傳感器與檢測技術(shù)試驗(yàn)指導(dǎo)書長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院電子信息系

1、傳感器與檢測技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院電子信息系2011年 9 月目錄實(shí)驗(yàn)一金屬箔式應(yīng)變片性能實(shí)驗(yàn) 2實(shí)驗(yàn)二 差動變壓器的性能實(shí)驗(yàn) 8實(shí)驗(yàn)三 電容式傳感器的位移實(shí)驗(yàn) 13實(shí)驗(yàn)四線性霍爾傳感器位移特性實(shí)驗(yàn) 16實(shí)驗(yàn)五開關(guān)式霍爾傳感器測轉(zhuǎn)速實(shí)驗(yàn) 21實(shí)驗(yàn)六電渦流傳感器位移實(shí)驗(yàn) 23實(shí)驗(yàn)七數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)靜態(tài)采集舉例 27實(shí)驗(yàn)一 金屬箔式應(yīng)變片性能實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?了解電阻應(yīng)變片的工作原理與應(yīng)用并掌握應(yīng)變片測量電路。二、基本原理：電阻應(yīng)變式傳感器是在彈性元件上通過特定工藝粘貼電阻應(yīng)變片來組成。 一種利用電阻材料的應(yīng)變效應(yīng)將工程結(jié)構(gòu)件的內(nèi)部變形轉(zhuǎn)換為電阻變化的傳感器。此類傳感器主要是通過一

2、定的機(jī)械裝置將被測量轉(zhuǎn)化成彈性元件的變形，然后由電阻應(yīng)變片將彈性元件的變形轉(zhuǎn)換成電阻的變化，再通過測量電路將電阻的變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流變化信號輸 出。它可用于能轉(zhuǎn)化成變形的各種非電物理量的檢測，如力、壓力、加速度、力矩、重量等，在機(jī)械加工、計(jì)量、建筑測量等行業(yè)應(yīng)用十分廣泛。1應(yīng)變片的電阻應(yīng)變效應(yīng)所謂電阻應(yīng)變效應(yīng)是指具有規(guī)則外形的金屬導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料在外力作用下產(chǎn)生應(yīng)變而其電阻值也會產(chǎn)生相應(yīng)地改變，這一物理現(xiàn)象稱為電阻應(yīng)變效應(yīng)”。2、應(yīng)變靈敏度它是指電阻應(yīng)變片在單位應(yīng)變作用下所產(chǎn)生的電阻的相對變化量。3、貼片式應(yīng)變片應(yīng)用在貼片式工藝的傳感器上普遍應(yīng)用金屬箔式應(yīng)變片，貼片式半導(dǎo)體應(yīng)變片（溫漂、穩(wěn)定

3、性、線性度不好而且易損壞） 很少應(yīng)用。一般半導(dǎo)體應(yīng)變采用 N型單晶硅為傳感器的彈性元件，在它上面直接蒸鍍擴(kuò)散出半導(dǎo)體電阻應(yīng)變薄膜（擴(kuò)散出敏感柵），制成擴(kuò)散型壓阻式（壓 阻效應(yīng)）傳感器。*本實(shí)驗(yàn)以金屬箔式應(yīng)變片為研究對象。4、箔式應(yīng)變片的基本結(jié)構(gòu)金屬箔式應(yīng)變片是在用苯酚、環(huán)氧樹脂等絕緣材料的基板上，粘貼直徑為0.025m m左右的金屬絲或金屬箔制成，如圖 11所示。金屬箔式應(yīng)變片就是通過光刻、1應(yīng)變片結(jié)構(gòu)圖vj;吐朝;ste繹忙腐蝕等工藝制成的應(yīng)變敏感元件，與絲式應(yīng)變片工作原理相同。電阻絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻值發(fā)生變化，這就是電阻應(yīng)變效應(yīng)，描述電阻應(yīng)變效應(yīng)的關(guān)系式為： R/ R=

4、Ks 式中： R/R為電阻絲電阻相對變化，K為 應(yīng)變靈敏系數(shù)，s =AL/L為電阻絲長度相對變化。5、測量電路為了將電阻應(yīng)變式傳感器的電阻變化轉(zhuǎn)換成電壓或電流信號，在應(yīng)用中一般采用電橋電路作為其測量電路。電橋電路具有結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高、測量范圍寬、線性度好且易實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償?shù)葍?yōu)點(diǎn)。能較好地滿足各種應(yīng)變測量要求，因此在應(yīng)變測量中得到了廣泛的應(yīng)用。電橋電路按其工作方式分有單臂、雙臂和全橋三種，單臂工作輸出信號最小、線性、穩(wěn)定性較差；雙臂輸出是單臂的兩倍，性能比單臂有所改善；全橋工作時(shí)的輸出是單臂時(shí)的四倍,性能最好。因此，為了得到較大的輸出電壓信號一般都采用雙臂或全橋工作。基本電路如圖（a）、（b）、

5、（c）所示。QUO0GOUOQ（a）單臂（b）半橋（c）全橋6、箔式應(yīng)變片單臂電橋?qū)嶒?yàn)原理圖o-4V E I-4V 圖1 2應(yīng)變片單臂電橋性能實(shí)驗(yàn)原理圖-1V E 卜4V 圖13應(yīng)變片半橋特性實(shí)驗(yàn)原理圖圖14應(yīng)變片全橋特性實(shí)驗(yàn)接線示意圖三、 需用器件與單元：主機(jī)箱中的土 2V土 10V （步進(jìn)可調(diào)）直流穩(wěn)壓電源、土15V直流穩(wěn)壓電源、電壓表；應(yīng)變式傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、托盤、砝碼；4 g位數(shù)顯萬用表（自備）。四、實(shí)驗(yàn)步驟：1、 測量應(yīng)變片的阻值：當(dāng)傳感器的托盤上無重物時(shí)，分別測量應(yīng)變片R1、R2、R3 R4的阻值。在傳感器的托盤上放置10只砝碼后再分別測量 R1、R2、R3、R4的阻值變化，分析應(yīng)變

6、片的受力情況（受拉的應(yīng)變片：阻值變大，受壓的應(yīng)變片：阻值變?。?、 實(shí)驗(yàn)?zāi)０逯械牟顒臃糯笃髡{(diào)零：按圖1 5示意接線，將主機(jī)箱上的電壓表量程切換開關(guān)切換到2V檔，檢查接線無誤后合上主機(jī)箱電源開關(guān)；調(diào)節(jié)放大器的增益電位器RW3合適位置（先順時(shí)針輕輕轉(zhuǎn)到底， 再逆時(shí)針回轉(zhuǎn)1圈）后，再調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)?zāi)０宸糯笃鞯恼{(diào)零電位器 RW4使電壓表顯示為零。r宜流穩(wěn)伍電源sewni o+15URl 1? 紡助O 5 O O O應(yīng)變傳感器實(shí)醴模板Vi-壓表15差動放在器調(diào)零接線示意圖3、應(yīng)變片單臂電橋?qū)嶒?yàn)：關(guān)閉主機(jī)箱電源，按圖1 6示意圖接線，將土 2V土 10V可調(diào)電源調(diào)節(jié)到土 4V檔。檢查接線無誤后合上主機(jī)箱電源開

7、關(guān)，調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳系臉蚵菲胶?電位器RW1,使主機(jī)箱電壓表顯示為零；在傳感器的托盤上依次增加放置一只20g砝碼(盡量靠近托盤的中心點(diǎn)放置)，讀取相應(yīng)的數(shù)顯表電壓值，記下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入表1。圖16應(yīng)變片單臂電橋?qū)嶒?yàn)接線示意圖表1應(yīng)變片單臂電橋性能實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)重量(g)0電壓(mV)04、應(yīng)變片半橋?qū)嶒?yàn)，除將圖1 6改成圖1 7示意圖接線外，其它按單臂實(shí)驗(yàn)的步驟操作。讀取相應(yīng)的數(shù)顯表電壓值，填入表2中。圖17應(yīng)變片半橋?qū)嶒?yàn)接線示意圖表2應(yīng)變片半橋?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù)重量(g)0電壓(mV)05、應(yīng)變片全橋?qū)嶒?yàn)，除將圖1 6改成圖1 8示意圖接線外，其它按單臂實(shí)驗(yàn)的步驟操作。讀取相應(yīng)的數(shù)顯表電壓值，填入表3中。圖18

8、應(yīng)變片全橋性能實(shí)驗(yàn)接線示意圖 表3全橋性能實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)重量(g)電壓(mV)6、根據(jù)表1、2、3數(shù)據(jù)作出曲線并計(jì)算系統(tǒng)靈敏度S= A V/ W( A V輸出電壓變化量, W重量變化量)和非線性誤差 S , S =A m/yFS x 100%式中 m為輸出值(多次測量時(shí)為 平均值)與擬合直線的最大偏差： yFS滿量程輸出平均值，此處為 200g。實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉電 源。H、綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)：應(yīng)變片直流全橋的應(yīng)用一電子秤實(shí)驗(yàn)1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私鈶?yīng)變直流全橋的應(yīng)用及電路的標(biāo)定。2、基本原理：常用的稱重傳感器就是應(yīng)用了箔式應(yīng)變片及其全橋測量電路。 數(shù)字電子秤實(shí)驗(yàn)原理如圖1 9。本實(shí)驗(yàn)只做放大器輸出Vo實(shí)驗(yàn)，通過

9、對電路的 標(biāo)定使電路輸出的電壓值為重量對應(yīng)值，電壓量綱(V)改為重量量綱(g)即成 為一臺原始電子秤。鍵輸入CPU怎動股人器Vo圖19數(shù)字電子稱原理框圖3、 需用器件與單元：主機(jī)箱中的土 2V土 10V （步進(jìn)可調(diào)）直流穩(wěn)壓電源、 15V直流穩(wěn)壓電源、電壓表；應(yīng)變式傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０濉⑼斜P、砝碼。4、實(shí)驗(yàn)步驟：a、按實(shí)驗(yàn)單臂半橋?qū)嶒?yàn)中的1和2步驟實(shí)驗(yàn)。b、關(guān)閉主機(jī)箱電源，按圖1 8 （應(yīng)變片全橋性能實(shí)驗(yàn)接線示意圖）示意 接線，將 2V土 10V可調(diào)電源調(diào)節(jié)到土 4V檔。檢查接線無誤后合上主機(jī)箱電源開關(guān)， 調(diào) 節(jié)實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳系臉蚵菲胶怆娢黄?RW1使主機(jī)箱電壓表顯示為零；c、 將10只砝碼全部置于傳感

10、器的托盤上，調(diào)節(jié)電位器 RW（增益即滿量程 調(diào)節(jié)）使數(shù)顯表顯示為0.200V（2V檔測量）。d、 拿去托盤上的所有砝碼，調(diào)節(jié)電位器RW4（零位調(diào)節(jié)）使數(shù)顯表顯示為 0.000V。e、重復(fù)3、4步驟的標(biāo)定過程，一直到精確為止，把電壓量綱 V改為重量綱 g，將砝碼依次放在托盤上稱重；放上筆、鑰匙之類的小東西稱一下重量。實(shí)驗(yàn) 完畢，關(guān)閉電源。實(shí)驗(yàn)二差動變壓器的性能實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私獠顒幼儔浩鞯墓ぷ髟砗吞匦?。二、基本原理：差動變壓器的工作原理既電磁互感原理。差動變壓器的結(jié)構(gòu)如圖2 1所示，由一個(gè)一次繞組 1和二個(gè)二次繞組 2、3及一個(gè)銜鐵4組成。差動變壓器 一、二次繞組 間的耦合能隨銜鐵的移動而

11、變化，即繞組間的互感隨被測位移改變而變化。由于把二個(gè)二次繞組反向串接（*同名端相接），以差動電勢輸出，所以把這種傳感器稱為差動變壓器式電 感傳感器，通常簡稱差動變壓器。當(dāng)差動變壓器工作在理想情況下（忽略渦流損耗、磁滯損耗和分布電容等影響），它的等效電路如圖2 2所示。圖中Ui為一次繞組激勵電壓；M、M分別為一次繞組與兩個(gè)二次繞組間的互感：Li、Ri分別為一次繞組的電感和有效電阻；L21、L22分別為兩個(gè)二次繞組的電感；F2i、R22分別為兩個(gè)二次繞組的有效電阻。對于差動變壓器，當(dāng)銜鐵處于中間位置時(shí)，兩個(gè)二次繞組互感相同， 因而由一次側(cè)激勵引起的感應(yīng)電動勢相同。由于兩個(gè)二次繞組反向串接，所以差動

12、輸出電動勢為零。當(dāng)銜鐵移向二次繞組L21，這時(shí)互感 M大，M2小，因而二次繞組L21內(nèi)感應(yīng)電動勢大于二次繞組L22內(nèi)感應(yīng)電動勢，這時(shí)差動輸出電動勢不為零。在傳感器的量程內(nèi)，銜鐵位移越大，差動輸出電動勢就越大。同樣道理，當(dāng)銜鐵向二次繞組L22 一邊移動差動輸出電動勢仍不為零，但由于移動方向改變，所以輸出電動勢反相。因此圖22差動變壓器的等效電路圖次寰組2. 3二次耀組4銜鐵通過差動變壓器輸出電動勢的大小和相位可以知道銜鐵位移量的大小和方向。圖2 1差動變壓器的結(jié)構(gòu)示意圖差動變壓器的輸出特性曲線如圖23所示.圖中巳1、E22分別為兩個(gè)二次繞組的輸出感 應(yīng)電動勢，E2為差動輸出電動勢，x表示銜鐵偏離

13、中心位置的距離。其中 E2的實(shí)線表示理 想的輸出特性，而虛線部分表示實(shí)際的輸出特性。 E0為零點(diǎn)殘余電動勢， 這是由于差動變壓 器制作上的不對稱以及鐵心位置等因素所造成的。 零點(diǎn)殘余電動勢的存在， 使得傳感器的輸 出特性在零點(diǎn)附近不靈敏，給測量帶來誤差，此值的大小是衡量差動變壓器性能好壞的重要指標(biāo)。為了減小零點(diǎn)殘余電動勢可采取以下方法:圖2 3 差動變壓器輸出特性1、盡可能保證傳感器幾何尺寸、線圈電氣參數(shù)及磁路的對稱。磁性材料要經(jīng)過處理， 消除內(nèi)部的殘余應(yīng)力，使其性能均勻穩(wěn)定。2、選用合適的測量電路，如采用相敏整流電路。既可判別銜鐵移動方向又可改善輸出 特性，減小零點(diǎn)殘余電動勢。3、采用補(bǔ)償線

14、路減小零點(diǎn)殘余電動勢。圖2 4是其中典型的幾種減小零點(diǎn)殘余電動勢的補(bǔ)償電路。在差動變壓器的線圈中串、并適當(dāng)數(shù)值的電阻電容元件，當(dāng)調(diào)整W1 W2時(shí),可使零點(diǎn)殘余電動勢減小。(b)(c)圖2 4減小零點(diǎn)殘余電動勢電路三、需用器件與單元： 主機(jī)箱中的土 15V直流穩(wěn)壓電源、音頻振蕩器；差動變壓器、差動變壓器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、測微頭、雙蹤示波器。四、實(shí)驗(yàn)步驟：1、差動變壓器、測微頭及實(shí)驗(yàn)?zāi)０灏磮D2 5示意安裝、接線。實(shí)驗(yàn)?zāi)０逯械腖1為差動變壓器的初級線圈，L2、L3為次級線圈，*號為同名端；L1的激勵電壓必須從主機(jī)箱中音頻振蕩器的Lv端子引入。檢查接線無誤后合上主機(jī)箱電源開關(guān)，調(diào)節(jié)音頻振蕩器的頻率為4kHz5

15、kHz、幅度為峰峰值 Vp-p = 2V作為差動變壓器初級線圈的激勵電壓（示波器設(shè)置提示：觸發(fā)源選擇內(nèi)觸發(fā)CH1、水平掃描速度 TIME/DIV在0.1mS10以范圍內(nèi)選擇、觸發(fā)方式選擇AUTO。垂直顯示方式為雙蹤顯示DUAL垂直輸入耦合方式選擇交流耦合AC CH1靈敏度 VOLTS/DIV在0.5V1V范圍內(nèi)選擇、CH2靈敏度 VOLTS/DIV在0.1V50mV范圍內(nèi)選音頻振蕩器OCH1直流穩(wěn)壓電源M21_機(jī)ffl1KEb 1(0-+L5T2蹤示跛器測徹買LL： a it _-4-apti巧LP圖2 5差動變壓器性能實(shí)驗(yàn)安裝、接線示意圖2、差動變壓器的性能實(shí)驗(yàn)：使用測微頭時(shí)，當(dāng)來回調(diào)節(jié)微分

16、筒使測桿產(chǎn)生位移的過程中本身存在機(jī)械回程差，為消除這種機(jī)械回差可用如下方法實(shí)驗(yàn)，可以檢測到差動變壓器零點(diǎn)殘余電壓附近的死區(qū)范圍。調(diào)節(jié)測微頭的微分筒（0.01mm/每小格），使微分筒的0刻度線對準(zhǔn)軸套的10mm刻度線。 松開安裝測微頭的緊固螺釘，移動測微頭的安裝套使示波器第二通道顯示的波形Vp-p（峰峰值）為較小值（越小越好，變壓器鐵芯大約處在中間位置）時(shí)，擰緊緊固螺釘，再順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動測微頭的微分筒 12圈，記錄此時(shí)的測微頭讀數(shù)和示波器CH2通道顯示的波形 Vp-p（峰峰值）值為實(shí)驗(yàn)起點(diǎn)值。以后，反方向（逆時(shí)針方向）調(diào)節(jié)測微頭的微分筒，每隔 X=0.2mm（可取6070點(diǎn)值）從示波器上讀出輸出

17、電壓Vp-p值，填入表11（這樣單行程位移方向做實(shí)驗(yàn)可以消除測微頭的機(jī)械回差）。3、根據(jù)表1數(shù)據(jù)畫出X- Vp-p曲線并找出差動變壓器的零點(diǎn)殘余電壓。實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉電源。表1差動變壓器性能實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) X(mm)Vp-p(mV)五、激勵頻率對差動變壓器特性的影響：差動變壓器的輸出電壓的有效值可以近似用關(guān)系式：Uo= （M 1M 2）Ui表示，式 匚2匚rrri RpLp中Lp、Rp為初級線圈電感和損耗電阻，為激勵電壓和頻率， M、M為初級與兩次級間互感系數(shù)，由關(guān)系式可以看出，當(dāng)初級線圈激勵頻率太低時(shí)，若審3 2Lp2,則輸出電壓Uo受頻率變動影響較大，且靈敏度較低，只有當(dāng)3 2Lp2 民2時(shí)輸出U

18、o與3無關(guān)，當(dāng)然3過高會使線圈寄生電容增大，對性能穩(wěn)定不利。1、 差動變壓器及測微頭的安裝、接線同實(shí)驗(yàn)十一，參見圖25。2、 檢查接線無誤后，合上主機(jī)箱電源開關(guān)， 調(diào)節(jié)主機(jī)箱音頻振蕩器 Lv輸出頻率為1kHz、幅度Vp-p = 2V（示波器監(jiān)測）。調(diào)節(jié)測微頭微分筒使差動變壓器的鐵芯處于線圈中心位置即輸出信號最小時(shí)（示波器監(jiān)測Vp-p最小時(shí)）的位置。3、 調(diào)節(jié)測微頭位移量 AX為2.50mm差動變壓器有某個(gè)較大的Vp-p輸出。4、在保持位移量不變的情況下改變激勵電壓（音頻振蕩器）的頻率從1kHZ9kHZ（激勵電壓幅值2V不變）時(shí)差動變壓器的相應(yīng)輸出的Vp-P值填入表2。表2F(kHz)12345

19、6789Wp5、作出幅頻（F Vp-p）特性曲線。實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉電源。六、綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)：差動變壓器零點(diǎn)殘余電壓補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)：1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私獠顒幼儔浩髁泓c(diǎn)殘余電壓概念及補(bǔ)償方法。2、基本原理：由于差動變壓器次級兩線圈的等效參數(shù)不對稱，初級線圈的縱 向排列的不均勻性，鐵芯B- H特性的非線性等，造成鐵芯（銜鐵）無論處于線圈 的什么位置其輸出電壓并不為零，其最小輸出值稱為零點(diǎn)殘余電壓。在實(shí)驗(yàn)（差動變壓器的性能實(shí)驗(yàn)）中已經(jīng)得到了零點(diǎn)殘余電壓，用差動變壓器測量位移應(yīng)用 時(shí)一般要對其零點(diǎn)殘余電壓進(jìn)行補(bǔ)償。本實(shí)驗(yàn)采用實(shí)驗(yàn)二基本原理中（c）補(bǔ)償線路減小零點(diǎn)殘余電壓。3、需用器件與單元：主機(jī)箱中的土 15V直

20、流穩(wěn)壓電源、音頻振蕩器；測微頭、 差動變壓器、差動變壓器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、雙蹤示波器 （自備）。4、實(shí)驗(yàn)步驟：a、 根據(jù)圖26接線，差動變壓器原邊激勵電壓從音頻振蕩器的LV插口引 入，實(shí)驗(yàn)?zāi)０逯械腞1、C1、RW1、RW2為交流電橋調(diào)平衡網(wǎng)絡(luò)。b、 檢查接線無誤后合上主機(jī)箱電源開關(guān)，用示波器CH1通道監(jiān)測并調(diào)節(jié)主 機(jī)箱音頻振蕩器LV輸出頻率為4kHz5kHz左右、幅值為2V峰峰值的激勵電壓。c、 調(diào)整測微頭，使放大器輸出電壓（用示波器CH2通道監(jiān)測）最小。d、依次交替調(diào)節(jié)RW1 RW2使放大器輸出電壓進(jìn)一步降至最小。e、從示波器上觀察，（注：這時(shí)的零點(diǎn)殘余電壓是經(jīng)放大后的零點(diǎn)殘余電壓， 所以經(jīng)補(bǔ)償后的

21、零點(diǎn)殘余電壓：V零點(diǎn)p-p=V0 ，K是放大倍數(shù)約為7倍左右。）差動 變壓器的零點(diǎn)殘余電壓值（峰峰值）與實(shí)驗(yàn)（差動變壓器的性能實(shí)驗(yàn)）中的零點(diǎn) 殘余電壓比較是否小很多。實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉電源皆或器支果圏韓頭安遷Kf一一 JI壘訥變壓器KD.KtJ一常實(shí)驗(yàn)?zāi)０錍K1，嚇Li圖2-6零點(diǎn)殘余電壓補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)接線示意圖實(shí)驗(yàn)三電容式傳感器的位移實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私怆娙菔絺鞲衅鹘Y(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)。二、基本原理：1、原理簡述：電容傳感器是以各種類型的電容器為傳感元件，將被測物理量轉(zhuǎn)換成電容量的變化來實(shí)現(xiàn)測量的。電容傳感器的輸出是電容的變化量。利用電容C-& A/d關(guān)系式通過相應(yīng)的結(jié)構(gòu)和測量電路可以選擇、A、d中三個(gè)參數(shù)

22、中，保持二個(gè)參數(shù)不變，而只改變其中一個(gè)參數(shù)，則可以有測干燥度（變）、測位移（d變）和測液位（A變）等多種電容傳感器。電容傳感器極板形狀分成平板、圓板形和圓柱（圓筒）形，雖還有球面形和鋸齒形等其它的形狀，但一般很少用。本實(shí)驗(yàn)采用的傳感器為圓筒式變面積差動結(jié)構(gòu)的電容式位移傳 感器，差動式一般優(yōu)于單組 （單邊）式的傳感器。它靈敏度高、線性范圍寬、穩(wěn)定性高。如圖3 1所示：它是有二個(gè)圓筒和一個(gè)圓柱組成的。設(shè)圓筒的半徑為R;圓柱的半徑為r；圓柱的長為x，則電容量為C= 2：x/ln（R /r）。圖中C1、C2是差動連接，當(dāng)圖中的圓柱產(chǎn)生?X位移時(shí)，電容量的變化量為 ？C =C1 C2= 2二2?X/ln

23、（R /r），式中 2二、In（R /r）為常 數(shù)，說明?C與?X位移成正比，配上配套測量電路就能測量位移。圖1、測量電路（電容變換器）32的二極管環(huán)路充放電電路。實(shí)驗(yàn)電容傳感器結(jié)構(gòu):測量電路畫在實(shí)驗(yàn)?zāi)０宓拿姘迳?。其電路的核心部分是圖T)3Qb,rL=L2充電1 怡1)5C5幅度oVol圖3 2二極管環(huán)形充放電電路在圖3 2中，環(huán)形充放電電路由D3、D4、D5、D6二極管、C4電容、L1電感和01、CX2(實(shí)驗(yàn)差動電容位移傳感器)組成。當(dāng)高頻激勵電壓(f 100kHz)輸入到a點(diǎn)，由低電平 E1躍到高電平E2時(shí)，電容Cxi和CX2兩端電壓均由E1充到E2。充電電荷一路由a點(diǎn)經(jīng) D3到b點(diǎn)，再對

24、Cxi充電到0點(diǎn)(地)； 另一路由由a點(diǎn)經(jīng) C4到c點(diǎn)，再經(jīng)D5到d點(diǎn)對Cx2充電到0點(diǎn)。此時(shí)，D4和D6由于反偏置 而截止。在t1充電時(shí)間內(nèi)，由a到 c點(diǎn)的電荷量為：Ql = CX2(E2-E1)(3 1)當(dāng)高頻激勵電壓由高電平E2返回到低電平 E1時(shí)，電容CX1和CX2均放電。CX1經(jīng)b點(diǎn)、D4、c點(diǎn)、C4、a點(diǎn)、L1放電到0點(diǎn)；CX2經(jīng)d點(diǎn)、D6、L1放電到0點(diǎn)。在t2放電時(shí)間內(nèi)由c點(diǎn)到a點(diǎn)的電荷量為：Q2= CX1(E2-E1)(3 2)當(dāng)然，(161)式和(162)式是在C4電容值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳感器的CX1和CX2電容值的前提下得到的結(jié)果。電容C4的充放電回路由圖162中實(shí)線、虛線箭頭所

25、示。在一個(gè)充放電周期內(nèi)(T=t 1 + t2),由c點(diǎn)到a點(diǎn)的電荷量為：Q = Q2-Q1 = (CX1-CX2)(E 2-E1) = CX E(3 3)式中：CX1與CX2的變化趨勢是相反的(傳感器的結(jié)構(gòu)決定的，是差動式)。設(shè)激勵電壓頻率f = 1/T，則流過ac支路輸出的平均電流i為：i = f Q= f CX E(3 4)式中： E激勵電壓幅值； C傳感器的電容變化量。由(3 4)式可看出：f、 E 一定時(shí)，輸出平均電流 i與厶CX成正比，此輸出平均電流i經(jīng)電路中的電感L2、電容C5濾波變?yōu)橹绷鱅輸出，再經(jīng)Rw轉(zhuǎn)換成電壓輸出 Vo1 = I Rwo 由傳感器原理已知？C與?X位移成正比，

26、所以通過測量電路的輸出電壓Vo1就可知?X位移。2、電容式位移傳感器實(shí)驗(yàn)原理方塊圖如圖33圖33電容式位移傳感器實(shí)驗(yàn)方塊圖三、需用器件與單元：主機(jī)箱土 15V直流穩(wěn)壓電源、電壓表；電容傳感器、電容傳感器 實(shí)驗(yàn)?zāi)０濉y微頭。四、實(shí)驗(yàn)步驟:|1屯容式於毎器8廚出啟.航空2、 將實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳系?Rw調(diào)節(jié)到中間位置（方法：逆時(shí)針轉(zhuǎn)到底再順時(shí)傳3圈）。3、 將主機(jī)箱上的電壓表量程切換開關(guān)打到2V檔，檢查接線無誤后合上主機(jī)箱電源開關(guān)，旋轉(zhuǎn)測微頭改變電容傳感器的動極板位置使電壓表顯示0V，再轉(zhuǎn)動測微頭（同一個(gè)方向）6圈，記錄此時(shí)的測微頭讀數(shù)和電壓表顯示值為實(shí)驗(yàn)起點(diǎn)值。以后，反方向每轉(zhuǎn)動測微頭1圈即 X=0.5

27、mm位移讀取電壓表讀數(shù)（這樣轉(zhuǎn)12圈讀取相應(yīng)的電壓表讀數(shù)），將數(shù)據(jù)填入表16（這樣單行程位移方向做實(shí)驗(yàn)可以消除測微頭的回差）。表1電容傳感器位移實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)X (mm)V(mV)4、根據(jù)表1數(shù)據(jù)作出 X V實(shí)驗(yàn)曲線并截取線性比較好的線段計(jì)算靈敏度S=X和非線性誤差3及測量范圍。實(shí)驗(yàn)完畢關(guān)閉電源開關(guān)。實(shí)驗(yàn)四線性霍爾傳感器位移特性實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私饣魻柺絺鞲衅髟砼c應(yīng)用。二、基本原理：霍爾式傳感器是一種磁敏傳感器，基于霍爾效應(yīng)原理工作。它將被測量的磁場變化（或以磁場為媒體） 轉(zhuǎn)換成電動勢輸出。 霍爾效應(yīng)是具有載流子的半導(dǎo)體同時(shí)處在電場和磁場中而產(chǎn)生電勢的一種現(xiàn)象。如圖4 1 （帶正電的載流子）所示

28、，把一塊寬為b，厚為d的導(dǎo)電板放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B的磁場中，并在導(dǎo)電板中通以縱向電流I，此時(shí)在板圖41霍爾效應(yīng)原理的橫向兩側(cè)面 A, A之間就呈現(xiàn)出一定的電勢差 ，這一現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)（霍爾效應(yīng)可以用洛倫茲力來解釋），所產(chǎn)生的電勢差 Uh稱霍爾電壓?；魻栃?yīng)的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：U h = Rh= KhIBd式中：Rh = -1 /（ne）是由半導(dǎo)體本身載流子遷移率決定的物理常數(shù)，稱為霍爾系數(shù)；Kh = Rh/d靈敏度系數(shù)，與材料的物理性質(zhì)和幾何尺寸有關(guān)。具有上述霍爾效應(yīng)的元件稱為霍爾元件，霍爾元件大多采用N型半導(dǎo)體材料（金屬材料中自由電子濃度n很高，因此Rh很小，使輸出Uh極小，不宜作霍爾元件），

29、厚度d只有 gm左右?；魻杺鞲衅饔谢魻栐图苫魻杺鞲衅鲀煞N類型。集成霍爾傳感器是把霍爾元件、放大器等做在一個(gè)芯片上的集成電路型結(jié)構(gòu)，與霍爾元件相比，它具有微型化、靈敏度高、可靠性高、壽命長、功耗低、負(fù)載能力強(qiáng)以及使用方便等等優(yōu)點(diǎn)。本實(shí)驗(yàn)采用的霍爾式位移（小位移1mmr 2mm傳感器是由線性霍爾元件、永久磁鋼組成，其它很多物理量如：力、壓力、機(jī)械振動等本質(zhì)上都可轉(zhuǎn)變成位移的變化來測量?；魻?式位移傳感器的工作原理和實(shí)驗(yàn)電路原理如圖42 （a）、（b）所示。將磁場強(qiáng)度相同的兩塊永久磁鋼同極性相對放置著，線性霍爾元件置于兩塊磁鋼間的中點(diǎn)，其磁感應(yīng)強(qiáng)度為0,電橋平衡網(wǎng)絡(luò)（a）工作原理R3 (Vs-

30、)Y窶_I 叫 占rW14（3霍爾位移傳醫(yī)器差動放大器電壓表（b）實(shí)驗(yàn)電路原理圖42霍爾式位移傳感器工作原理圖設(shè)這個(gè)位置為位移的零點(diǎn)，即X= 0，因磁感應(yīng)強(qiáng)度 B= 0,故輸出電壓LH= 0。當(dāng)霍爾元件沿X軸有位移時(shí)，由于 BM 0，則有一電壓LH輸出，LH經(jīng)差動放大器放大輸出為 V。V與X有對應(yīng)的特性關(guān)系。*注意：線性霍爾元件有四個(gè)引線端。涂黑二端是電源輸入激勵端，另外二端是輸出端。接線時(shí)，電源輸入激勵端與輸出端千萬不能顛倒，否則霍爾元件就損壞。三、 需用器件與單元：主機(jī)箱中的土 2V土 10V （步進(jìn)可調(diào)）直流穩(wěn)壓電源、土15V直流 穩(wěn)壓電源、電壓表；霍爾傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０濉⒒魻杺鞲衅?、測微頭

31、。四、實(shí)驗(yàn)步驟：1、調(diào)節(jié)測微頭的微分筒（0.01mm/每小格），使微分筒的0刻度線對準(zhǔn)軸套的10mm刻度 線。按圖43示意圖安裝、接線，將主機(jī)箱上的電壓表量程切換開關(guān)打到2V檔，土 2V土10V （步進(jìn)可調(diào)）直流穩(wěn)壓電源調(diào)節(jié)到土 4V檔。2、檢查接線無誤后，開啟主機(jī)箱電源，松開安裝測微頭的緊固螺釘，移動測微頭的安裝套，使傳感器的PCB板 （霍爾元件）處在兩園形磁鋼的中點(diǎn)位置 （目測）時(shí)，擰緊緊固螺釘。再調(diào)節(jié)RW1使電壓表顯示0。圖43霍爾傳感器（直流激勵）位移實(shí)驗(yàn)接線示意圖3、測位移使用測微頭時(shí)，當(dāng)來回調(diào)節(jié)微分筒使測桿產(chǎn)生位移的過程中本身存在機(jī)械回程差，為消除這種機(jī)械回差可用單行程位移方法實(shí)驗(yàn)

32、：順時(shí)針調(diào)節(jié)測微頭的微分筒 3周，記錄電壓表讀數(shù)作為位移起點(diǎn)。以后，反方向（逆時(shí)針方向）調(diào)節(jié)測微頭的微分筒（0.01mm/每小格），每隔 X=0.1mm（總位移可取34mm從電壓表上讀出輸出電壓 V值，將讀數(shù)填入表 17（這樣可以消除測微頭的機(jī)械回差）。表1霍爾傳感器（直流激勵）位移實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) X (mmV(mV)4、根據(jù)表1數(shù)據(jù)作出V-X實(shí)驗(yàn)曲線，分析曲線在不同測量范圍（土 0.5mm 1mm 2mm時(shí)的靈敏度和非線性誤差。五、綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)：線性霍爾傳感器交流激勵時(shí)的位移性能實(shí)驗(yàn)1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私饨涣骷顣r(shí)霍爾式傳感器的特性。2、基本原理：交流激勵時(shí)霍爾式傳感器與直流激勵一樣，基本工作原理相

33、同，不同之處是測量電路。3、 需用器件與單元：主機(jī)箱中的土 2V土 10V （步進(jìn)可調(diào)）直流穩(wěn)壓電源、 15V直流穩(wěn)壓電源、音頻振蕩器、電壓表；測微頭、霍爾傳感器、霍爾傳感器 實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、移相?相敏檢波器/低通濾波器模板、雙蹤示波器。4、實(shí)驗(yàn)步驟：a、相敏檢波器電路調(diào)試：將主機(jī)箱的音頻振蕩器的幅度調(diào)到最?。ǚ刃o逆時(shí)針輕輕轉(zhuǎn)到底），將土 2V 10V可調(diào)電源調(diào)節(jié)到土 2V檔，再按圖44 示意接線，檢查接線無誤后合上主機(jī)箱電源開關(guān)，調(diào)節(jié)音頻振蕩器頻率 f=1kHz， 峰峰值Vp-p=5V（用示波器測量。提示：正確選擇雙蹤示波器的“觸發(fā)”方式及 其它設(shè)置，觸發(fā)源選擇內(nèi)觸發(fā) CH1水平掃描速度TI

34、ME/DIV在0.1mS10S范 圍內(nèi)選擇、觸發(fā)方式選擇AUTO;垂直顯示方式為雙蹤顯示DUAL垂直輸入耦合 方式選擇直流耦合 DC靈敏度VOLTS/DIV在1V5V范圍內(nèi)選擇。當(dāng)CH1 CH2 輸入對地短接時(shí)移動光跡線居中后再去測量波形。）調(diào)節(jié)相敏檢波器的電位器鈕 使示波器顯示幅值相等、相位相反的兩個(gè)波形。到此，相敏檢波器電路已調(diào)試完 畢，以后不要觸碰這個(gè)電位器鈕。關(guān)閉電源。1mi1伽7 IOHHt圖4 4相敏檢波器電路調(diào)試接線示意圖in纓譴頭守裝乳粋卒就空恬座2塞爾恃感器實(shí)驗(yàn)棋板亙適穩(wěn)壓電眨相敏檢波器iCC圖45交流激勵時(shí)霍爾傳感器位移實(shí)驗(yàn)接線圖AC DCoMIJ丄Ob、調(diào)節(jié)測微頭的微分筒

35、（0.01mm/每小格），使微分筒的0刻度線對準(zhǔn)軸套 的10mm刻度線。按圖4 5示意圖安裝、接線，將主機(jī)箱上的電壓表量程切換 開關(guān)打到2V檔，檢查接線無誤后合上主機(jī)箱電源開關(guān)。c、松開測微頭安裝孔上的緊固螺釘。順著傳感器的位移方向移動測微頭的 安裝套（左、右方向都可以），使傳感器的PCB板 （霍爾元件）明顯偏離兩園形 磁鋼的中點(diǎn)位置（目測）時(shí)，再調(diào)節(jié)移相器的移相電位器使相敏檢波器輸出為全波整流波形（示波器CH2的靈敏度VOLTS/DIV在50mV- 1V范圍內(nèi)選擇監(jiān)測）。再仔 細(xì)移動測微頭的安裝套，使相敏檢波器輸出波形幅值盡量為最?。ūM量使傳感器 的PCB板霍爾元件處在兩園形磁鋼的中點(diǎn)位置）

36、并擰緊測微頭安裝孔的緊固螺 釘。再仔細(xì)交替地調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳系碾娢黄鱎W1 RW2使示波器CH2顯示相敏檢波器輸出波形基本上趨為一直線并且電壓表顯示為零（示波器與電壓表二者兼 顧，但以電壓表顯示零為準(zhǔn)）。d、測位移使用測微頭時(shí)，當(dāng)來回調(diào)節(jié)微分筒使測桿產(chǎn)生位移的過程中本身 存在機(jī)械回程差，為消除這種機(jī)械回差可用單行程位移方法實(shí)驗(yàn)：順時(shí)針調(diào)節(jié)測 微頭的微分筒3周，記錄電壓表讀數(shù)作為位移起點(diǎn)。以后，反方向（逆時(shí)針方向） 調(diào)節(jié)測微頭的微分筒（0.01mm/每小格），每隔 X=0.1mm總位移可取34mm從 電壓表上讀出輸出電壓 Vo值，將讀數(shù)填入表2（這樣可以消除測微頭的機(jī)械回 差）。表2交流激勵時(shí)霍爾

37、傳感器位移實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) X(mmV(mV)e、根據(jù)表1數(shù)據(jù)作出V X實(shí)驗(yàn)曲線，分析曲線在不同測量范圍（土 0.5mm 1mm 土 2mm時(shí)的靈敏度和非線性誤差。實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉電源。5、思考題:根據(jù)對實(shí)驗(yàn)曲線的分析再與實(shí)驗(yàn)十七比較，線性霍爾傳感器測靜態(tài)位移時(shí)采 用什么激勵電源為好？實(shí)驗(yàn)五開關(guān)式霍爾傳感器測轉(zhuǎn)速實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私忾_關(guān)式霍爾傳感器測轉(zhuǎn)速的應(yīng)用。二、基本原理：開關(guān)式霍爾傳感器是線性霍爾元件的輸出信號經(jīng)放大器放大，再經(jīng)施密特電路整形成矩形波（開關(guān)信號）輸出的傳感器。開關(guān)式霍爾傳感器測轉(zhuǎn)速的原理框圖5 1所示。當(dāng)被測圓盤上裝上6只磁性體時(shí)，圓盤每轉(zhuǎn)一周磁場就變化 6次，開關(guān)式霍爾傳感器 就

38、同頻率f相應(yīng)變化輸出，再經(jīng)轉(zhuǎn)速表顯示轉(zhuǎn)速n。圖5 1開關(guān)式霍爾傳感器測轉(zhuǎn)速原理框圖三、需用器件與單元： 主機(jī)箱中的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié) 024V直流穩(wěn)壓電源、+5V直流穩(wěn)壓電源、 電壓表、頻率 轉(zhuǎn)速表；霍爾轉(zhuǎn)速傳感器、轉(zhuǎn)動源。四、實(shí)驗(yàn)步驟：1、根據(jù)圖5 2將霍爾轉(zhuǎn)速傳感器安裝于霍爾架上，傳感器的端面對準(zhǔn)轉(zhuǎn)盤上的磁鋼并調(diào)節(jié)升降桿使傳感器端面與磁鋼之間的間隙大約為23mm。2、將主機(jī)箱中的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)電源 024V旋鈕調(diào)到最?。鏁r(shí)針方向轉(zhuǎn)到底）后接入電壓表 （電壓表量程切換開關(guān)打到 20V檔）；其它接線按圖5 2所示連接（注意霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的 三根引線的序號）；將頻頻轉(zhuǎn)速表的開關(guān)按到轉(zhuǎn)速檔。3、 檢查接線無誤后

39、合上主機(jī)箱電源開關(guān)，在小于12V范圍內(nèi)（電壓表監(jiān)測）調(diào)節(jié)主機(jī)箱的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)電源（調(diào)節(jié)電壓改變直流電機(jī)電樞電壓），觀察電機(jī)轉(zhuǎn)動及轉(zhuǎn)速表的顯示情況。電臣襄一游?囊建襄_SS 883. B. B* H,Vi轉(zhuǎn)謹(jǐn)調(diào)節(jié)直流穩(wěn)壓電源/ 巡鋼O/供Y +轉(zhuǎn)動源工作平甘圖52霍爾轉(zhuǎn)速傳感器實(shí)驗(yàn)安裝、接線示意圖4、從2V開始記錄每增加1V相應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)速的數(shù)據(jù)（待電機(jī)轉(zhuǎn)速比較穩(wěn)定后讀取數(shù)據(jù) ）;畫出電機(jī)的V- n （電機(jī)電樞電壓與電機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)系）特性曲線。實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉電源。五、思考題：利用開關(guān)式霍爾傳感器測轉(zhuǎn)速時(shí)被測對象要滿足什么條件?實(shí)驗(yàn)六電渦流傳感器位移實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私怆姕u流傳感器測量位移的工作原理和特性。

40、6-1所示。根據(jù)電磁感1MH冇 2MHZ、基本原理：電渦流式傳感器是一種建立在渦流效應(yīng)原理上的傳感器。電渦流式傳感器由傳感器線圈和被測物體（導(dǎo)電體一金屬渦流片）組成，如圖應(yīng)原理，當(dāng)傳感器線圈（一個(gè)扁平線圈）通以交變電流（頻率較高，一般為I i時(shí)，線圈周圍空間會產(chǎn)生交變磁場H，當(dāng)線圈平面靠近某一導(dǎo)體面時(shí)，由于線圈磁通鏈穿過導(dǎo)體，使導(dǎo)體的表面層感應(yīng)出呈旋渦狀自行閉合的電流I 2,而I 2所形成的磁通鏈又穿過傳感器線圈，這樣線圈與渦流“線圈”形成了有一定耦合的互感，最終原線圈反饋等效電感，從而導(dǎo)致傳感器線圈的阻抗Z發(fā)生變化。我們可以把被測導(dǎo)體上形成的電渦等效成一個(gè)短路環(huán)，這樣就可得到如圖6-2的等效

41、電路。圖中R、Li為傳感器線圖6-1電渦流傳感器原理圖圖6-2電渦流傳感器等效電路圖圈的電阻和電感。短路環(huán)可以認(rèn)為是一匝短路線圈，其電阻為R2、電感為L2。線圈與導(dǎo)體間 存在一個(gè)互感 M,它隨線圈與導(dǎo)體間距的減小而增大。根據(jù)等效電路可列出電路方程組:R2Zj = 0盡 4+Js厶JeM 厶=U12。通過解方程組，可得 丨1、丨2。因此傳感器線圈的復(fù)阻抗為:H y十 j 泣 1 _用+（見尸L線圈的等效電感為:線圈的等效Q值為:Q= Q1-( L 2 32 2 2 2 2 2M )/( L 1Z 2) / 1+(R23 M )/( RZ 2門式中：Q0 無渦流影響下線圈的Q值，Q= 3 L 1/

42、R；2 2 2 2 2Z 2 金屬導(dǎo)體中產(chǎn)生電渦流部分的阻抗，Z 2 = R2 + 3 L2。由式Z、L和式Q可以看出，線圈與金屬導(dǎo)體系統(tǒng)的阻抗Z、電感L和品質(zhì)因數(shù)Q值都是該系統(tǒng)互感系數(shù)平方的函數(shù)，而從麥克斯韋互感系數(shù)的基本公式出發(fā)，可得互感系數(shù)是線圈與金屬導(dǎo)體間距離 x（H）的非線性函數(shù)。因此 Z、L、Q均是x的非線性函數(shù)。雖然它整個(gè)函數(shù) 是一非線性的，其函數(shù)特征為 S型曲線，但可以選取它近似為線性的一段。其實(shí)Z、L、Q的變化與導(dǎo)體的電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、幾何形狀、線圈的幾何參數(shù)、激勵電流頻率以及線圈到被測導(dǎo)體間的距離有關(guān)。 如果控制上述參數(shù)中的一個(gè)參數(shù)改變，而其余參數(shù)不變，則阻抗就成為這個(gè)變化參

43、數(shù)的單值函數(shù)。當(dāng)電渦流線圈、金屬渦流片以及激勵源確定后，并保持環(huán)境溫度不變，則只與距離x有關(guān)。于此，通過傳感器的調(diào)理電路（前置器）處理，將線圈阻抗Z、 L、Q的變化轉(zhuǎn)化成電壓或電流的變化輸出。輸出信號的大小隨探頭到被測體表面之間的間 距而變化，電渦流傳感器就是根據(jù)這一原理實(shí)現(xiàn)對金屬物體的位移、振動等參數(shù)的測量。為實(shí)現(xiàn)電渦流位移測量，必須有一個(gè)專用的測量電路。這一測量電路（稱之為前置器，也稱電渦流變換器）應(yīng)包括具有一定頻率的穩(wěn)定的震蕩器和一個(gè)檢波電路等。電渦流傳感器位移測量實(shí)驗(yàn)框圖如圖 6-3所示： 輸 放犬器Q I出圖6 3電渦流位移特性實(shí)驗(yàn)原理框圖根據(jù)電渦流傳感器的基本原理，將傳感器與被測體

44、間的距離變換為傳感器的Q值、等效阻抗Z和等效電感L三個(gè)參數(shù)，用相應(yīng)的測量電路（前置器）來測量。本實(shí)驗(yàn)的渦流變換器為變頻調(diào)幅式測量電路，電路原理如圖64所示。電路組成：Q1、C1、C2、C3組成電容三點(diǎn)式振蕩器，產(chǎn)生頻率為1MHz左右的正弦載波信號。電渦流傳感器接在振蕩回路中， 傳感器線圈是振蕩回路的一個(gè)電感元件。振蕩器作用是將位移變化引起的振蕩回路的 Q值變化轉(zhuǎn)換成高頻載波信號的幅值變化。D1、C5 L2、C6組成了由二極管和LC形成的n形濾波的檢波器。檢波器的作用是將高頻調(diào)幅信號中傳感器檢測到的低頻信號取出來。 Q2組成射極跟隨器。射極跟隨器的作用是輸入、輸出匹配以獲得盡可能 大的不失真輸出的幅度值。電渦流傳感器是通過傳感器端部線圈與被測物體（導(dǎo)電體）間的間隙變化來測物體的振動相對位移量和靜位移的， 它與被測物之間沒有直接的機(jī)械接觸，具有很寬的使用頻率范圍（從010Hz）。當(dāng)無被測導(dǎo)體時(shí)，振蕩器回路諧振于 fo，傳感器端部線圈 Q0為定值且最高, 對應(yīng)的檢波輸出電壓 V0最大。當(dāng)被測導(dǎo)體接近傳感器