《現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)》實(shí)驗(yàn)

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1、本課程主要使用金屬箔式電阻應(yīng)變片、電容式傳感器發(fā)、霍爾式傳感器、電渦流式傳感器四種傳感器，以及實(shí)驗(yàn)公共電路模塊和四種相應(yīng)的傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K。 實(shí)驗(yàn)公共電路模塊：提供所有實(shí)驗(yàn)中所需的電橋、差動(dòng)放大器、低通濾波器、電荷放大器、移項(xiàng)器、相敏檢波器等公用電路。 應(yīng)變式傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K(包含電阻應(yīng)變及壓力傳感器)：金屬箔式標(biāo)準(zhǔn)商用稱重傳感器(帶加熱及溫度補(bǔ)償)、懸臂梁結(jié)構(gòu)金屬箔式、半導(dǎo)體應(yīng)變、MPX擴(kuò)散硅壓阻式傳感器、放大電路。 電容式傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K：同軸式差動(dòng)電容組成的雙T電橋檢測(cè)電路，精密位移導(dǎo)軌。 霍爾傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K：霍爾傳感器、梯度磁場(chǎng)、變換電路及日本進(jìn)口高精度位移導(dǎo)軌。 電渦流傳感器實(shí)驗(yàn)

2、模塊：電渦流探頭、變換電路及日本進(jìn)口精密位移導(dǎo)軌。 常用信號(hào)的觀察 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．了解常用信號(hào)的波形和特點(diǎn)。 2．了解相應(yīng)信號(hào)的參數(shù)。 3．學(xué)習(xí)示波器的使用。 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.觀察常用信號(hào)：(1)正弦波；(2)方波；(3)三角波；(4)鋸齒波；(5)y=sin(nx)?sin(mx)。 2. 用THBCC-1實(shí)驗(yàn)平臺(tái)產(chǎn)生波形信號(hào)，利用示波器測(cè)量信號(hào)，讀取信號(hào)的幅值與頻率，繪制信號(hào)波形。 實(shí)驗(yàn)設(shè)備和工具1．THBCC-1型信號(hào)與系統(tǒng)、控制理論及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，如圖3所示；2．雙蹤示波器，或者用已安裝的相關(guān)軟件、串口通信線1根。 圖3THBCC-1型實(shí)驗(yàn)平臺(tái) 實(shí)驗(yàn)原理波形發(fā)

3、生器可以給出希望的標(biāo)準(zhǔn)波形信號(hào)，是信號(hào)分析與處理實(shí)驗(yàn)中不可或缺的實(shí)驗(yàn)儀器。信號(hào)的描述可以是數(shù)學(xué)表達(dá)式也可以是函數(shù)圖形，即信號(hào)波形。示波器是顯示信號(hào)波形的一種實(shí)用儀器，利用示波器可以方便地顯示波形的幅值與頻率(周期)，也可以方便地進(jìn)行不同波形的比較。 1. 實(shí)驗(yàn)要求正確認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的功能與使用方法。 2. 正確觀察、記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與曲線。 3. 正確進(jìn)行相關(guān)理論分析。 4. 實(shí)驗(yàn)報(bào)告完整無(wú)誤。 主要包括：實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的使用、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與曲線、理論分析、回答思考題、總結(jié)收獲。 1. 實(shí)驗(yàn)步驟觀察實(shí)驗(yàn)臺(tái)信號(hào)發(fā)生器和低頻信號(hào)發(fā)生器，了解其功能，學(xué)會(huì)調(diào)節(jié)各種信號(hào)的振幅和頻率。 2. (1)

4、信號(hào)發(fā)生器的作用觀察示波器，了解其功能，學(xué)會(huì)示波器調(diào)節(jié)。 (1)信號(hào)發(fā)生器的調(diào)節(jié) 3、聯(lián)接實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備。分別輸出正弦波、方波、三角波、鋸齒波，用示波器觀察各種波形。 4. 觀察調(diào)制波。將信號(hào)發(fā)生器和低頻信號(hào)發(fā)生器都選擇正弦波輸出，分別用示波器觀察并記錄波形，將信號(hào)分別接如實(shí)驗(yàn)臺(tái)的調(diào)制解調(diào)模塊的調(diào)制信號(hào)輸入口1和載波信號(hào)輸入口1。 5. 用示波器觀察調(diào)制信號(hào)輸出口1的輸出信號(hào)并記下圖形。 6. 調(diào)整兩路輸入信號(hào)的頻率和振幅，觀察調(diào)制信號(hào)輸出口1的輸出信號(hào)。 1. 思考題為什么要對(duì)信號(hào)的波形進(jìn)行觀察？信號(hào)波形的變化主要對(duì)其觀察哪幾個(gè)參數(shù)？各參數(shù)的含義是什么？ 答：對(duì)信號(hào)的波形進(jìn)行觀察

5、可以幫助了解熟悉常用信號(hào)，加強(qiáng)理論教學(xué)的效果。信號(hào)波形的變化主要應(yīng)對(duì)其觀察信號(hào)的幅值、頻率等參數(shù)。信號(hào)x(t)的幅值即是|x(t)I,它主要表征了信號(hào)的大小。信號(hào)x(t)的頻率即是單位時(shí)間內(nèi)完成波動(dòng)的次數(shù)，是描述波動(dòng)頻繁程度的量，常用符號(hào)f表示，單位為Hz。 2. 調(diào)制波有什么特點(diǎn)？調(diào)整兩路輸入信號(hào)的頻率和振幅時(shí)調(diào)制信號(hào)有什么變化？ 信號(hào)無(wú)失真?zhèn)鬏? 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．掌握信號(hào)無(wú)失真?zhèn)鬏數(shù)幕驹恚皇煜ば盘?hào)無(wú)失真?zhèn)鬏斚到y(tǒng)的結(jié)構(gòu)與特性。 2．本次實(shí)驗(yàn)是為加強(qiáng)學(xué)生對(duì)信號(hào)無(wú)失真?zhèn)鬏數(shù)幕驹砑盁o(wú)失真?zhèn)鬏斚到y(tǒng)的結(jié)構(gòu)與特性的認(rèn)識(shí)與了解而設(shè)置。通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生初步掌握無(wú)失真?zhèn)鬏斚到y(tǒng)的結(jié)構(gòu)變化時(shí)其相應(yīng)傳

6、輸特性的變化。 1. 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容提要設(shè)計(jì)一個(gè)有源(或無(wú)源)的無(wú)失真?zhèn)鬏斚到y(tǒng)，并聯(lián)接的信號(hào)無(wú)失真?zhèn)鬏斚到y(tǒng)模擬電路。 2. 用THBCC-1實(shí)驗(yàn)平臺(tái)產(chǎn)生一個(gè)幅值固定、頻率可變的正弦信號(hào)，此信號(hào)作為系統(tǒng)的輸入信號(hào)。利用示波器測(cè)量系統(tǒng)輸出信號(hào)的幅值與相位。 3. 改變輸入正弦信號(hào)的頻率，用示波器觀察模擬電路輸入輸出信號(hào)的幅值與相位，比較兩個(gè)信號(hào)，記錄R］、R2、C］、C2的值。 4. 改變電路中的R］、R2、C］、C2的值，觀察電路輸入輸出波形直到輸出信號(hào)發(fā)生失真為止，記下R「R2、C「C2的值。 比較步驟3、4得到的鳥(niǎo)、R2、C］、C2的值，驗(yàn)證信號(hào)無(wú)失真?zhèn)鬏敆l件。實(shí)驗(yàn)主要要求及注意事項(xiàng)］.

7、基本原理。 2. 信號(hào)無(wú)失真?zhèn)鬏斒侵竿ㄟ^(guò)系統(tǒng)后，輸出信號(hào)的波形與輸入信號(hào)的波形完全相同，只有幅值上的差異與一定的延遲產(chǎn)生，具有特性的系統(tǒng)稱為無(wú)失真?zhèn)鬏斚到y(tǒng)。輸入信號(hào)為x(t)時(shí)，系統(tǒng)輸出為y(t)=kx(t-t0)，其幅頻特性與相率特性分別為|H(jro)|=k，9(?)=-10ro實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的正確聯(lián)接。 3. 無(wú)失真?zhèn)鬏斚到y(tǒng)的正確設(shè)計(jì)。 信號(hào)無(wú)失真?zhèn)鬏斚到y(tǒng)模擬參考實(shí)驗(yàn)電路如下圖所示。 ui 1 R2 CUo 2 <3 4. 無(wú)失真?zhèn)鬏斚到y(tǒng)的正確分析。由電路可知其頻率特性為U(j?)R/(］+j?RC) H(jo(=o=U(j①)R/(］+j①RC)+R/(］

8、+j①RC) 由此可見(jiàn)，當(dāng)R］C］=R2C；時(shí)H(j?］)=R2/(Ri+R2)為一常數(shù)，滿足測(cè)試系統(tǒng)不實(shí)真的條件。否則H(j?)為一與?相關(guān)的函數(shù)，不滿足測(cè)試系統(tǒng)不實(shí)真的條件。 5. 在R］=R2，C］=C2的情況下，在模擬電路的輸入端輸入一個(gè)正弦信號(hào)，并改變其頻率，用示波器觀察模擬電路輸入輸出信號(hào)的幅值與相位，比較兩個(gè)信號(hào)，記下R］、R2、C］、C2的值。 6. 改變電路中的R］、R2、C］、C2的值，觀察電路輸入輸出波形直到輸出信號(hào)發(fā)生失真為止，記下R］、R2、C］、C2的值。 7. 要求比較5、6中的輸入信號(hào)與輸出信號(hào)，并記錄輸入輸出波形。 8. 要求比較5、6中所得到的R]

9、、R2、C]、C2的值，驗(yàn)證信號(hào)無(wú)失真?zhèn)鬏敆l件。 注：為實(shí)驗(yàn)方便，在聯(lián)接電路時(shí)可設(shè)R]=20kQ,C]=C2=1^F，R2為一可變電阻，聯(lián)接信號(hào)無(wú)失真?zhèn)鬏斚到y(tǒng)模擬電路。 1. 觀察波形、數(shù)據(jù)的完整正確記錄。實(shí)驗(yàn)思考題為什么輸出信號(hào)波形與輸入信號(hào)波形相同？信號(hào)無(wú)失真?zhèn)鬏斚到y(tǒng)有什么結(jié)構(gòu)特點(diǎn)？ 答：該電路在r1=r2，C1=C2的情況下為信號(hào)無(wú)失真?zhèn)鬏旊娐?，所以輸出信?hào)波形與輸入信號(hào)波形相同。 對(duì)信號(hào)傳輸系統(tǒng)進(jìn)行觀察分析可見(jiàn)，該電路由2個(gè)電阻電容并聯(lián)結(jié)構(gòu)串聯(lián)而成，從輸出點(diǎn)看為對(duì)稱結(jié)構(gòu)。 2. 如果R]#R2或C]HC2，貝U系統(tǒng)的IH(je)l與嘰?)會(huì)產(chǎn)生什么樣的變化？ 答：如果R]#

10、R2或C]#C2，貝U系統(tǒng)的IH(je)l與嘰?)均為與w有關(guān)的函數(shù)，不滿足測(cè)試系統(tǒng)不實(shí)真的條件IH(jw)l=k，9(?)=-t0?。 金屬箔式電阻應(yīng)變片式性能實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．了解箔式應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)及粘貼方式；測(cè)試應(yīng)變梁變形的應(yīng)變輸出；學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)儀器的使用。 2．本次實(shí)驗(yàn)是為加強(qiáng)學(xué)生對(duì)應(yīng)變片結(jié)構(gòu)及性能的認(rèn)識(shí)與了解而設(shè)置。通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)，同時(shí)使學(xué)生初步掌握相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的性能與使用。 1. 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容提要觀察實(shí)驗(yàn)儀器，學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)儀器的使用方法。 2. 觀察應(yīng)變片的外形結(jié)構(gòu)、粘貼位置、方向。 3. 聯(lián)接主機(jī)與模塊電路，調(diào)節(jié)模塊的相應(yīng)參數(shù)。 4. 調(diào)節(jié)懸臂梁的位移，記錄輸出電壓信號(hào)數(shù)值。 1

11、. 繪制輸入輸出特性曲線，進(jìn)行實(shí)際輸出特性分析。實(shí)驗(yàn)主要要求及注意事項(xiàng)實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的正確聯(lián)接。 2. 設(shè)計(jì)應(yīng)變片對(duì)應(yīng)的單電橋、雙電橋及全橋電路圖。 3. 分析應(yīng)變片對(duì)應(yīng)的單電橋、雙電橋及全橋電路輸入輸出關(guān)系。 4. 正確完成差動(dòng)放大器調(diào)零。 連接主機(jī)與模塊電路電源連接線，差動(dòng)放大器增益置于最大位置（順時(shí)針?lè)较蛐降祝顒?dòng)放大器“+”“—”輸入端對(duì)地用實(shí)驗(yàn)線短路。輸出端接電壓表2V檔。開(kāi)啟主機(jī)電源，用調(diào)零電位器調(diào)整差動(dòng)放大器輸出電壓為零，然后拔掉實(shí)驗(yàn)線，調(diào)零后模塊上的“增益、調(diào)零”電位器均不應(yīng)再變動(dòng)。 5. 完成測(cè)試電路的聯(lián)接。主機(jī)與模塊電路連接示意圖如下。 6. 完成實(shí)驗(yàn)裝置的調(diào)

12、整。 將螺旋測(cè)微儀裝于應(yīng)變懸臂梁前端永久磁鋼上，并調(diào)節(jié)測(cè)微儀使懸臂梁基本處于水平位置。確認(rèn)接線無(wú)誤后開(kāi)啟主機(jī)，并預(yù)熱數(shù)分鐘，使電路工作趨于穩(wěn)定。調(diào)節(jié)模塊上的WD電位器，使橋路輸出為零。 7. 用螺旋測(cè)微儀帶動(dòng)懸臂梁分別向上和向下位移各5mm，每位移1mm記錄一個(gè)輸出電壓值，并記入下表。 位移 mm 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 電壓V 2.2 4.8 7.6 9.9 12. 6 15. 2 17. 8 20. 1 22. 1 8.根據(jù)表中所測(cè)數(shù)據(jù)在坐標(biāo)圖上做出V—X曲線，利用端基一致擬合直線計(jì)算

13、靈敏度S：S=AV/AX。 如圖所示，由題給數(shù)據(jù)描點(diǎn)用光滑曲線連接得實(shí)際特性曲線，連接實(shí)際特性曲線兩端點(diǎn)得端基一致擬合直線。擬合直線的斜率即為靈敏度S的近似值，即S=(22.1-2.2)/(0.9-0.1)=24.875 附：輸出標(biāo)稱范圍A=22.1-2.2=19.1,實(shí)際特性曲線與擬合直線y=24.875x-0.2875的最大偏差為B~0.675(大約在x=0.7處)，該裝置的非線性度定義為B與A的百分比，即非線性度=(B/A)X100%=(0.675/19.9)X100%=3.534% 注意事項(xiàng)： 1. 實(shí)驗(yàn)前應(yīng)檢查實(shí)驗(yàn)連接線是否完好，學(xué)會(huì)正確插拔連接線，這是順利完成實(shí)驗(yàn)的基本

14、保證。 2. 由于懸臂梁彈性恢復(fù)的滯后及應(yīng)變片本身的機(jī)械滯后，所以當(dāng)螺旋測(cè)微儀回到初始位置后橋路電壓輸出值并不能馬上回到零，此時(shí)可一次或幾次將螺旋測(cè)微儀反方向旋動(dòng)一個(gè)較大位移，使電壓值回到零后再進(jìn)行反向采集實(shí)驗(yàn)。 3. 做單臂電橋?qū)嶒?yàn)時(shí)，由于應(yīng)變片的零飄和蠕變現(xiàn)象的客觀存在，橋路中的三個(gè)精密電阻與應(yīng)變片的零飄值一致的可能性很小，如果沒(méi)有采用補(bǔ)償?shù)脑挘瑔伪垭姌驕y(cè)試電路必然會(huì)出現(xiàn)輸出電壓漂移現(xiàn)象，這是真實(shí)地反映了應(yīng)變片的特性，但是只要采用了半橋或全橋測(cè)試電路，系統(tǒng)就會(huì)非常穩(wěn)定，這是因?yàn)橥慌蔚膽?yīng)變片的飄移和蠕變特性相近，接成半橋和全橋形式后根據(jù)橋路的加減特性就起到了非常好的補(bǔ)償作用，這也是應(yīng)

15、變片在實(shí)際應(yīng)用中無(wú)一例外地采用全橋(或半橋)測(cè)試電路的原因。 4. 因?yàn)槭切⌒盘?hào)測(cè)試，所以調(diào)零后電壓表應(yīng)置2V檔，實(shí)驗(yàn)中要盡量避免外界信號(hào)干擾。 1. 實(shí)驗(yàn)思考題為減少誤差，在分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)采用作圖法，即繪制V-X曲線，如何利用V-X曲線獲得應(yīng)變片的靈敏度？ 答：(1)對(duì)V-X曲線將起點(diǎn)和終點(diǎn)相連接即可得端基一致擬合直線，擬合直線的斜率即為靈敏度S的近似值。 (2)連接實(shí)際特性曲線上的每相鄰兩點(diǎn)作折線，對(duì)每小折線段的斜率求和再取平均值即可作為靈敏度S的近似值。 2. 從理論上講，重復(fù)多次測(cè)量所得V-X曲線應(yīng)該是重合的，但每?jī)纱螌?shí)際測(cè)量所得V-X曲線并不重合，試分析其原因。 答：主

16、要是由于重復(fù)性誤差所造成的。 3. 試給出單臂電橋、雙臂電橋、全橋的電路圖。為什么在工作實(shí)踐中應(yīng)盡可能采用雙臂電橋或者全橋？ 電渦流式傳感器轉(zhuǎn)速測(cè)量實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．掌握電渦流式傳感器工作原理；初步掌握電渦流傳感器在轉(zhuǎn)速測(cè)量中的應(yīng)用；學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的理論分析方法。 2．本次實(shí)驗(yàn)是為加強(qiáng)學(xué)生對(duì)電渦流傳感器工作原理及其應(yīng)用的認(rèn)識(shí)與了解而設(shè)置。 通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)，同時(shí)要求學(xué)生初步掌握相關(guān)理論分析方法。 1. 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容提要觀察實(shí)驗(yàn)儀器，學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)儀器的使用方法。 2. 觀察電渦流式傳感器的外形結(jié)構(gòu)。 3. 聯(lián)接主機(jī)與模塊電路，調(diào)節(jié)模塊的相應(yīng)參數(shù)。 4. 調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，根據(jù)示波器顯示波形調(diào)整線

17、圈與電機(jī)葉片相對(duì)位置。 5. 測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速。 實(shí)驗(yàn)步驟： 1. 連接主機(jī)與實(shí)驗(yàn)?zāi)K電源，并在主機(jī)上的振動(dòng)圓盤旁的支架上安裝好電渦流傳感器，按圖接好實(shí)驗(yàn)線路。 圖6主機(jī)與模塊電路連接示意圖 2. 電渦流傳感器的安裝： 將電渦流支架順時(shí)針旋轉(zhuǎn)約700，安裝于電機(jī)葉片之上，線圈盡量靠近葉片，以不碰擦為標(biāo)準(zhǔn)，線圈面與葉片保持平行。 3. 實(shí)驗(yàn)裝置的調(diào)整：開(kāi)啟主機(jī)電源，調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，根據(jù)示波器波形調(diào)整電渦流線圈與電機(jī)葉片的相對(duì)位置，使波形較為對(duì)稱。 4. 仔細(xì)觀察示波器中兩相鄰波形的峰值，如有差異則是電機(jī)葉片不平行或是電機(jī)振動(dòng)所致，可利用實(shí)驗(yàn)法測(cè)得特性曲線大致判斷葉片的不平行度。

18、5. 實(shí)際測(cè)量時(shí)，用電壓瀕率表2kHz檔測(cè)得信號(hào)的頻率，再計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)速。本實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)速計(jì)算方法為：轉(zhuǎn)速=頻率表顯示值三2。 1. 實(shí)驗(yàn)主要要求及注意事項(xiàng)實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的正確聯(lián)接。 2. 正確理解電渦流傳感器基本工作原理，要求在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中給出電渦流傳感器基本工作原理圖和原理分析。 3. 要求在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中給出電渦流傳感器轉(zhuǎn)速測(cè)量原理圖和原理分析。 線圈 轉(zhuǎn)速v 檢鍍涵波 電壓跟隨 電渦流測(cè)轉(zhuǎn)速原理圖 振蕩器 電渦流傳感器轉(zhuǎn)速測(cè)量實(shí)驗(yàn)線路圖） 電渦流式傳感器測(cè)轉(zhuǎn)速原理分析：電渦流式傳感器測(cè)量葉輪轉(zhuǎn)速原理圖及測(cè)量電路方框圖分別如上圖所示。設(shè)有n片葉輪，當(dāng)葉輪

19、轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，檢測(cè)線圈輸出信號(hào)隨葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)成周期變化，由此可通過(guò)檢測(cè)電路測(cè)得其頻率為f）。f單位為Hz時(shí)，則轉(zhuǎn)速v=/n（r/s）。 4. 正確完成實(shí)驗(yàn)，記錄數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析。 頻率Hz 20 35 55 70 89 160 轉(zhuǎn)速r/s 10 17.5 27.5 35 44.5 80 注：本實(shí)驗(yàn)中葉輪數(shù)為n=2。 5. 實(shí)驗(yàn)中特別要注意觀察并記錄示波器上波形的變化。 1. 實(shí)驗(yàn)思考題本實(shí)驗(yàn)中，電機(jī)葉片為鐵質(zhì)，如果將電機(jī)葉片換為銅質(zhì)對(duì)本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果會(huì)不會(huì)有影響？如果換成塑料的會(huì)不會(huì)有影響？為什么？答：如果將電機(jī)葉片換為銅質(zhì)對(duì)本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果不會(huì)有影響。這是因?yàn)榻饘俨馁|(zhì)

20、均可產(chǎn)生電渦流效應(yīng)。本實(shí)驗(yàn)只檢測(cè)電渦流信號(hào)的頻率，利用頻率計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)速。換為銅質(zhì)材料后電渦流信號(hào)的幅值會(huì)產(chǎn)生變化，但其頻率只與電機(jī)轉(zhuǎn)速有關(guān)與材質(zhì)無(wú)關(guān)，所以頻率保持不變，因而對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果不會(huì)有影響。 2. 如果換成塑料的則不會(huì)產(chǎn)生電渦流效應(yīng)，實(shí)驗(yàn)無(wú)輸出信號(hào)，因而會(huì)有影響在用示波器觀察波形時(shí)，波形很不規(guī)則，或有很多鋸齒，為什么？試分析其原因。怎樣才能消除鋸齒？答：原因有多種。主要是因?yàn)槿~片不均勻或不對(duì)稱、電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)不穩(wěn)定、電機(jī)主軸中心線與電渦流線圈中心線不平行（如：安裝時(shí)電渦流線圈截面與葉片平面不平行等造成）、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)震動(dòng)等。實(shí)驗(yàn)中注意對(duì)以上諸因素進(jìn)行調(diào)整基本可消除不規(guī)則和鋸齒現(xiàn)象。 電容式傳感器

21、性能實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模? 1. 掌握電容式傳感器基本原理。 2. 掌握傳感器特性測(cè)試的基本方法。 3. 掌握傳感器特性分析的基本方法。 4. 本次實(shí)驗(yàn)是為加強(qiáng)學(xué)生對(duì)電容傳感器工作原理及其性能的認(rèn)識(shí)與了解而設(shè)置。通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)，同時(shí)要求學(xué)生初步掌握相關(guān)理論分析方法。 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容： 1．觀察實(shí)驗(yàn)儀器，學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)儀器的使用方法。 2. 觀察位移式差動(dòng)電容傳感器基本結(jié)構(gòu)。 3. 觀察差動(dòng)電容傳感器檢測(cè)電路。 4. 利用CSY2001傳感器綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)及相應(yīng)模塊測(cè)試位移式差動(dòng)電容傳感器的輸出，利用電壓表測(cè)量電橋輸出信號(hào)，讀取并記錄數(shù)據(jù)，繪制實(shí)際輸入—輸出特性曲線。 5. 進(jìn)行位移式差動(dòng)電容傳感

22、器基本特性分析。 1. 實(shí)驗(yàn)設(shè)備和工具CSY2001型傳感器綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)，如圖4所示；電容式傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K、示波器。 實(shí)驗(yàn)原理差動(dòng)式平行｛同軸｝變面積電容的兩組電容片Cx1與Cx2作為雙T電橋的兩臂，當(dāng)電容量發(fā)生變化時(shí)，橋路輸出電壓發(fā)生變化，如圖5所示。 圖4CSY2001型傳感器綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái) 圖5差動(dòng)電容傳感器檢測(cè)電路 實(shí)驗(yàn)要求 1. 正確認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的功能與使用方法。 2. 正確觀察、記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與曲線。 3. 正確進(jìn)行相關(guān)理論分析。 4. 實(shí)驗(yàn)報(bào)告完整無(wú)誤。 主要包括：實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的使用、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與曲線、理論分析、回答思考題、總結(jié)收獲。 1. 實(shí)驗(yàn)步驟觀察實(shí)驗(yàn)臺(tái)

23、及位移式差動(dòng)電容傳感器基本結(jié)構(gòu)，觀察電容傳感器結(jié)構(gòu)：傳感器由一組動(dòng)片和兩組定片組成，｛一個(gè)動(dòng)極與兩個(gè)定級(jí)組成｝，連接主機(jī)與實(shí)驗(yàn)?zāi)K的電源線及傳感器接口，按圖5接好實(shí)驗(yàn)線路，增益不宜太大。 2. 分析位移式差動(dòng)電容傳感器基本工作原理。 3. 分析位移式差動(dòng)電容傳感器基本檢測(cè)電路。 4. 正確聯(lián)接實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備。 打開(kāi)主機(jī)電源，進(jìn)行增益與零點(diǎn)調(diào)零用測(cè)微儀帶動(dòng)傳感器動(dòng)片｛極｝位移至兩組定片｛極｝中間，｛調(diào)整調(diào)零電器｝，此時(shí)模塊電路輸出為零。 6.向上｛左｝和向下｛右｝位移動(dòng)片｛極｝，每次0.5mm，直至動(dòng)片｛極｝靜｛極｝片完全重合為止，記錄數(shù)據(jù)，作出V-X曲線，求出靈敏度。 Xmm

24、 7.移開(kāi)測(cè)微儀，｛在振動(dòng)平臺(tái)旁的安裝支架上裝上電容傳感器，在振動(dòng)平臺(tái)上裝好傳感器動(dòng)極｝，在平臺(tái)上用加減砝碼的方法帶動(dòng)電容動(dòng)片位移，比較兩種實(shí)驗(yàn)方法的結(jié)果，并分析原因。 8.計(jì)算該位移式差動(dòng)電容傳感器的非線性度和靈敏度。 注意事項(xiàng)： 1.電容動(dòng)片與定片之間距離須相等｛動(dòng)極須位于環(huán)型定極中間｝，必要時(shí)可作調(diào)整，實(shí)驗(yàn)時(shí)電容不能發(fā)生擦片，否則信號(hào)會(huì)發(fā)生突變。 2.電容動(dòng)片是由懸臂梁帶動(dòng)的，由于鋼梁彈性恢復(fù)的滯后，實(shí)驗(yàn)時(shí)雖然測(cè)

25、微儀刻度回到初始位置，但實(shí)驗(yàn)?zāi)K輸出電壓并不一定回到零位，此時(shí)可反復(fù)幾次反方向旋動(dòng)測(cè)微儀，使輸出電壓過(guò)零后再回到初始位置，開(kāi)始反方向的實(shí)驗(yàn)。 思考題為什么變面積式電容式傳感器從原理上可以設(shè)計(jì)為線性的，而變氣隙式電容式傳感器則具有非線性性？如何改善變氣隙式電容式傳感器的非線性性？ 霍爾式傳感器直流激勵(lì)特性實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1.掌握霍爾式傳感器基本原理。 2.掌握傳感器特性測(cè)試的基本方法。 2. 掌握傳感器特性分析的基本方法。實(shí)驗(yàn)原理 霍爾元件是根據(jù)霍爾效應(yīng)原理制成的磁電轉(zhuǎn)換元件，當(dāng)霍爾元件位于由兩個(gè)環(huán)形磁鋼組成的梯度磁場(chǎng)中時(shí)就成了霍爾位移傳感器。 霍爾元件通以恒定電流時(shí)，就有霍爾電

26、勢(shì)輸出，霍爾電勢(shì)的大小正比于磁場(chǎng)強(qiáng)度（磁場(chǎng)位置），當(dāng)所處的磁場(chǎng)方向改變時(shí)，霍爾電勢(shì)的方向也隨之改變。 實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備 霍爾傳感器、直流穩(wěn)壓電源（2V）、霍爾傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K、電壓表、螺旋測(cè)微儀實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、安裝好模塊上的梯度磁場(chǎng)及霍爾傳感器，連接主機(jī)與實(shí)驗(yàn)?zāi)K電源及傳感器接口，確認(rèn)霍爾元件直流激勵(lì)電壓為2V，霍爾元件另一激勵(lì)端接地，實(shí)驗(yàn)接線按圖所示，差動(dòng)放大器增益10倍左右。 2、用螺旋測(cè)微儀調(diào)節(jié)精密位移裝置使霍爾元件置于梯度磁場(chǎng)中間，并調(diào)節(jié)電橋直流電位器WD,使輸出為零。 3、從中點(diǎn)開(kāi)始，調(diào)節(jié)螺旋測(cè)微儀，前后移動(dòng)霍爾元件各3.5mm,每變化0.5mm讀取相應(yīng)的電壓值，并記入下表： X

27、m m 0 V0mv 0 4、根據(jù)上表測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，作出V-X曲線，求得靈敏度和線性工作范圍。如出現(xiàn)非線性情況，請(qǐng)查找原因。 圖1V-X曲線圖 數(shù)據(jù)分析如下： 該傳感器的靈敏度為 該傳感器的線性工作范圍為： 實(shí)驗(yàn)要求 1、正確認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的功能與使用方法。 2、正確觀察、記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與曲線。 3、正確進(jìn)行相關(guān)理論分析。 4、實(shí)驗(yàn)報(bào)告完整無(wú)誤。 主要包括：實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的使用、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與曲線、理論分析、回答思考題、總結(jié) 收獲。 注意事項(xiàng)1、、直流激勵(lì)電壓只能是2V,不能接+2V(4V)否則銻化銦霍爾元件會(huì)燒壞。 2、實(shí)驗(yàn)過(guò)程中連接電路時(shí)應(yīng)注意斷開(kāi)電源再連接線路。 3、實(shí)驗(yàn)?zāi)K的電源線的連接注意連接方向。實(shí)驗(yàn)思考題1、霍爾式傳感器如果增大直流激勵(lì)電源電壓,對(duì)測(cè)得的傳感器靜態(tài)特性會(huì)有什么影響？ 2、霍爾式傳感器直流激勵(lì)和交流激勵(lì)一般采用什么樣的疊加形式？為什么要疊加？ 2、磁阻效應(yīng)是伴隨霍爾效應(yīng)同時(shí)發(fā)生的一種物理現(xiàn)象。磁阻效應(yīng)與霍爾效應(yīng)的主要區(qū)別在哪里？