傳感技術實驗

1、第1頁，共82頁，2022年，5月20日，21點40分，星期日目錄 1. 實驗須知 3. 實驗原理 2. 實驗儀器簡介第2頁，共82頁，2022年，5月20日，21點40分，星期日 1實驗須知 1.1實驗的基本態(tài)度進行任何科學實驗，實驗人員均應具備一種最基本的態(tài)度實事求是的態(tài)度。 “實事求是”，就是說要把實驗中所得到的現象、數據及其規(guī)律性忠實地記錄下來，記錄下來的是實際觀測的情況，而不能以任何理由進行編造、修改或歪曲。實驗中直接觀察到的現象和數字，也可能不夠準確，或是錯誤的，此時就需要反復多次測量，并加以核對，或通過數據處理，或改進實驗方法來改善其準確性。只有遵循“實事求是”的態(tài)度，才能從實驗

2、中獲得知識，并提高科學實驗的能力。第3頁，共82頁，2022年，5月20日，21點40分，星期日1.2實驗的基本知識1.實驗準備（1）實驗前必須認真預習實驗內容，明確實驗的目的和要求。（2）根據實驗的要求，擬定實驗方案并熟悉實驗線路及其原理。（3）熟悉實驗中所使用的儀器、設備的基本原理及使用方法。（4）根據實驗的具體任務及理論根據，研究實驗的方法，并估計實驗數據的變化規(guī)律。第4頁，共82頁，2022年，5月20日，21點40分，星期日2.實驗組織 一般實驗可能由幾個人合作進行，因此實驗時必須做好組織工作，實驗方案的擬定應在組內討論，實驗時應明確分工，并且做到既分工又合作，這樣既能保證實驗質量，

3、又能使實驗人員受到全面訓練。第5頁，共82頁，2022年，5月20日，21點40分，星期日3.實驗數據的記錄（1）事先擬好實驗數據記錄表格，在表格中應記下有關物理量的名稱、符號和單位，并要保證數據完整。實驗數據位數的取值是以實驗儀器所能達到的精度為依據的，同一條件下至少讀取兩次數據(研究不穩(wěn)定過程或動態(tài)過程的實驗除外)，而且只有當兩次讀數比較接近時，才能改變操作條件，在另一條件下進行觀測。（2）記錄實驗中使用的儀器、設備等的型號、規(guī)格及使用的條件等。第6頁，共82頁，2022年，5月20日，21點40分，星期日 （3）凡影響實驗效果或數據整理過程中必須的數據都需測取并記錄。如天氣條件、環(huán)境溫度

4、、濕度等。 （4）實驗中的記錄數據應以實際讀數為準，但因客觀條件的原因，如由于測量條件的意外改變（如電源電壓及環(huán)境溫度的突然變化、機械沖擊、外界振動等），數據出現不正常的情況或有粗大誤差時，應在備注欄中加以說明。第7頁，共82頁，2022年，5月20日，21點40分，星期日4.實驗過程的注意事項（1）在進行實驗線路的接線、改接線或拆線之前，必須斷開電源，嚴禁帶電操作，避免在接線或拆線過程中，造成電源設備或部分實驗線路短路，進而損壞設備或實驗線路中的元器件。（2）密切注意整個實驗系統(tǒng)的變化，應使整個操作過程均在規(guī)定條件下進行。（3）實驗過程中應觀察現象，特別是發(fā)現不正?，F象時更應抓緊時機進行處理

5、，并分析、研究產生不正?，F象的原因。第8頁，共82頁，2022年，5月20日，21點40分，星期日5.整理實驗數據（1）同一條件下測得一組數據時，應舍去含有粗大誤差的數據，然后進行數據處理。（2）整理數據時應根據有效數字的運算法則，確定測量結果的數據位數。（3）數據整理時可采用列表法、圖解法，這視其具體情況而定，以盡可能準確描述實驗結果或實驗結論為最終目的。第9頁，共82頁，2022年，5月20日，21點40分，星期日6.實驗報告的內容及要求一份好的實驗報告，必須寫得簡單、明了，數據完整，交待清楚，結論明確，有討論，有分析，得出的公式或圖線有明確的使用條件。實驗報告的格式雖不必強求一致，但一般

6、應包括下列各項： （1）實驗題目，實驗者及共同實驗人員、班級、日期； （2）實驗目的及要求；第10頁，共82頁，2022年，5月20日，21點40分，星期日 （3）實驗設備及環(huán)境條件；（4）實驗的基本原理、實驗線路、接線圖或流程圖；（5）實驗內容及主要操作簡述；（6）整理原始實驗數據，作出便于處理和分析的表格、曲線或波形；（7）根據實驗數據，對傳感器的原理、性能特性、技術指標、實驗現象等進行分析，對實驗中發(fā)現的問題進行討論，提出新的設想及研究的方法。第11頁，共82頁，2022年，5月20日，21點40分，星期日 2實驗儀器簡介2.1CSY-910型傳感器實驗儀簡介圖21為CSY-910型傳感

7、器實驗儀的外形圖。整個儀器由三部分組成，即激勵源（電源和信號源）、試驗臺和信號調理電路單元，三部分之間沒有內部連接。 各個傳感器實驗可用專用連接線或迭插式導線將所需單元在面板上進行連接。在實驗儀上可進行不同傳感器的靜態(tài)實驗、動態(tài)實驗和傳感器系統(tǒng)應用實驗。通過實驗即可對各種不同傳感器及其測量線路原理有一個從理性到感性的認識，對如何組成測量系統(tǒng)有一個直觀而具體的實踐過程。第12頁，共82頁，2022年，5月20日，21點40分，星期日圖21CSY-910型傳感器實驗儀的外形 箔式應變片雙平行懸梁電渦流傳感器差動變壓器壓電加速度傳感器霍爾傳感器電容傳感器振動平臺激振線圈熱電偶傳感器螺旋測微器第13頁

8、，共82頁，2022年，5月20日，21點40分，星期日2.1.1 傳感器安裝臺1.二套懸臂梁、激振電路、測微頭 雙平行式懸臂梁的自由端及振動圓盤下面各裝有永久磁鋼、激振線圈和可拆卸式螺旋測微頭。通過各自的測微頭或激振線圈，可進行靜態(tài)或動態(tài)測量。 應變梁采用不銹鋼片，雙梁結構。端部有良好的線性位移。第14頁，共82頁，2022年，5月20日，21點40分，星期日2.傳感器1. 電阻應變傳感器：由BHF泊式應變片構成，6片工作片、2片補償片。2. 熱電式(熱電偶)傳感器：由兩個銅一康銅熱電偶串接而成冷端溫度為環(huán)境溫度。 加熱器由電熱絲組成，加熱時可獲得高于環(huán)境溫度30左右的升溫。3. 壓電加速度

9、傳感器：PZT5雙壓電晶片和銅質量塊構成。f 1OKHZ、Q電荷20pcg4. 電感式(差動變壓器)傳感器：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，測量范圍12mm。5. 電渦流傳感器：多股漆包線繞制的扁平線圈與多種被測金屬渦流片組成，線性范圍3mm。6. 霍爾式傳感器：HZ型日本JVC公司生產的線性半導體霍爾片，置于環(huán)形磁鋼構成的梯度磁場中，霍爾信號線性范圍3mm。7. 電容式傳感器：由兩組定片和一組動片組成的差動變面積式電容，線性范圍3mm 。第15頁，共82頁，2022年，5月20日，21點40分，星期日第16頁，共82頁，2022年，5月20日，21點40分，

10、星期日傳感器安裝示意圖1第17頁，共82頁，2022年，5月20日，21點40分，星期日傳感器安裝示意圖2第18頁，共82頁，2022年，5月20日，21點40分，星期日2.1.2 信號調理電路1. 電 橋：用于組成應變電橋，提供組橋插座，標準電阻和交、直流調平衡網絡。2. 差動放大器：可接成同相、反相，差動結構，增益為1-1 00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. 移相器：增益為1，移相范圍400(與fi有關)5. 相敏檢波器：極性反轉電路構成的檢波電路o6. 電荷放大器：電容反饋型放大器，用于放大壓電式傳感器的輸出信號。7. 渦流變換器：變頻

11、式調幅變換電路，傳感器線圈是振蕩電路中的電感元件。 第19頁，共82頁，2022年，5月20日，21點40分，星期日第20頁，共82頁，2022年，5月20日，21點40分，星期日傳感器面板示意圖第21頁，共82頁，2022年，5月20日，21點40分，星期日2.1.3 振蕩器 音頻音頻信號發(fā)生器 04KHz10KHz輸出連續(xù)可調，Vpp值20V，1800、00反相輸出，Lv端最大功率輸出電流05A，輸出作為交流激勵信號。2. 低頻振蕩器 130Hz輸出連續(xù)可調，Vpp值20V，最大輸出電流05A，輸出作為振動平臺的振動信號。 第22頁，共82頁，2022年，5月20日，21點40分，星期日第

12、23頁，共82頁，2022年，5月20日，21點40分，星期日2.1.4 穩(wěn)壓電源1.直流1 5V 主要提供溫度實驗時的加熱電源，最大輸出1.5A。 2.2V1 0V(分五檔輸出) 提供傳感器直流信號源，最大輸出電流1.5A。第24頁，共82頁，2022年，5月20日，21點40分，星期日第25頁，共82頁，2022年，5月20日，21點40分，星期日2.1.5 顯示儀表數字式電壓頻率表 3位半顯示，電壓范圍O2V、O20V， 頻率范圍 10Hz20KHz， 靈敏度50mV。2. 指針式毫伏表 分500mV、50mV、5mV三檔，精度2 5。第26頁，共82頁，2022年，5月20日，21點4

13、0分，星期日第27頁，共82頁，2022年，5月20日，21點40分，星期日3傳感器實驗實驗一 金屬箔式應變片傳感器單臂、半橋、全橋比較及電子秤應用 一、實驗目的觀察了解箔式的結構及粘貼方式；測試應變梁變形的應變輸出；驗證單臂、半橋、全橋的性能及相互之間關系；掌握電子秤的標定方法。 第28頁，共82頁，2022年，5月20日，21點40分，星期日二、實驗設備直流穩(wěn)壓電源；差動放大器；電橋；F/V表；測微頭雙平行梁；應變片；主、副電源。 第29頁，共82頁，2022年，5月20日，21點40分，星期日三、實驗原理1應變電橋的性能和原理(1)電阻應變式傳感器靜態(tài)性能實驗原理電阻應變式傳感器靜態(tài)性能

14、實驗的基本原理是調整螺旋測微器以改變雙平行懸梁的應變，此時粘貼在懸梁上的應變片將應變轉換成電阻值的變化，再通過轉換電路（測量電橋）將電阻的變化轉換成電壓的變化，在數字電壓表上顯示出與應變對應的電壓值，實驗原理框圖如圖31所示。3-1 電阻應變式傳感器靜態(tài)性能實驗原理框圖第30頁，共82頁，2022年，5月20日，21點40分，星期日 圖32為電阻應變式傳感器靜態(tài)性能實驗原理電路圖。測量電橋為直流電橋，R1、R2、R3、R4為四個橋臂電阻，可以接成單臂電橋、半橋差動電橋和全橋差動電橋的形式，RW1為電橋平衡調節(jié)電位器，UCC和USS為電橋電源。差動放大器為由集成運算放大器組成的增益可調的交直流差

15、動放大器，可接成同相、反相及差動狀態(tài)，增益在1100倍可調。輸出由直流電壓表顯示。圖3-2 實驗接線圖第31頁，共82頁，2022年，5月20日，21點40分，星期日圖3-3 電橋平衡網絡原理圖 第32頁，共82頁，2022年，5月20日，21點40分，星期日（2）應變電橋的性能比較 已知單臂、半橋和全橋電路的R分別為R/R、2R/R、4R/R。在 的條件下，根據戴維定理可以得出測試電橋的輸出電壓近似等于U=1/4.E.R，電橋靈敏度Ku=U/R/R，于是對應單臂、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。

16、 第33頁，共82頁，2022年，5月20日，21點40分，星期日圖3-4差動放大器電路原理圖Aifi2i1iiRi = R1 Rf = R3 第34頁，共82頁，2022年，5月20日，21點40分，星期日根據“虛短”和“虛斷” 的原則： 由A點節(jié)點電流方程的： 第35頁，共82頁，2022年，5月20日，21點40分，星期日差動放大器增益為： 采用該電路，實現選取小Rf電阻值，獲得高的Au的目的！第36頁，共82頁，2022年，5月20日，21點40分，星期日箔式應變片電阻值：350、應變系數：2；平行梁上梁的上表面和下梁的下表面對應地貼有4片應變片，受力工作片分別用符號 和 表示。在91

17、0型儀器中，橫向所貼的兩片為溫度補償片，用符號表示。 2應變式傳感器第37頁，共82頁，2022年，5月20日，21點40分，星期日四、實驗步驟 1. 單臂電橋靜態(tài)特性 （1）了解所需單元、部件在實驗儀上的所在位置，觀察梁上的應變片，應變片為棕色襯底箔式結構小方薄片。上下二片梁的外表面各貼二片受力應變片和一片補償應變片，測微頭在雙平行梁前面的支座上，可以上、下、前、后、左、右調節(jié)。（2）差動放大器調零：用連線將差動放大器的正（+）、負（-）、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；調節(jié)差動放大器的增益到最大位置（順時針方向旋到底），然后調整差動放大器的調零旋鈕

18、使F/V表顯示為零，關閉主、副電源。 第38頁，共82頁，2022年，5月20日，21點40分，星期日（3）根據圖1接線。R1、R2、R3為電橋單元的固定電阻；Rx=R4為應變片；r及W1為電橋平衡網絡。將穩(wěn)壓電源的切換開關置4V檔，F/V表置20V檔。調節(jié)測微頭脫離雙平行梁，開啟主、副電源，調節(jié)電橋平衡網絡中的W1，使F/V表顯示為零，然后將F/V表置2V檔，再調電橋W1（慢慢地調），使F/V表顯示為零。（需預熱幾分鐘表頭才能穩(wěn)定下來）（4）將測微頭轉動到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

19、，使F/V表顯示為零（細調零），這時的測微頭刻度為零位的相應刻度。 第39頁，共82頁，2022年，5月20日，21點40分，星期日（5）旋轉測微頭，使梁移動，每隔0.5mm（1圈）讀一個數，將測得數值填入下表，然后關閉主、副電源。 表1-1 單臂電橋應變輸出2. 半橋靜態(tài)特性 （1）保持放大器增益不變，將R3固定電阻換為與R4工作狀態(tài)相反的另一應變片即取二片受力方向不同應變片，形成半橋。調節(jié)測微頭使測微頭刻度為零位的相應刻度，調節(jié)電橋W1使F/V表顯示表顯示為零。第40頁，共82頁，2022年，5月20日，21點40分，星期日（2）旋轉測微頭，使梁移動，每隔0.5mm（1圈）讀一個數，將測得

20、數值填入下表，然后關閉主、副電源。表1-2 半橋應變輸出 3. 全橋靜態(tài)特性 （1）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變片（即R1換成 ，R2換成 ，）組橋時只要掌握對臂應變片的受力方向相同，鄰臂應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。 第41頁，共82頁，2022年，5月20日，21點40分，星期日 調節(jié)測微頭使測微頭刻度為零位的相應刻度，調節(jié)電橋W1使F/V表顯示表顯示為零。 （2）旋轉測微頭，使梁移動，每隔0.5mm（1圈）讀一個數，將測得數值填入下表，然后關閉主、副電源。 表1-3 全橋應變輸出第42頁，共82頁，2022年，5月

21、20日，21點40分，星期日4. 電阻應變式傳感器的應用電子秤（1）電子秤實驗電路如圖32所示，橋臂電阻接成全橋差動電橋形式。卸掉螺旋測微器，對差動放大器調零，電橋調平衡。（2）在振動臺中心加上電子秤最大量程砝碼，調節(jié)放大器增益，使電壓表顯示最大值；卸下全部砝碼，再進行系統(tǒng)調零。反復進行調試直到系統(tǒng)零點、量程準確為止。對電子秤標定，根據在零點和滿量程之間加的砝碼和相應的輸出電壓關系作出UW曲線。第43頁，共82頁，2022年，5月20日，21點40分，星期日（3）對電子秤標定，每增加一只砝碼，記下一個數值并將這些數值，填入表1-4中。表1-4 電子秤標定（4）卸下全部砝碼，放上一未知重物，讀出

22、電壓表的值，根據UW曲線推算出未知重物的重量。 第44頁，共82頁，2022年，5月20日，21點40分，星期日五、實驗數據處理與討論 1在同一坐標紙上描出X-U曲線。 2根據所得結果計算靈敏度 （ 、 ）比較三種接法的靈敏度。 3根據以上計算結果與X-U曲線，比較三種橋路的電壓靈敏度，做出定性結論，并進行誤差分析。 第45頁，共82頁，2022年，5月20日，21點40分，星期日六、注意事項 連接電路時，應盡量使用短的接插線，以避免引入干擾。接插線插入插孔時，輕輕地做小角度的轉動，以保證接觸良好。拔出時也輕輕地轉動一下拔出，切忌用力拉扯插線尾部，以避免造成內部導線斷裂。實驗前，應確認接線無誤

23、后開啟儀器電源，并預熱數分鐘。在更換應變片時應將電源關閉。在實驗過程中如有發(fā)現電壓表發(fā)生過載，應將電壓量程擴大。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。直流穩(wěn)壓電源4V不能打的過大，以免損壞應變片或造成嚴重自熱效應。接全橋時請注意區(qū)別各片子的工作狀態(tài)方向。 第46頁，共82頁，2022年，5月20日，21點40分，星期日實驗二 熱電偶原理及分度表的應用 一、實驗目的 了解熱電偶的原理及分度表的應用。 二、實驗設備 -15V不可調直流穩(wěn)壓電源；差動放大器；F/V表；加熱器；熱電偶；溫度計（自備）；主副電源。 第47頁，共82頁，2022年，5月20日，21點40分，星期日三、實

24、驗原理 熱電偶的基本工作原理是熱電效應，二種不同的導體互相焊接成閉合回路時，當兩個接點溫度不同時回路中就會產生電流，這一現象稱為熱電效應，產生電流的電動勢叫做熱電勢。通常把兩種不同導體的這種組合稱為熱電偶（具體熱電偶原理參考教課書）。即熱端和冷端的溫度不同時，通過測量此電動勢即可知道兩端溫差。如固定某一端溫度（一般固定冷端為室溫或零攝氏度）。則另一端的溫度就可知，從而實現溫度的測量。本儀器中熱電偶為銅康銅熱電偶。直流電阻：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。銅一康熱電偶分度表如表3-5所示。 第48頁，共82頁，2022年，5月20日，21點40分，星期日圖

25、3-5 實驗接線圖第49頁，共82頁，2022年，5月20日，21點40分，星期日表2-1 銅一康熱電偶分度(自由端溫度OoC) 第50頁，共82頁，2022年，5月20日，21點40分，星期日四、實驗步驟 旋鈕初始位置：F/V表切換開關置2V檔，差動放大器增益最大。1了解熱電偶在實驗儀上的位置及符號，實驗儀所配的熱電偶是由銅康銅組成的簡易熱電偶，分度號為T。實驗儀有二個熱電偶，它封裝在雙平行梁的上片梁的上表面（在梁表面中間二根細金屬絲焊成的一點，就是熱電偶）和下片梁的下表面，二個熱電偶串聯(lián)在一起產生熱電勢為二者的總和。2按圖2-1接線、開啟主、副電源，調節(jié)差動放大器調零旋鈕，使F/V表顯示零

26、，記錄下自備溫度計的室溫。第51頁，共82頁，2022年，5月20日，21點40分，星期日3將-15V直流電源接入加熱器的一端，加熱器的另一端接地，觀察F/V表顯示值的變化，待顯示值穩(wěn)定不變時記錄下F/V表顯示的讀數E。4用自備溫度計測出上梁表面熱電偶處的溫度t并記錄下來。（注意：溫度計的測溫探頭不要觸到應變片，只要觸及熱電偶處附近的梁體即可）。5. 用自備室內溫度計測出室溫tn。6實驗完畢關閉主、副電源，尤其是加熱器-15V電源，（自備溫度計測出溫度后馬上拆去-15V電源連接線）其它旋鈕置原始位置。 第52頁，共82頁，2022年，5月20日，21點40分，星期日五、實驗數據處理與討論1.

27、根據熱電偶的的中間溫度定律，熱電勢與溫度之間的關系式： Eab(t,to) = Eab(t,tn) + Eab(tn,to) 其中：t熱電偶的熱端（工作端或稱測溫端）溫度。 tn熱電偶的冷端（自由端）溫度也就是室溫。 to0（tn=to）（1）熱端溫度為t，冷端溫度為室溫時熱電勢： Eab(t,tn) = (f/v顯示表E)/1002（100為差動放大器的放大倍數，2為二個熱電偶串聯(lián)）。 第53頁，共82頁，2022年，5月20日，21點40分，星期日（2）熱端溫度為室溫，冷端溫度為0，銅-康銅的熱電勢：Eab(tn,to)：查以下所附的熱電偶自由端為0時的熱電勢和溫度的關系即銅-康銅熱電偶分

28、度表，得到室溫（溫度計測得）時熱電勢。（3）計算：熱端溫度為t，冷端溫度為0時的熱電勢，Eab(t,to)，根據計算結果，查分度表（表2-1）得到溫度t。2熱電偶測得溫度值與自備溫度計測得溫度值相比較。（注意：本實驗儀所配的熱電偶為簡易熱電偶、并非標準熱電偶，只是了解熱電勢現象）。并分析產生誤差的原因。為什么差動放大器接入熱電偶后需再調差放零點？ 第54頁，共82頁，2022年，5月20日，21點40分，星期日實驗三 差動變壓器(互感式)的輸出特性 一、實驗目的了解差動變壓器原理及工作情況二、實驗設備1.音頻振蕩器；2.測微頭；3.示波器；4.主、副電源；5.差動變壓器；6.振動平臺。第55頁

29、，共82頁，2022年，5月20日，21點40分，星期日三、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，相當于變壓器的原邊，次級線圈由兩個結構尺寸和參數相同的線圈反相串接而成，相當于變壓器的副邊，差動變壓器是開磁路，工作是建立在互感基礎上的。其原理及輸出特性見圖3-1。 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。 第56頁，共82頁，2022年，5月20日，21點40分，星期日差動變壓器輸出電勢u0與銜鐵位移x的關系。其中x表示銜鐵偏離中心位置的距離。 圖3-1 差動

30、變壓器輸出電壓的特性曲線 第57頁，共82頁，2022年，5月20日，21點40分，星期日圖3-2實驗接線圖注意：示波器第二通道為懸浮工作狀態(tài)。第58頁，共82頁，2022年，5月20日，21點40分，星期日四、實驗步驟1有關旋鈕室始位置：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，觸發(fā)選擇打到第一通道，主、副電源關閉。根據圖接線，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。用手提

31、壓變壓器磁芯，觀察示波器第二通道波形是否能過零翻轉，如不能則改變兩個次級線圈的串接端。轉動測微頭使測微頭與振動平臺吸合，再向上轉動測微頭5mm，使振動平臺往上位移。 第59頁，共82頁，2022年，5月20日，21點40分，星期日向下旋鈕測微頭，使振動平臺產生位移。每位移0.mm（1圈），用示波器讀出差動變壓器輸出端峰峰值填入下表，根據所得數據計算靈敏度S。S=V/X（式中V為電壓變化，X為相應振動平臺的位移變化），作出V-X關系曲線。讀數過程中應注意初、次級波形的相應關系。 表-1差動變壓器輸出端峰峰值并記錄X為2.0mm和-2.0mm處的激勵信號和輸出信號的波形（畫在同一坐標系，便于比較兩

32、者的相位）。 第60頁，共82頁，2022年，5月20日，21點40分，星期日五、實驗數據處理與討論 根據實驗結果，指出線性范圍。當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？用測微頭調節(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？第61頁，共82頁，2022年，5月20日，21點40分，星期日實驗四 差動變壓器（互感式）的靜態(tài)標定 一、實驗目的 了解差動變壓器測量系統(tǒng)的組成和靜態(tài)標定方法。二、實驗設備1.音頻振蕩器；2.差動放大器；3.差動變壓器；4.移相器；5.相敏檢波器；6.低通濾波器；7.

33、測微頭；8.電橋；9.F/V表；10示波器；11主、副電源。第62頁，共82頁，2022年，5月20日，21點40分，星期日圖-實驗接線圖三、實驗原理1.實驗電路第63頁，共82頁，2022年，5月20日，21點40分，星期日u0+x-x2104-6 相敏檢波后的輸出特性第64頁，共82頁，2022年，5月20日，21點40分，星期日2. 相敏檢波器的功能與原理1）什么是相敏檢波電路 相敏檢波電路是具有鑒別調制信號相位和選頻能力的檢波電路。即一種能判別相位的檢波電路，不但可以反映位移的大?。ǖ姆担€可以反映位移的方向（的相位），這種檢波電路稱為相敏檢波電路。）電路結構 設計的開關式全波相敏

34、檢波電路如圖1所示。其中:A1為零電壓比較器；D為檢波二極管；3DJ7J為場效應管電子開關；A2為差動放大器，對信號進行放大與合成。A1、A2均采用具有高阻抗，用于弱信號放大的雙運放的集成芯片LF353N。第65頁，共82頁，2022年，5月20日，21點40分，星期日圖4-2 開關式全波相敏檢波電路u1u2u3urusu0第66頁，共82頁，2022年，5月20日，21點40分，星期日3）工作原理 相敏檢波器工作時要求參考信號和被測信號頻率相同。在實際的測量系統(tǒng)中,兩信號采用同一信號源激勵,保證同頻。頻率為低頻至十萬赫,對其頻率穩(wěn)定度要求不高。且 、 同相或反相,相敏檢波器可獲最大輸出,便于

35、測量。（1） 與 同相 參考信號 經A1和D組成的整形電路后的輸出 是與被測信號 同頻、反相,占空比11的方波。此方波信號是控制電路電流流通的開關,為場效應管3DJ7J提供柵源偏置電壓,控制電子開關的動作,決定場效應管漏極信號 。由場效應管工作原理知:第67頁，共82頁，2022年，5月20日，21點40分，星期日當 時,V截止： 當 時，V導通： 差放A2對信號和進行合成，得到相敏檢波器輸出信號，其表達式為: （2）第68頁，共82頁，2022年，5月20日，21點40分，星期日當 時： 當 時： 由式(3)知，從相敏檢波器輸出信號中得到了被測信號。 當場效應管截止時，運放A2工作在跟隨狀態(tài)

36、；當場效應管導通時，A2工作在反相放大狀態(tài)。驗證測量時取Rf=R4。把式(1)代入式(2)中，得: 對上述相敏檢波器電路進行性能測試，通過調整Rf可以改變運放A2對信號放大的幅度,測試波形如圖2所示。對應圖1，再對 進行濾波，即可取其直流分量 ，從而得到被測信號幅值 。第69頁，共82頁，2022年，5月20日，21點40分，星期日（2） 與 反相 分析原理同（1），若與反相時檢波輸出，如圖3（b）所示。圖4-3 開關式全波相敏檢波電路波形圖第70頁，共82頁，2022年，5月20日，21點40分，星期日（a） 、 同相波形 （b） 、 反相波形 圖4-4 、 相位不同時波形圖第71頁，共82

37、頁，2022年，5月20日，21點40分，星期日銜鐵在零位以上ttu0tu0u0銜鐵在零位以下銜鐵在零位4-5 全波整流波形圖第72頁，共82頁，2022年，5月20日，21點40分，星期日 波形圖被測位移變化波形圖差動變壓器激磁電壓波形差動變壓器輸出電壓波形相敏檢波解調電壓波形 相敏檢波輸出電壓波形 相敏檢波器參考信號波形X0,且u2、us 均為正半周時X0,且u2、us 均為負半周時X0時， u2、us同頻反相 第73頁，共82頁，2022年，5月20日，21點40分，星期日四、實驗步驟有關旋鈕初始位置：音頻振蕩4KHz-8KHz，差動放大器的增益打到最大，F/V表置2V檔，主、副電源關閉。按圖接好線路。第74頁，共82頁，2022年，5月20日，21點40分，星期日3開啟主、副電源