檢測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告_張豐偉_U201011871_電氣1004

1、電氣學(xué)科大類 2010 級(jí)信號(hào)與控制綜合實(shí)驗(yàn)課程實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告(基本實(shí)驗(yàn)三: 檢測(cè)技術(shù)基本實(shí)驗(yàn))姓 名 張豐偉 學(xué) 號(hào)U201011871 專業(yè)班號(hào) 電氣1004班 同組者 彭永晶 學(xué) 號(hào)U201011868 專業(yè)班號(hào) 電氣1004班 指導(dǎo)教師 日 期 2013.5.30 實(shí)驗(yàn)成績(jī) 評(píng) 閱 人 實(shí)驗(yàn)評(píng)分表基本實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)編號(hào)名稱/內(nèi)容實(shí)驗(yàn)分值評(píng)分實(shí)驗(yàn)二十二 差動(dòng)變壓器的標(biāo)定（一）了解相敏檢波器工作原理（二）差動(dòng)變壓器性能檢測(cè)（三）差動(dòng)變壓器零殘電壓的補(bǔ)償設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)名稱/內(nèi)容實(shí)驗(yàn)分值評(píng)分實(shí)驗(yàn)二十三 超聲波傳感器距離測(cè)量教師評(píng)價(jià)意見總分目錄實(shí)驗(yàn)評(píng)分表- 1 -實(shí)驗(yàn)二十二 差動(dòng)變壓器的標(biāo)定- 3 -

2、一、 任務(wù)和目標(biāo)- 3 -二、 總體方案設(shè)計(jì)- 3 -三、 方案實(shí)現(xiàn)和具體設(shè)計(jì)- 4 -1 了解相敏檢波器工作原理- 4 -2 差動(dòng)變壓器性能檢測(cè)- 4 -3 差動(dòng)變壓器零殘電壓的補(bǔ)償- 5 -4 差動(dòng)變壓器的標(biāo)定- 5 -四、 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果- 5 -1 了解相敏檢波器工作原理- 5 -2 差動(dòng)變壓器性能檢測(cè)- 7 -3 差動(dòng)變壓器零殘電壓的補(bǔ)償- 8 -4 差動(dòng)變壓器的標(biāo)定- 9 -五、 結(jié)果分析與討論- 11 -六、 實(shí)驗(yàn)思考題- 11 -實(shí)驗(yàn)二十三 超聲波傳感器距離測(cè)量- 12 -一、 任務(wù)和目標(biāo)- 12 -二、 總體方案設(shè)計(jì)- 12 -三、 方案實(shí)現(xiàn)和具體設(shè)計(jì)- 12 -四、 實(shí)

3、驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果- 14 -五、 結(jié)果分析與討論- 17 -實(shí)驗(yàn)心得- 18 -參考文獻(xiàn)- 18 -實(shí)驗(yàn)二十二 差動(dòng)變壓器的標(biāo)定1、 任務(wù)和目標(biāo)通過實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)差動(dòng)變壓測(cè)試系統(tǒng)的組成和標(biāo)定方法。2、 總體方案設(shè)計(jì)差動(dòng)變壓器由銜鐵、初級(jí)線圈、次級(jí)線圈和線圈骨架等組成。初級(jí)線圈作為差動(dòng)變壓器的激勵(lì)，相當(dāng)于變壓器的原邊；次級(jí)線圈由兩個(gè)結(jié)構(gòu)尺寸和參數(shù)相同的線圈反向串接而成，相當(dāng)于變壓器的副邊。差動(dòng)變壓器是開磁路，工作建立在互感基礎(chǔ)上。由于零殘電壓的存在會(huì)造成差動(dòng)變壓器零點(diǎn)附近的不靈敏區(qū)，電壓經(jīng)過放大器會(huì)使放大器末級(jí)趨向飽和，影響電路正常關(guān)系，因此必須采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行補(bǔ)償。零殘電壓中主要包含兩種波形成份：

4、（1）基波分量：是由于差動(dòng)變壓器兩個(gè)次級(jí)繞組因材料或工藝差異造成等效電路參數(shù)（M、L、R）不同，線圈中的銅損電阻及導(dǎo)磁材料的鐵損，線圈中線間電容的存在，都使得激勵(lì)電流與所產(chǎn)生的磁通不同相。（2）高次諧波：主要是由導(dǎo)磁材料磁化曲線非線性引起，由于磁滯損耗和鐵磁飽和的影響，使激勵(lì)電流與磁通波形不一致，產(chǎn)生了非正弦波（主要是三次諧波）磁通，從而在二次繞組中感應(yīng)處非正弦波的電動(dòng)勢(shì)。減少零殘電壓的辦法有：從設(shè)計(jì)和工藝制作上盡量保證線路和磁路的對(duì)程；采用相敏檢波電路；選用補(bǔ)償電路。相敏檢波電路如圖所示，圖為輸入信號(hào)端，為交流參考電壓輸入端，為輸出端。為直流參考電壓輸入端。、為整形電路將正弦信號(hào)轉(zhuǎn)換成的方波

5、信號(hào)，使相敏檢波器中的電子開關(guān)正常工作。當(dāng)、端輸入控制電壓信號(hào)時(shí)，通過差動(dòng)放大器的作用使D 和J 處于開關(guān)狀態(tài)，從而把端輸入的正弦信號(hào)轉(zhuǎn)換成半波整流信號(hào)。3、 方案實(shí)現(xiàn)和具體設(shè)計(jì)1 了解相敏檢波器工作原理1 調(diào)節(jié)音頻振蕩器輸出頻率為5kHz，幅值為2V，將音頻振蕩器0o端接相敏檢波器的輸入端，相敏檢波器輸出端與LPF的輸入端連接，LPF的輸出端接數(shù)字電壓表20V。相敏檢波器的交流參考電壓輸入端分別接0o、180o，使相敏檢波器的輸入信號(hào)和交流參考電壓分別同相或反相，用示波器兩通道觀察相敏檢測(cè)器輸出端的波形變化和電壓表電壓值的變化?？梢钥闯觯?dāng)相敏檢波器的輸入信號(hào)和開關(guān)信號(hào)同相時(shí)，輸出為正極性的

6、全波整流信號(hào)，電壓表指示正極性方向最大值，反之，則輸出負(fù)極性的全波整流波形，電壓表指示負(fù)極性的最大值。2 用示波器兩通道觀察相敏檢測(cè)器插口、的波形?？梢钥闯?，相敏檢波器中整形電路的作用是將輸入的正弦波轉(zhuǎn)換成方波，使相敏檢波器中的電子開關(guān)能正常工作。2 差動(dòng)變壓器性能檢測(cè)1 按下圖接線，差動(dòng)變壓器初級(jí)線圈必須從音頻振蕩器LV端功率輸出。2 音頻振蕩器輸出頻率5KHz，輸出值VP-P值2V。3 用手提變壓器磁芯，觀察示波器第二通道的波形是否能過零翻轉(zhuǎn)，以判斷兩個(gè)次級(jí)線圈的聯(lián)接方式，如不能過零翻轉(zhuǎn)，則需改變兩個(gè)次級(jí)線圈的串接端，使兩個(gè)次級(jí)線圈反向串聯(lián)。3 差動(dòng)變壓器零殘電壓的補(bǔ)償1 根據(jù)圖接線，差動(dòng)

7、放大器增益調(diào)到最大，音頻LV端輸出VP-P值2V，調(diào)節(jié)音頻振蕩器頻率，使示波器二通道波形不失真。2 調(diào)節(jié)測(cè)微儀帶動(dòng)銜鐵在線圈中運(yùn)動(dòng)，使差動(dòng)放大器輸出電壓最小，調(diào)整電橋網(wǎng)絡(luò)、電位器，使輸出更趨減小。3 提高示波器第二通道靈敏度，將零殘電壓波形與激勵(lì)電壓波形比較，觀察零點(diǎn)殘余電壓的波形，說明經(jīng)過補(bǔ)償后的零殘電壓主要是什么分量。4 差動(dòng)變壓器的標(biāo)定1 按圖接線，差動(dòng)放大器增益適度，音頻振蕩器輸出頻率5KHz，輸出值VP-P值2V。2 調(diào)節(jié)電橋、電位器，移相器，調(diào)節(jié)測(cè)微頭帶動(dòng)銜鐵改變其在線圈中的位置，使系統(tǒng)輸出為零。3 旋動(dòng)測(cè)微頭使銜鐵在線圈中上下有一個(gè)較大的位移，用電壓表和示波器觀察系統(tǒng)輸出是否正負(fù)

8、對(duì)稱。如不對(duì)稱，則需反復(fù)調(diào)節(jié)銜鐵位置和電橋、移相器，做到正負(fù)輸出對(duì)稱。注意：示波器CH1、CH2分別接入相敏檢波器、端口，用手將銜鐵位置壓到最低，調(diào)節(jié)電橋、移相器，當(dāng)CH1、CH2波形正好同相或反相時(shí)，則系統(tǒng)輸出可做到正負(fù)對(duì)稱。旋動(dòng)測(cè)微儀，帶動(dòng)銜鐵向上5mm、向下5mm，每旋一周（0.5mm）記錄一電壓值并記錄。4、 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果1 了解相敏檢波器工作原理音頻震蕩器輸出波形：相敏檢波器的輸入信號(hào)與交流參考電壓同相時(shí)，相敏檢波器輸出波形：相敏檢波器的輸入信號(hào)與交流參考電壓反相時(shí)，相敏檢波器輸出波形：相敏檢波器的輸入信號(hào)與交流參考電壓同相時(shí)，相敏檢波器、的波形：相敏檢波器的輸入信號(hào)與交流參考

9、電壓反相時(shí)，相敏檢波器、的波形：2 差動(dòng)變壓器性能檢測(cè)用手提變壓器磁芯，示波器第二通道的波形過零翻轉(zhuǎn):3 差動(dòng)變壓器零殘電壓的補(bǔ)償補(bǔ)償后的零殘電壓波形:補(bǔ)償后的零殘電壓波形（取平均128次）:對(duì)補(bǔ)償后的零殘電壓進(jìn)行頻譜分析：補(bǔ)償后的零殘電壓頻譜波形由差分放大器的輸出波形可以看出，經(jīng)過補(bǔ)償后的零殘電壓主要是基波分量原因分析：1、基波分量是由于差動(dòng)變壓器兩個(gè)次級(jí)繞組因材料或工藝差異造成等效電路參數(shù)（M、L、R）不同，線圈中的銅損電阻及導(dǎo)磁材料的鐵損，線圈中線間電容的存在，都使得激勵(lì)電流與所產(chǎn)生的磁通不同相。兩個(gè)次級(jí)線圈的輸出不但幅值有不同，相位也有不同，故基波分量無法完全消除。2、高次諧波分量主要

10、是由導(dǎo)磁材料磁化曲線非線性引起，由于磁滯損耗和鐵磁飽和的影響，使激勵(lì)電流與磁通波形不一致，產(chǎn)生了非正弦波（主要是三次諧波）磁通，從而在二次繞組中感應(yīng)處非正弦波的電動(dòng)勢(shì)。在實(shí)驗(yàn)中，激勵(lì)電壓和電流都很小，鐵磁材料還未明顯飽和，故差分放大器的輸出中諧波分量不是很明顯。4 差動(dòng)變壓器的標(biāo)定位移/mm電壓/V位移/mm電壓/V57.839.5-3.065.57.6910-4.0367.4510.5-4.966.57.1311-5.2876.5911.5-5.627.55.6412-6.0783.3412.5-6.58.72480.2213-6.613.5-6.6914-6.77位移與電壓對(duì)應(yīng)關(guān)系表位移與

11、電壓對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線位移與電壓對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線（校正零點(diǎn)）靈敏度：K=-2.0247（V/mm）非線性度：L=±7.04/（7.83-（-6.77）*100%=±48.2192%5、 結(jié)果分析與討論這次實(shí)驗(yàn)很不順利。一開始，了解相敏檢波器工作原理實(shí)驗(yàn)，音頻振蕩器輸出波形中含有一個(gè)很大的直流分量，向老師詢問，原來是裝置老化，內(nèi)部的調(diào)節(jié)電位器偏移。音頻振蕩器輸出的信號(hào)不規(guī)則，脈動(dòng)峰值大小不一，還存在反相電壓。變壓器性能檢測(cè)實(shí)驗(yàn)時(shí)，還算順利。連接時(shí)接錯(cuò)同名端，調(diào)整后繼續(xù)實(shí)驗(yàn)。零殘電壓補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)，差動(dòng)放大器輸出電壓最小時(shí)，輸出波形頻率與激勵(lì)電壓幾乎相同，但波形不是正弦波，對(duì)其進(jìn)行傅立葉變換（

12、DTFT），可看出經(jīng)過補(bǔ)償后的零殘電壓主要是基波分量但含有其他諧波。差動(dòng)變壓器的標(biāo)定實(shí)驗(yàn)，調(diào)節(jié)銜鐵有幾乎不變的輸出，調(diào)節(jié)電位器等使輸出接近零，將銜鐵壓到最低，調(diào)節(jié)移相器使相敏檢波器端同相或反相，但調(diào)回零點(diǎn)時(shí)，電壓表示數(shù)又跳回3V左右，甚至7V。后來，換實(shí)驗(yàn)臺(tái)，在這個(gè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)將銜鐵調(diào)零，并調(diào)同相即輸出正負(fù)對(duì)稱，但位移與電壓關(guān)系并非線性，遠(yuǎn)離零點(diǎn)時(shí)接近線性，但靠近零點(diǎn)時(shí)存在較大非線性。6、 實(shí)驗(yàn)思考題1 為什么在差動(dòng)變壓器的標(biāo)定電路中要加移相器？其作用是什么？移相器對(duì)音頻震蕩器產(chǎn)生的震蕩波做相位變換的操作，使參考信號(hào)的相位能和經(jīng)過差動(dòng)變壓器與差動(dòng)放大器的電壓信號(hào)相符合，實(shí)質(zhì)上是為了抵消差動(dòng)變壓器與差

13、動(dòng)放大器的相移，使得相敏檢波器能工作在0°或者180°相差的條件下2 差動(dòng)變壓器標(biāo)定的含義是什么？為什么要進(jìn)行標(biāo)定？對(duì)差動(dòng)變壓器進(jìn)行標(biāo)定，是為了建立位移測(cè)量系統(tǒng)的輸入輸出的函數(shù)關(guān)系，有利于我們了解差動(dòng)變壓器的性能，有助于在需要使用差動(dòng)變壓器的場(chǎng)合選擇合適的差動(dòng)變壓器。實(shí)驗(yàn)二十三 超聲波傳感器距離測(cè)量1、 任務(wù)和目標(biāo)通過對(duì)超聲波傳感器具體應(yīng)用，掌握超聲波傳感器工作原理，掌握超聲波測(cè)距電路設(shè)計(jì)思路和方法。2、 總體方案設(shè)計(jì)超聲波發(fā)生器利用壓電晶體諧振工作的，它有兩個(gè)壓電晶片和一個(gè)共振板。當(dāng)它的兩級(jí)外加電壓脈沖信號(hào)，其頻率等于壓電晶體固有震蕩頻率時(shí)，壓電晶片將會(huì)發(fā)生共振，并帶動(dòng)共

14、振板震動(dòng)，產(chǎn)生超聲波；反之，如果兩級(jí)未加電壓，當(dāng)共振板接收到超聲波時(shí)，將壓迫壓電晶片作震動(dòng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，這時(shí)它就成為超聲波接收器了。超聲波探測(cè)器常見的發(fā)射頻率為3540kHz，常取40kHz。常用的超聲波傳感器有UCM-40T/R系列、T/R40-XX系列等。諧振頻率變高，則檢測(cè)距離變短，分辨率也變高。超聲波不斷發(fā)出40kHZ超聲波，當(dāng)遇到障礙物時(shí)反射，超聲波接收器接收到反射的信號(hào)，通過發(fā)射和接收信號(hào)的時(shí)間差可以求出距離。計(jì)算距離公式為：式中，c為超聲波波速，為接收器接收到信號(hào)的時(shí)間差。由于超聲波也是一種聲波，其聲速c與溫度有關(guān)，聲波傳輸速率為（m/s）式中，T為絕對(duì)溫度；C0=33

15、1.4m/s。如果溫度不大，則可認(rèn)為聲速是基本不變的，一般認(rèn)為聲速c=340m/s。3、 方案實(shí)現(xiàn)和具體設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)超聲波發(fā)射器工作多諧振電路和接受其放大電路，測(cè)量超聲波發(fā)射信號(hào)和接受信號(hào)的時(shí)間差，通過測(cè)量值計(jì)算距離，并與真實(shí)值比較。1 振蕩及超聲波發(fā)送電路設(shè)計(jì)如下圖所示：震蕩電路2 接收端放大電路如圖所示： 接收端放大電路3 超聲波發(fā)送接收電路 超聲波發(fā)送接收電路4、 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果1 連接電路，把超聲波發(fā)送電路連接在發(fā)射器兩級(jí)，調(diào)節(jié)頻率等于壓電晶片固有頻率（40kHz）時(shí)發(fā)射超聲波，發(fā)射器接示波器。超聲波接收端轉(zhuǎn)化為電信號(hào)通過放大電路接示波器。用示波器CH1，CH2分別觀測(cè)發(fā)射超聲波和接收

16、超聲波放大后的信號(hào)波形。 放大后的波形：實(shí)驗(yàn)室溫度T=18oC，此時(shí)聲速=342.2m/s距離=342.2*（960.0*10-6）=0.328512m=32.8512cm使用兩塊實(shí)驗(yàn)板，延長(zhǎng)發(fā)射、接受距離后距離=342.2*（3.600*10-3）=1.23192m2 超聲波發(fā)送接收電路：按照超聲波發(fā)送接收電路連接電路，示波器CH1、CH2分別接觀測(cè)發(fā)射超聲波波形和接收超聲波放大后的信號(hào)波形距離=0.5*342.2*（5.200*10-3）=0.88972m5、 結(jié)果分析與討論實(shí)驗(yàn)時(shí)，振蕩電路輸出波形和接收電路放大輸出波形都不光滑，有大量噪聲。噪聲的干擾嚴(yán)重影響實(shí)驗(yàn)操作的效率和數(shù)據(jù)的精度。由

17、于接收電路用的運(yùn)算放大器LM324通頻帶較低，輸出波形類似三角波而不是方波，增大了數(shù)據(jù)處理的難度，降低了精度。接線較復(fù)雜，節(jié)點(diǎn)分布較大，使用12v和5v電源分別作為模擬部分電源和數(shù)字部分電源，大量的導(dǎo)線間的引線電感和雜散電容，模擬和數(shù)字電路之間的影響，所得波形含有較大的噪聲，影響實(shí)驗(yàn)精度。實(shí)驗(yàn)任務(wù)分配實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)討論張豐偉、彭永晶實(shí)驗(yàn)元器件購(gòu)買彭永晶實(shí)驗(yàn)接線張豐偉實(shí)驗(yàn)檢查與截圖彭永晶實(shí)驗(yàn)資料搜集張豐偉實(shí)驗(yàn)處理與分析彭永晶、張豐偉實(shí)驗(yàn)思考題討論張豐偉、彭永晶實(shí)驗(yàn)報(bào)告編排彭永晶、張豐偉實(shí)驗(yàn)心得檢測(cè)技術(shù)包含了很多實(shí)用的知識(shí)，是一門非常靈活，動(dòng)手能力很強(qiáng)的學(xué)科。雖然在課堂上學(xué)習(xí)了很多傳感器的知識(shí)，但是還是

18、缺乏比較感性的認(rèn)知，直到做檢測(cè)實(shí)驗(yàn)時(shí)才得到了比較深刻的認(rèn)識(shí)。雖然這次檢測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)只有兩個(gè)，但是還是在實(shí)驗(yàn)中遇到了不少問題，也學(xué)到了不少經(jīng)驗(yàn)，提升了分析問題和解決問題的能力。第一個(gè)實(shí)驗(yàn)室差動(dòng)變壓器的標(biāo)定，這次對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置還是不很熟悉，遇到了不少問題。如振蕩器輸出一直有一個(gè)很大的直流分量，銜鐵調(diào)零，調(diào)同相后，唯一與電壓的關(guān)系并非線性，在靠近零點(diǎn)的時(shí)候表現(xiàn)出了較大非線性。一開始試圖解決，但是過去一段時(shí)間后，并沒有有所收獲。于是請(qǐng)老師來指點(diǎn)，才發(fā)現(xiàn)原來是裝置老化的原因。第二次是超聲波實(shí)驗(yàn)，雖然上課講過，但還是有點(diǎn)陌生，不過原理不是很難。由于實(shí)驗(yàn)中測(cè)量距離較短，于是在測(cè)量一塊實(shí)驗(yàn)板的長(zhǎng)度后又加了另外一塊實(shí)驗(yàn)板以便加長(zhǎng)長(zhǎng)度，也采取了同端發(fā)送接收來增加測(cè)量長(zhǎng)度。振蕩電路輸出波形和接收電路放大輸出波形有毛刺，干擾影響實(shí)驗(yàn)操作的效率和數(shù)據(jù)的精度是這次實(shí)驗(yàn)中遇到的主要問題?；?/p>