检测实验指导书.doc

-目 录使用说明实验一 金属箔式应变片性能实验实验二 箔式应变片的温度效应实验三 移相器、相敏检波器实验实验四 箔式应变片组成的交流全桥实验五 交流全桥的应用振幅测量、电子秤实验六 差动变压器的标定实验七 差动变压器的振动测量实验八 差动螺管式电感传感器位移测量实验九 热电式传感器热电偶实验十 光纤传感器位移、转速测量实验十一 霍尔式传感器的直流激励特性实验十二 电涡流式传感器的静态标定实验十三 被测材料对电涡流传感器特性的影响实验十四 电涡流式传感器的振幅测量实验十五 磁电式传感器实验十六 压电加速度式传感器实验十七 电容式传感器特性实验十八 力平衡式传感器实验十九 微机检测与转换-数据采集处理使用说明 作为一种检测仪表课程教学实验的多功教学仪器，CSY系列感器系统实验仪集被测体、各种传感器、信号激励源、处理电路和显示器于一体，组成了一个完整的测试系统，能够完成包含光、磁、电、温度、位移、振动、转速等内容的测试实验。通过这些实验，实验者将对各种不同的传感器及测量电路原理和组成有较直观的感性认识，并可在本仪器上举一反三，开发出新的实验内容。实验主要由实验工作台、处理电路、信号与显示电路三部分组成。一、 位于仪器顶部的实验工作台部分：左边是一副平行悬臂梁，梁上装有应变式、热敏式、P-N结温度式、热电式和压电加速度五种传感器。应变式：平行梁上梁的上表面和下梁的下表面对应地贴有八片应变片。其中六片为金属箔式片（BHF-350）：纵向所贴的四片为受力工作片，用符号和表示。横向所贴的两片为温度补偿片，用符号和表示。另外两片应变标有“BY”字样，为半导体式应变片，灵敏系数130。热电式（热电偶）：串接工作的两个铜一康铜热电偶分别装在上、下梁表面，冷端温度为环境温度。分度表见实验指导书。热敏式：上梁表面装有玻璃珠状的半导体热敏电阻MF-51，负温度系数，25时阻值为810K。P-N结温度式：根据半导体P-N结温度特性所制成的具有良好线性范围的温度传感器。压电加速度式：位于悬臂梁右部，由PZT-5双压电晶片，铜质量块和压簧组成，装在透外壳中。实验工作台右边是由装于机内的另一副平行梁带动的圆盘式工作台。圆盘周围一圈安装有（依逆时针方向）电感式（差动变压器）、电容式、磁电式、霍尔式、电涡流式五种传感器。电感式（差动变压器）：由初级线圈Li和两个次级线圈L。绕制而成的空心线圈，圆柱铁氧体铁芯置于线圈中间，测量范围10mm。电容式：由装于圆盘上的一组动片和装于支架上的两组成平面积式差动电容，线性范围3mm。磁电式：由一组线圈和动铁（永久磁钢）组成，灵敏0.4v/m/s.霍尔式：HZ-1半导体霍尔片置于两个半环形永久磁钢形成的梯度磁场中，线性范围3mm.电涡流式：由多股漆包线绕制的扁平线圈与金属涡流片组成的传感器，线性范围1。光电式传感器：装于电机侧旁。两副平行悬臂梁顶端均装有置于激振线圈内的永久磁钢，右边圆盘式工作台由“激振”带动，左边平行式悬臂梁由“激振”带动。为进行温度实验，左边悬臂梁之间装有电加热器一组，加热电源取自15V直流电源，工作时能获得高于温度30左右的升温。以上传感器以及加热器、激振线圈的引线端均位于仪器下部面板最上端一排。实验工作台上还装有测速电机一组及控制、调速开关。两只测微头分别装在左、右两边的支架上、二、 信号及显示部分：位于仪器上部面板低频振荡器：130Hz输出连续可调，Vp-p值20V，最大输出电流0.5A，Vi端插口可提供用作电流放大器。音频振荡器：0.4KHz10KHz输出连续可调，Vp-p值20V，180，0为反相输出，Lv端最大功率输出0.5A。直流稳压电源：15V，提供仪器电路工作电源和温度实验时的加热电源，最大输出1.5A；2V10V，档距2V，分五档输出，提供直流信号源，最大输出电流1.5A。数字式电压/频率表：3位显示，分2V、20V、2KHz、20 KHz四档，灵敏度50mV，频率显示5Hz20KHz。指针式直流毫伏表：测量范围500 mV、50mV、5mV三档，精度25。三、 处理电路：位于仪器下部面板电桥：用于组成应变电桥，面板上虚线所示电阻为虚设，仅为组桥提供插座。R、R、R为350标准电阻，WD为直流调节电位器，WA为交流调节电位器。差动放大器：增益可调比例直流放大器，可接成同相、反相、差动结构，增益1100倍。光电变换器：提供红外发射、接收、稳幅、交换，输出模拟信号电压与频率变换方波信号。四芯航空插座上装有光电转换装置和两根多模光纤（一根接收，一根发射）组成的光强型光纤传感器。电容变换器：由高频振荡、放大和双T电桥组成。移相器：允许输入电压20Vp-p，移相范围40（随频率有所变化）。相敏检波器：极性反转电路构成，所需最小参考电压0.5Vp-p，允许最大输入电压20Vp-p。电荷放大器：电容反馈式放大器，用于放大压电加速度传感器输出的电荷信号。电压放大器：增益5倍的高阻放大器。涡流变换器：变频式调幅变换电路，传感器线圈是三点式振荡电路中的元件。温度变换器：根据输入端热敏电阻值及P-N结温度传感器信号变化输出电压信号相应变化的变化电路。低通滤波器：由50Hz陷波器和RC滤波器组成，转折频率35Hz左右。使用仪器时打开电源开关，检查交、直流信号源及显示仪表是否正常。仪器下部面板左下角处的开关控制处理电路的15V工作电源，进行实验时勿关掉。指针式直流毫伏表工作前需对地短路调零，取掉短路线后指针有所偏转是正常现象，不影响测试。本仪器是实验性仪器，各电路完成的实验主要目的是对各传感器测试电路做定性的验证，而非工程应用型的传感器定量测试。仪器工作时需良好接地，以减小干扰信号，并尽量远离电磁干扰源。实验时请非常注意实验指导书中实验内容后的“注意事项”，要在确认接线无误的情况下开启电源，要尽量避免短路情况的发生，加热时“15V”电源不能直接接入应变片、热敏电阻和热电偶。本实验仪需防尘，以保证实验接触良好，仪器正常工作温度040。实验一 金属箔式应变片性能实验单臂、半桥、全桥电路性能比较一、实验目的：1 观察了解箔式应变片的结构及粘贴方式。2 测试应变梁形变的应变输出。3 比较各种桥路的性能（灵敏度）。二、实验原理：应变片是最常用的测力传感元件，当用应变片测试时，应变片要牢固地粘贴在测试体表面，当测件受力发生形变, 应变片的敏感栅随同变形，其电阻值也随之发生相应的变化。通过测量电路，转换成电信号输出显示。电桥电路是最常见的非电量电测电路中的一种，当电桥平衡时，桥路对臂电阻乘积相等，电桥输出为零，在桥臂四个电阻R1、R2、R3、R4中，电阻的相对变化率分别为，当使用一个应变片时，；当二个应变片组成差动状态工作，则有；用四个应变片组成二个差动对工作，且。根据戴维南定理可以得出测试电桥的输出电压近似等于1/4 E R，电桥灵敏度，于是对应于单臂、半桥、全桥的电压灵敏度分别为1/4E、1/2E和E。由此可知，当E和电阻相对变化一定时，电桥及电压灵敏度与各桥臂阻值的大小无关，单臂、半桥、全桥电路的灵敏度依次增大。三、实验所需部件：直流稳压电源（档）、电桥、差动放大器、金属箔式应变片、测微头、电压表。四、实验接线图： 图（1）五、实验步骤：1、调零。开启仪器电源，差动放大器增益置100倍（顺时针方向旋到底），“+，-”输入端用实验线对地短路。输出端接数字电压表，用“调零”电位器调整差动放大器输出电压为零，然后拔掉实验线。调零后电位器位置不要变化。如需使用毫伏表，则将毫伏表输入端对地短路，调整“调零”电位器，使指针居“零”位。拔掉短路线，指针有偏转是有源指针式电压表输入端悬空时的正常情况。调零后关闭仪器电源。2、按图（1）将实验部件用实验线连接成测试桥路，单臂桥路中R2、R3、R4和WD为电桥中的固定电阻和直流调平衡电位器，R1为应变片（可任选上、下梁中的一片工作片）。直流激励电源为4V；半桥桥路中R1和R2为箔式应变片，R3、R4仍为固定电阻；全桥桥路中R1、R2、R3、R4全部使用箔式应变片。在接半桥、全桥桥路时应特别注意其应变片的受力方向，一定要接成差动形式。3、调节测微头，使悬臂梁处于基本水平状态。4、确认接线无误后开启仪器电源，并预热数分钟。5、调整电桥电位器WD，使测试系统输出为零。6、旋动测微头，带动悬臂梁分别作向上和向下的运动，以水平状态下输出电压为零，向上和向下移动各5mm，测微头每移动0.5mm记录一个差动放大器输出电压值，并列表。根据表中所测数据计算灵敏度S，S = VX ，并在一个坐标图上做出V-X关系曲线。比较三种桥路的灵敏度，并作出定性的结论。位移mm电压V（单臂）电压（半桥）电压（全桥）位移mm电压V（单臂）电压（半桥）电压（全桥）六、注意事项：1 稳压电源不要对地短路。2 直流激励电压不能过大，以免造成应变片自热损坏。3 由于进行位移测量时测微头要从零正的最大值，又回复到零，再从零+ 负的最大值，因此容易造成零点偏移，计算灵敏度时可将正X的灵敏度分开计算，再求平均值。实验二 箔式应变片的温度效应 一、实验目的：说明温度变化对应变测试系统的影响。二、实验原理：温度变化引起应变片阻值发生变化的原因是应变片电阻丝的温度系数及电阻丝与测试中的膨胀系数不同，由此引起测试系统输出电压发生变化。三、实验所需部件：直流稳压电源、电桥、差动放大器、电压表、测微头、加热器、万用表测温计。四、实验步骤：1、按图（1）接成单臂桥测试系统，开启电源，调整系统输出为零。2、记录加热前测试系统感受的温度。3、开启“加热”电源，观察测试系统输出电源随温度计升高而发生的变化。待电压读数基本稳定后记下电压值。4、求出温度偏移值V/T。五、注意事项：由于本仪器中所使用的BHF箔式应变片具有防自蠕变性能，因此温度系数还是比较小的。实验三 移相器、相敏检波器实验 一、实验目的：1了解由运算放大器构成的移相电路的工作原理。2了解由施密特开关电路及运放组成的相敏检波电路的原理。二、实验原理：1 移相电路工作原理 图（2）该电路的闭环增益G(S)= 把拉普拉氏算符换成频率域的参数，则得到： 又改写为 在实验电路中，常设定幅频特性|G(j)|= 1，为此选择参数R1 = RF = 10K以上，R = 20K，则输出幅度与频率无关，闭环增益可简化为： 当R=2R1=2RRF时，|G(j)|=1。由上式可以得到相频特性表达式： 由tg表达式和正切三角函数半角公式可以得到： 因此可以得到相移为： 电阻R可以在很宽的范围内变化，当WRC很大时，相移0，式中负号表示相位超前，如果将电路中R和C互换位置，则可得到相位滞后的情况。如果阻容网络RC不变，则相移将随输入信号的频率而改变。2相敏检波电路如图（3）所示：图中为输入信号端，为输出端，为交流参考电压输入端，为直流参考电压输入。当、端输入控制电压信号时，通过差动放大器的作用使D和J处于开关状态，从而把端输入的正弦信号转换成半波整流信号。 图（3）三、实验所需部件：相敏检波器、移相器、音频振荡器、直流稳压电源、低通滤波器、电压表、示波器。四、实验步骤：（一）移相器1音频振荡器频率、幅值旋钮居中，将信号（0o或180o均可）送入相移器输入端。将双线示波器两测试线分别接相移器输入输出端，调整示波器，观察波形。2、调节移相器“移相”旋钮，观察两路波形的相位变化。3、改变音频振荡器频率，观察不同频率时移相器的移相范围。4、根据移相器实际电路图分析其工作原理。（二）相敏检波器1将音频振荡器频率、幅度旋钮居中，输出信号（0o或180o均可）接相敏检波器输入端。2将直流稳压电源2V档输出电压（正或负均可）接相敏检波器端。3示波器两通道分别接相敏输入、输出端，观察输入、输出波形的相位关系和幅值关系。4改变端参考电压的极性，观察输入、输出波形的相位和幅值关系。由此可以得出结论：当参考电压为正时，输入与输出同相，当参考电压为负时，输入与输出反相。5将音频振荡器0o端输出信号送入移相器输入端，移相器输出端与相敏检波器的参考电压输入端连接，相敏检波器的信号输入端接音频0o输出。6用示波器两通道观察附加观察插口、的波形。可以看出，相敏检波器中整形电路的作用是将输入的正弦波转换成方波，使相敏检波器中的电子开关能正常工作。7将相敏检波器的输出端与低通滤波器的输入端连接，低通输出端接数字电压表20V档。示波器两通道分别接相敏检波器输入、输出端。8适当调节音频振荡器幅值旋钮和移相器“移相”旋钮，观察示波器中波形变化和电压表电压值变化，然后将相敏检波器的输入端改接至音频振荡器180o输出端口，观察示波器和电压表的变化。由上可以看出，当相敏检波器的输入信号与开关信号同相时，输出为正极性的全波整流信号，电压表指示正极性方向最大值，反之，则输出负极性的全波整流波形，电压表指示负极性的最大值。9、调节移相器“移相”旋钮，利用示波器和电压表，测出相敏检波器的输入VP-P值与输出直流电压的关系。10使输入信号与参考信号的相位改变180o，测出上述关系。五、实验要求1 画出波形示意图2 根据实验步骤，设计出实验线路。3 记录相敏检波器的输入VP-P值与输出直流电压的关系。输入VP-P（V）输出VO（V）六、注意事项：相敏检波器最大输入电压VP-P值为20V。因为本实验仪中音频信号由函数发生器产生，所以通过相移器后波形局部有些畸变，这不是仪器故障。实验四 箔式应变片组成的交流全桥一、实验目的：说明交流激励的四臂应变电桥的原理及工作情况。二、实验原理：如图，这是交流全桥的一般形式，当电桥平衡时，Z1Z3=Z2Z4，电桥输出为零。若桥臂阻抗相对变化为，则电桥的输出与桥臂阻抗的相对变化为。交流电桥工作时增大相角差可以提高灵敏度，传感器最好是纯电阻性或纯电抗性的。交流电桥只有在满足输出电压的实部和虚部均为零的条件下才会平衡。 图（4）三、实验所需部件：电桥、音频振荡器、差动放大器、移相器、相敏检波器、低通滤波器、电压表、测微头、示波器。四、实验步骤：1、按图（4）接线，确认无误后开启电源，音频振荡器输出幅度和频率居中。2、调节测微头使梁处于水平位置，调节电桥直流调平衡电位器，使系统输出基本为零。仔细调节交流调平衡电位器，使系统输出为零。3、用示波器观察各环节波形，测量读数，列表填入V、X值，作出VX曲线，求出灵敏度。位移mm电压V位移mm电压V五、注意事项：1 欲提高交流全桥的灵敏度，可用示波器观察相敏检波器输出端波形，若相敏检波器输出端波形脉动成分较大，则系统虽然可以调零，但灵敏度较低，提高灵敏度的方法是当系统初步调零后，再调节电桥中的WD电位器，使相敏检波器输出波形尽量平直，然后再调节移相器“移相”旋钮和电桥中WA旋钮，使系统为零，这样系统灵敏度会最高。2 做交流全桥实验时用指针式毫伏表可以比较直观地看出应变梁在正、反向受力时系统输出电压的变化情况。实验五 交流全桥的应用振幅测量、电子秤一、实验目的：说明交流激励的应变全桥的应用。二、实验原理：1、 振幅测量：当梁受到不同的频率信号激励时，振幅不同，带给应变片的应力不同，电桥输出也不同。若激励频率和梁的固有频率相同时，产生共振，此时电桥输出为最大，根据这一原理可以找出梁的固有频率。2、 电子秤：利用电桥平衡时，Z1Z3=Z2Z4，电桥输出为零。当桥臂阻抗相对变化为，则电桥的输出与桥臂阻抗相对变化成一线性对应关系。三、实验所需部件：电桥、音频振荡器、差动放大器、移相器、相敏检波器、低通滤波器、电压表、测微头、示波器、环行砝码、称重平台。四、实验步骤：（一）振幅测量：1、 根据实验四的电路接线，移开测微头，调节电桥，使系统输出为零，并使系统灵敏度最大。2、 将低频振荡器输出端接至“激振”端，此时，悬臂梁开始振动。3、 用示波器观察差动放大器和低通滤波器的输出波形，注意调节示波器的扫描时间，差动放大器输出的是调幅波。4、 固定低频振荡器幅值旋钮不变，电压/频率表放2KHZ档，接低频振荡器输出端。调节低频振荡频率，用示波器读出系统最大振幅值，此时频率所示即为梁的固有频率。（二）电子秤：1、实验三接好线路，在悬臂梁顶端磁钢上放好称重平台，调节系统为零。2、在称重平台上逐步加上砝码进行标定，并将结果填入表格。3、取走砝码，在平台上加一未知重量的物品，记下电压表读数。4、根据坐标上W-V曲线得知物品的大致重量。W（g）V(v)五、注意事项：悬臂梁激振时振幅不宜太大，否则易造成应变片受损。实验六 差动变压器的标定一、 实验目的：说明差动变压器测试系统的组成和标定方法。二、 实验所需部件：差动变压器、音频振荡器、电桥、差动放大器、移相器、相敏检波器、低通滤波器、电压表、示波器、测微头。 图（5）三、 实验步骤：1、 按图（5）接线，差动放大器增益适度，音频振荡器LV端输出5KHZ，Vp-p值2V。2、 调节电桥WD、WA电位器，调节测微头带动衔铁改变其在线圈中的位置，使系统输出为零。3、 旋动测微头使衔铁在线圈中上、下有一个较大位移，用电压表和示波器观察系统输出是否正负对称，如不对称则需反复调节衔铁位置和电桥、移相器，做到正负输出对称。4、 旋动测微头，带动衔铁向上5mm，向下5mm位移，每旋一周（0.5mm）记录一电压值并填入表格。位移mm电压v四、 注意事项：系统标定需调节电桥、移相器、衔铁三者位置，需反复调节才能做到系统输出为零并正负对称。实验七 差动变压器的振动测量一、 实验目的：了解差动变压器的实际应用。二、 实验所需部件：差动变压器、音频振荡器、电桥、差动放大器、移相器、相敏检波器、低通滤波器、电压表、示波器。三、 实验步骤：1、 按图（5）接线，调节好系统各部分。2、 低频振荡器接人“激振”，使振动圆盘保持适当振幅。3、 维持低频振荡器输出幅度不变，用示波器观察低通滤波器的输出，电压/频率表2KHZ档接低频输出端，改变振荡频率从5HZ30HZ，读出Vop-p值，填入下表：f（HZ）56789101112131415182021Vop-p4、 根据实验结果做出振动台的振幅频率特性曲线，指出自振频率。5、四、注意事项1、 仪器中两副悬臂梁的固有频率因尺寸不同而不同。2、 衔铁位置可松开支架上小螺丝稍做上、下调节。实验八 差动螺管式电感传感器位移测量一、 实验原理： 利用差动变压器的两个次级线圈和衔铁组成。衔铁和线圈的相对位置变化引起螺管线圈电感值的变化。次级两个线圈必须呈差动状态连接，当衔铁移动时将使一个线圈电感增加，而另一线圈电感减小。二、实验所需部件：差动变压器、音频振荡器、电桥、差动放大器、移相器、相敏检波器、低通滤波器、电压表、示波器、测微头。三、实验步骤：1. 差动变压器两个次级线圈组成差动状态，按图（6）接线，音频振荡器LV端做为恒流源供电，差动放大器增益适度。差动变压器的两个线圈和电桥上的两个固定电阻R组成电桥的四臂，电桥的作用是将电感变化转换成电桥电压输出。2、旋动测微头使衔铁在线圈中位置居中，此时L0=L0，系统输出为零。3、当衔铁上、下移动时，L0L0，电桥失衡就有输出，大小与衔铁位移量成比例，相位则与衔铁移动方向有关，衔铁向上移动和向下移动时输出波形相位相差约1800，由于电桥输出是一个调幅波，因此必须经过相敏检波器后才能判断电压极性，以衔铁位置居中为起点，分别向上、向下各位移5mm，记录V，X值，做出VX曲线，求出灵敏度。图（6）实验九 热电式传感器热电偶一、 实验目的：观察了解热电偶的结构，熟悉热电偶的工作特性，学会查阅热电偶分度表。二、 实验原理：热电偶的基本工作原理是热电效应，当其热端和冷端的温度不同时，即产生热电动势。通过测量此电动势即可知道两端温差。如固定某一端温度（一般固定冷端为室温或0摄氏度），则另一端的温度就可知，从而实现温度的测量。本仪器中热电偶为铜康铜热电偶。三、 实验所需部件：热电偶、加热器、差动放大器、电压表、温度计（自备）四、 实验步骤：1. 差动放大器双端输入接入热电偶，打开电源，差动放大器增益放100倍，调节调零电位器，使差放输出为零。2. 打开加热器，差动放大器输出如有微小变化，马上调节调零电位器再度调零。3. 随加热器温度上升，观察差动放大器的输出电压的变化，待加热温度不再上升时，记录电压表读数。4. 本仪器上热电偶是由两只铜康铜热电偶串接而成，热电偶的冷端温度为室温，放大器的增益为100倍，计算热电势时均应考虑进去。用温度计读出热电偶参考端所处的室温t1。E（t , t0） = E (t , t1) + E (t1 , t0)实际电动势 测量所得电动势 温度修正电动势式中E为热电偶的电动势，t为热电偶热端温度，t0为热电偶参考端温度为0oC，t1为热电偶参考端所处的温度。查阅铜康铜热电偶分度表，求出加热端温度t。五、 注意事项：因为仪器中差动放大器放大倍数100倍，所以用差动放大器放大后的热电势并非十分精确，因此查表所得到的热端温度也为近似值。34铜康铜热电偶分度表 （自由端温度0oC）工作端温 度0122456789de/dt(vu)00.00000.0390.0780.1160.1550.1940.2340.2730.3120.35238.6100.3910.4310.4710.5100.5500.5900.6300.6710.7110.75139.5200.7920.8320.8730.9140.9540.9951.0361.0771.1181.15940.4301.2011.2421.2841.3251.3671.4081.4501.4921.5341.57641.3401.6181.6611.7031.7451.7881.8301.8731.9161.9582.00142.4502.0442.0872.1302.1742.2172.262.3042.3472.3912.43543.0602.4782.5222.5662.6102.6542.6982.7432.7872.8312.87649.8702.9202.9653.0103.0543.0993.1443.1893.2343.2793.32544.5803.3703.4153.4913.5063.5523.5973.6433.6893.7353.78145.3903.8273.8733.9193.9654.0124.0584.1054.1514.1984.24446.01004.2914.3384.3854.4324.4794.5294.5734.6214.6684.71546.8实验十 光纤传感器位移、转速测量一、实验原理：1、位移测量反射式光纤位移传感器的工作原理如图（7）所示，光纤采用Y型结构，两束多模光纤一端合并组成光纤探头，另一端分为两束，分别作为接收光纤和光源光纤，光纤只起传输信号的作用。当光发射器发生的红外光，经光源光纤照至反射体，被反射的光经接收光纤至光电转换元件将接收到的光信号转换为电信号。其输出的光强决定于反射体距光纤探头的距离，通过对光强的检测而得到位移量。 图（7）反射式光纤位移传感器原理图及输出特性曲线2、转速测量当光纤探头与反射面的相对位置发生周期性变化，光电变换器输出电量也发生相应的变化，经V / F电路变换，成方波频率信号输出。二、实验所需部件：光纤、光电变换器、低频振荡器、示波器、测微头、反射片、支架、电压 / 频率表、测速电机及转盘。三、实验步骤：1、观察光纤结构：本仪器中光纤探头为半圆型结构，由数百根光导纤维组成，一半为光源光纤，一半为接收光纤。2、装上光纤探头，探头对准镀铬反射片（即电涡流平片）。3、光电变换器V0端接电压表，开启电源，旋动测微头，带动振动平台，使光纤探头端面紧贴反射镜面，此时V0输出为最小。然后旋动测微头，使反射镜面离开探头，每隔0.25mm取一V0电压值填入下表，作出V-X曲线。X00.250.50.751.01.251.51.752.02.252.52.753.03.253.53.754.0Y0.0150.2250.4720.7500.9751.1791.3141.4141.4541.4591.4351.3871.3281.2611.1871.1154得出输出电压特性曲线如图所示，分前坡和后坡，通常测量是采用线性较好的前坡。4、振动实验：将测微头移开，振动台处于自由状态，根据V-X曲线选取前坡中点位置好光纤探头。将低频振荡器输出接“激振”，调节激振频率和幅度，使振动台保持适当幅度的振动（以不碰到光纤探头为宜）。用示波器观察V0端输出电压波形，并用电压/频率表读出振动频率。5、转速测量：将光纤探头转一角度置于测速电机上方，并调整探头高度使其距转盘面1mm左右，光纤探头以对准转盘边缘内3mm处为宜。6、光电变换器F0端分别接电压/频率表和示波器DC档。开启电机开关，调节转盘转速，用示波器观察输出波形并读出频率。电机转速=F0端方波频率2（每周两个方波信号）四、注意事项：1、光电变换器工作时V0最大输出电压以2V左右为好，通过调节增益控制。2、实验时请保持反射镜片的洁净与光纤端面的垂直度。3、光纤勿成锐角曲折。4、光纤探头在支架上固定时应保持与转盘面平行，切不可相擦，以免使光纤端面受损。实验十一 霍尔式传感器的直流激励特性一、实验目的：了解霍尔式传感器的结构、工作原理，学会用霍尔式传感器做静态位移测试。二、实验原理：霍尔式传感器是由两个环形磁钢组成梯度磁场和位于梯度磁场中的霍尔元件组成。当霍尔元件通以恒定电流时，霍尔元件就有电势输出。霍尔元件在梯度磁场中上、下移动时，输出的霍尔电势V取决于其在磁场中的位移量X，所以测得霍尔电势的大小便可以获知霍尔元件的静位移。三、实验所需部件： 直流稳压电源、电桥、霍尔传感器、差动放大器、电压表、测微头。 图（8）四、实验步骤：1、按图（8）接线，装上测微头，调节振动圆盘上、下位置，使霍尔元件位于梯度磁场中间位置。开启电源，调节测微头和电桥WD，使差放输出为零。上、下移动振动台，使差放正负电压输出对称。2、上、下移动测微头各3.5mm，每变化0.5mm读取相应的电压值，并记入下表，作出V-X曲线，求出灵敏度及线性。X(mm)V（v）五、注意事项：直流激励电压须严格限定在2V，绝对不能任意加大，以免损坏霍尔元件。实验十二 电涡流式传感器的静态标定一、实验目的：了解电涡流传感器的结构、原理、工作特性。二、实验原理：电涡流式传感器由平面线圈和金属涡流片组成，当线圈中通以高频交变电流后，与其平行的金属片上产生电涡流，电涡流的大小影响线圈的阻抗Z，而涡流的大小与金属涡流片的电阻率、导磁率、厚度、温度以及与线圈的距离X有关。当平面线圈、被测体（涡流片）、激励源已确定，并保持环境温度不变，阻抗Z只与X距离有关。将阻抗变化经涡流变换器变换成电压V输出，则输出电压是距离X的单值函数。三、实验所需部件：电涡流线圈、金属涡流片、电涡流变换器、测微头、示波器、电压表。四、实验步骤：1、安装好电涡流线圈和金属涡流片，注意两者必须保持平行。安装好测微头，将电涡流线圈接入涡流变换器输入端。涡流变换器输出端接电压表20V档。2、开启仪器电源，用测微头将电涡流线圈与涡流片分开一定距离。此时输出端有一电压值输出。用示波器接涡流变换器输入端观察电涡流传感器的高频波形，信号频率约为1MHZ。3、用测微头带动振动平台使平台线圈完全贴紧金属涡流片，此时涡流变换器输出电压为零。涡流变换器中的振荡电路停振。4、旋动测微头使平面线圈离开金属涡流片，从电压表开始有读数起每位移0.25mm记录一个读数，并用示波器观察变换器的高频振动波形。将V、X数据填入表格，作出VX曲线，指出线性范围，求出灵敏度。五、注意事项： 当涡流变换器接入电涡流线圈处于工作状态时，接入示波器会影响线圈的阻抗，使变换器的输出电压减少，或是使传感器在初始状态有一死区。实验十三 被测材料对电涡流传感器特性的影响一、 实验目的通过实验说明不同的材料对电涡流传感器特性的影响。二、实验所需部件：电涡流线圈、金属涡流片、电涡流变换器、测微头、示波器、电压表、铜、铝涡流片。三、实验步骤： 1、按实验十三安装好传感器，开启电源。 2、分别对铁、铜、铝被测体进行测量，记录数据，在同一坐标图作出V-X曲线。 3、分别找出各被测体的线性范围、灵敏度、最佳工作点（双向或单向），并进行比较。 4、从实验得出结论：被测材料不同时灵敏度与线性范围都不同，必须分别进行标定。实验十四 电涡流式传感器的振幅测量一、实验目的：通过实验掌握用电涡流传感器测量振幅的原理和方法。二、实验所需部件：电涡流传感器、涡流变换器、直流稳压电源、电桥、差动放大器、示波器、激振器、低频振荡器。图（9）三、实验步骤：1、按图（9）接线，根据实验十三结果，将平面线圈安装在最佳工作点，直流稳压电源置10V档，差动放大器在这里仅作为一个电平移动电路，增益置最小处（1倍）。调节电桥WD，使系统输出为零。2、接通激振器，调节低频振荡器频率，使其在1530HZ范围内变化，用示波器观察涡流变换器输出波形，记下VP-P值，同时利用实验十二的结果求出距离变化范围XP-P值。3、可同时用双踪示波器另一通道观察涡流变换器输入端的调幅波。4、变化低频振荡器频率和幅值，提高振动圆盘振幅，用示波器可以看到变换器输出波形有失真现象，这说明电涡流式传感器的振幅测量范围是很小的。四、注意事项：直流稳压电源10V和接地端接电桥直流调平衡电位器WD两端。实验十五 磁电式传感器一、实验目的 通过实验说明磁电式传感器的结构、原理、应用。二、实验原理 磁电式传感器是一种能将非电量的变化转为感应电动势的传感器，所以也称为感应式传感器。根据电磁感应定律，匝线圈中的感应电动势e的大小决定于穿过线圈的磁通的变化率：e*d/dt。仪器中的磁电式传感器由动铁与感应线圈组成，永久磁钢做成的动铁产生恒定的直流磁场，当动铁与线圈有相对运动时，线圈与磁场中的磁通交链产生感应电势，e与磁通变化率成正比，是一种动态传感器。三、实验所需部件：磁电式传感器、低频振荡器、激振器、涡流式传感器、涡流变换器、差动放大器、双踪示波器。四、实验步骤：1、 低频振荡器接“激振”，磁电式端口接差动放大器两输入端，差动放大器输出端接示波器。开启电源，调节振荡频率和幅度，观察输出波形。2、 安装好电涡流式传感器，因为不要求进行位置测量，所以平面线圈与金属涡流片的相对位置可以高些，以振动时不相碰为宜。3、 双踪示波器的通道1和通道2分别接差动放大器输出端和涡流变换器的输出端，调节低频振荡器的振动频率和振幅，观察比较两波形。通过观察，可以得出结论：磁电式传感器对速度敏感，电涡流式传感器则对位置敏感，速度的变化对它影响不大。4、 将“激振”与“磁电”端接线互换，接通低频振荡器，观察差动放大器的输出波形。与原磁电式传感器波形比较。可以得出结论：磁电式传感器是一种磁电、电磁转换的双向式传感器。实验十六 压电加速度式传感器一、 实验目的了解压电加速度计的结构、原理和应用。二、实验原理压电式传感器是一种典型的有源传感器（发电型传感器）。压电传感元件是力敏感元件，在压力、应力、加速度等外力作用下，在电介质表面产生电荷，从而实现非电量的电测。图（10）三、实验所需部件压电式传感器、电荷放大器、低频振荡器、激振器、电压/频率表、示波器。四、 实验步骤1、观察了解压电式加速度传感器的结构：由双压电陶瓷晶片、惯性质量块、压簧、引出电极组装于塑料外壳中。2、按图（10）接线，低频振荡器输出接“激振”端，开启电源，调节振动频率与振幅，用示波器观察低通滤波器输出波形。3、当悬臂梁处于谐振状态时振幅最大，此时示波器所观察到的波形Vpp也最大，由此可以得出结论：压电加速度传感器是一种对外力作用敏感的传感器。五、 注意事项做此实验时，悬臂梁振动频率不能过低，否则电荷放大器将无输出实验十七 电容式传感器特性一、实验目的掌握电容式传感器的工作原理和测量方法。二、实验原理电容式传感器有多种型式，本仪器中是差动变面积式。传感器由两组定片和一组动片组成。当安装于振动台上的动片上、下改变位置，与两组静片之间的重叠面积发生变化，极间电容也发生相应变化，成为差动电容。如将上层定片与动片形成的电容定为CX1下层定片与动片形成的电容定为CX2，当将CX1和CX2接入桥路作为相邻两臂时，桥路的输出电压与电容量的变化有关，即与振动台的位移有关。三、实验所需部件电容传感器、电容变换器、差动放大器、低通滤波器、低频振荡器、测微头。 图（11）四、实验步骤：1、 按图（11）接线，电容变换器和差动放大器的增益适中。2、 装上测微头，带动振动台位移，使电容动片位于两静片，此时差动放大器输出应为零。3、 以此为起点，向上和向下位移动片，每次0.5mm，直至动片与一组静片中全部重合为止。记录数据，并作出V-X曲线，求得灵敏度。4、 低频振荡器输出接“激振”端，移开测微头，适当调节频率和振幅，使差动放大输出波形较大但不失真，用示波器观察波形。X（mm）0V（v）五、注意事项1、 电容动片与两定片之间的片间距离须相等，必要时可稍做调整。位移和振动时均不可有擦片现象，否则会造成输出信号突变。2、 如果差动放大器输出端用示波器观察到波形中有杂波，请将电容变换器增益进一步减少。实验十八 力平衡式传感器一、实验目的掌握利用多种传感器和电路单元组成测试系统的原理。二、实验原理：图（12）是一带有反馈的闭环系统传感器，它与一般传感器的区别在于它有一个“反向传感器”的反馈回路，把系统的输出信号反馈到系统输入端进行比较和平衡。由于在此系统中所用的传感器主要是力或力矩平衡的方式，所以称为力平衡传感器。力平衡式传感器主要用于能将被测转换成敏感元件的微小位移的场合，如力、压力、加速度、振动等。 图（12） 图（13）三、实验所需部件：电涡流传感器、涡流变换器、电桥、电源、差动放大器、低频振荡器（作为电流放大器使用）、激振线圈、电压表、测微头。四、实验步骤：1、图（13）是系统示意图。在此系统中用电涡流传感器、差动放大器、电流放大器和激振器组成负反馈测量系统。2、安装和调试好电涡流传感器，使差动放大器输出为零。差动放大器作为电平移动单元使用。差动放大器输出用带3.5mm插头的实验线的芯线出，3.5mm插头插入低频振荡器Vi3.5mm插座，另一头连接屏蔽层的插头接地。电流放大器的输出即低频放大器的输出端V0， V0端分别接电压表和“激