傳感器實驗講義

1、傳感器實驗講義江西師范大學(xué)物理與通信電子學(xué)院2007-3-5目 錄第一章 產(chǎn)品說明 第二章 實驗指導(dǎo) 一、金屬箔式應(yīng)變片性能單臂電橋 二、金屬箔式應(yīng)變片：單臂、半橋、全橋比較 三、相敏檢波器實驗 四、交流全橋的應(yīng)用電子秤 五、差動變壓器（互感式）的性能 六、電渦流傳感器的靜態(tài)標(biāo)定 七、電渦流傳感器的應(yīng)用振幅測量 八、霍爾式傳感器的直流激勵特性 九、霍爾傳感器的應(yīng)用電子秤 十、壓電傳感器的動態(tài)響應(yīng)實驗 十一、光纖位移傳感器靜態(tài)實驗 十二、光電開關(guān)的轉(zhuǎn)速測量實驗 第一章 產(chǎn)品說明一、CSY傳感器實驗儀簡介（CSY-910、910A、998A、998A+、998B、998B+等六種型號）實驗儀主要由

2、四部分組成：傳感器安裝臺、顯示與激勵源、傳感器符號及引線單元、處理電路單元。傳感器安裝臺部分：裝有雙平行振動梁（應(yīng)變片、熱電偶、PN結(jié)、熱敏電阻、加熱器、壓電傳感器、梁自由端的磁鋼）、激振線圈、雙平行梁測微頭、光纖傳感器的光電變換座、光纖及探頭、小機(jī)電、電渦流傳感器及支座、電渦流傳感器引線3.5插孔、霍爾傳感器的二個半圓磁鋼、振動平臺（圓盤）測微頭及支架、振動圓盤（圓盤磁鋼、激振線圈、霍爾片、電渦流檢測片、差動變壓器的可動芯子、電容傳感器的動片組、磁電傳感的可動芯子）、半導(dǎo)體擴(kuò)散硅壓阻式差壓傳感器、氣敏傳感器及濕敏元件安裝盒，熱釋電傳感器、光電開關(guān)、硅光電池、光敏電阻元件安裝盒，具體安裝部位參

3、看附錄三。顯示及激勵源部分：電機(jī)控制單元、主電源、直流穩(wěn)壓電源（±2V - ±10V分5檔調(diào)節(jié)）、F/V數(shù)字顯示表（可作為電壓表和頻率表）、（5mV-500mV)、音頻振蕩器、低頻振蕩器、±15V不可調(diào)穩(wěn)壓電源。實驗主面板上傳感器符號單元：所有傳感器（包括激振線圈）的引線都從內(nèi)部引到這個單元上的相應(yīng)符號中，實驗時傳感器的輸出信號（包括激振線圈引入低頻激振器信號）按符號從這個單元插孔引線。處理電路單元：電橋單元、差動放大器、電容變換放大器、電壓放大器、移相器、相敏檢波器、電荷放大器、低通濾波器、渦流變換器等單元組成。二、主要技術(shù)參數(shù)、性能及說明（一）傳感器安裝臺部分

4、：雙平行振動梁的自由端及振動圓盤下面各裝有磁鋼，通過各自測微頭或激振線圈,接入低頻激振器V0可做靜態(tài)或動態(tài)測量。應(yīng)變梁：應(yīng)變梁采用不銹鋼片，雙梁結(jié)構(gòu)端部有較好的線性位移。(或采用標(biāo)準(zhǔn)雙孔懸臂梁傳感器應(yīng)變梁)1差動變壓器（電感式）量程：5mm 直流電阻：5-10由一個初級、二個次級線圈繞制而成的透明空心線圈，鐵芯為軟磁鐵氧體。2電渦流位移傳感器量程：1mm 直流電阻：1-2 多股漆包線繞制的扁平線圈與金屬渦流片組成。3霍爾式傳感器量程：±2mm 直流電阻：激勵源端口800-1.5K；輸出端口300-500日本JVC公司生產(chǎn)的線性半導(dǎo)體霍爾片，它置于環(huán)形磁鋼構(gòu)成的梯度磁場中。4熱電偶直流

5、電阻：10左右 由兩個銅一康銅熱電偶串接而成，分度號為T，冷端溫度為環(huán)境溫度。5電容式傳感器量程：±2mm 由兩組定片和一組動片組成的差動變面積式電容。6熱敏電阻半導(dǎo)體熱敏電阻NTC：溫度系數(shù)為負(fù)，25時為10K。7光纖傳感器由多模光纖、發(fā)射、接收電路組成的導(dǎo)光型傳感器，線性范圍2mm。紅外線發(fā)射、接收、直流電阻：500-2.5k 2×60股Y形、半圓分布。8半導(dǎo)體擴(kuò)散硅壓阻式壓力傳感器量程：10Kpa（差壓） 供電：6V 美國摩托羅拉公司生產(chǎn)的MPX型壓阻式差壓傳感器。9、壓電加速度計PZT-5壓電晶片和銅質(zhì)量塊構(gòu)成。諧振頻率：10KHZ，電荷靈敏度：q20pc/g。10

6、應(yīng)變式傳感器箔式應(yīng)變片電阻值：350、應(yīng)變系數(shù)：2，平行梁上梁的上表面和下梁的下表面對應(yīng)地貼有4片應(yīng)變片，受力工作片分別用符號 和 表示。在910、998B型儀器中，橫向所貼的兩片為溫度補(bǔ)償片，用符號 表示。11PN結(jié)溫度傳感器 利用半導(dǎo)體P-N結(jié)良好的線性溫度電壓特性制成的測溫傳感器，能直接顯示被測溫度。靈敏度：-2.1mV/。12.磁電式傳感器 0.21×1000 直流電阻：30-40由線圈和動鐵（永久磁鋼）組成，靈敏度：0.5v/m/s13.氣敏傳感器MQ3（酒精）：測量范圍：50-200ppm。14.濕敏電阻高分子薄膜電阻型（RH）：幾兆-K響應(yīng)時間：吸濕、脫濕小于10秒。溫

7、度系數(shù)：0.5RH%/ 測量范圍：10%-95% 工作溫度：0-5015.光電開關(guān)：（反射型）16.光敏電阻：cds材料：幾-幾M17.硅光電池：Si日光型18.熱釋電紅外傳感器：遠(yuǎn)紅外式（二）信號及變換1電橋：用于組成直流電橋，提供組橋插座，標(biāo)準(zhǔn)電阻和交、直流調(diào)平衡網(wǎng)絡(luò)。2差動放大器 通頻帶010kHz 可接成同相、反相，差動結(jié)構(gòu)，增益為1-100倍的直流放大器。3電容變換器 由高頻振蕩，放大和雙T電橋組成的處理電路。4電壓放大器 增益約為5倍 同相輸入 通頻帶010KHz5. 移 相 器 允許最大輸入電壓10Vp-p 移相范圍±20°（5KHz時）6. 相敏檢波器 可檢

8、波電壓頻率0-10KHz允許最大輸入電壓10Vp-p 極性反轉(zhuǎn)整形電路與電子開關(guān)構(gòu)成的檢波電路7. 電荷放大器 電容反饋型放大器，用于放大壓電傳感器的輸出信號。8低通濾波器 由50Hz陷波器和RC濾波器組成，轉(zhuǎn)折頻率35Hz左右。9渦流變換器 輸出電壓|8|V（探頭離開被測物） 變頻調(diào)幅式變換電路，傳感器線圈是振蕩電路中的電感元件10光電變換座 由紅外發(fā)射、接收管組成。（三）二套顯示儀表1數(shù)字式電壓/頻率表：3位半顯示，電壓范圍02V、020V，頻率范圍3Hz2KHz、10Hz20KHz，靈敏度50mV。2.指針式毫伏表：85C1表，分500mV、50mV、5mV三檔，精度2.5%（四）二種振

9、蕩器1.音頻振蕩器：0.4KHz10KHz輸出連續(xù)可調(diào)，Vp-p值20V輸出連續(xù)可調(diào)，180°、0°反相輸出，LV端最大功率輸出電流0.5A。2.低頻振蕩器：1-30Hz輸出連續(xù)可調(diào)，Vp-p值20V輸出連續(xù)可調(diào)，最大輸出電流0.5A，Vi端可提供用做電流放大器。（五）二套懸臂梁、測微頭雙平行式懸臂梁二副（其中一副為應(yīng)變梁，另一副裝在內(nèi)部與振動圓盤相連），梁端裝有永久磁鋼、激振線圈和可拆卸式螺旋測微頭，可進(jìn)行位移與振動實驗（右邊圓盤式工作臺由“激振I帶動，左邊平行式懸臂梁由帶動）。（六）電加熱器二組電熱絲組成，加熱時可獲得高于環(huán)境溫度30左右的升溫。（七）測速電機(jī)一組 由可

10、調(diào)的低噪聲高速軸流風(fēng)扇組成，與光電開關(guān)、光纖傳感器配合進(jìn)行測速（八）二組穩(wěn)壓電源直流±15V，主要提供溫度實驗時的加熱電源，最大激勵1.5A。±2V±10V分五檔輸出，最大輸出電流1.5A。提供直流激勵源。（九）計算機(jī)聯(lián)接與處理數(shù)據(jù)采集卡：十二位A/D轉(zhuǎn)換，采樣速度10000點(diǎn)/秒，采樣速度可控制，采樣形式多樣。標(biāo)準(zhǔn)RS-232接口，與計算機(jī)串行工作。良好的計算機(jī)顯示界面與方便實用處理軟件，實驗項目的選擇與編輯、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、圖形分析與比較、文件存取打印。使用儀器時打開電源開關(guān)，檢查交、直流信號源及顯示儀表是否正常。儀器下部面板左下角處的開關(guān)為控制處理電路&

11、#177;15V的工作電源，進(jìn)行實驗時請勿關(guān)掉，為保證儀器正常工作，嚴(yán)禁±15V電源間的相互短路，建議平時將此兩輸出插口封住。指針式毫伏表工作前需對地短路調(diào)零，取掉短路線后指針有所偏轉(zhuǎn)是正?，F(xiàn)象，不影響測試。注意，本儀器是實驗性儀器各電路完成的實驗主要目的是對各傳感器測試電路做定性的驗證，而非工業(yè)應(yīng)用型的傳感器定量測試。三、各電路和傳感器性能建議通過以下實驗檢查是否正常。 1.應(yīng)變片及差動放大器，進(jìn)行單臂、半橋和全橋?qū)嶒?，各?yīng)變片是否正?？捎萌f用表電阻檔在應(yīng)變片兩端測量。各接線圖兩個節(jié)點(diǎn)間即一實驗接插線，接插線可多根迭插。2.進(jìn)行“相敏檢波器實驗”，相敏檢波器端口序數(shù)規(guī)律為從左至右，

12、從上到下，其中5端為參考電壓輸入端。3.進(jìn)行“電容式傳感器特性”實驗，當(dāng)振動圓盤帶動動片上下移動時，電容變換器Vo端電壓應(yīng)正負(fù)過零變化。4.進(jìn)行“光纖傳感器位移測量，”光纖探頭可安裝在原電渦流線圈的橫支架上固定，端面垂直于鍍鉻反射片，旋動測微儀帶動反射片位置變化，從差動放大器輸出端讀出電壓變化值。5.進(jìn)行光纖（光電）式傳感器測速實驗，從F/V表Fo端讀出頻率信號。F/V表置2K檔。6.低通濾波器：將低頻振蕩器輸出信號送入低通濾波器輸入端，輸出端用示波器觀察，注意根據(jù)低通輸出幅值調(diào)節(jié)輸入信號大小。7.進(jìn)行“差動變壓器性能”實驗，檢查電感式傳感器性能，實驗前要找出次級線圈同名端，次級所接示波器為懸

13、浮工作狀態(tài)。8.進(jìn)行“霍爾式傳感器直流激勵特性”實驗，直流激勵信號不能大于2V。9.進(jìn)行“電渦流傳感器的靜態(tài)標(biāo)定”實驗，接線參照圖19，其中示波器觀察波形端口應(yīng)在渦流變換器的左上方，即接電渦流線圈處，右上端端口為輸出經(jīng)整流后的直流電壓。10.進(jìn)行“光電開關(guān)（反射）”實驗。11.如果儀器是帶微機(jī)接口和實驗軟件的，請參閱微機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件使用說明。數(shù)據(jù)采集卡已裝入儀器中，其中A/D轉(zhuǎn)換是12位轉(zhuǎn)換器。 儀器后部的RS232接口與計算機(jī)串行口相接，信號采集前請正確設(shè)置串口，否則計算機(jī)將收不到信號。 儀器工作時需要良好的接地，以減小干擾信號，關(guān)盡量遠(yuǎn)離電磁干擾源。 儀器的型號不同，傳感器種類不同，則

14、檢查項目也會有所不同。 上述檢查及實驗?zāi)軌蛲瓿?，則整臺儀器各部分均為正常。 實驗時請注意實驗指導(dǎo)書中的實驗內(nèi)容后的“注意事項”，要在確認(rèn)接線無誤的情況下再開啟電源，要盡量避免電源短路情況的發(fā)生，實驗工作臺上各傳感器部分如位置不太正確可松動調(diào)節(jié)螺絲稍作調(diào)整，用手按下振動梁再松手，各部分能隨梁上下振動而無碰擦為宜。 本實驗儀器需防塵，以保證實驗接觸痕好，儀器正常工作溫度0-40第二章 實驗指導(dǎo)實驗一 金屬箔式應(yīng)變片性能一單臂電橋一、實驗?zāi)康模毫私饨饘俨綉?yīng)變片，單臂單橋的工作原理和工作情況。二、實驗原理：本實驗說明箔式應(yīng)變片及單臂直流電橋的電源的原理和工作情況。應(yīng)變片是最常用的測力傳感元件。當(dāng)用應(yīng)

15、變片測試時，應(yīng)變片要牢固地粘貼在測試體表面，當(dāng)測件受力發(fā)生形變，應(yīng)變片的敏感柵隨同變形，其電阻也隨之發(fā)生相應(yīng)的變化，通過測量電路，轉(zhuǎn)換成電信號輸出顯示。電橋電路是最常用的非電量電測電路中的一種，當(dāng)電橋平衡時，橋路對臂電阻乘積相等，電橋輸出為零，在橋臂四個電阻R1、R2、R3、R4中，電阻的相對變化率分別為R1/R1、R2/R2、R3/R3、R4/R4，當(dāng)使用一個應(yīng)變片時， ；當(dāng)二個應(yīng)變片組成差動狀態(tài)工作，則有 ；用四個應(yīng)變片組成二個差對工作，且R1=R2=R3=R4=R， 。由此可知，單臂、半橋、全橋電路的靈敏度依次增大。所需單元及部件：直流穩(wěn)壓電源、電橋、差動放大器、雙平行梁、測微頭、一片應(yīng)

16、變片、F/V表、主、副電源。旋鈕初始位置：直流穩(wěn)壓電源打到±2V檔，F(xiàn)/V表打到2V檔，差動放大增益最大。三、實驗步驟：（1）了解所需單元、部件在實驗儀上的所在位置，觀察梁上的應(yīng)變片，應(yīng)變片為棕色襯底箔式結(jié)構(gòu)小方薄片。上下二片梁的外表面各貼二片受力應(yīng)變片和一片補(bǔ)償應(yīng)變片，測微頭在雙平行梁前面的支座上，可以上、下、前、后、左、右調(diào)節(jié)。（2）將差動放大器調(diào)零：用連線將差動放大器的正（+）、負(fù)（-）、地短接。將差動放大器的輸出端與F/V表的輸入插口Vi相連；開啟主、副電源；調(diào)節(jié)差動放大器的增益到最大位置，然后調(diào)整差動放大器的調(diào)零旋鈕使F/V表顯示為零，關(guān)閉主、副電源。（3）根據(jù)圖1接線。R

17、1、R2、R3為電橋單元的固定電阻；Rx=R4為應(yīng)變片。將穩(wěn)壓電源的切換開關(guān)置±4V檔，F(xiàn)/V表置20V檔。調(diào)節(jié)測微頭脫離雙平行梁，開啟主、副電源，調(diào)節(jié)電橋平衡網(wǎng)絡(luò)中的W1，使F/V表顯示為零，然后將F/V表置2V檔，再調(diào)電橋W1（慢慢地調(diào)），使F/V表顯示為零。（4）將測微頭轉(zhuǎn)動到10mm刻度附近，安裝到雙平等梁的自由端（與自由端磁鋼吸合），調(diào)節(jié)測微頭支柱的高度（梁的自由端跟隨變化）使F/V表顯示最小，再旋動動測微頭，使F/V表顯示為零（細(xì)調(diào)零），這時的測微頭刻度為零位的相應(yīng)刻度。 圖 1（5）往下或往上旋動測微頭，使梁的自由端產(chǎn)生位移記下F/V表顯示的值。建議每旋動測微頭一周即X

18、=0.5mm記一個數(shù)值填入下表：（6）據(jù)所得結(jié)果計算靈敏度S=V/X（式中X為梁的自由端位移變化，V為相應(yīng)F/V表顯示的電壓相應(yīng)變化）。（7）實驗完畢，關(guān)閉主、副電源，所有旋鈕轉(zhuǎn)到初始位置。四、注意事項：（1）電橋上端虛線所示的四個電阻實際上并不存在，僅作為一標(biāo)記，讓學(xué)生組橋容易。（2）做此實驗時應(yīng)將低頻振蕩器的幅度關(guān)至最小，以減小其對直流電橋的影響。（3）電位器W1、W2，在有的型號儀器中標(biāo)為RD、RA。五、問題：（1）本實驗電路對直流穩(wěn)壓電源和對放大器有何要求？（2）根據(jù)所給的差動放大器電路原理圖，分析其工作原理，說明它既能作差動放大，又可作同相或反相放大器。 實驗二 金屬箔式應(yīng)變片：單臂

19、、半橋、全橋比較一、實驗?zāi)康模候炞C單臂、半橋、全橋的性能及相互之間關(guān)系。二、實驗原理：說明實際使用的應(yīng)變電橋的性能和原理。已知單臂、半橋和全橋電路的R分別為R/R、2R/R、4R/R。根據(jù)戴維定理可以得出測試電橋的輸出電壓近似等于1/4.E.R，電橋靈敏度Ku=V/R/R，于是對應(yīng)單臂、半橋和全橋的電壓靈敏度分別為1/4E、1/2E和E.。由此可知，當(dāng)E和電阻相對變化一定時，電橋及電壓靈敏度與各橋臂阻值的大小無關(guān)。所需單元和部件：直流穩(wěn)壓電源、差動放大器、電橋、F/V表、測微頭、雙平行梁、應(yīng)變片、主、副電源。有關(guān)旋鈕的初始位置：直流穩(wěn)壓電源打到±2V檔，F(xiàn)/V表打到2V檔，差動放大器

20、增益打到最大。三、實驗步驟：（1）按實驗一方法將差動放大器調(diào)零后，關(guān)閉主、副電源。（2）按圖1接線，圖中Rx=R4為工作片，r及W1為電橋平衡網(wǎng)絡(luò)。（3）調(diào)整測微頭使雙平行梁處于水平位置（目測），將直流穩(wěn)壓電源打到±4V檔。選擇適當(dāng)?shù)姆糯笤鲆妫缓笳{(diào)整電橋平衡電位器W1，使表頭顯示零（需預(yù)熱幾分鐘表頭才能穩(wěn)定下來）。（4）旋轉(zhuǎn)測微頭，使梁移動，每隔0.5mm讀一個數(shù)，將測得數(shù)值填入下表，然后關(guān)閉主、副電源：（5）保持放大器增益不變，將R3固定電阻換為與R4工作狀態(tài)相反的另一應(yīng)變片即取二片受力方向不同應(yīng)變片，形成半橋，調(diào)節(jié)測微頭使梁到水平位置（目測），調(diào)節(jié)電橋W1使F/V表顯示表顯示為

21、零，重復(fù)（4）過程同樣測得讀數(shù)，填入下表：（6）保持差動放大器增益不變，將R1，R2兩個固定電阻換成另兩片受力應(yīng)變片（即R1換成 ，R2換成 ，）組橋時只要掌握對臂應(yīng)變片的受力方向相同，鄰臂應(yīng)變片的受力方向相反即可，否則相互抵消沒有輸出。接成一個直流全橋，調(diào)節(jié)測微頭使梁到水平位置，調(diào)節(jié)電橋W1同樣使F/V表顯示零。重復(fù)（4）過程將讀出數(shù)據(jù)填入下表（7）在同一坐標(biāo)紙上描出X-V曲線，比較三種接法的靈敏度。四、注意事項：（1）在更換應(yīng)變片時應(yīng)將電源關(guān)閉。（2）在實驗過程中如有發(fā)現(xiàn)電壓表發(fā)生過載，應(yīng)將電壓量程擴(kuò)大。（3）在本實驗中只能將放大器接成差動形式，否則系統(tǒng)不能正常工作。（4）直流穩(wěn)壓電源&#

22、177;4V不能打的過大，以免損壞應(yīng)變片或造成嚴(yán)重自熱效應(yīng)。（5）接全橋時請注意區(qū)別各片子的工作狀態(tài)方向。 實驗三 相敏檢波器實驗一、實驗?zāi)康模毫私庀嗝繖z波器的原理和工作情況。二、實驗原理：相敏檢波電路如圖3A所示，圖中為輸入信號端，為輸出端，為交流參考電壓輸入端，為直流參考電壓輸入。當(dāng)端輸入控制電壓信號時，通過開環(huán)放大器的作用場效應(yīng)晶體管處于開關(guān)狀態(tài)。從而把輸入的正弦信號轉(zhuǎn)換成半波整流信號。 所需單元和部件：相敏檢波器、移相器、音頻振蕩器、雙蹤示波器、直流穩(wěn)壓電源、低通濾波器、F/V表、主、副電源。 有關(guān)旋鈕的初始位置：F/V表置20K檔。音頻振蕩器頻率為4KHz,幅度置最小（逆時針到底），

23、直流穩(wěn)壓電湖輸出置于±2V檔，主、副電源關(guān)閉。三、實驗步驟：（1）了解相敏檢波器和低通濾波器在實驗儀面板上符號。（2）根據(jù)圖3A的電路接線，將音頻振蕩器的信號0°輸出端輸出至相敏檢波器輸入端，把直流穩(wěn)壓電源2V輸出接至相敏檢波器的參考輸入端,把示波器兩根輸入線分別接至相敏檢波器的輸入端和輸出端組成一個測量線路。 圖 3A（3）調(diào)整好示波器，開啟主、副電源，調(diào)整音頻振蕩器的幅度旋鈕，示波器輸出電壓為峰峰值4V，觀察輸入和輸出波形的相位和幅度值關(guān)系。（4）改變參考電壓的極性，觀察輸入和輸出波形的相位和幅值關(guān)系。由此可得出結(jié)論，當(dāng)參考電壓為正時，輸入和輸出同相，當(dāng)參考電壓為負(fù)時，

24、輸入和輸出相反。（5）關(guān)閉主、副電源，根據(jù)圖3B重新接線，將音頻振蕩器的信號從0°輸出至相敏檢波器的輸入端，并同時按相敏檢波器的參考輸入端，把示波器的兩根輸入線分別接至相敏檢波器的輸入和輸出端，將相敏檢波器輸出端同時與低通濾波器的輸入端連接起來，將低通濾波器的輸出端與直流電壓表連接起來，組成一個測量線路。（此時，F(xiàn)/V有表置于20V檔）。（6）開啟主、副電源，調(diào)整音頻振蕩器的輸出幅度，同時記錄電壓表的讀數(shù)，填入下表。 圖 3B單位：V（7）關(guān)閉主、副電源，根據(jù)圖3C的電路重新接線，將音頻振蕩器的信號從00端輸出至相敏檢波器的輸入端，將從1800輸出端輸出接至移相器的輸入端，把移相器輸

25、出端接至相敏檢波器的參考輸入端把示波器的兩根輸入線分別接至相敏檢波器的輸入端和輸出端同時與低通濾波器輸入端連接起來，將低通濾波器輸出端與直流電壓表連接起來，組成一測量線路。 圖 3C（8）開啟主、副電源，轉(zhuǎn)動移相器上的移相電位器，觀察示波器的顯示波形及電壓表的讀數(shù)，使得輸出最大。（9）調(diào)整音頻振蕩器的輸出幅度，同時記錄電壓表的讀數(shù)，填入下表。單位：V 四、思考題：（1）根據(jù)實驗結(jié)果，可以知道相敏檢波器的作用是什么？移相器在實驗線路中的作用是什么？（即參考端輸入波形相位的作用）（2）在完成第五步驟后，將示波器兩根輸入線分別接至相敏檢波器的輸入端和附加觀察端和，觀察波形來回答相敏檢波器中的整形電路

26、是將什么波轉(zhuǎn)換成什么波，相位如何？起什么作用？（3）當(dāng)相敏檢波器的輸入與開關(guān)信號同相時，輸出是什么極性的什么波，電壓表的讀數(shù)是什么極性的最大值。實驗四 交流全橋的應(yīng)用電子秤 一、實驗?zāi)康模毫私饨涣鞴╇姷慕饘俨綉?yīng)變片電橋的實際應(yīng)用。所需單元及部件：音頻振蕩器、電橋、差動放大器、移相器、低通濾波器、F/V表，砝碼、主副電源、雙平行梁、應(yīng)變片。二、實驗步驟：（1）差動放大調(diào)整為零，將差動放大（+）、（-）輸入端與地短接，輸出端與F/V表輸入端Vi相連，開啟主副電源后調(diào)差放的調(diào)零旋鈕使F/V表顯示為零，再將F/V表切換天關(guān)置2V檔，再細(xì)調(diào)差放調(diào)零旋鈕使F/V表顯示為零，然后關(guān)閉主、副電源。（2）按圖

27、4接線，圖中R1、R2、R3、R4為應(yīng)變片；W1、W2、C、r為交流電橋調(diào)節(jié)平衡網(wǎng)絡(luò)，電橋交流激勵源必須從音頻振蕩器的LV輸出口引入，音頻振蕩器旋鈕置中間位置。（3）按住振動梁（雙平行梁）的自由端。旋轉(zhuǎn)測微頭遠(yuǎn)離振動梁自由端。將F/V表的切換開關(guān)置20V檔，示波器X軸掃描時間切換到0.10.5ms，Y軸CH1和CH2切換開關(guān)置5V/div,音頻振蕩器的頻率旋鈕置5KHz，幅度旋鈕置中間幅度。開啟主、副電源，調(diào)節(jié)電橋網(wǎng)絡(luò)中的W1和W2，使F/V表和示波器顯示最小，再把F/V表和示波器Y軸的切換開關(guān)分別置2V檔和50mv/div，細(xì)調(diào)W1和W2及差動放大器調(diào)零旋鈕，使F/V表的顯示值最小，示波器的

28、波形為一條水平線（F/V表顯示值與示波器圖形不完全相符時二者兼顧即可）。現(xiàn)用手按住梁的自由端產(chǎn)生一個大位移。調(diào)節(jié)移相器的移相旋鈕，使示波器顯示全波檢波的圖形。放手后，梁復(fù)原，示波器圖形基本成一條直線，否則調(diào)節(jié)W1和W2。（4）在梁的自由端加所有砝碼，調(diào)節(jié)差放增益旋鈕，使F/V表顯示對應(yīng)的量值，去除所有砝碼，調(diào)W1使F/V表顯示零，這樣重復(fù)幾次進(jìn)行標(biāo)定。（5）在梁自由端（磁鋼處）逐一加上砝碼，把F/V表的顯示值填入下表。并計算靈敏度。 W(g)V(v) (6)梁自由端放上一個重量未知的重物，記錄F/V表的顯示值，得出未知重物的重量。三、注意事項： 砝碼和重物應(yīng)放在梁自由端的磁鋼上的同一點(diǎn)。四、思

29、考題：要將這個電子秤方案投入實際應(yīng)用，應(yīng)如何改進(jìn)？ 圖4實驗五 差動變壓器(互感式）的性能一、實驗?zāi)康模毫私獠顒幼儔浩髟砑肮ぷ髑闆r二、實驗原理：差動變壓器由銜鐵、初級線圈、次級線圈和線圈骨架等組成。初級線圈做為差動變壓器激勵用，相當(dāng)于變壓器的原邊，次級線圈由兩個結(jié)構(gòu)尺寸和參數(shù)相同的線圈反相串接而成，相當(dāng)于變壓器的副邊，差動變壓器是開磁路，工作是建立在互感基礎(chǔ)上的。其原理及輸出特性見圖5A。所需單元及步件：音頻振蕩器、測微頭、示波器、主、副電源、差動變壓器、振動平臺。有關(guān)旋鈕室始位置：音頻振蕩器4KHz8KHz之間，雙蹤示波器第一通道靈敏度500mv/div，第二通道靈敏度10mv/div，觸

30、發(fā)選擇打到第一通道，主、副電源關(guān)閉。三、實驗步驟：（1）根據(jù)圖5B接線，將差動變壓器、音頻振蕩器（必須LV輸出）、雙蹤示波器連接起來，組成一個測量線路。開啟主、副電源，將示波器探頭分別接至差動變壓器的輸入和輸出端，調(diào)節(jié)差動變壓器源邊線圈音頻振蕩器激勵信號峰峰值為2V。（2）用手提壓變壓器磁芯，觀察示波器第二通道波形是否能過零翻轉(zhuǎn)，如不能則改變兩個次級線圈的串接端。圖5A 圖5B（3）轉(zhuǎn)動測微頭使測微頭與振動平臺吸合，再向上轉(zhuǎn)動測微頭5mm，使振動平臺往上位移。（4）向下旋鈕測微頭，使振動平臺產(chǎn)生位移。每位移0.2mm，用示波器讀出差動變壓器輸出端峰峰值填入下表，根據(jù)所得數(shù)據(jù)計算靈敏度S。S=V

31、/X（式中V為電壓變化，X為相應(yīng)振動平臺的位移變化），作出V-X關(guān)系曲線。讀數(shù)過程中應(yīng)注意初、次級波形的相應(yīng)關(guān)系。X（mm)5mm4.8mm4.6mm0.2mm0mm-0.2mm-4.8mm-5mmVo(p-p) 四、思考題：（1）根據(jù)實驗結(jié)果，指出線性范圍。（2）當(dāng)差動變壓器中磁棒的位置由上到下變化時，雙線示波器觀察到的波形相位會發(fā)生怎樣的變化？（3）用測微頭調(diào)節(jié)振動平臺位置，使示波器上觀察到的差動變壓器的輸出阻抗端信號為最小，這個最小電壓是什么？由于什么原因造成？注意：示波器第二通道為懸浮工作狀態(tài)。實驗六 電渦流式傳感器的靜態(tài)標(biāo)定一、實驗?zāi)康模毫私鉁u流式傳感器的原理及工作性能二、實驗原理：

32、電渦流式傳感器由平面線圈和金屬渦流片組成 ，當(dāng)線圈中通以高頻交變電流后，與其平行的金屬片上產(chǎn)生電渦流，電渦流的大小影響線圈的阻抗Z，而渦流的大小與金屬渦流片的電阻率、導(dǎo)磁率、厚度、溫度以及線圈的距離X有關(guān)。當(dāng)平面線圈、被測體（渦流片）、激勵源已確定，并保持環(huán)境溫度不變，阻抗Z只與X距離有關(guān)。將阻抗變化經(jīng)渦流變換成電壓V輸出，則輸出電壓是距離X的單值函數(shù)。 所需單元及部件：渦流變換器、F/V表、測微頭、鐵測片、渦流傳感器、示波器、振動平臺、主、副電源。三、實驗步驟：（1）裝好傳感器（傳感器對準(zhǔn)鐵測片安裝）和測微頭。（2）觀察傳感器的結(jié)構(gòu)，它是一個扁平線圈。（3）用導(dǎo)線將傳感器接入渦流變換器輸入端

33、，將輸出端接至F/V表，電壓表置于20V檔，見圖6，開啟主、副電源。 （4）用示波器觀察渦流變換器輸入端的波形。如發(fā)現(xiàn)沒有振蕩波形出現(xiàn)，再將傳感器遠(yuǎn)離被測體。 可見，波形為 波形，示波器的時基為 us/cm，故振蕩頻率約為 。（5）調(diào)節(jié)傳感器的高度，使其與被測鐵片接觸，從此開始讀數(shù)，記下示波器及電壓表的數(shù)值，填入下表： 建議每隔0.10mm讀數(shù)，到線性嚴(yán)重變壞為止。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)。在座標(biāo)紙上畫出V-X曲線，指出大致的線性范圍，求出系統(tǒng)靈敏度。（最好能用誤差理論的方法求出線性范圍內(nèi)的線性度、靈敏度）?？梢?，渦流傳感器最大的特點(diǎn)是 ，傳感器與被測體間有一個最佳初始工作點(diǎn)。這里采用的變換電路是一種 。

34、實驗完畢關(guān)閉主、副電源。四、注意事項： 被測體與渦流傳感器測試探頭平面盡量平行，并將探頭盡量對準(zhǔn)被測體中間，以減少渦流損失。圖6實驗七 電渦流式傳感器的應(yīng)用振幅測量一、實驗?zāi)康模毫私怆姕u流式傳感測量振動的原理和方法 所需單元部件：電渦流傳感器、渦流變換器、差動放大器、電橋、鐵測片、直流穩(wěn)壓電源、低頻振蕩器、激振線圈、F/V表、示波器、主、副電源。 有關(guān)旋鈕的初始位置：差動放大器增益置最?。鏁r針到底），直流穩(wěn)壓電源置±4V檔。二、實驗步驟：（1）轉(zhuǎn)動測微器，將振動平臺中間的磁鐵與測微頭充分分離，使梁振動時不至于再被吸?。ㄟ@時振動臺處于自由靜止?fàn)顟B(tài)），適當(dāng)調(diào)節(jié)渦流傳感器的高低位置（目測

35、），以實驗十九的結(jié)果（線性范圍的中點(diǎn)附近為佳）為參考。（2）根據(jù)圖7的電路結(jié)構(gòu)接線，將渦流傳感器探頭、渦流變換器、電橋平衡網(wǎng)絡(luò)、差動放大器、F/V表、直流穩(wěn)壓電源連接起來，組成一個測量線路（這時直流穩(wěn)壓電源應(yīng)置于±4V檔），F(xiàn)/V表置20V檔，開啟主、副電源。圖7（3）調(diào)節(jié)電橋平衡網(wǎng)絡(luò)，使電壓表讀數(shù)為零。（4）去除差動放大器與電壓表連線，將差動放大器的輸出與示波器連起來，將F/V表置2KHz檔，并將低頻振蕩器的輸出端與頻率表的輸入端相連。（5）固定低頻振蕩器的幅度旋鈕至某一位置（以振動臺振動時不碰撞其他部件為好），調(diào)節(jié)頻率，調(diào)節(jié)時用頻率表監(jiān)測頻率，用示波器讀出峰峰值填入下表，關(guān)閉主、

36、副電源。三、思考題：（1）根據(jù)實驗結(jié)果，可以知道振動臺的自振頻率大致是多少？（2）如果已知被測梁振幅度為0.2mm，傳感器是否一定要安裝在最佳工作點(diǎn)？（3）如果此傳感器僅用來測量振動頻率，工作點(diǎn)問題是否仍十分重要？實驗八 霍爾式傳感器的直流激勵特性一、實驗?zāi)康模毫私饣魻柺絺鞲衅鞯脑砼c特性。二、實驗原理：霍爾式傳感器是由兩個環(huán)形磁鋼組成梯度磁場和位于梯度磁場中的霍爾元件組成。當(dāng)霍爾元件通過恒定電流時，霍爾元件在梯度磁場中上、下移動時，輸出的霍爾電勢V取決于其在磁場中的位移量X，所以測得霍爾電勢的大小便可獲知霍爾元件的靜位移。 所需單元及部件：霍爾片、磁路系統(tǒng)、電橋、差動放大器、F/V表、直流穩(wěn)

37、壓電源、測微頭、振動平臺、主、副電源。 有關(guān)旋鈕初始位置：差動放大器增益旋鈕打到最小，電壓表置20V檔，直流穩(wěn)壓電源置2V檔，主、副電源關(guān)閉。三、實驗步驟：（1）了解霍爾式傳感器的結(jié)構(gòu)及實驗儀上的安裝位置，熟悉實驗面板上霍爾片的符號?；魻柶惭b在實驗儀的振動圓盤上，兩個半圓永久磁鋼固定在實驗儀的頂板上，二者組合成霍爾傳感器。（2）開啟主、副電源將差動放大器調(diào)零后，增益最小，關(guān)閉主電源，根據(jù)圖8接線，W1、r為電橋單元的直流電橋平衡網(wǎng)絡(luò)。 圖 8 （3）裝好測微頭，調(diào)節(jié)測微頭與振動臺吸合并使霍爾片置于半圓磁鋼上下正中位置。（4）開啟主、副電源，調(diào)整W1使電壓表指示為零。（5）上下旋動測微頭，記下

38、電壓表的讀數(shù)，建議每0.5mm讀一個數(shù)，將讀數(shù)填入下表：作出V-X曲線指出線性范圍，求出靈敏度，關(guān)閉主、副電源。 可見，本實驗測出的實際上是磁場情況，磁場分布為梯度磁場與磁場分布有很大差異，位移測量的線性度，靈敏度與磁場分布有很大關(guān)系。（6）實驗完結(jié)關(guān)閉主、副電源，各旋鈕置初始位置。四、注意事項：（1）由于磁路系統(tǒng)的氣隙較大，應(yīng)使霍爾片盡量靠近極靴，以提高靈敏度。（2）一旦調(diào)整好后，測量過程中不能移動磁路系統(tǒng)。（3）激勵電壓不能過2V，以免損壞霍爾片。實驗九 霍爾式傳感器的應(yīng)用電子秤一、實驗?zāi)康模毫私饣魻柺絺鞲衅髟陟o態(tài)測量中的應(yīng)用。 所需單元及部件：霍爾片、磁路系統(tǒng)、差動放大器、直流穩(wěn)壓電源、

39、電橋、砝碼、F/V表（電壓表）、主、副電源、振動平臺。 有關(guān)旋鈕初始位置：直流穩(wěn)壓電源置±2V檔，F(xiàn)/V表置2V檔，主、副電源關(guān)閉。二、實驗步驟：（1）開啟主、副電源將差動放大器調(diào)零，關(guān)閉主、副電源。（2）調(diào)節(jié)測微頭脫離平臺并遠(yuǎn)離振動臺。（3）按圖8接線，開啟主、副電源，將系統(tǒng)調(diào)零。（4）差動放大器增益調(diào)至最小位置，然后不再改變。（5）在稱重平臺上放上砝碼，填入下表：（6）在平面上放一個未知重量之物，記下表頭讀數(shù)。根據(jù)實驗結(jié)果作出V-W曲線，求得未知重量。三、注意事項：（1）此霍爾傳感器的線性范圍較小，所以砝碼和重物不應(yīng)太重。（2）砝碼應(yīng)置于平臺的中間部分。實驗十 壓電傳感器的動態(tài)響

40、應(yīng)實驗 一、實驗?zāi)康模毫私鈮弘娛絺鞲衅鞯脑?、結(jié)構(gòu)及應(yīng)用。二、實驗原理：壓電式傳感器是一種典型的有源傳感器（發(fā)電型傳感器）。壓電傳感器元件是力敏感元件，在壓力、應(yīng)力、加速等外力作用下，在電介質(zhì)表面產(chǎn)生電荷，從而實驗非電量的電測。 所需單元及設(shè)備：低頻振蕩器、電荷放大器、低通濾波器、單芯屏蔽線、壓電傳感器、雙線示波器、激振線圈、磁電傳感、F/V表、主、副電源、振動平臺。 有關(guān)旋鈕的初始位置：低頻振蕩器的幅度旋鈕置于最小，F(xiàn)/V表置于2K檔。三、實驗步驟：（1）觀察壓電式傳感器的結(jié)構(gòu)，根據(jù)圖10的電路結(jié)構(gòu)，將壓電式傳感器，電荷放大器，低通濾波器，雙蹤示波器連接起來，組成一個測量線路。并將低頻振蕩器的輸出端與頻率表的輸入端相連。 圖10（2）將低頻振蕩器信號接入振動臺的激振線圈。（3）調(diào)整好示波器，低頻振蕩器的幅度旋鈕固定至最大，調(diào)節(jié)頻率，調(diào)節(jié)時用頻率表監(jiān)測頻率，用示波器讀出峰峰值填入下表。 （4）示波器的另一通道觀察磁電式傳感器的輸出波形，并與壓電波形相比較觀察其波形相位差。四、思考題（1）根據(jù)實驗結(jié)果，可以知道振臺的自振頻率大致多少？（2）試回