傳感器實(shí)驗(yàn)報告

1、傳感器實(shí)驗(yàn)報告實(shí)驗(yàn)一 金屬箔式應(yīng)變片單臂電橋?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù)處理X(mm)00.51.01.52.02.53.03.54.0V(mv)03581014172023線性擬合V=5.767*x-0.422靈敏度為5.767思考題：（1） 本實(shí)驗(yàn)電路對直流穩(wěn)壓電源有何要求，對放大器有何要求。直流穩(wěn)壓源輸出應(yīng)穩(wěn)定，且不超過負(fù)載的額定值。放大器應(yīng)對差模信號有較好放大作用，無零漂或零漂小可忽略。 （2）將應(yīng)變片換成橫向補(bǔ)償片后，又會產(chǎn)生怎樣的數(shù)據(jù)，并根據(jù)其結(jié)構(gòu)說明原因。靈敏度將大幅度降低，線性性也將變差，電壓隨位移的變化將變得十分小。因?yàn)闄M向補(bǔ)償片原本是橫向粘貼在懸梁臂上的，用于補(bǔ)償應(yīng)變片測量的橫向效應(yīng)。在懸梁臂

2、形變的時候，橫向補(bǔ)償片僅僅橫向部分發(fā)生形變，而應(yīng)變片敏感柵往往很粗而且有效長度短，因此阻值變化小。實(shí)驗(yàn)二 金屬箔式應(yīng)變片雙臂電橋（半橋）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理X(mm)01.02.03.04.05.06.07.08.0V(mv)01425384962758798V=11.95*x+0.778靈敏度為11.95思考題：（1） 根據(jù)應(yīng)變片受力情況變化，對實(shí)驗(yàn)結(jié)果作出解釋。在梁上下表面受力方向相反的應(yīng)變片相當(dāng)于將形變放大兩倍，因此，V/X大約是實(shí)驗(yàn)一中的兩倍。 （2）將受力方向相反的兩片應(yīng)變片換成同方向應(yīng)變片后，情況又會怎樣。同方向的兩片應(yīng)變片相互抵消，輸出為零。 （3）比較單臂，半橋兩種接法的靈敏度。在相同

3、形變量下，半橋的靈敏度約是單臂的兩倍。實(shí)驗(yàn)三 金屬箔式應(yīng)變片四臂電橋(全橋)的靜態(tài)位移性能實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理X(mm)01 2345678V(mv)0255175103126151173196 V=24.15*x+1.4靈敏度問24.15思考題：（1）如果不考慮應(yīng)變片的受力方向，結(jié)果又會怎樣。對臂應(yīng)變片的受力方向應(yīng)接成相同，鄰臂應(yīng)變片的受力方向相反，否則相互抵消沒有輸出 （2）比較單臂，半橋，全橋各種接法的靈敏度。在相同形變量下，半橋靈敏度約是單臂的兩倍，全橋靈敏度越是半橋的兩倍，即約為全橋的四倍。實(shí)驗(yàn)四 金屬箔式應(yīng)變片四臂電橋（全橋）振動時的幅頻性能實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理F(Hz)5610111213141

4、725Vpp(mV)192158124151108692914思考題：（1）在實(shí)驗(yàn)過程中，觀察示波器讀出頻率與頻率表示值是否一致，據(jù)此，根據(jù)應(yīng)變片的幅頻特性可作何應(yīng)用。不一致?？梢愿鶕?jù)這個原理反向測出梁的震動頻率，利用應(yīng)變片讀出峰值，在找到對應(yīng)的頻率值即可。 （2）根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以知道梁的共振頻率大致為多少。12Hz （3）在某一頻率固定時，調(diào)節(jié)低頻振蕩器的幅度旋鈕，改變梁的振動幅度，通過示波器讀出的數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)三對照，是否可以推算出梁振動時的位移距離。不可以。實(shí)驗(yàn)三是一個靜態(tài)過程，而本實(shí)驗(yàn)是一個動態(tài)過程，得到的電壓并不對應(yīng)于靜態(tài)時的位移。且由示波器上讀出的數(shù)據(jù)誤差較大。 （4）試想一下，用其

5、他方法來測梁振動時的位移距離，并與本實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較驗(yàn)證。其他方法，如加速度計(jì)，霍爾元件等比較：如利用霍爾元件只能測量小范圍的位移，測量的位移不能過大；測量振動時振動頻率不能太低， 如果振動頻率過低，磁感應(yīng)強(qiáng)度發(fā)生變化的周期過長，大于讀取脈沖信號的電路的工作周期，就會導(dǎo)致 計(jì)數(shù)錯誤而本實(shí)驗(yàn)相對課測量位移較大，但精確度較低實(shí)驗(yàn)六 熱電偶的溫度效應(yīng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理室溫18毫伏表穩(wěn)定示數(shù) 0.95mVEAB（T,Tn）=0.95/2=0.475 mV查表可知18對應(yīng)熱電勢EAB(Tn,To)=0.711 mV從而有EAB(T,To)= EAB(T,Tn)+ EAB(Tn,To)=0.475+0.711=

6、1.186 mV查表可知約為30實(shí)驗(yàn)七 變面積式電容傳感器的性能實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理X(mm)00.511.522.533.544.5V(mv)93898480757064605549V=-9.782*x+93.91靈敏度為9.782思考題：（1）如果往上旋動測微器，使梁的自由端往上產(chǎn)生位移，結(jié)果有會怎樣。變化相同的x值時，V值會大約是原值的相反數(shù) （2）實(shí)驗(yàn)儀的電容傳感器的介質(zhì)是什么，如果改變介質(zhì)，將會對電容傳感器性能有何影響。原介質(zhì)為空氣改變介質(zhì)，由可知，C變大，又由Q=CU,可知，此時U變小，即傳感器靈敏度降低。實(shí)驗(yàn)八 差動變面積式電容傳感器的性能實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理X(mm)01234567V(mv)

7、-98-79-60-42-22-31734X(mm)8910V(mv)517995V=19.28*X-98.95靈敏度為19.28思考題：結(jié)合電容變換器電原理分析，為什么讀數(shù)會過零。電容變換器將電容變化變換放大為電壓信號，變化量可認(rèn)為成線性關(guān)系當(dāng)動片由上片的上邊緣運(yùn)動到下片的上邊緣，上片電容的有效面積由最大到接近于零，下片電容的有效面積由接近于零到最大，所以兩片電容上的電壓值一個由小變大，一個由大變小，存在相等的點(diǎn)，即讀數(shù)會過零。實(shí)驗(yàn)九 差動變面積式電容傳感器振動時的幅頻性能實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理F(Hz)2.743.874.895.866.777.969.0110.0311.12V(pp)30.832

8、.837.243.249.652.856.464.357.5F(Hz)12.0120.1524.3328.72V(pp)50.344.338.430.1思考題： （1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以知道梁的自振頻率大致為多少。10HZ （2）如果不著重調(diào)整電容片的相對位置，會有什么現(xiàn)象，對測量頻率是否很重要。在梁的自振頻率附近時，梁振動劇烈，幅值較大，頻率較高，如果未將電容片調(diào)整至大約中間位置，在振動過程中可能會碰撞到上下裝置邊緣，不僅會對實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成影響，還極有可能損壞儀器，因此必須著重調(diào)整電容片的相對位置。實(shí)驗(yàn)十 壓電式傳感器的性能實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理F(Hz)5.7418.8979.5979.82312.5

9、012.6913.5118.2527.21V(pp)336900144016002820256020401060580思考題：(1)根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以知道梁的自振頻率大致為多少。12.40HZ(2)試回答壓電式傳感器與其它傳感的各自特點(diǎn)。壓電式傳感器體積小，重量輕，剛度好，靈敏度高，穩(wěn)定性好，一般具有較為理想的線性性，而且通常情況下無滯后現(xiàn)象。但低頻特性較差，一般適用于動態(tài)測量。電容式傳感器輸入能量小，靈敏度高，精度較高，動態(tài)特性好，能量損耗小，結(jié)構(gòu)簡單，環(huán)境適應(yīng)性好，但容易受到分布電容的影響。電阻應(yīng)變片式傳感器靈敏度、精度高，性能穩(wěn)定，誤差小于1%；尺寸小，重量輕，測量速度快，即可用于靜態(tài)測

10、量，又可用于動態(tài)測量；測量范圍大，變形范圍從1%-2%；適應(yīng)性強(qiáng)，可在高溫、超低溫、高壓、水下、強(qiáng)磁場以及輻射等惡劣環(huán)境下使用。實(shí)驗(yàn)十三 移相器單元實(shí)驗(yàn)思考題： （1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以知道移相器的移相受什么影響。受到頻率的影響。 （2）移相器的放大倍數(shù)大致為多少。大約為1倍（3）根據(jù)移相器的電路圖(見附錄)，分析其工作原理。 電路圖中的晶體管和電容都可以起到改變相位的作用，通過改變晶體管控制信號的大小來控制移相的大小。 實(shí)驗(yàn)十四 相敏檢波器單元實(shí)驗(yàn)思考題： （1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以知道相敏檢波器的作用是什么。移相器在實(shí)驗(yàn)線路中的作用是什么（即參考端輸入波形相位的作用）。相敏檢波器具有鑒別調(diào)制

11、信號相位和選頻的作用。移相器具有調(diào)整輸入信號相位的作用。 （2）在完成第五步驟后，將示波器兩根輸入線分別接至相敏檢波器的輸入端4和附加觀察端2和3, 觀察波形來回答相敏檢波器中的整形電路的作用是什么，是將什么波轉(zhuǎn)換成什么波，使得相敏檢波器中的整形電路的電子開關(guān)能正常工作。整形電路的作用是將信號進(jìn)行修真或變換。將正弦波轉(zhuǎn)換成方波。（3）當(dāng)相敏檢波器的輸入與開關(guān)信號同相時，輸出是什么極性的什么波，電壓表的讀數(shù)是什么極性的最大值。輸出是相同極性的正弦波，電壓表讀數(shù)是相反極性的最大值。實(shí)驗(yàn)十一 霍爾式傳感器直流激勵的靜態(tài)位移性能實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)X(mm)8.28.48.68.89.09.29.49.69.8V

12、(mv)-1.31-0.670.050.711.311.872.422.863.32X(mm)10.211.112.0V(mv)4.014.534.91可以看出，在中間位置及兩側(cè)，霍爾傳感器的電勢和位移量近似成線性關(guān)系，由圖中可知靈敏度約為2.917，在靠近霍爾元件邊緣部分，存在誤差導(dǎo)致線性性受到影響。思考題：結(jié)合梯度磁場分布，解釋為什么霍爾片應(yīng)處于環(huán)形磁鐵的中間。環(huán)形磁鐵中間磁感應(yīng)強(qiáng)度約為零，且此處在小范圍內(nèi)可看作勻強(qiáng)磁場，故Hall片應(yīng)處于環(huán)形磁鐵中間。實(shí)驗(yàn)十二 霍爾式傳感器直流激勵下振動時的幅頻性能實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)F(Hz)5.716.657.438.098.228.568.909.0810.1

13、2Vpp（V）1.101.522.565.406.607.917.325.882.32F(Hz)11.1113.44Vpp（V）1.320.64思考題： （1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以知道梁的自振頻率大致為多少。8.60HZ （2）在某一頻率固定時，調(diào)節(jié)低頻振蕩器的幅度旋鈕，改變梁的振動幅度，通過示波器讀出的數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)十一對照，是否可以推算出梁振動時的位移距離。不行，因?yàn)榇藭r是一個動態(tài)過程，不能與靜態(tài)過程對應(yīng)。且當(dāng)振動幅度過大時將超出量程范圍。 （3）試想一下，用其他方法來測梁振動時的位移距離，并與本實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較驗(yàn)證。其他方法如使用渦流傳感器，電容傳感器等比較：渦流傳感器，電容傳感器的線性度較差

14、，但精度比本實(shí)驗(yàn)要高。實(shí)驗(yàn)十五 霍爾式傳感器交流激勵的靜態(tài)位移性能實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)X(mm)8.68.27.87.47.06.66.25.85.4V(mv)2.151.370.53-0.31-1.19-1.96-2.57-3.05-3.34X(mm)5.04.6V(mv)-3.62-3.80在霍爾元件邊緣附近，線性性受到影響（圖中僅線性擬合線性部分點(diǎn)），在中間部分線性良好，靈敏度約為1.918V=1.918*X-14.4試敘述并解釋示波器上觀察到的波形相敏檢波輸入的波形是正弦波sin(w*t)，而輸出的是±|sin(w*t)|，即只有半個正弦波這是由于相敏檢波器造成的，當(dāng)輸出幅值最大時移相器

15、工作在-180°，于是相敏檢波器使運(yùn)放的輸出信號與一個相位相差-180°的方波相乘，于是得到了示波器上的波形。實(shí)驗(yàn)十六 霍爾式傳感器交流激勵下振動時的幅頻性能實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)F(Hz)3.215.857.347.638.318.859.9611.6814.69Vpp（V）0.3840.7201.682.484.285.042.560.9600.384F(Hz)20.08Vpp（V）0.284思考題： （1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以知道梁的自振頻率大致為多少。8.85HZ （2）在某一頻率固定時，調(diào)節(jié)低頻振蕩器的幅度旋鈕，改變梁的振動幅度，通過示波器讀出的數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)十五對照，是否可以推算出

16、梁振動時的位移距離。不能，因?yàn)檫@是個動態(tài)過程，不能輕易與靜態(tài)過程對應(yīng)，且振動幅度過大時將超出量程 （3）試想一下，用其他方法來測梁振動時的位移距離，并與本實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較驗(yàn)證。其他方法如使用渦流傳感器，電容傳感器等比較：渦流傳感器，電容傳感器的線性度較差，但精度比本實(shí)驗(yàn)要高。實(shí)驗(yàn)十七 差動變壓器式電感傳感器的性能實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)X(mm)11.5010.509.508.507.506.505.504.503.502.50V(mv)80060042024046200360530700860圖中零點(diǎn)殘余電壓約為46mV經(jīng)過電橋平衡網(wǎng)絡(luò)調(diào)整后，零點(diǎn)殘余電壓最小值為23.6mV，得到較為顯著的改善思考題：（1

17、）根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，指出線性范圍。在11.50-7.50,7.50-2.50兩段均可視為線性 （2）電感中磁棒的位置由上到下，雙線示波器觀察到的波形相位發(fā)生怎樣的變化。波形相位由與參考波形相同變?yōu)橄喾础?（3）用測微器調(diào)節(jié)雙平行梁位置，使示波器上觀察到的差動變壓器式電感傳感器的輸出端信號為最小，這個最小電壓稱作什么，由于什么原因造成。零點(diǎn)殘余電壓。原因包括線圈的不對稱性、溫漂、時漂等。 （4）指出本實(shí)驗(yàn)中，零點(diǎn)殘余電壓的補(bǔ)償有那兩個方面。1.基波分量；2.高次諧波 （5）示波器上觀察到差動放大器輸出端輸出的最小信號是什么波形，這說明波形中有什么分量。正弦波，高次諧波。 （6）是否可以采用次級補(bǔ)償線

18、路來調(diào)零，試畫出次級補(bǔ)償線路圖?？梢?，補(bǔ)償線路圖如左圖所示實(shí)驗(yàn)十八 差動變壓器式電感傳感器的靜態(tài)位移性能實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)X(mm)9.258.858.458.057.657.256.856.456.055.65V(v)8.738.136.564.331.95-0.49-2.99-5.28-7.14-8.19V=5.193*X-38.13靈敏度約為5.193思考題： 在實(shí)驗(yàn)步驟5中，同時用示波器觀察相敏檢波器輸出端輸出波形，是什么波形，移相在這里的作用是什么。輸出波形為|sin(w*t)|，即均為半個正弦波移相器的作用為改變從音頻振蕩器輸出的0°信號的相位使其與差動放大器輸出信號的相位相同或相反。實(shí)驗(yàn)十九 差動螺管式電感傳感器的靜態(tài)位移性能實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)X(mm)10.009.509.008.508.007.507.006.506.005.50V(v)8.367.275.733.982.050.15-1.70-3.65-5.43-6.99V=3.55*X-26.54靈敏度約為3.55思考題：本實(shí)驗(yàn)與實(shí)驗(yàn)十八比較相似，請指出它們的各自特點(diǎn)。本實(shí)驗(yàn)是自感式位移傳感器，而實(shí)驗(yàn)十八是互感式傳感器，二者原理不完全相同。自感式傳感器結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，適用于大位移測量，但靈敏度低（由靈敏度比較可知）；互感式傳感器精度高，線性范圍大，穩(wěn)定性好，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，但頻響較低。實(shí)