K测控121郁林学号240121131《检测技术》实验指导书及报告二合一

1、检测技术实验指导书及实验报告班 级; K测控121 课 程： 姓 名： 郁林 学 号： 240121131 南京工程学院自动化学院测控技术与仪器教研室2014.11实验四 电容式传感器特性 实验时间： 一、实验目的掌握电容式传感器的结构和工作原理；掌握电容传感器测量位移的方法。二、实验原理电容式传感器有多种形式，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Cxl，下层定片与动片形成的电容定为Cx2，当将Cxl和Cx2接入桥路作为相邻两臂时，桥

2、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、测微仪。图 4 电容式传感器特性实验原理四、实验步骤l、按图4接线，电容变换器和差动放大器的增益适中。2、装上测微仪，带动振动台位移，使电容动片位于两静片中，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3mm，每次0.5mm，记录数据。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，使差放输出波形较大但不失真，用示波器观察波形。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

3、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小。3、由于悬臂梁弹性恢复滞后，虽然测微仪回到初始刻度，但差放输出电压并不回零，此时可反方向旋动测缴仪，使输出电压过零后再回到初始位置，反复几次，差放电压即到零，然后进行负方向实验。六、实验报告1、根据实验所得位移与输出电压关系，并作出V-X曲线，求得灵敏度。X（mm）-3.00-2.50-2.00-1.50-1.00-0.5000.501.001.502.002.503.00V（V） -0.38-0.29-0.21-0.16-0.10-0.0600.080.160.240.280.370.40(-

4、0.38)+(-0.29)+(-0.21)+(-0.16)+(-0.10)+(-0.06)+(0.08)+0.16+0.24+0.28+0.37+0.40)灵敏度 S=V/XV=0.4-(-0.38)=0.78 X=3-(-3)=6S=0.78/6=0.13 2、用低频振荡器输出接“激振”端，移开测微头，适当调节频率和振幅，使差放输出波形较大但不失真时，用示波器观察波形情况是怎样的？答：测得 VPP=752mv Freq=7、692Hz 波形是个不失真的正弦信号图3、实验小节（实验结果分析、实验中遇到的问题及解决办法以及实验体会）。 答：在做实验的时候，要注意电容动片与两个定片之间的距离要相等

5、，调波形的时候要注意差动放大器的输出端。理论上结果应该是线性的，测出的结果有误差。 做过实验后体会到一定要注意操作的细节，遇到问题，要及时解决，不行的话向老师请教。实验五 电涡流传感器振幅测量 实验时间： 一、实验目的通过复习电涡流传感器位移测量工作原理，利用实验室现有器材设计电涡流传感器振幅测量电路及测量方法。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

6、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传感器、涡流变换器、金属涡流片、直流稳压电源、测微仪、差动放大器、示波器、电压表、激振器、低频振荡器。四、实验要求1、首先，利用电涡流线圈、金属涡流片、电涡流变换器、测微仪、示波器和电压表进行电涡流传感器的静态标定工作： （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，用测微仪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

7、传感器的高频波形，信号频率约为1MHz；（3） 用测微仪带动振动平台，使平面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（或者滑动定位器使其输出补偿为零）；（4） 旋动测微仪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荡波形。2、利用试验台现有模块设计电涡流传感器振幅测量系统的电路原理图。3、利用所设计的电涡流传感器位移测量系统进行振幅测量。(1) 根据标定数据找出电涡流传感器的线性范围，取线性范围中间点为系统测量的初始零点；(2) 接通激振器I，调节低频振荡器频率，使其在1530Hz范围内变化，用

8、示波器观察涡流变换器输出波形，记下VP-P值；(3) 可同时用双线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，用示波器观察变换器输出波形。五、实验报告1、将标定所测V、x数据填入表格，作出Vx曲线，指出线性范围，计算系统非线性误差，求出灵敏度。0.20.40.60.81.01.21.41.61.82.02.22.42.62.83.0-0.22-0.39-0.57-0.84-0.99-1.19-1.40-1.57-1.81-1.98-2.18-2.38-2.54-2.76-2.923.23.43.63.84.04.24.44.64.85.05.

9、25.45.65.86.0-3.10-3.27-3.41-3.60-3.68-3.88-3.95-4.07-4.26-4.29-4.44-4.53-4.60-4.74-4.75线性范围：中间点 x=1.3 起始点x=0.2 终点 x=2.4 灵敏度S=V/X=（2.4-.2）/（1.3-.2）=22、设计电涡流传感器位移测量的测量电路，绘制电路框图，并指出框图中各部分的功能。电涡流传感器：电涡流传感器利用检测线圈与被测导体之间的涡流效应进行测量 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的函数. 差动放大器：放大电压 示波器：电压显示波形3、根据实验过程，简述电涡流传感器测量

10、振幅的流程。 答：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感应产生电涡流，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。（1）、连接主机与实验模块电源，并在主机上的振动圆盘旁的支架上安装好电涡流传感器，按图（26）接好实验线路，根据实验三十九结果，将线圈安装在距涡流片最佳工作位置，直流稳压电源置10V 档（也可选用68V档，原则是接入

11、电路的负电压值一定要高于电涡流变换电路的电压输出值以便调零），差动放大器增益调至最小（增益为1），仅做为一个电平移动电路。(2)、开启主机电源，调节电桥WD电位器，使系统输出为零。(3)、开启激振I，调节低频振荡频率，使振动平台在1530Hz范围内变化，用示波器观察输出波形，记下Vp-p 值，利用实验三十九结果求出波形变化范围内的X 值。(4)、降低激振频率，提高振幅范围，用示波器就可以看出输出波形有失真现象，这说明电涡流传感器的振幅测量范围是很小的。4、根据实验结果，评价电涡流传感器测量振幅系统的优缺点，并记录其线性范围内的一个波形图及VP-P值。Vpp=6.40V f=20.8Hz优点：它

12、可进行非接触测量，并且测量范围大，灵敏度高，不受油污等介质的影响，结构简单，安装方便等。缺点：对被测材料敏感性强。如果被测对象的材料不 同，定频、调幅式、变频调幅式传感器的灵敏度和线性范围都要改变，必须重新矫校正。而且涡流传感器的测量精度难以达到几个微米.5、实验小节（实验结果分析、实验中遇到的问题及解决办法以及实验体会）。答：刚开始金属片贴在一起，波形失真，经过研究知道实验的金属片和底台不能完全贴合，而且如果一边有较大缝隙，影响线性区，使其减小，非要注意动态测量时涡流片的初始位置是固定的，线性测量范围应该以出事位置为中心，开始电压始终不能调0，调节到0时，可以改变电压量程档，直至到0，最后调

13、节涡流输出波形时，要注意在15到30HZ范围变化。实验八 相敏检波器原理及特性 实验时间： 一、实验目的说明由施密特开关电路及运放组成的相敏检波电路的原理。二、实验原理相敏检波电路如图8所示，图中为输入信号端，为输出端，为交流参考电压电输入端，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 8 相敏检波电路实验原理三、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1、将音频振荡器频率、幅度旋钮居中，输出信号(0或180均可)。接相敏检波器输入端。2、将直流稳

14、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0端输出信号送入移相器输入端，移相器的输出端与检敏检波器的参考输入端连接，相敏检波器的信号输入端接音频0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

15、通输出端接数字电压表20V档。8、示波器两通道分别接相敏检波器输入、输出端。9、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180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反相时，输出为负极性的全波整流信号，电压表指示负极性方向最大值，反之，则输出正极性的全波整流波形，电压表指示正极性的最大值。10、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。11、使输入信号与参考信号的相位改变180，测出上述关系。五、注意事项检敏检波

16、器最大输入电压VP-P值为20V。六、实验报告1、使输入信号与参考信号的相位改变180，所测得的相敏检波器的输入VP-P值与输出直流电压的关系。输入VP-P（V）输出VO（V）2、实验小节（实验结果分析、实验中遇到的问题及解决办法以及实验体会）。实验九 电感式传感器特性（差动变压器性能） 实验时间： 一、实验目的了解差动变压器的基本结构及原理，通过实验验证差动变压器的基本特性。二、实验原理差动变压器由衔铁、初级线圈、次级线圈和线圈骨架等组成。初级线圈作为差动变压器激励用，相当于变压器的原边，次级线圈由两个结构尺寸和参数相同的线圈反相串接而成，相当于变压器的副边。差动变压器是开磁路，工作是建立在

17、互感基础上的。其原理及输出特性见图9-1。图9-1 差动变压器结构原理及输出特性 图9-2 电感式传感器特性实验原理三、实验所需部件差动变压器、音频振荡器、测微仪、示波器。四、实验步骤1、按图9-2接线，差动变压器初级线圈必须从音频振荡器LV端功率输出，双线示波器第一通道灵敏度500mv/格，第二通道10mv/格。2、音频振荡器输出频率4KHz，输出值Vp-p为2V。3、用手提压变压器磁芯，观察示波器第二通道波形是否能过零翻转，如不能则改变两个次级线圈的串接端。4、旋动测微头，带动差动变压器衔铁在线圈中移动，从示波器中读出次级输出电压Vp-p值，读数过程中应注意初、次级波形的相位关系。5、仔细

18、调节测微仪使次级线圈的输出波形为最小，这就是零点残余电压。可以看出它与输入电压的相位差约为/2，是基频分量。五、注意事项示波器第二通道为悬浮工作状态。六、实验报告1、旋动测微头，带动差动变压器衔铁在线圈中移动，从示波器中读出次级输出电压Vp-p值，并填入以下表格。2、根据表格所列结果，画出Vo p-pX曲线，指出线性工作范围。3、实验小节（实验结果分析、实验中遇到的问题及解决办法以及实验体会）。实验十 差动变压器测量振动 实验时间： 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

19、图10接线，调节好系统各部分。2、低频振荡器接入“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Vo p-p值。图10 差动变压器测量振动四、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。五、实验报告1、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Vo p-p值，填入下表：2、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，并与实验

20、七应变电桥所测结果做比较。3、实验小节（实验结果分析、实验中遇到的问题及解决办法以及实验体会）。实验十一 交流全桥测量振幅 实验时间： 一、实验目的说明交流激励的交流全桥的应用。二、实验原理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，根据这一原埋可以找出梁的固有频率。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、测微仪、示波器。图 11 差动变压器测量振动四、实验步骤1、根据图8的电路接线，移开测微仪，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

21、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，此时频率表所示即为梁的固有频率。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。六、实验报告1、请描述用示波器观察差动放大器和低通滤波器的输出波形。2、调节低频振荡频率，用示波器读出系统最大振幅值，此时频率表所示即为梁的固有频率，测得该值的大小为多少？3、实验小节（实验结果分析、实验中遇到的问题及解决办法以及实验体会）

22、。实验十二 旋转变压器鉴相型位置检测系统 实验时间： 一、实验目的1了解旋转变压器用于位移检测的安装情况；2掌握鉴相型系统的激磁方法以及信号特性；3通过对鉴相型系统中各电路模块输入输出信号的观察，掌握鉴相型系统中“零值法”或“相位跟踪法”的基本处理思路，以及有关电路模块的作用；4了解鉴相型位置检测数显系统的基本结构及应用。二、实验原理1旋转变压器的基本结构和安装方法旋转变压器是一种偶合系数随定子和转子间位移变化的位移检测元件。本系统上安装的旋转变压器XZ036正、余弦旋转变压器，它采用转子激磁、定子输出方式工作，激磁频率围400赫兹，额定电压位24伏，定、转子上分别绕制了两相正交绕组，即正弦绕

23、组S和余弦绕组C，如图12-1所示。图12-1 旋转变压器的绕组结构 转子与系统中的驱动电机同轴安装，因此，电机转动时，带动转子和定子作相对运动，使定、转子间的偶合系数不断改变。 根据激磁方法的不同，对旋转变压器输出信号有两种不同的处理方法：鉴幅处理和鉴相处理。本系统中采用的是鉴相处理方法。2鉴相型位移检测系统的基本结构和工作原理（1）激磁方法在转子的正、余弦绕组上分别提供同频率、同幅值、但相位不同的两个正弦信号，即： us=Uscost=Umcost uc=Ucsint=Umsint 则定子的一相绕组（另一相短接）输出的感应电势应为： e=es+ec=kUmcossint+kUmsincos

24、t=kUmsin(t+)， 其中反映了定、转子之间的相对角位移。因此，只要检测出的变化，就获得了定、转子间的角位移，从而得到电机的转角或工作台的直线位移。（电机每转一周，即360度，螺母相对丝杠的运动位移为2mm）（2）系统原理框图如图12-2所示。sintecostcpCp-Cp+鉴相及计数电路滤波及整形电路旋转变压器脉冲信号源相对相位基准绝对相位基准图12-2 鉴相型位置检测原理框图本系统采用“零值法”或“相位跟踪法”检测的变化。 “零值法”的基本思路：在系统中用一个已知的e与进行比较，得出相差=e-，相位门槛，就调整e使之趋近，从而回到门槛以下，同时记录e的调整量。因此，本系统是一个闭环

25、处理系统。 主要电路模块：绝对相位基准模块 是一个200分频器，对源CP (80KH)进行200分频后，产生频率为400HZ幅值为10v的两个正弦信号，以提供给旋转变压器转子的两相绕组激磁。滤波整形电路模块 把旋转变压器定子输出的正弦信号经过整形后变成方波信号。相对相位基准模块 是一个200分频器。输出频率为400HZ的方波信号，并根据调相控制信号，不断调整该信号的相位e，使之跟踪旋转变压器输出的位移相角的变化。鉴相及计数脉冲输出模块 将相位为e和相位为的两个方波信号进行比相，一方面产生相位差信号和方向控制信号D，用来控制相对相位基准调整输出相位e，使之趋近于变化；另一方面通过测量的大小和方向，产生正向或反向计数脉冲CP+或CP-。 当工作台正向运动时，位移x为正，超前e变化，D=1; 当工作台反向运动时，位移x为负