《传感器测试技术》实验指导书2015.03

1、台州学院传感器原理及应用传感器原理与检测技术测试技术实验指导书物理与电子工程学院2015年3月电子示波器简介一、电子示波器的分类根据示波器的用途和特点一般分为五类：（1）通用示波器：采用单束示波管组成的示波器，包括单踪型（单束管与电子开关组成）。（2）多束示波器（亦称多线示波器）：采用多束示波管组成的示波器，在荧光屏上显示的每个波形都是由单独的电子束所产生的。以上两类根据y通道的频带宽度fB又分为四种：简易示波器：fB500kHz，低频示波器：fB=0.51MHZ，普通示波器：fB=560Hz，宽带示波器：fB60MHz。（3）取样示波器：将高频信号以取样的方式转换成低频信号，然后再用类似通用

2、示波器的方式进行显示。用于观察300MHz以上的高频信号及脉宽为几个纳秒的窄脉冲信号。（4）记忆与存储示波器：它是一种具有存储信息功能的示波器。将周期现象或缓慢信号长时间的保留在屏幕上或存储于电路中，供分析、比较用。一般将利用记忆示波管实现存储功能的称为记忆示波器，利用半导体数字存储示波器的称为数字存储示波器。（5）特殊示波器：指能满足特殊用途或具有特殊装置的专用示波器。例如高压示波器等。二、双踪示波器的原理与应用 双踪示波器可同时观察和测定两种不同的信号，广泛地应用于科研和实验中，在我们的实验中是一台主要应用仪器之一，能否熟练的掌握，会直接影响实验进度及实验的质量。1示波器的结构双踪示波器由

3、下列各主要部分组成：（1）示波管显示部分；（2）垂直通道（Y轴系统）；在门电路之前有两个结构相同的通道YA和YB，它们均由RC衰减器和前置放大器所组成。在门电路之后的电路则是公共的，通常由激励放火器，延迟线和后置放大器组成。借助于电子开关控制门电路的工作，即可根据需要选择显示YA通道，YB通道信号。被选中的信号经延时和放大后，控制Y轴偏转板。（3）水平通道（X轴系统）；由X轴放大器组成，将机内时基发生器（锯齿波发生器）产生的扫描信号或由“X轴外接”输入端进入的信号放大后控制示波管的X轴偏转板。（4）扫描部分；由内触发放大器，时基触发器组成。在外触发信号或取自Y轴通道的信号触发下产生一个线性锯齿

4、波电压，通过X轴放大器放大，使示波管进行X轴扫描。2偏转灵敏度：指输入信号在无衰减情况下，亮点在屏幕上偏转单位长度所需信号电压的峰一峰值。它反映示波器观察微弱信号的能力。其值愈小，偏转灵敏度愈高。例如 SBM10A型示波器Y轴的最高偏转灵敏度Sy=10mVcm。一般示波器的灵敏度为每厘米若干毫伏的数量级。3输入阻抗：用在示波器输入端测得的直流电阻值Ri和并联的电容值Ci分别给出。希望阻值大，电容值小。它对使用者提供了示波器输入电路对被测电路产生影响的依据。4扫描速度：无扩展情况下，亮点在屏幕X轴方向扫描时移动单位长度所表示的时间。扫描速度愈高，表明示波器能够展开高频信号或窄脉冲信号波形的能力愈

5、强。反之，为了观察慢变化的信号，则要求示波器具有较低的扫描速度。所以示波器扫描速度的范围愈宽愈好。例如，SBM-10A型示波器的扫描速度范围为005scm，还是比较宽的。三、波形显示原理1电子束沿Vy与Vx作用的合成方向运动：因为电子来沿垂直和水平两方向的运动是相互独立的，打在荧光屏上亮点的位置取决于同时加在垂直和水平偏转板上的电压。当示波管的两对偏转板上不加任何信号时（或两对板分别为等电位），亮点则打在荧光屏的中心位置。若仅在Y轴偏转板加上一个随时间变化的电压V，例如正弦波电压，则电子束沿垂直方向运动，其轨迹为一条垂直线。若仅在X轴偏转板上加正弦波电压Vx，电子束则沿水平方向运动，轨迹为一条

6、水平线。在Y轴和X轴同时加同一正弦波电压时（即VyVx），两者合成作用结果是：其轨迹为一条斜线。线条的两个端点分别对应偏转电压正负半周的峰值。如果所加信号的频率在15Hz以上，这时由于人眼视觉暂留，及荧光屏的余辉时间所致，光点的轨迹便形成一条亮线。可见，上述几种情况都不能显示被测信号Vy的波形。为了显示Vy的波形，必须在Y轴偏转板加有Vy信号的同时，在X轴偏转板加上随时间线性变化的扫描电压（锯齿波形电压）。2扫描一时间基准：在X轴偏转板加上线性扫描电压时，电子束在屏幕上按时间沿水平方向展开，形成时间基线，理想的锯齿波电压如图134（a）所示。当仅在X偏转板加上锯齿波电压时，亮点沿水平方向作等速

7、移动，当扫描电压达到最大值V。）时，亮点亦达最大偏转，然后从该点迅速返回到起始点，若扫描电压重复变化时，在屏幕上就显示一条水平亮线，这个过程称为扫描。在X偏转板有扫描电压作用的同时，在Y偏转板加上被测信号电压，就可以将其波形显示在荧光屏上。这样，电子束就可以随着输入电压的变化而形成图形。III实验过程注意事项 1. 实验前先在设备使用记录本上登记。2. 接线与拆线前先关闭电源。3实验前应检查实验接插线是否完好，连接电路时应尽量使用较短的接插线，以避免引入干扰。 4接插线插入插孔，以保证接触良好，切忌用力拉扯接插线尾部，以免造成线内导线断裂。5稳压电源不要对地短路。6在一些实验数据记录中，测微头

8、先从零正的最大值，又回复到零，再负的最大值，因此容易造成零点偏移，因此计算灵敏度时可将正X的灵敏度与负的X的灵敏度分开计算，再求平均值。7. 实验结果由指导教师检查并记录后方可拆线结束实验，实验结束后按照要求3拆线，并整理好实验台，在实验设备记录本上签写设备使用情况。8实验报告分实验目的、实验设备、实验原理、实验步骤（内容）、实验数据记录及数据处理、思考题等部分。实验报告写上实验名称。实 验 目 录实验一 箔式应变片性能单臂电桥1实验二 箔式应变片三种桥路性能比较5实验三 电容式传感器特性10实验四 差动变压器性能实验13实验五 差动变压器的振动测量16实验六 电涡流式传感器的静态标定20实验

9、七 电涡流式传感器的振幅测量23实验八 压电加速度式传感器25实验九 霍尔式传感器的直流激励特性27实验十 霍尔传感器的应用振幅测量29实验十一 光电转速传感器的转速测量实验32实验十二 信号分析与处理实验33实验一箔式应变片性能单臂电桥一、实验目的1观察了解箔式应变片的结构及粘贴方式。2了解金属箔式应变片的应变效应，单臂电桥工作原理和性能，测试应变梁变形的应变输出。二、需用器件与单元应变式传感器实验模块、箔式应变式传感器、托盘、砝码、数显表（主控台上电压表）、直流稳压电源（±15V电源、±4V电源）、万用表。三、实验原理本实验说明箔式应变片及单臂直流电桥的原理和工作情况。

10、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，这就是电阻应变效应，描述电阻应变效应的关系式为：式中为电阻丝电阻的相对变化，为应变灵敏系数，为电阻丝长度相对变化。通过测量电路，转换成电信号输出显示。电桥电路是最常用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R1R1、R2R2、R3R3、R4R4，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R1R2R

11、3R4R，。单臂电桥输出电压O1。由此可知，单臂，半桥，全桥电路的灵敏度依次增大。四、实验步骤1差动放大器的调零首先将实验模块调节增益电位器Rw3顺时针到底（即此时放大器增益最大。然后将差动放大器的正、负输入端相连并与地短接，输出端与主控台上的电压表输入端Vi相连。检查无误后从主控台上接入模块电源±15V以及地线。合上主控台电源开关，调节实验模块上的调零电位器Rw4，使电压表显示为零（电压表的切换开关打到2V档）。关闭主控箱电源。然后拔掉实验线。（注意： Rw4的位置一旦确定，就不能改变，一直到做完实验为止）2检查应变传感器的安装应变片 引出线 固定垫圈 固定螺丝 限程螺丝 模块 弹

12、性体 托盘 加热丝 应变片 图1-1 应变式传感器安装示意图 根据图1-1应变式传感器已装于应变传感器模块上。传感器中各应变片已接入模块的左上方的R1、R2、R3、R4。加热丝也接于模块上，可用万用表进行测量判别，各应变片初始阻值R1= R2= R3= R4=350，加热丝初始阻值为50左右。3按图1-3将实验部件用实验线连接成测试桥路。桥路中R5、R6、R7、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），R5、R6、R7模块内已连接好，其中模块上虚线电阻符号为示意符号，没有实际的电阻存在。直流激励电源为±4V。4电桥调零将模块左上方拨段开

13、关拨至左边“直流”档（直流档和交流档调零电阻阻值不同）。检查接线无误后，合上主控箱电源开关。调节电桥调零电位器Rw1，使数显表显示为零。备注：（1）、如出现零漂现象，则是应变片在供电电压下，应变片本身通过电流所形成的应变片温度效应的影响，可观察零漂数值的变化，若调零后数值稳定下来，表示应变片已处于工作状态，时间大概510分钟。图1-2 箔式应变片传感器单臂电桥实验原理图图1-3 应变式传感器单臂电桥实验接线图（2）、如出现数值不稳定，电压表读数随机跳变情况，可再次确认各实验线的连接是否牢靠，且保证实验过程中，尽量不接触实验线，另外，由于应变实验增益比较大，实验线陈旧或老化后产生线间电容效应，也

14、会产生此现象。5测量并记录在托盘上放置一只砝码，读取数显表数值，依次增加砝码和读取相应的数显表值，直到200g砝码加完。记下实验结果填入表1-1，关闭电源。 表1-1 单臂电桥输出电压与加负载重量值重量（g）电压（mv）6计算灵敏度和误差, 坐标图上做出VX关系曲线根据表1-1计算系统灵敏度S，S=（输出电压变化量；重量变化量）；计算非线性误差：f1=F S×100%，式中为输出值（多次测量时为平均值）与拟合直线的最大偏差，F S满量程输出平均值，此处为500g或200g。在坐标图上做出VX关系曲线。五、注意事项 1接线与拆线前先关闭电源。2实验前应检查实验接插线是否完好，连接电路时

15、应尽量使用较短的接插线，以避免引入干扰。 3接插线插入插孔，以保证接触良好，切忌用力拉扯接插线尾部，以免造成线内导线断裂。4稳压电源不要对地短路。5实验过程中如果后边测的数据不是按照比例增加，适当调小增益Rw3（顺时针旋转3-4圈，电位器最大可顺时针旋转5圈）。六、思考题1若将单臂电桥改为半桥与全桥电路，应该如何连接，试画出相应测试电路图。2单臂电桥时，作为桥臂电阻应变片应选用：（1）正（受拉）应变片（2）负（受压）应变片（3）正、负应变片均可。34实验二箔式应变片三种桥路性能比较一、实验目的1观察了解箔式应变片的结构及粘贴方式。2测试悬臂梁变形的应变输出。3熟悉三种电桥联接方式，并比较各桥路

16、间的输出关系。二、需用器件与单元应变式传感器实验模块、箔式应变式传感器、托盘、砝码、数显表（主控台上电压表）、直流稳压电源（±15V电源、±4V电源）、万用表。三、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，这就是电阻应变效应，描述电阻应变效应的关系式为：式中为电阻丝电阻的相对变化，为应变灵敏系数，为电阻丝长度相对变化。通过测量电路，转换成电信号输出显示。电桥电路是把被测非电量转换成为电压和电流量常用的一种方法，当电桥平衡时，桥路对臂电阻乘积相等，电桥输出为

17、零，在桥臂四个电阻R1、R2、R3、R4中，电阻的相对变化率分别为R1R1、R2R2、R3R3、R4R4，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R1R2R3R4R，。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 Ku=V/R/R，于是对应于单臂、半桥和全桥的电压灵敏度分别为 1/4E、l/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。四、实验步骤1差动放大器的调零首先将实验模块调节增益电位器Rw3顺时针到底（即此时放大器增益最大。然后将差动放大器的正、

18、负输入端相连并与地短接，输出端与主控台上的电压表输入端Vi相连。检查无误后从主控台上接入模块电源±15V以及地线。合上主控台电源开关，调节实验模块上的调零电位器Rw4，使电压表显示为零（电压表的切换开关打到2V档）。关闭主控箱电源。然后拔掉实验线。（注意： Rw4的位置一旦确定，就不能改变，一直到做完实验为止）2检查应变传感器的安装应变片 引出线 固定垫圈 固定螺丝 限程螺丝 模块 弹性体 托盘 加热丝 应变片 图2-1 应变式传感器安装示意图 根据图2-1应变式传感器已装于应变传感器模块上。传感器中各应变片已接入模块的左上方的R1、R2、R3、R4。加热丝也接于模块上，可用万用表进

19、行测量判别，各应变片初始阻值R1= R2= R3= R4=350，加热丝初始阻值为50左右。3按图2-3将实验部件用实验线连接成测试桥路。桥路中R5、R6、R7、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），R5、R6、R7模块内已连接好，其中模块上虚线电阻符号为示意符号，没有实际的电阻存在。直流激励电源为±4V。4电桥调零将模块左上方拨段开关拨至左边“直流”档（直流档和交流档调零电阻阻值不同）。检查接线无误后，合上主控箱电源开关。调节电桥调零电位器Rw1，使数显表显示为零。备注：（1）、如出现零漂现象，则是应变片在供电电压下，应变片本身通

20、过电流所形成的应变片温度效应的影响，可观察零漂数值的变化，若调零后数值稳定下来，表示应变片已处于工作状态，时间大概510分钟。（2）、如出现数值不稳定，电压表读数随机跳变情况，可再次确认各实验线的连接是否牢靠，且保证实验过程中，尽量不接触实验线，另外，由于应变实验增益比较大，实验线陈旧或老化后产生线间电容效应，也会产生此现象。5测量并记录图2-2 箔式应变片传感器单臂电桥实验原理图图2-3 箔式应变片传感器单臂电桥实验接线图在托盘上放置一只砝码，读取数显表数值，依次增加砝码和读取相应的数显表值，直到200g砝码加完。记下实验结果填入表2-1，关闭电源。 表2-1 电桥输出电压与加负载重量值重量

21、（g）电压（mv）单臂半桥全桥6保持差动放大器增益和调零电位器不变，将单臂电桥改为半桥与全桥电路，请设计相应测试电路，搭接半桥和全桥测试系统。7测出半桥和全桥输出电压并列表。8在同一坐标上描出V一X曲线，比较三种桥路的灵敏度，并做出定性的结论。五、注意事项1实验前检查实验插线是否完好，连接电路尽量使用较短的线，以免引入干扰。2接插线插入插孔时轻轻的作一小角度的旋转，以保证接触良好，拔出时也轻轻的转动一下拔出，切忌用力拉扯接插线尾部，以免造成线内导线断裂。3稳压电源不要对地短路，直流激励电压不能过大，以免造成应变片自热损坏。4应变片接入电桥时注意其受力方向，一定要接成差动形式。5更换应变片时应将

22、电源关掉，以免损坏应变片。6实验过程中如果后边测的数据不是按照比例增加，适当调小增益Rw3（顺时针旋转3-4圈，电位器最大可顺时针旋转5圈）。六、思考题1根据实际测试的数据与理论上推倒的公式相比较，结论如何？2对桥路测量线路有何特别要求？为什么？3半桥双臂电路有两种联接方式，即两臂分布在电桥临边与对边，试分析哪种方式更好，为什么？半桥双臂上各串连一片应变片后测量的灵敏度能否得到提高？图2-4 箔式应变片传感器半桥电桥实验接线图图2-5 箔式应变片传感器全桥电桥实验接线图实验三电容式传感器特性一、实验目的掌握电容式传感器的结构、工作原理和测量方法。二、需用器件与单元电容传感器、电容传感器实验模块

23、、测微头、数显单元（主控台电压表）、直流稳压源。三、实验原理利用平板电容和其他结构的关系式通过相应的结构和测量电路可以选择、A、d三个参数中，保持两个参数不变，而只改变其中一个参数，则可以有测谷物干燥度（变）、测微小位移（d变）和测量液位（A变）等多种电容传感器。本仪器中是差动平行变面积式。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，与两组静片之间的相对面积发生变化，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接入双T型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

24、台的位移有关。CX2电容变换器 低 通 差放 电压表CX1图3-1 电容式传感器实验原理图四、实验步骤1按图3-2安装示意图将电容传感器装于电容传感器实验模块上。2将电容传感器专用连线插入电容传感器实验模块专用接口，接线图如下。3将电容传感器实验模块的输出端Vo1与数显表单元（主控台电压表）Vi相接（插入主控箱Vi孔），Rw调节到中间位置。4接入±15V电源，旋动螺旋测微仪，观察电压表读数，直到找到电压读数达最大值的状态为止。此时调整放大器与电容变换器增益，使对应电压读数数值在0.7左右。再旋动螺旋测微仪使电压表读数为零，记下此时的平衡点位移。以此为起点，向左和向右推进电容传感器动极

25、板位置，每隔0.5mm记下位移X与输出电压值（此时电压档位打在2v），填入表3-1，直至动片与一组静片全部重合为止。图3-2 电容传感器安装示意图 电容传感器 模块 测量架 测微头 5根据表3-1数据，并作出VX曲线，计算电容传感器的系统灵敏度S和非线性误差。表3-1 电容传感器位移与输出电压值X(mm)0V（mv）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。位移和振动时均应避免擦片现象，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小。3.由于悬臂梁弹性恢复的滞后，进行反相采集时测微仪虽然回到起始位置，但系统输

26、出电压可能并不回到零，此时可反向旋动测微仪使输出电压过零后再回起始位置，反复几次，待系统输出为零后进行反方向的采集。六、思考题1简述系统中各实验元器件的作用。 2与电阻式、电感式传感器相比，电容式传感器有何优缺点？实验四差动变压器性能实验一、实验目的1了解差动变压器的基本结构及原理2通过实验验证差动变压器的基本特性二、需用器件与单元差动变压器实验模块、测微头、双线示波器、差动变压器、音频信号源（音频振荡器）、直流电源、万用表。三、实验原理差动变压器由初级线圈和次级线圈及一个铁芯组成（铁芯在可移动杆的一端），根据内外层排列不同，有二段式和三段式，本实验采用三段式结构。初级线圈做为差动变压器激励用

27、，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（同名端连接）而成，相当于变压器的副边。差动变压器是开磁路，工作是建立在互感基础上的。其原理及输出特性见图4-1。当传感器随着被测体移动时，由于初级线圈和次级线圈之间的互感发生变化，促使次级线圈感应电势产生变化，一只次级感应电势增加，另一只感应电势则减少，将两只次级线圈反向串接，就引出差动输出。其输出电势反映出被测体的移动量。R1LK1R3R2LoLoMaMb图4-1 差动变压器原理及输出特性四、实验步骤： 1根据图4-2，将差动变压器装在差动变压器实验模块上。接第一通道示波器 接第二通道示波器 6 2 3 4 1 5 插座管

28、脚编号 图4-3 双线示波器与差动变压器连接示意图 图4-2 差动变压器电容传感器安装示意图 差动变压器、 模块 测量架 测微头 2先调整音频振荡器输出频率（音频振荡器信号必须从主控箱中的LV端子输出）一般在5-10KHZ左右，输出值VPP =2V，但在具体实验台中可能需要调整频率与增益，以示波器波形不失真为准。然后拆掉数显表的频率档联线及示波器联线，以防对后续读数产生干扰。3在模块上按照图4-3接线（注意两个次级线圈同名端相连）。移动铁芯，观察次级线圈输出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仔细调节测微头使次级线圈的输出波形至不能再小，读出此时的零点残余电压。可以看出它与

29、输入电压的相位差约为2，是基频分量。5旋动测微头，使示波器第二通道显示的波形峰-峰值Vp-p为最小。这时可以左右位移，假设其中一个方向为正位移，则另一个方向位移为负。从Vp-p最小开始旋动测微头，每隔0.5mm从示波器上读出输出电压Vp-p值填入表4-1。再从Vp-p最小处反向位移做实验。在实验过程中，注意左、右位移时，初、次级波形的相位关系。表4-1 差动变压器位移X值与输出电压Vp-p数据表X（mm）- 0mm +V（mv）Vp-p X（mm）0mm +V（mv）Vp-p X（mm）- 0mmV（mv）Vp-p 6根据表格所列结果，画出Vop-pX曲线，指出线性工作范围和灵敏度。作出量程为

30、±4mm、±6mm灵敏度和非线性误差。五、注意事项在差动变压器性能实验中，示波器第二通道为悬浮工作状态。六、思考题 实验中零点残余电压产生的原因；如何使用现有实验台部件，对零残电压进行补偿？实验五差动变压器的振动测量一、实验目的1了解差动变压器的基本结构及原理。2了解差动变压器的实际应用。二、需用器件与单元差动变压器、音频振荡器、差动变压器实验模块、移相器/相敏检波器/低通滤波器模块、数显单元、低频振荡器、示波器、直流稳压电源、振动源模块。三、实验原理差动变压器由初级线圈和次级线圈及一个铁芯组成（铁芯在可移动杆的一端），根据内外层排列不同，有二段式和三段式，本实验采用三段式

31、结构。初级线圈做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（同名端连接）而成，相当于变压器的副边。差动变压器是开磁路，工作是建立在互感基础上的。其原理及输出特性见图5-1。当传感器随着被测体移动时，由于初级线圈和次级线圈之间的互感发生变化，促使次级线圈感应电势产生变化，一只次级感应电势增加，另一只感应电势则减少，将两只次级线圈反向串接，就引出差动输出。其输出电势反映出被测体的移动量。R1LK1R3R2LoLoMaMb图5-1 差动变压器原理及输出特性 差动变压器测量动态参数与测位移量的原理相同。差动变压器测试系统的组成如图5-2所示。示波器图5-2

32、差动变压器测试系统的组成四、实验步骤1调整音频振荡器输出频率（音频振荡器信号必须从主控箱中的LV端子输出）一般在5-10KHZ左右，输出值VPP =2V 。2将差动变压器接到差动变压器实验模块，差动变压器实验模块的初级线圈接音频振荡器LV端，2个次级线圈同名端相连，另外2端接示波器通道2，示波器通道1接音频振荡器LV端。移动铁芯，观察输出波形是否过零翻转。3将差动变压器按图5-3，安装在振动源模块的振动源上，注意调整振动平台和差动传感器的位置，使振动平台振动的阻力最小，便于后期实验。工作平台 振动平台 传感器 连桥板 图5-3 差动变压器振动测量安装示意图 4按图5-4接线，并调整好有关部分。

33、调整如下：（1）检查接线无误后，合上主控台电源开关，用示波器观察LV峰-峰值，调整音频振荡器幅度旋钮使Vop-p=8V，频率在33.5KHz之间。（2）利用示波器观察相敏检波器输出，调整传感器连接支架高度，使相敏检波输出，示波器显示的波形幅值为最小。图5-4 差动变压器的振动测量接线图 （3）仔细调节Rw1和Rw2使示波器（相敏检波输出）显示的波形幅值更小，基本为零点（电压档位在0.2V左右）。（4）用手按住振动平台（让传感器产生一个大位移）仔细调节移相器和相敏检波器的旋钮，使示波器显示的波形为一个接近全波整流波形。（5）松手，整流波形消失，变为一条接近零点线（否则再调节Rw1和Rw2）。（6

34、）低频振荡器输出引入振动源的低频输入，调节低频振荡器幅度旋钮和频率旋钮，使振动台振荡较为明显。用示波器观察差动模块放大器的输出Vo波形为包络线。相敏检波器的输出端为：低通滤波器的Vo波形为： 5保持低频振荡器的幅度不变，改变振荡频率用示波器观察低通滤波器的输出，读出峰-峰电压值，记下实验数据，填入下表5-1（记录15个以上数据）。表5-1 差动变压器振动测量频率- V0p-p f(Hz)f-5f-4f-3f-2f-1共振（f）f+1f+2f+3f+4f+5f+6f+7f+8f+9V0p-p6根据实验结果作出梁的f Vp-p特性曲线，指出自振频率的大致值，并与用应变片测出的结果相比较。 7保持低

35、频振荡器频率不变，改变振荡幅度，同样实验，可得到振幅Vp-p曲线（定性）。8根据实验结果做出振动台的频率-Vp-p特性曲线，并指出自振频率。五、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小螺丝稍作上下调节。3低频振荡器电压幅值不要过大，以免梁在自振频率附近振幅过大。六、思考题1通过以上实例，简略说明一下制作差动变压器要注意的几个主要方面。2说明测量线路中各部分的作用。实验六电涡流式传感器的静态标定一、实验目的1了解电涡流传感器的结构、原理、工作特性；2理解电涡流式传感器的静态标定方法。二、需用器件与单元电涡流传感器实验模块、电涡流传感器、直流电源、数显单元（主控

36、台电压表）、测微头、铁圆片。三、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交换成电压V输出，则输出电压是距离X的单值函数。注意实验中要将电涡流传感器与金属板中心正对。四、实验步骤：1观察传感器结构，这是一个扁平绕线圈。2根据图6-1、6-2安装电涡流传感器。图6-2 电涡流传感器位移实验接线 图6-1 电涡流传感器安

37、装示意图电涡流传感器 模块 测量架 测微头 被测体 (1) 将电涡流传感器输出线接入实验模块上标有Ti的插孔中，作为振荡器的一个元件。(2) 在测微头端部装上铁质金属圆片，作为电涡流传感器的被测体。(3) 将实验模块输出端Vo与数显单元输入端Vi相接。数显表量程切换开关选择电压20V档。(4) 使涡流片与传感器线圈端部有机玻璃平面接触，注意两者必须保持平行。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。3开启主控箱电源开关，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。旋动测微头，观察变

38、换器的高频振荡波形。4撤掉示波器探头连线，旋转测微头，时涡流片与传感器线圈端部有机玻璃接触，此时数显表读数为零。5旋动测微头使金属涡流片离开平面线圈，以数显表读数从零刚要开始变化的测微头刻度位置为位移为零开始计数，然后每隔0.1mm（或0.05mm）读一个数，直到输出几乎不变为止。将结果列入表6-1。表6-1 电涡流传感器位移X与输出电压数据X（mm）0V（v）5根据表6-1数据，画出V-X曲线，根据曲线找出线性区域及求出灵敏度。试计算量程为1mm、3mm、5mm时的灵敏度和线性度（可以用端基法或其它拟合直线）。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

39、，使变换器的输出电压减小，并造成传感器在初始状态有一死区，示波器探头不接输入端即可解决这个问题。六、思考题说明电涡流式传感器与被测体之间的最佳初始工作点：单向工作及双向工作时，电涡流式传感器最佳安装点。实验七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、需用器件与单元电涡流传感器实验模块、电涡流传感器、低频振荡器、振动源模块、直流电源、检波、滤波模块、数显单元、测微头、示波器。三、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

40、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。根据电涡流传感器动态特性和位移特性，选择合适的工作点即可测量振幅。四、实验步骤1根据图6-1安装电涡流传感器。2将电涡流传感器两端插入实验模块标有Ti的插孔中，实验模块输出端接数显表。调节传感器安装支架高度，将电涡流式传感器安装在最佳安装工作点（注：利用电涡流式传感器静态标定实验数据求出的线性范围，找其中间位置）。 3将低频振荡信号接入振动源中的低频输入插孔，一般应避开梁的自振频率，将振荡频率设置在1

41、830Hz之间。4将实验系统输出端接示波器的一个通道。低频振荡器频率调到18Hz，幅度旋钮初始为零，慢慢增大幅度，找到使振动台面振动时与传感器端面不碰撞且系统输出波形不失真的幅度。工作平台 振动平台 传感器 连桥板 图6-1 电涡流传感器振动测量安装示意图 6调节低频振荡器频率，使其从18Hz增加到30Hz，用示波器观察输出波形，记下Vp-p值，同时利用电涡流传感器静态标定结果求出距离变化范围Xp-p值。7保持振动台的振动频率不变，改变振动幅度可测出相应的传感器输出电压峰-峰值。 8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。 9变化低频振荡器频率和幅值，提高振动平台振幅，用示波器

42、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。五、注意事项1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。2如果输出波形不是很理想，利用铁制反射面吸附在振动圆盘中心的磁钢上，电涡流传感器则与吸附在振动圆盘中心的铁测片形成涡流效应。六、思考题1电涡流传感器动态响应好，可以测高频振动的物体。电涡流传感器的可测高频上限受什么限制？2. 有一个振动频率为10K的被测物体，需要测其振动参数，你是选用压电式传感器还是电涡流传感器或认为两者均可？实验八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、需用器件与单元转动、振动源模块、压电传感器

43、、移相/相敏检波/低通滤波器模块、压电式传感器实验模块、示波器。三、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)。压电式传感器由惯性质量块和受压的压电陶瓷片等组成（观察实验用压电加速度计结构）。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，传感器感受与外力相同频率的振动，质量块便有正比于加速度的交变力作用在压电陶瓷片上，由于压电效应，压电陶瓷片上产生正比于运动加速度的表面电荷，从而实现非电量的电测。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将压电传感器装在振动源模块上，压电传感器底部装有磁钢，可

44、和振动盘中心的磁钢相吸。3将低频振荡器信号接入到振动源的低频输入源插孔。4将压电传感器输出两端插入到压电传感器实验模块两输入端，按图8-1连接好实验电路，压电传感器黑色端子接地。将压电传感器实验模块电路输出端Vo1（如增益不够大，则Vo1接入IC2，Vo2接入低通滤波器）接入低通滤波器输入端Vi，低通滤波器输出Vo与示波器相连。5合上主控箱电源开关，调节低频振荡器的频率与幅度旋钮使振动台振动，用示波器观察低通滤波器输出波形，读出峰-峰电压值，记下实验数据，填入下表中（记录15个数据）。图8-1 压电式传感器性能实验接线图f(Hz)f-5f-4f-3f-2f-1共振（f）f+1f+2f+3f+4

45、f+5f+6f+7f+8f+9V0p-p表8-1 压电式加速度传感器振动测量频率- V0p-p6用示波器的两个通道同时观察低通滤波器输入端和输出端波形。7用手轻击试验台，观察输出波形的变化，并解释原因。五、注意事项做此实验时，振动源振动频率不能过低，否则电荷放大器将无输出或输出波形失真。六、思考题 用手轻击试验台，观察输出波形的变化，并解释原因。实验九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，学会用霍尔传感器做静态位移测试。二、需用器件与单元霍尔传感器实验模块、霍尔传感器、直流源±4V、±15V、测微头、数显单元。三、实验原理霍尔式传感器是由

46、工作在两个环形磁钢组成的梯度磁场和位于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(UH = KHIB)。霍尔元件置于梯度磁场中，霍尔元件保持不动，移动改变磁场大小，输出的霍尔电势V取决于移动磁场的位移量X，所以测得霍尔电势的大小便可获知霍尔元件的静位移。四、实验步骤图9-1 霍尔传感器安装示意图 霍尔元件 模块 测量架 测微头 1将霍尔传感器按图9-1安装。霍尔传感器与实验模块的连接按图9-2进行。1、3为电源±4V，2、4为输出。图9-2 霍尔传感器位移直流激励接线图2开启电源，调节测微头使霍尔片在磁钢中间位置，再调节Rw1（Rw3处于中间位置）使数显表指

47、示为零。左右移动测微头，使输出对称。3旋转测微头，以数显表指示为零的测微头对应的刻度为零刻度，向左和向右轴向推进，每转动0.2mm记下一个读数，直到读数近似不变，将读数填入下表。表9-1 霍尔传感器位移与输出电压值X(mm) 0mm +V（mv）V 4作出V-X曲线，求出线性范围及灵敏度和非线性误差。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。六、思考题 本实验中霍尔元件位移的线性度实际上反映的是什么量的变化？实验十霍尔传感器的应用振幅测量一、实验目的通过本实验了解霍尔式传感器在振动测量中的作用。二、需用器件与单元霍尔传感器、音频振荡器、霍尔传感器实验模块、移

48、相器/相敏检波器/低通滤波器模块、数显单元、低频振荡器、示波器、直流稳压电源、振动源模块。三、实验原理霍尔式传感器是由工作在两个环形磁钢组成的梯度磁场和位于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(UH = KHIB)。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获知霍尔元件的静位移。四、实验步骤（参考差动变压器振动测量实验）1调整音频振荡器输出频率（音频振荡器信号必须从主控箱中的LV端子输出）一般在1KHZ左右，输出值VPP =4V 。2将霍尔式传感器按图10-1，安装在振动源模块的振动源上，注意调整振动平