傳感器實驗講義

1、傳感器實驗指南傳感器實驗指南實驗一 應(yīng)變片單臂電橋性能實驗 2實驗二 應(yīng)變片半橋性能實驗 6實驗三 應(yīng)變片全橋性能實驗 7實驗四 電容式傳感器測位移特性實驗 9實驗五 線性霍爾傳感器測位移特性實驗 12實驗六 線性霍爾傳感器交流激勵時位移特性實驗13實驗七 壓電式傳感器測振動實驗15實驗八 電渦流傳感器測量位移特性實驗17實驗九 電渦流傳感器測量振動實驗20實驗十 開關(guān)式霍爾傳感器測轉(zhuǎn)速實驗21實驗十一 磁電式轉(zhuǎn)速傳感器測轉(zhuǎn)速實驗 22實驗十二 光電傳感器測量轉(zhuǎn)速實驗23注意事項1、在實驗前務(wù)必詳細閱讀實驗指南。2、防止硬物撞擊、劃傷實驗臺面；防止傳感器跌落地面。3、請勿將主機箱的電源、信號源

2、輸出端與地（）短接，因短接時間長易造成電路故障。4、請勿將主機箱的±電源引入實驗電路時接錯。5、在更換接線時，應(yīng)斷開電源，只有在確保接線無誤后方可接通電源。6、實驗接線時，要握住手柄插拔實驗線，不能拉扯實驗線。7、如果實驗臺長期未通電使用，在實驗前先通電十分鐘預(yù)熱，再檢查按一次漏電保護按鈕是否有效。8、實驗完畢后，請將傳感器、配件及連線全部整理放置好。實驗一 應(yīng)變片單臂電橋性能實驗一、實驗?zāi)康模毫私怆娮钁?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

3、的傳感器。此類傳感器主要是通過一定的機械裝置將被測量轉(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，在機械加工、計量、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)(略)2、應(yīng)變靈敏度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散出半導(dǎo)體電阻應(yīng)變薄膜（擴散出敏感柵），制成擴散型壓阻

4、式（壓阻效應(yīng)）傳感器。本實驗以金屬箔式應(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0.025mm左右的金屬絲或金屬箔制成，如圖11所示。(a) 絲式應(yīng)變片                                 

5、;        (b) 箔式應(yīng)變片圖11應(yīng)變片結(jié)構(gòu)圖金屬箔式應(yīng)變片就是通過光刻、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)生機械變形時，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： RRK 式中：RR為電阻絲電阻相對變化，K為應(yīng)變靈敏系數(shù),=L/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、線性度好且易實現(xiàn)溫度補償?shù)?/p>

6、優(yōu)點。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；全橋工作時的輸出是單臂時的四倍，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?；倦娐啡鐖D12（a）、（b）、（c）所示。（a）單臂 （b）半橋 （c）全橋圖12 應(yīng)變片測量電路（a）、單臂UoUU(R1R1)(R1R1R5)R7(R7R6)E（R7R6）（R1R1）R7（R5R1R1）（R5R1R1）（R7R6）E設(shè)R1R5R6R7，且R1R1RR1，RRK，K為靈敏度系數(shù)。

7、則Uo(14)(R1R1)E(14)(RR)E(14)KE(b)、雙臂(半橋)同理:Uo(12)(RR)E(12)KE(C)、全橋同理:Uo(RR)EKE6、箔式應(yīng)變片單臂電橋?qū)嶒炘韴D 圖13 應(yīng)變片單臂電橋性能實驗原理圖圖中R5、R6、R7為350固定電阻，R1為應(yīng)變片； RW1和R8組成電橋調(diào)平衡網(wǎng)絡(luò)，E為供橋電源±4V。橋路輸出電壓Uo(14)(R4R4)E(14)(RR)E(14)KE 。差動放大器輸出為Vo。三、需用器件與單元：主機箱中的±2V±10V（步進可調(diào)）直流穩(wěn)壓電源、±15V直流穩(wěn)壓電源、電壓表；應(yīng)變式傳感器實驗?zāi)０濉⑼斜P、砝碼；

8、4位數(shù)顯萬用表（自備）。四、實驗步驟：應(yīng)變傳感器實驗?zāi)０逭f明：應(yīng)變傳感器實驗?zāi)０逵蓱?yīng)變式雙孔懸臂梁載荷傳感器（稱重傳感器）、加熱器+5V電源輸入口、多芯插頭、應(yīng)變片測量電路、差動放大器組成。實驗?zāi)０逯械腞1(傳感器的左下)、R2(傳感器的右下)、R3(傳感器的右上)、R4(傳感器的左上)為稱重傳感器上的應(yīng)變片輸出口；沒有文字標記的5個電阻符號是空的無實體，其中4個電阻符號組成電橋模型是為電路初學(xué)者組成電橋接線方便而設(shè)；R5、R6、R7是350固定電阻，是為應(yīng)變片組成單臂電橋、雙臂電橋（半橋）而設(shè)的其它橋臂電阻。加熱器+5V是傳感器上的加熱器的電源輸入口，做應(yīng)變片溫度影響實驗時用。多芯插頭是振動

9、源的振動梁上的應(yīng)變片輸入口，做應(yīng)變片測量振動實驗時用。1、將托盤安裝到傳感器上，如圖14所示。圖14 傳感器托盤安裝示意圖2、測量應(yīng)變片的阻值：當傳感器的托盤上無重物時，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：阻值變小。）。圖15測量應(yīng)變片的阻值示意圖3、實驗?zāi)０逯械牟顒臃糯笃髡{(diào)零：按圖16示意接線，將主機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(先順時針輕輕轉(zhuǎn)到底，再逆時針回轉(zhuǎn)1圈)后，

10、再調(diào)節(jié)實驗?zāi)０宸糯笃鞯恼{(diào)零電位器RW4，使電壓表顯示為零。圖16差動放在器調(diào)零接線示意圖4、應(yīng)變片單臂電橋?qū)嶒灒宏P(guān)閉主機箱電源，按圖17示意圖接線，將±2V±10V可調(diào)電源調(diào)節(jié)到±4V檔。檢查接線無誤后合上主機箱電源開關(guān)，調(diào)節(jié)實驗?zāi)０迳系臉蚵菲胶怆娢黄鱎W1，使主機箱電壓表顯示為零；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放置)，讀取相應(yīng)的數(shù)顯表電壓值，記下實驗數(shù)據(jù)填入表1。圖17應(yīng)變片單臂電橋?qū)嶒灲泳€示意圖表1 應(yīng)變片單臂電橋性能實驗數(shù)據(jù)重量(g)0電壓(mV)05、根據(jù)表1數(shù)據(jù)作出曲線并計算系統(tǒng)靈敏度SV/W（V輸出電壓變化量，W重量變

11、化量）和非線性誤差，=m/yFS ×100式中m為輸出值（多次測量時為平均值）與擬合直線的最大偏差：yFS滿量程輸出平均值，此處為200g。實驗完畢，關(guān)閉電源。實驗二 應(yīng)變片半橋性能實驗一、實驗?zāi)康模毫私鈶?yīng)變片半橋（雙臂）工作特點及性能。二、基本原理：應(yīng)變片基本原理參閱實驗一。應(yīng)變片半橋特性實驗原理如圖21所示。不同應(yīng)力方向的兩片應(yīng)變片接入電橋作為鄰邊，輸出靈敏度提高，非線性得到改善。其橋路輸出電壓Uo(12)(RR)E(12)KE 。圖21 應(yīng)變片半橋特性實驗原理圖三、需用器件與單元：主機箱中的±2V±10V（步進可調(diào)）直流穩(wěn)壓電源、±15V直流穩(wěn)壓電

12、源、電壓表；應(yīng)變式傳感器實驗?zāi)０?、托盤、砝碼。四、實驗步驟：1、按實驗一（單臂電橋性能實驗）中的步驟1和步驟3實驗。 2、關(guān)閉主機箱電源，除將圖17改成圖22示意圖接線外，其它按實驗一中的步驟4實驗。讀取相應(yīng)的數(shù)顯表電壓值，填入表2中。圖22 應(yīng)變片半橋?qū)嶒灲泳€示意圖表2 應(yīng)變片半橋?qū)嶒灁?shù)據(jù)重量(g)0電壓(mV)03、根據(jù)表2實驗數(shù)據(jù)作出實驗曲線，計算靈敏度SV/W，非線性誤差。實驗完畢，關(guān)閉電源。五、思考題：半橋測量時兩片不同受力狀態(tài)的電阻應(yīng)變片接入電橋時，應(yīng)放在：（1）對邊（2）鄰邊。實驗三 應(yīng)變片全橋性能實驗一、實驗?zāi)康模毫私鈶?yīng)變片全橋工作特點及性能。二、基本原理：應(yīng)變片基本原理參閱實

13、驗一。應(yīng)變片全橋特性實驗原理如圖31所示。應(yīng)變片全橋測量電路中，將應(yīng)力方向相同的兩應(yīng)變片接入電橋?qū)?，相反的?yīng)變片接入電橋鄰邊。當應(yīng)變片初始阻值：R1R2R3R4，其變化值R1R2R3R4時，其橋路輸出電壓Uo(RR)EKE。其輸出靈敏度比半橋又提高了一倍，非線性得到改善。圖31應(yīng)變片全橋特性實驗接線示意圖三、需用器件和單元：主機箱中的±2V±10V（步進可調(diào)）直流穩(wěn)壓電源、±15V直流穩(wěn)壓電源、電壓表；應(yīng)變式傳感器實驗?zāi)０濉⑼斜P、砝碼。四、實驗步驟：實驗步驟與方法（除了按圖32示意接線外）參照實驗二，將實驗數(shù)據(jù)填入表3作出實驗曲線并進行靈敏度和非線性誤差計算。實

14、驗完畢，關(guān)閉電源。圖32 應(yīng)變片全橋性能實驗接線示意圖表3全橋性能實驗數(shù)據(jù)重量(g)電壓(mV)五、思考題：測量中，當兩組對邊（R1、R3為對邊）電阻值R相同時，即R1R3，R2R4，而R1R2時，是否可以組成全橋：（1）可以（2）不可以。實驗四 電容式傳感器的位移實驗一、實驗?zāi)康模毫私怆娙菔絺鞲衅鹘Y(jié)構(gòu)及其特點。二、基本原理：1、原理簡述：本實驗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161所示：它是有二個圓筒和一個圓柱組成的。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=2pln(Rr)

15、。圖中C1、C2是差動連接，當圖中的圓柱產(chǎn)生X位移時，電容量的變化量為C =C1C2=2p2Xln(Rr)，式中2p、ln(Rr)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161 實驗電容傳感器結(jié)構(gòu)測量電路(電容變換器)：測量電路畫在實驗?zāi)０宓拿姘迳?。其電路的核心部分是圖162的二極管環(huán)路充放電電路。圖162 二極管環(huán)形充放電電路在圖162中，環(huán)形充放電電路由D3、D4、D5、D6二極管、C4電容、L1電感和CX1、CX2（實驗差動電容位移傳感器）組成。當高頻激勵電壓(>100kHz)輸入到點，由低電平E1躍到高電平E2時，電容CX1和CX2兩端電壓均由E1充到E2

16、。充電電荷一路由點經(jīng)D3到b點，再對CX1充電到O點(地)；另一路由由點經(jīng)C4到c點，再經(jīng)D5到d點對CX2充電到O點。此時，D4和D6由于反偏置而截止。在t1充電時間內(nèi)，由到c點的電荷量為：Q1CX2(E2-E1) （161） 當高頻激勵電壓由高電平E2返回到低電平E1時，電容CX1和CX2均放電。CX1經(jīng)b點、D4、c點、C4、點、L1放電到O點；CX2經(jīng)d點、D6、L1放電到O點。在t2放電時間內(nèi)由c點到點的電荷量為：Q2CX1(E2-E1) （162）當然，（161）式和（162）式是在C4電容值遠遠大于傳感器的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

17、線、虛線箭頭所示。在一個充放電周期內(nèi)（t1t2），由c點到點的電荷量為：Q2-Q1(CX1-CX2)(E2-E1)CX E （163）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f1/T，則流過ac支路輸出的平均電流i為：iffCX E （164） 式中：E激勵電壓幅值；CX傳感器的電容變化量。由（164）式可看出：f、E一定時，輸出平均電流i與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Vo1I Rw。由傳感器原理已知C與X位移成正比，所以通過測量電路的輸出電壓Vo1就可知X位移。1、 電容式位移

18、傳感器實驗原理方塊圖如圖163圖163電容式位移傳感器實驗方塊圖三、需用器件與單元：主機箱±15V直流穩(wěn)壓電源、電壓表；電容傳感器、電容傳感器實驗?zāi)０?、測微頭。附：測微頭的組成與使用測微頭組成和讀數(shù)如圖115測微頭讀數(shù)圖圖115測位頭組成與讀數(shù)測微頭組成： 測微頭由不可動部分安裝套、軸套和可動部分測桿、微分筒、微調(diào)鈕組成。測微頭讀數(shù)與使用：測微頭的安裝套便于在支架座上固定安裝，軸套上的主尺有兩排刻度線，標有數(shù)字的是整毫米刻線(1mm格)，另一排是半毫米刻線(0.5mm格)；微分筒前部圓周表面上刻有50等分的刻線(0.01mm格)。用手旋轉(zhuǎn)微分筒或微調(diào)鈕時，測桿就沿軸線方向進退。微分筒

19、每轉(zhuǎn)過1格，測桿沿軸方向移動微小位移0.01mm，這也叫測微頭的分度值。測微頭的讀數(shù)方法是先讀軸套主尺上露出的刻度數(shù)值，注意半毫米刻線；再讀與主尺橫線對準微分筒上的數(shù)值、可以估讀110分度，如圖11-5甲讀數(shù)為3.678mm，不是3.178mm；遇到微分筒邊緣前端與主尺上某條刻線重合時，應(yīng)看微分筒的示值是否過零，如圖115乙已過零則讀2.514mm；如圖115丙未過零，則不應(yīng)讀為2mm，讀數(shù)應(yīng)為1.980mm。測微頭使用：測微頭在實驗中是用來產(chǎn)生位移并指示出位移量的工具。一般測微頭在使用前，首先轉(zhuǎn)動微分筒到10mm處(為了保留測桿軸向前、后位移的余量)，再將測微頭軸套上的主尺橫線面向自己安裝到

20、專用支架座上，移動測微頭的安裝套(測微頭整體移動)使測桿與被測體連接并使被測體處于合適位置(視具體實驗而定)時再擰緊支架座上的緊固螺釘。當轉(zhuǎn)動測微頭的微分筒時，被測體就會隨測桿而位移。四、實驗步驟：1、按圖164示意安裝、接線。圖164 電容傳感器位移實驗安裝、接線示意圖2、將實驗?zāi)０迳系腞w調(diào)節(jié)到中間位置(方法：逆時針轉(zhuǎn)到底再順時傳圈)。3、將主機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(同一個方向)6圈，記錄此時的測微頭讀數(shù)和電壓表顯示值為實驗起點值。以后，反方向每轉(zhuǎn)動測微頭1圈即X=0.5m

21、m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驗可以消除測微頭的回差)。表16 電容傳感器位移實驗數(shù)據(jù)X (mm) V(mV)4、根據(jù)表16數(shù)據(jù)作出XV實驗曲線并截取線性比較好的線段計算靈敏度S=VX和非線性誤差及測量范圍。實驗完畢關(guān)閉電源開關(guān)。實驗五 線性霍爾傳感器位移特性實驗一、實驗?zāi)康模毫私饣魻柺絺鞲衅髟砼c應(yīng)用。二、基本原理：本實驗采用的霍爾式位移（小位移1mm2mm）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、機械振動等本質(zhì)上都可轉(zhuǎn)變成位移的變化來測量?；魻柺轿灰苽鞲衅鞯墓ぷ髟砗蛯嶒炿娐吩砣鐖D172 (a)

22、、(b)所示。將磁場強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，其磁感應(yīng)強度為0，(a)工作原理 (b)實驗電路原理圖172霍爾式位移傳感器工作原理圖設(shè)這個位置為位移的零點，即X0，因磁感應(yīng)強度B0，故輸出電壓UH0。當霍爾元件沿X軸有位移時，由于B0，則有一電壓UH輸出，UH經(jīng)差動放大器放大輸出為V。V與X有一一對應(yīng)的特性關(guān)系。注意：線性霍爾元件有四個引線端。涂黑二端是電源輸入激勵端，另外二端是輸出端。接線時，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：主機箱中的±2V±10V（步進可調(diào)）直流穩(wěn)壓電源、

23、7;15V直流穩(wěn)壓電源、電壓表；霍爾傳感器實驗?zāi)０?、霍爾傳感器、測微頭。四、實驗步驟：1、調(diào)節(jié)測微頭的微分筒(0.01mm/每小格)，使微分筒的0刻度線對準軸套的10mm 刻度線。按圖173示意圖安裝、接線，將主機箱上的電壓表量程切換開關(guān)打到2V檔，±2V±10V（步進可調(diào)）直流穩(wěn)壓電源調(diào)節(jié)到±4V檔。2、檢查接線無誤后，開啟主機箱電源，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位置(目測)時，擰緊緊固螺釘。再調(diào)節(jié)RW1使電壓表顯示。圖173 霍爾傳感器(直流激勵)位移實驗接線示意圖3、測位移使用測微頭時，當來

24、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械回程差，為消除這種機械回差可用單行程位移方法實驗：順時針調(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。以后，反方向(逆時針方向) 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17(這樣可以消除測微頭的機械回差)。表17 霍爾傳感器(直流激勵)位移實驗數(shù)據(jù)X（mm）V(mV)4、根據(jù)表17數(shù)據(jù)作出VX實驗曲線，分析曲線在不同測量范圍 (±0.5mm、±1mm、±2mm)時的靈敏度和非線性誤差。實驗完畢，關(guān)閉電源。實驗六 線性霍爾傳感器

25、交流激勵時的位移性能實驗一、實驗?zāi)康模毫私饨涣骷顣r霍爾式傳感器的特性。二、基本原理：交流激勵時霍爾式傳感器與直流激勵一樣，基本工作原理相同，不同之處是測量電路。三、需用器件與單元：主機箱中的±2V±10V（步進可調(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、霍爾傳感器實驗?zāi)０濉⒁葡嗥飨嗝魴z波器低通濾波器模板、雙蹤示波器。四、實驗步驟：1、相敏檢波器電路調(diào)試：將主機箱的音頻振蕩器的幅度調(diào)到最?。ǚ刃o逆時針輕輕轉(zhuǎn)到底），將±2V±10V可調(diào)電源調(diào)節(jié)到±2V檔，再按圖181示意接線，檢查接線無誤后合上

26、主機箱電源開關(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TIME/DIV 在0.1mS10µS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CH1、CH2輸入對地短接時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，以后不要觸碰這個電位器鈕。關(guān)閉電源。圖181相敏檢波器電路調(diào)試接線示意圖

27、圖182 交流激勵時霍爾傳感器位移實驗接線圖2、調(diào)節(jié)測微頭的微分筒(0.01mm/每小格)，使微分筒的0刻度線對準軸套的10mm 刻度線。按圖182示意圖安裝、接線，將主機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箱電源開關(guān)。3、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位置(目測)時，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50mV1V范圍內(nèi)選擇監(jiān)測）。再仔細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小（盡量使

28、傳感器的PCB板霍爾元件處在兩園形磁鋼的中點位置）并擰緊測微頭安裝孔的緊固螺釘。再仔細交替地調(diào)節(jié)實驗?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）。4、測位移使用測微頭時，當來回調(diào)節(jié)微分筒使測桿產(chǎn)生位移的過程中本身存在機械回程差，為消除這種機械回差可用單行程位移方法實驗：順時針調(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。以后，反方向(逆時針方向) 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18(這樣可以消

29、除測微頭的機械回差)。表18交流激勵時霍爾傳感器位移實驗數(shù)據(jù)X（mm）V(mV)5、根據(jù)表18數(shù)據(jù)作出VX實驗曲線，分析曲線在不同測量范圍 (±0.5mm、±1mm、±2mm)時的靈敏度和非線性誤差。實驗完畢，關(guān)閉電源。五、思考題：根據(jù)對實驗曲線的分析再與實驗十七比較，線性霍爾傳感器測靜態(tài)位移時采用什么激勵電源為好（直流或交流）？實驗七 壓電式傳感器測振動實驗一、實驗?zāi)康模毫私鈮弘妭鞲衅鞯脑砗蜏y量振動的方法。二、基本原理：壓電式傳感器是一和典型的發(fā)電型傳感器，其傳感元件是壓電材料，它以壓電材料的壓電效應(yīng)為轉(zhuǎn)換機理實現(xiàn)力到電量的轉(zhuǎn)換。壓電式傳感器可以對各種動態(tài)力、

30、機械沖擊和振動進行測量，在聲學(xué)、醫(yī)學(xué)、力學(xué)、導(dǎo)航方面都得到廣泛的應(yīng)用。1、 壓電效應(yīng)（略）2、壓電加速度傳感器實驗原理圖 壓電加速度傳感器實驗原理、電荷放大器由圖214(a)、(b)所示。圖214(a) 壓電加速度傳感器實驗原理框圖圖214(b) 電荷放大器原理圖三、需用器件與單元：主機箱±15V直流穩(wěn)壓電源、低頻振蕩器；壓電傳感器、壓電傳感器實驗?zāi)０?、移相?相敏檢波器/濾波器模板；振動源、雙蹤示波器。四、實驗步驟：1、按圖215所示將壓電傳感器安裝在振動臺面上(與振動臺面中心的磁鋼吸合)，振動源的低頻輸入接主機箱中的低頻振蕩器，其它連線按圖示意接線。圖215 壓電傳感器

31、振動實驗安裝、接線示意圖2、將主機箱上的低頻振蕩器幅度旋鈕逆時針轉(zhuǎn)到底(低頻輸出幅度為零)， 調(diào)節(jié)低頻振蕩器的頻率在68Hz左右。檢查接線無誤后合上主機箱電源開關(guān)。再調(diào)節(jié)低頻振蕩器的幅度使振動臺明顯振動(如振動不明顯可調(diào)頻率)。3、用示波器的兩個通道正確選擇雙蹤示波器的“觸發(fā)”方式及其它(TIME/DIV ：在50mS20mS范圍內(nèi)選擇；VOLTS/DIV：0.5V50mV范圍內(nèi)選擇)設(shè)置同時觀察低通濾波器輸入端和輸出端波形；在振動臺正常振動時用手指敲擊振動臺同時觀察輸出波形變化。4、改變低頻振蕩器的頻率(調(diào)節(jié)主機箱低頻振蕩器的頻率)，觀察輸出波形變化。實驗完畢，關(guān)閉電源。實驗八 電渦流傳感器

32、位移實驗一、實驗?zāi)康模毫私怆姕u流傳感器測量位移的工作原理和特性。二、基本原理： 為實現(xiàn)電渦流位移測量，必須有一個專用的測量電路。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)定的震蕩器和一個檢波電路等。電渦流傳感器位移測量實驗框圖如圖222所示：圖222 電渦流位移特性實驗原理框圖根據(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三個參數(shù)，用相應(yīng)的測量電路（前置器）來測量。本實驗的渦流變換器為變頻調(diào)幅式測量電路，電路原理如圖223所示。電路組成：Q1、C1、C2、C3組成電容三點式振蕩器，產(chǎn)生頻率為1MHz左右的正弦載波信號。電

33、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械接觸，具有很寬的使用頻率范圍（從010Hz）。當無被測導(dǎo)體時，振蕩器回路諧振于f0，傳感器端部線圈Q0為定值且最高，對應(yīng)的

34、檢波輸出電壓Vo 最大。當被測導(dǎo)體接近傳感器線圈時，線圈Q值發(fā)生變，振蕩器的諧振頻率發(fā)生變化，諧振曲線變得平坦，檢波出的幅值Vo變小。Vo變化反映了位移的變化。電渦流傳感器在位移、振動、轉(zhuǎn)速、探傷、厚度測量上得到應(yīng)用。圖223電渦流變換器原理圖三、需用器件與單元：主機箱中的±15V直流穩(wěn)壓電源、電壓表；、電渦流傳感器實驗?zāi)０濉㈦姕u流傳感器、測微頭、被測體(鐵圓片)、示波器。四、實驗步驟：1、觀察傳感器結(jié)構(gòu)，這是一個平繞線圈。調(diào)節(jié)測微頭的微分筒，使微分筒的0刻度值與軸套上的5mm刻度值對準。按圖224安裝測微頭、被測體鐵圓片、電渦流傳感器（注意安裝順序：首先將測微頭的安裝套插入安裝架的

35、安裝孔內(nèi)，再將被測體鐵圓片套在測微頭的測桿上；然后在支架上安裝好電渦流傳感器；最后平移測微頭安裝套使被測體與傳感器端面相帖并擰緊測微頭安裝孔的緊固螺釘），再按圖224示意接線。圖224 電渦流傳感器安裝、按線示意圖2、將電壓表量程切換開關(guān)切換到20V檔，檢查接線無誤后開啟主機箱電源，記下電壓表讀數(shù)，然后逆時針調(diào)節(jié)測微頭微分筒，每隔0.1mm讀一個數(shù)，直到輸出Vo變化很小為止并將數(shù)據(jù)列入表22（在輸入端即傳感器二端可接示波器觀測振蕩波形）。表22 電渦流傳感器位移X與輸出電壓數(shù)據(jù)X（mm）Vo(V)3、根據(jù)表22數(shù)據(jù)，畫出VX實驗曲線，根據(jù)曲線找出線性區(qū)域比較好的范圍計算靈敏度和線性度（可用最小

36、二乘法或其它擬合直線）。實驗完畢，關(guān)閉電源。實驗九 電渦流傳感器測量振動實驗一、實驗?zāi)康模毫私怆姕u流傳感器測振動的原理與方法。二、基本原理：根據(jù)電渦流傳感器位移特性，根據(jù)被測材料選擇合適的工作點即可測量振動。三、需用器件與單元：主機箱中的±15V直流穩(wěn)壓電源、電壓表、低頻振蕩器；電渦流傳感器實驗?zāi)０?、移相?相敏檢波器/濾波器模板；振動源、升降桿、傳感器連接橋架、電渦流傳感器、被測體(鐵圓片)、示波器(自備)。四、實驗步驟：1、將被測體(鐵圓片)放在振動源的振動臺中心點上，按圖25安裝電渦流傳感器（傳感器對準被測體）并按圖接線。圖25 電渦流傳感器測振動安裝、接線示意圖2、將主機箱上

37、的低頻振蕩器幅度旋鈕逆時針轉(zhuǎn)到底(低頻輸出幅度為零)；電壓表的量程切換開關(guān)切到20V檔。仔細檢查接線無誤后開啟主機箱電源。調(diào)節(jié)升降桿高度，使電壓表顯示為2V左右即為電渦流傳感器的最佳工作點安裝高度（傳感器與被測體鐵圓片靜態(tài)時的最佳距離）。3、調(diào)節(jié)低頻振蕩器的頻率為8Hz左右，再順時針慢慢調(diào)節(jié)低頻振蕩器幅度旋鈕，使振動臺小幅度起振（振動幅度不要過大，電渦流傳感器非接觸式測微小位移）。用示波器正確選擇示波器的“觸發(fā)”方式及其它(TIME/DIV ：在50mS20mS范圍內(nèi)選擇；VOLTS/DIV：0.5V50mV范圍內(nèi)選擇)設(shè)置監(jiān)測渦流變換器的輸出波形；再分別改變低頻振蕩器的振蕩頻率、幅度，分別觀

38、察、體會渦流變換器輸出波形的變化。實驗完畢，關(guān)閉電源。實驗十 開關(guān)式霍爾傳感器測轉(zhuǎn)速實驗一、實驗?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191所示。當被測圓盤上裝上6只磁性體時，圓盤每轉(zhuǎn)一周磁場就變化6次，開關(guān)式霍爾傳感器就同頻率f相應(yīng)變化輸出，再經(jīng)轉(zhuǎn)速表顯示轉(zhuǎn)速n。圖191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、實驗步驟：1、根據(jù)圖192將霍爾轉(zhuǎn)速傳感器安裝于霍爾架上，傳感器的端面對準轉(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23。2、將主機箱中的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)電源024V旋鈕調(diào)到最小(逆時針方向轉(zhuǎn)