手动和自动选择。

4、直流电源及振荡源模块

（1）直流稳压电源：每台至少四组直流稳压电源，可调电源＋2V～＋24V；固定输出电源±15V、+5V；五档输出八种直流稳压线性电源，输出电压±2V～±10V（最大电流1.5A），有短路保护功能。

（2）音频振荡器：要求输出频率范围不低于0.4kHz-10kHz连续可调，输出Vp-p为不低于0～20V连续可调，有180°、0°反相两组输出，最大输出电流不低于0.5A。

（3）低频振荡器：要求频率范围不低于1Hz-30Hz，Vp-p范围不低于0-20V，最大输出电流不低于0.5A；

（4）频率表/转速表：要求频率测量范围不低于0-9999Hz，转速测量范围不低于0-9999rpm，不低于四位的数字显示，测量精度为不低于0.5级。

5、差动放大器I模块

该电路为典型的仪用放大电路。

6、差动大器II模块

该模块放大器为可调的同相输入放大器，增益为1-5倍。

7、电容传感器实验模块

该模块由高频振荡、放大器和双T电桥组成。

8、压电传感器及电桥实验模块

该模块由全桥、半桥和电荷放大电路组成。

9、电涡流传感器实验模块

该模块为调频调幅测量电路，输出电压≥|8|V。

10、光纤传感器实验模块和光纤传感器

该模块由红外发射、接收管及信号处理电路组成。

11、移相、检波及低通实验模块

该模块由移相器、相敏检波器和低通滤波器电路组成。

12、传感器母板

传感器母板上安装各种实验传感器及其所对应的机械构件。

1）悬臂梁、测微头：要求采用双平行式悬臂梁，梁端装有磁钢、激振线圈和可拆卸式螺旋测微头，通过测微头和振动源，可进行压力位移与振动实验。

2）加热器：输入电压Uin不小于0～5V，温度可达高于环境温度30℃左右。

3）转动源：电机输入电压Uin不小于0～12V，转速调节范围不小于0～3000rpm。

4）振动源：为激振线圈和磁钢组成，为差动变压器、电涡流传感器、霍尔传感器、光纤位移传感器等振动实验提供振动源。

5）应变片及检测机构：由压力传感器和托盘构成，压力传感器的上下梁各贴有2个金属箔应变片，应变片阻值≥350Ω，最大量程1kG。

6）差动变压器：由透明空心变压器和可移动的铁芯组成，空心变压器由1个初级、2个次级线圈绕制而成。

7）电涡流传感器：由线圈与金属涡流片组成，振荡幅度不低于0～15mm。

8）霍尔传感器：由霍尔片和环形磁钢组成，振荡幅度不低于0～±7.5mm，传感器输入和输出内阻不小于240Ω～550Ω。

9）热电偶：测量范围不低于-200～+350℃。

10）电容式传感器：由4组电容定极板和3组电容动极板组成的可变电容，位移幅度不小于0～±7.5mm。

11）热敏电阻：常温下（25℃）阻值为10kΩ。

12）光纤传感器测量机构：由FT-420-10型光纤传感器和红外线发射与接收安装机构组成，可应用于位移、振动、压力和速度等非电量的检测。

13）压阻式传感器测量机构：由差压传感器和安装机构组成。传感器采用X型工作片，具有温度自动补偿功能。其输入内阻不小于450Ω，输出内阻约1kΩ左右，主要用于压力的测量。

14）压电传感器：由压电陶瓷片和铜质量块组成。

15）PN结：采用二极管为测温传感器。

16）磁电式传感器：由线圈和磁钢组成，可将机械能转换成电信号，内阻约25Ω，灵敏度不低于0.5V/m/s。

13、温度PID控制仪表模块

用于完成温度闭环实验

14、温度源和温度传感器模块

温度源温度小于120℃，完PT100铂热电阻传感器等实验。

15、温度传感器实验模块

该模块由全桥、半桥和仪用放大电路组成。

16、气敏传感器实验模块

要求该模块由气敏传感器和其信号处理电路组成。

17、湿敏传感器实验模块

要求该模块由湿敏传感器和其信号处理电路组成。

18、光敏传感器实验模块

要求为光敏传感器的信号处理电路。

19、光敏传感器支架和光敏传感器

要求该支架给光敏传感器实验提供一个封闭的空间，在模块上有一个可调电压源，通过改变光源的电压值，可以得到实验要求的光照强度。

20、红外遥控实验模块

要求本模块由51单片机控制，红外接收管（光敏二级管）IR接收，配合遥控器发射数据，经STC51单片机处理，控制模块上的LED灯指示。

21、超声波测距实验模块

要求该模块超声波发生源、超声波的发送和接受、超声波信号的处理电路和计数显示电路组成，本模块可实0.35m-10m距离的测量。

22、磁阻式传感器实验模块和磁阻式传感器。

要求磁阻式传感器为磁场强度检测传感器。采用磁阻三端差分输出电路，由集成运算放大电路实现磁阻式传感器的信号处理电路，用于磁电式传感器的性能实验。

23、虚拟仪器

要求虚拟仪器模块可实现实验波形的实时采集和信号输出，采用USB2.0接口与上位机进行通讯，可实现高速数据传输。其功能：

符合操作习惯的数字存储示波器，电压档位V/DIV 5V-25mV8档可调，频率 T/DIV 2S-5uS18档可调，数字显示幅值和频率，光标定位，波形数据的存储等；

独立双通道16bit分辨率，1Msps实时采样，模拟量输入；

8路 12bit，200ksps模拟量输入；

2路12 bit D/A模拟量输出,0-10V标准信号；

8路数字量输入/8路数字量输出,TTL电平；

软件: 采用LabView虚拟仪器图形化编程软件。

六、综合设计训练项目：

(一)圆度测量仪的设计及制作

圆度测量仪功能：输出PWM波驱动直流减速电机旋转，带动被测圆旋转，电感式位移传感器测量相应角度的被测圆半径，并在液晶屏上显示测量结果。

1、硬件组成要求：

整个系统要求采用STM32F103核心板、H桥PWM输出直流减速电机驱动板、ADS7950串口A/D转换电路板、多功能万用板、液晶显示和键盘电路、圆度仪传感器测量电路、圆度仪检测机构和电源等部分组成。

各模块功能要求如下：

1）STM32F103核心板：片内资源丰富，512K Flash，64kRAM；3个12位模数转换器；2通道12位D/A转换器；12通道DMA控制器;11个定时器；5个USART接口；3个SPI接口；用扁平带方式方便与外围电路连接。

2）H桥PWM输出电路：该电路为H桥PWM输出电路，CPU可以同时输出四组脉冲信号，经过隔离后，由双路全桥PWM电机驱动器驱动电机，该芯片有过热保护，和故障检测功能。

3）串口A/D转换电路：此模块要求由模拟信号输入电路、外围电路、数字信号输出电路组成，其中输入部分有放大和偏置功能，功能脚及数字输出由PMOD口引出。可通过跳线帽调节输入的单双极性。可更换扩展成8通过模拟量输入。

4）液晶显示和键盘电路：该模块要求包括2块液晶屏、查询式键盘和矩阵式键盘。该线路板配合核心板可以完成液晶的显示实验、查询式键盘和矩阵式键盘实验。

2、软件功能要求：

1）含有欢迎界面，系统菜单、参数设定、圆度测量、手动测量、自动测量和数据回看等软件功能。

2）提供的技术资料、元器件及器材完成圆度测量仪的设计、装调和技术文件撰写任务，学生可自行设计安装并具有二次开发编程功能。

（二）运动小车称重计费实训装置设计与制作（整个实验室配1套）：

1、设备硬件组成和功能要求：要求系统由运动小车、直流减速电机（12V、100r/s）、称重平台、电容测距传感器、传感器支架、限位开关、指示灯、主、从动轮等组成。称重平台由力传感器和称重台板组成。控制器包括机箱、面板、STM32F103核心板、液晶显示和键盘电路、H桥PWM输出电路、ADS7950 串口A/D转换电路、传感器测量电路、配件。要求通过面板上键盘实现车辆称重计费系统设置、测量和计费功能。

2、软件功能要求：软件功能要求含登录界面、系统菜单、系统设置、手动模式、自动模式、数据回看等功能；系统设置：要求含有系统设计和费率设备功能；手动和自动模式含时间设置、重量和计费功能。

数据回看功能：自动将液晶屏上显示的所有数据保存，以供数据回看时使用，支持不少于5组数据回看功能。

手动模式功能：要求实现人工控制小车运动和计费等功能，并具有声音提示功能。

自动模式功能要求：实现小车自主运动和计费等功能，具有声音提示功能，要求能够通过控制面板上指示灯的亮度标定出小车距称重区中心线的距离。

3、设计和制作要求：

1)要求投标商提供的设备原理图，供学生完成"H桥驱动电路"等线路设计；

2)根据原理图和印制电路板约束条件，利用Altium或Protel软件绘制印制电路板图；

3)完成给定的STM32F103核心板和传感器测量电路的焊接装配任务；

4)利用提供的机箱完成控制器的装配，包括开关、插座、电路板、显示屏等零部件的安装和接线；

5)利用提供的车辆称重计费装置，完成车辆称重计费系统的软硬件调试，使其达到规定功能要求和技术指标；

（三）光伏发电跟踪器的设计与制作（整个实验室配1套）

1、原理设计要求

由于太阳位置随时间而变化，使得光伏发电系统的光伏电池光照强度不稳定，不能充分利用太阳能资源。光伏发电跟踪装置可以使光伏电池始终跟踪太阳的运动轨迹，从而提高发电效率达35%左右，具有很高的实用价值。光伏发电跟踪器要求实现对自动跟踪光伏发电装置的控制。

2、系统功能要求

要求通过光伏发电跟踪器相关参数设置，可以实现光伏电池瞬时功率测量，发电量测量，太阳光模拟跟踪功能。要求可切换发电模式和跟踪模式。

发电模式要求：

系统处于发电模式运行过程中，手动调节模拟电压和电流电位器，瞬时功率和发电量应该能够同步变化。按下停止键，除了时钟正常运行外，瞬时功率和发电量保持停止键按下前的数值不变。要求提供发电模式下液晶显示屏显示信息图。

跟踪模式要求：

在发电模式下，按下停止键后，接着按下模式选择按键，系统进入跟踪模式。显示屏第二行显示：模拟跟踪，第三行显示跟踪时间，显示格式：跟踪时间：□□.□S，要求显示的信息位于第二行和第三行，居中显示。顺次拨动光伏发电装置中模拟太阳光位置的按键，电机开始跟踪时从0.0S开始计时，系统自动寻找光源。执行机构运行到正确位置后，电机停留在该位置，跟踪时间停止计时。要求提供跟踪模式显示信息示意图。

3、硬件组成要求：

光伏发电跟踪器要求由光敏检测电路、ADS1118串口A/D转换电路、单片机（MSP430F5438或者STM32等）电路、直流减速电机、液晶显示与键盘电路、DRV8412全桥PWM驱动电路以及模拟太阳能板等几部分组成，通过光敏检测电路的感应可实现对光源的自动跟踪。

4、软件资源库：

1、数字化传感器及智能检测分析虚拟现实仿真教学软件

1.1、系统要求

传感器及检测技术虚拟现实仿真教学软件可满足本科、高职院校开设的《传感器技术与应用》、《传感器与检测技术》、《自动检测技术》等课程的虚拟仿真实验教学。本软件作为传感器实验相关系列教学辅助类软件，是一个创新型的仿真软件，能在3D环境中进行虚拟设备的仿真教学。本软件具有独立性、不受实验装置以及地域限制的优点

软件中对设备的整体架构进行1:1比例的建模，将被测体、各种传感器、激励源作为一个整体，处理电路等部分作为另一个整体，两者之间通过二号导线连接，组成了一个完整的测量系统，可对各种不同传感器及其测量

系统有直观而感性的认识，配合可拆卸的传感器，在软件中完成课程对应的实验项目。

1.2、功能要求

1）项目化教学案例：针对传感器课程教学的需求，精心设计了10余种典型的传感器的教学案例；

2）实验数据及结果的真实性：软件设计中涉及到的实验数据，都是实验仪的实测数据，保证了实验数据的真实性。用户在经过软件的模拟学习后，可在硬件实验仪平台上进行实验数据的实测及验证；

4）软件内容，每个实验均设计了实验目的、实验原理说明、实验设备、实验内容包括具体的实验电路，以及实验导线的连接，具体实验操作过程，并带有实测的实验数据。

1.3、软件技术参数

1）软件界面：

隐匿式菜单或工具条：软件界面上看不到菜单、功能图标，全部用于显示场景和虚拟设备，以保持界面的纯净，菜单或工具条可隐藏及显示；

整屏展示：使用完整的屏幕显示场景，而不是将屏幕切割成若干区域；

2）部件认知

引出线：引出线将同时显示各部件名称；

3）虚拟装备：

虚拟传感器设备：外形尺寸与真实的传感器实验设备完全相同，拥有高度逼真的外观。表面可见结构、零部件与真实设备一致；虚拟场景：软件启动后，即进入逼真的实验室环境，其中包括: 金属应变式传感器、热电偶(热电式)传感器、差动变压器、电感螺管式传感器、电涡流位移传感器、霍尔式传感器、压电加速度传感器、磁电传感器、电容式传感器、压阻式压力传感器、光纤传感器等，营造出真实的实验氛围；

4）教学功能：

项目化案例教学：可直接用于仿真实训。即学即练：可选择不同的实训项目，一步步演示传感器的真实操作实验步骤，并同步伴随语音操作说明；

5）加密方式：提供注册文件及网络密码等加密方式；

6）系统配置：可以对软件一些参数进行配置，例如可通过系统配置功能开关语音提示；

7）自主开发：所有能够由用户自定义的参数均应向用户开放，如所有的说明文字、配置参数均应采用EXCEL表或TXT文件驱动，甚至一些软件功能参数也可用EXCEL表驱动；

为了保证产品质量和后续软件升级服务，避免软件版权纠纷，要求标书文件中提供数字化传感器及智能检测分析虚拟现实仿真教学软件著作权证书扫描件。

七、配置清单：由运动小车、直流减速电机（12V、100r/s）、称重平台、电容测距传感器、传感器支架、限位开关、指示灯、主、从动轮等组成。称重平台由力传感器和称重台板组成。控制器包括机箱、面板、STM32F103核心板、液晶显示和键盘电路、H桥PWM输出电路、ADS7950 串口A/D转换电路、传感器测量电路、配件。

2025年6月25日 传感器与测控技术创新实训平台

2025年6月25日传感器与测控技术创新实训平台