傳感技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(12年)(2)

1、傳感技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書自動化學(xué)院測控技術(shù)與儀器教研室2012年9月目 錄實(shí)驗(yàn)一 傳感器測量特性實(shí)驗(yàn)1實(shí)驗(yàn)1 金屬箔式應(yīng)變片單臂、半橋、全橋性能比較實(shí)驗(yàn)1實(shí)驗(yàn)2 磁電式轉(zhuǎn)速傳感器測速實(shí)驗(yàn)4實(shí)驗(yàn)3 壓阻式傳感器測壓力實(shí)驗(yàn)5實(shí)驗(yàn)4熱電阻測溫特性實(shí)驗(yàn)6實(shí)驗(yàn)5 熱電偶測溫實(shí)驗(yàn)8實(shí)驗(yàn)二 傳感器測位移實(shí)驗(yàn)10實(shí)驗(yàn)1 差動變壓器測位移實(shí)驗(yàn)10實(shí)驗(yàn)2 霍爾傳感器測位移實(shí)驗(yàn)12實(shí)驗(yàn)3 電渦流傳感器測位移實(shí)驗(yàn)14實(shí)驗(yàn)三 傳感器測量振動實(shí)驗(yàn)15實(shí)驗(yàn)1 壓電式傳感器測振動實(shí)驗(yàn)15實(shí)驗(yàn)2 電渦流傳感器測振動實(shí)驗(yàn)17實(shí)驗(yàn)3 電容式傳感器測振動實(shí)驗(yàn)19實(shí)驗(yàn)四 光纖傳感器測量振動實(shí)驗(yàn)21實(shí)驗(yàn)五 LED光電轉(zhuǎn)換特性實(shí)驗(yàn)24實(shí)驗(yàn)六

2、 光電探測器相對光譜響應(yīng)度測試實(shí)驗(yàn)26實(shí)驗(yàn)一 傳感器測量特性實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)1 金屬箔式應(yīng)變片單臂、半橋、全橋性能比較實(shí)驗(yàn)1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私饨饘俨綉?yīng)變片的應(yīng)變效應(yīng)，比較單臂、半橋、全橋輸出時的靈敏度和非線性度，得出相應(yīng)的結(jié)論。2. 實(shí)驗(yàn)原理：電阻絲在外力作用下發(fā)生機(jī)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：R / R=K式中R / R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，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，通過它轉(zhuǎn)換被測部位受力狀態(tài)變化、電橋的作用完成電阻到電壓的比例變化，電橋的輸出電壓反映了相應(yīng)的受力狀態(tài)

3、。對單臂電橋輸出電壓Uo1=EK/4、半橋輸出電壓Uo2=EK/2、全橋輸出電壓Uo3=EK。3. 需用器件與單元：直流穩(wěn)壓電源、電橋、差動放大器、雙平行梁測微頭、金屬應(yīng)變片、F/V表、主、副電源。4. 實(shí)驗(yàn)步驟：1. 了解所需單元、部件在實(shí)驗(yàn)儀上的所在位置，觀察梁上的應(yīng)變片，應(yīng)變片為棕色襯底箔式結(jié)構(gòu)小方薄片。上下二片梁的外表面各貼二片受力應(yīng)變片和一片補(bǔ)償應(yīng)變片，測微頭在雙平行梁前面的支座上，可以上、下、前、后、左、右調(diào)節(jié)。2. 將差動放大器調(diào)零：用連線將差動放大器的正（）、負(fù)（）、地短接。將差動放大器的輸出端與FV表的輸入插口Vi 相連；開啟主、副電源；調(diào)節(jié)差動放大器的增益到最大位置，然后調(diào)

4、整差動放大器的調(diào)零旋鈕使FV表顯示為零，關(guān)閉主、副電源。3. 根據(jù)圖1-1接線，R1、R2、R3為電橋單元的固定電阻。RX為應(yīng)變片；將穩(wěn)壓電源的切換開關(guān)置±4V檔，F(xiàn)V表置20V檔。調(diào)節(jié)測微頭脫離雙平行梁，開啟主、副電源，調(diào)節(jié)電橋平衡網(wǎng)絡(luò)中的W1，使FV表顯示為零，然后將FV表置2V檔，再調(diào)電橋W1（慢慢地調(diào)），使FV表顯示為零。圖1-1 電橋?qū)嶒?yàn)面板4. 將測微頭轉(zhuǎn)動到10mm刻度附近，安裝到雙平等梁的自由端（與自由端磁鋼吸合），調(diào)節(jié)測微頭支柱的高度（梁的自由端跟隨變化）使FV表顯示最小，再旋動測微頭，使FV表顯示為零（細(xì)調(diào)零），這時的測微頭刻度為零位的相應(yīng)刻度。5. 分別向上、向

5、下旋動測微頭，使懸臂梁的自由端產(chǎn)生正、負(fù)位移，記下FV表顯示的值。建議每旋動測微頭一周，即X0.5mm記一個數(shù)值填入下表：表1-1 單臂電橋?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù)位移（mm）0電壓（mv）06. 將圖1-1中的RX、R1、R2、R3其中兩個換成金屬應(yīng)變片（注意應(yīng)變極性?。瑯?gòu)成雙臂半橋，重復(fù)上述步驟（4）、（5）。記錄數(shù)據(jù)，填入下表：表1-2 雙臂半橋?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù)位移（mm）0電壓（mv）07. 將圖1-1中的RX、R1、R2、R3全部換成金屬應(yīng)變片（注意應(yīng)變極性?。?，構(gòu)成全橋，重復(fù)上述步驟（4）、（5）。記錄數(shù)據(jù)，填入下表：表1-3 全橋?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù)位移（mm）0電壓（mv）08. 實(shí)驗(yàn)完畢，關(guān)閉主、副電源，所有

6、旋鈕轉(zhuǎn)到初始位置。五. 注意事項(xiàng)：1. 電橋上端虛線所示的四個電阻實(shí)際上并不存在，僅作為一標(biāo)記，讓學(xué)生組橋容易。2. 三個實(shí)驗(yàn)中的放大器增益必須相同。3. 做此實(shí)驗(yàn)時應(yīng)將低頻振蕩器的幅度關(guān)至最小，以減小其對直流電橋的影響。六. 作業(yè)與思考題：1 根據(jù)表1-1至1-3計(jì)算三種情況下系統(tǒng)的靈敏度S，得出三種情況的靈敏度大小關(guān)系。S=u/W（u為輸出電壓變化量；W為重量變化量）。2 某工程技術(shù)人員在進(jìn)行材料拉力測試時，在棒材上貼了兩組應(yīng)變片如圖1-2，畫圖說明如何利用這四片電阻應(yīng)變片組成電橋？是否需要外加電阻？圖1-2 應(yīng)變式傳感器受拉時傳感器圓周面展開圖實(shí)驗(yàn)2 磁電式轉(zhuǎn)速傳感器測速實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/p>

7、了解磁電式傳感器測量轉(zhuǎn)速的原理。二基本原理：基于電磁感應(yīng)原理，N匝線圈所在磁場的磁通變化時，線圈中感應(yīng)電勢發(fā)生變化，因此當(dāng)轉(zhuǎn)盤上嵌入N個磁棒時，每轉(zhuǎn)一周線圈感應(yīng)電勢產(chǎn)生N次的變化，通過放大、整形和計(jì)數(shù)等電路即可以測量轉(zhuǎn)速。三需用器件與單元：磁電傳感器、數(shù)顯單元測轉(zhuǎn)速檔、轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)224V轉(zhuǎn)動源單元。四實(shí)驗(yàn)步驟：1 磁電式轉(zhuǎn)速傳器按圖1-3安裝。傳感器端面離轉(zhuǎn)動盤面2mm左右，并且對準(zhǔn)反射面內(nèi)的磁鋼。將磁電式轉(zhuǎn)速傳器輸出端插入數(shù)顯單元Fin孔。（磁電式傳感器兩輸出插頭插入臺面板上二個插孔）磁電式傳感器圖1-3 磁電式傳感器測轉(zhuǎn)速安裝示意圖2 將波段開關(guān)選擇轉(zhuǎn)速測量檔。3 將轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)電源224V用引

8、線引入到臺面板上轉(zhuǎn)動單元中轉(zhuǎn)動電源224V插孔，合上主控箱開關(guān)，使轉(zhuǎn)速電機(jī)帶動轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)，逐步增加電源電壓觀察轉(zhuǎn)速變化情況，并記錄驅(qū)動電源電壓值及相應(yīng)的轉(zhuǎn)速值。表1-4 電源電壓V與轉(zhuǎn)速值RV(v)R(r/s)五作業(yè)與思考題：為什么磁電式轉(zhuǎn)速傳感器不能測很低速的轉(zhuǎn)動？實(shí)驗(yàn)3 壓阻式傳感器測壓力實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私鈹U(kuò)散硅壓阻式壓力傳感器測量壓力的原理和方法。二基本原理：擴(kuò)散硅壓阻式壓力傳感器在單晶硅的基片上擴(kuò)散出P型或N型電阻條接成電橋。在壓力作用下，根據(jù)半導(dǎo)體的壓阻效應(yīng)，基片產(chǎn)生應(yīng)力，電阻條的電阻率產(chǎn)生很大的變化，我們把這一變化引入測量電路，則其輸出電壓的變化反映了所受到的壓力變化。三需用器件與

9、單元：主、副電源、直流穩(wěn)壓電源、差動放大器、F/V顯示表、壓阻式傳感器、“U”形管 及其加壓配件或壓力計(jì)。四實(shí)驗(yàn)步驟：1 了解所需單元、部件、傳感器的符號及在儀器上的位置。2 如圖1-4將傳感器及電路連好，注意接線正確，否則易損壞元器件，差放接成同相反相均可；圖1-4 壓阻式傳感器連線圖3 接好傳感器供壓回路，開啟主、副電源-，調(diào)整差放零位旋鈕，使電壓表指示盡可能為零，記下此時電壓表讀數(shù)。擰緊皮囊上單向調(diào)節(jié)閥的鎖緊螺絲，仔細(xì)地逐步由小到大調(diào)節(jié)流量計(jì)旋鈕，使在414KP之間每上升1KP分別讀取壓力表讀數(shù)，記下相應(yīng)的數(shù)顯表值于表1-5。表1-5 壓力傳感器輸出電壓與輸入壓力值壓力（kpa）電壓（M

10、v）實(shí)驗(yàn)4熱電阻測溫特性實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私鉄犭娮璧奶匦耘c應(yīng)用。二基本原理：利用導(dǎo)體電阻隨溫度變化的特性，熱電阻用于測量時，要求其材料電阻溫度系數(shù)大，穩(wěn)定性好，電阻率高，電阻與溫度之間最好有線性關(guān)系。常用鉑電阻和銅電阻，鉑電阻在0630.74oC以內(nèi)，電阻Rt與溫度t的關(guān)系為： R0系溫度為00C時的電阻。本實(shí)驗(yàn)R0=100，At=3.9684×10-2/oC，Bt=5.847×10-7/oC，鉑電阻是三線連接，其中一端接兩根引線主要為消除引線電阻對測量的影響。三需用器件與單元：加熱源、K型熱電偶、Pt100熱電阻、溫度控制電源、溫度控制單元、溫度傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、?shù)顯單元、

11、萬用表。四實(shí)驗(yàn)步驟：圖1-5 熱電阻測溫特性實(shí)驗(yàn)1 將Pt100鉑電阻三根線引入Rt的a、b上：用萬用表歐姆檔測出Pt100三根引線中其中短接的兩根線接b端和R0端。這樣Rt與R3、R1、Rw1、R4組成直流電橋，是一種單臂電橋工作形式。Rw1中心活動點(diǎn)與R5相接，見圖1-5。2 在端點(diǎn)a與地之間加直流源4V，合上主控箱電源開關(guān)，調(diào)Rw1使電橋平衡，橋路輸出端b和中心活動點(diǎn)之間在室溫下輸出為零。注意此時不能應(yīng)用實(shí)驗(yàn)臺上的數(shù)顯表，應(yīng)使用獨(dú)立的萬用表測量輸出電壓。3 加±15V運(yùn)放電源，調(diào)Rw3使Uo2=0，接上數(shù)顯單元，撥到2V電壓顯示檔，使數(shù)顯為零。4 在常溫基礎(chǔ)上，將設(shè)定溫度值按t

12、=5oC讀取數(shù)顯表值。將結(jié)果填入表1-6。表1-6 鉑電阻熱電勢與溫度值t()V(mv)五作業(yè)與思考題：如何根據(jù)測溫范圍和精度要求選用熱電阻？實(shí)驗(yàn)5 熱電偶測溫實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私鉄犭娕紲y量溫度的特性與應(yīng)用范圍。二基本原理：當(dāng)兩種不同的金屬組成回路，產(chǎn)生的兩個接點(diǎn)有溫度差，會產(chǎn)生熱電勢，這就是熱電效應(yīng)。溫度高的接點(diǎn)就是工作端，將其置于被測溫度場配以相應(yīng)電路就可間接測得被測溫度值。三需用器件與單元：熱電偶K型、E型、加熱源、溫度測控儀、數(shù)顯單元。四實(shí)驗(yàn)步驟：1 將K型熱電偶插入到主控板上用于溫度設(shè)定。（注意：黑色K型，紅色E型）2 將E型熱電偶插入溫度傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳蠘?biāo)有熱電偶符號的a、b孔上。

13、熱電偶自由端連線中帶紅色套管或紅色斜線的一條為正端。將a、b端與R5、R6相接。3 設(shè)定溫度值t=40oC。將R5、R6短路接地，接入±15V電源，打開主控箱電源開關(guān)調(diào)節(jié)Rw3使Uo2=0（見圖1-6），將Uo2與數(shù)顯表單元上的Ui相接。調(diào)節(jié)Rw3使數(shù)顯表顯示零位。（主控箱電壓選2V檔）圖1-6 熱電偶傳感器測溫實(shí)驗(yàn)接線圖4 去掉R5、R6短路接線，將a、b端與放大器R5、R6相接，調(diào)Rw2使信號放大到比分度值大10倍的毫伏值（因放大器性能限制，此步驟可略）。5 在40與150之間設(shè)定t=5oC。讀出數(shù)顯表頭輸出電勢與溫度值，并記入表1-7。表1-7 E型熱電偶熱電勢與溫度數(shù)據(jù)t()

14、V(mv)五作業(yè)與思考題：簡述熱電偶測溫的基本原理。附：分度表溫度測量元件-50050100150200300400熱電偶E03.0476.3179.78713.14921.03328.943K02.0224.0956.1378.13712.0273.261熱電阻Cu5039.245060.771.482.13Pt10080.3100119.4138.5157.31175.84212.02247.04溫度測量元件5006008001200140016001800熱電偶E36.99945.08561.066K3.2615.2377.34511.94714.36816.771熱電阻Cu50Pt10

15、0280.90313.59375.57實(shí)驗(yàn)二 傳感器測位移實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)1 差動變壓器測位移實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私獠顒幼儔浩鞯墓ぷ髟砗吞匦?。二基本原理：差動變壓器由一只初級線圈和二只次級線圈及一個鐵芯組成，根據(jù)內(nèi)外層排列不同，由二段式和三段式，本實(shí)驗(yàn)采用三段式結(jié)構(gòu)。當(dāng)傳感器隨著被測物體移動時由于初級線圈和次級線圈之間的互感發(fā)生變化促使次級線圈感應(yīng)電勢產(chǎn)生變化，一只次級感應(yīng)電勢增加，另一只感應(yīng)電勢則減少。將兩只次級反向串接（同名端連接），就引出差動輸出。其輸出電勢反映出被測體的移動量。三需用器件與單元：差動變壓器、測微頭、雙線示波器、音頻信號源（音頻振蕩器）、直流電源、萬用表。四實(shí)驗(yàn)步驟：1 根據(jù)圖1

16、接線，將差動變壓器、音頻振蕩器（必須LV輸出）、雙線示波器連接起來，組成一個測量線路。開啟主、副電源，將示波器探頭分別接至差動變壓器的輸入端和輸出端，觀察差動變壓器源邊線圈音頻振蕩器激勵信號峰峰值為2V。圖2-1 差動變壓器傳感器連線圖2 轉(zhuǎn)動測微頭使測微頭與振動平臺吸合。旋動測微頭，使傳感器輸出通道顯示的波形峰-峰值為最小。這時可以上下位移，假設(shè)其中一個方向?yàn)檎灰?，則另一個方向?yàn)樨?fù)位移。從Vp-p最小開始旋動測微頭每隔0.2mm從示波器上讀出輸出電壓Vp-p值填入表2-1。再從Vp-p最小處反向位移做實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)過程中，注意左右位移時初次級波形的相位關(guān)系表2-1 差動變壓器位移與輸出電壓數(shù)

17、據(jù)表X(mm)0V(mv)Vp-pmin3 實(shí)驗(yàn)過程中注意差動變壓器輸出的最小值即為差動變壓器的零點(diǎn)殘余電壓大小。五作業(yè)與思考題：1 根據(jù)表2-1畫出Vop-pX曲線，計(jì)算靈敏度。（式中為電壓變化，為相應(yīng)振動平臺的位移變化），作出關(guān)系曲線。2 畫出由差動變壓器傳感器終到指示單元的信號調(diào)理電路功能框圖。實(shí)驗(yàn)2 霍爾傳感器測位移實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私饣魻柺絺鞲衅髟砼c應(yīng)用。二基本原理：根據(jù)霍爾效應(yīng)，霍爾電勢UH=KHIB，當(dāng)霍爾元件在磁場空間中所處的位置不同，其磁場強(qiáng)度B的大小和方向就不同。因此，通過測量霍爾電壓的大小和極性就可測出霍爾元件的位移。三需用器件與單元：霍爾片、磁路系統(tǒng)、電橋、差動放大器

18、、FV表、直流穩(wěn)壓電源、測微頭、振動平臺、主、副電源。四實(shí)驗(yàn)步驟：1 了解霍爾式傳感器的結(jié)構(gòu)及實(shí)驗(yàn)儀上的安裝位置，熟悉實(shí)驗(yàn)面板上霍爾片的符號。霍爾片安裝在實(shí)驗(yàn)儀的振動圓盤上，兩個半圓永久磁鋼固定在實(shí)驗(yàn)儀的頂板上，二者組合成霍爾傳感器。2 開啟主、副電源將差動放大器調(diào)零后，增益置最小，關(guān)閉主電源，根據(jù)圖2-2接線，、r為電橋單元的直流電橋平衡網(wǎng)絡(luò)。圖2-2 霍爾傳感器連線圖3 裝好測微頭，調(diào)節(jié)測微頭與振動臺吸合并使霍爾片置于半圓磁鋼上下正中位置。4 開啟主、副電源調(diào)整使電壓表指示為零。5 旋轉(zhuǎn)測微頭正向軸向方向推進(jìn)，每轉(zhuǎn)動0.5 mm記下一個讀數(shù)，直到讀數(shù)近似不變。再反向旋轉(zhuǎn)測微頭，使

19、數(shù)顯表顯示為零，找到位移零點(diǎn)。繼續(xù)旋轉(zhuǎn)測微頭反向軸向方向推進(jìn)，每轉(zhuǎn)動0.5 mm記下一個讀數(shù)，直到讀數(shù)近似不變。將讀數(shù)填入表2-2（可添加表格）。表2-2霍爾傳感器位移與輸出電壓值X(mm)0V(mv)0五作業(yè)與思考題：1根據(jù)表2-2作出V-X曲線，分析其非線性產(chǎn)生的原因。2本實(shí)驗(yàn)中霍爾元件位移的線性度實(shí)際上反映的是什么量的變化？實(shí)驗(yàn)3 電渦流傳感器測位移實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)?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：通以高頻電流的線圈產(chǎn)生磁場，當(dāng)有導(dǎo)電體接近時，因?qū)щ婓w渦流效應(yīng)產(chǎn)生渦流損耗，而渦流損耗與導(dǎo)電體離線圈的距離有關(guān)，因此可以進(jìn)行位移測量。三需用器件與單元：渦流變換器

20、、FV表、測微頭、鐵測片、渦流傳感器、示波器、振動平臺、主、副電源。四實(shí)驗(yàn)步驟：1 裝好傳感器（傳感器對準(zhǔn)鐵測片安裝）和測微頭。2 觀察傳感器的結(jié)構(gòu)，它是一個扁平線圈。3 用導(dǎo)線將傳感器接入渦流變換器輸入端，將輸出端接至FV表，電壓表置于20檔，開啟主、副電源。圖2-3 電渦流傳感器安裝示意圖4 適當(dāng)調(diào)節(jié)傳感器的高度，使其與被測鐵片接觸，從此開始讀數(shù)，記下示波器及電壓表的數(shù)值，填入下表：建議每隔0.10mm讀數(shù)，到線性嚴(yán)重變壞為止。將結(jié)果填入表2-3。表2-3 電渦流傳感器位移與輸出電壓數(shù)據(jù)X(mm)0V(v)0五作業(yè)與思考題：根據(jù)表2-3中的數(shù)據(jù)，畫出V-X曲線，根據(jù)曲線找出線性區(qū)域及進(jìn)行正

21、、負(fù)位移測量時的最佳工作區(qū)域。實(shí)驗(yàn)三 傳感器測量振動實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)1 壓電式傳感器測振動實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私鈮弘妭鞲衅鞯臏y量振動的原理和方法。二基本原理：壓電式傳感器由慣性質(zhì)量塊和受壓的壓電陶瓷片等組成。工作時傳感器感受與試件相同頻率的振動，質(zhì)量塊便有正比與加速度的交變力作用在壓電陶瓷片上，由于壓電效應(yīng)，壓電陶瓷片上產(chǎn)生正比與運(yùn)動加速度的表面電荷。三需用器件與單元：低頻振蕩器、電荷放大器、低通濾波器、單芯屏蔽線、壓電傳感器、雙線示波器、激振線圈、磁電傳感器、表、主、副電源、振動平臺。四實(shí)驗(yàn)步驟：1 壓電傳感器已裝在振動臺面上。2 觀察壓電式傳感器的結(jié)構(gòu)，根據(jù)圖3-1的電路結(jié)構(gòu)，將壓電式傳感器，電荷放

22、大器，低通濾波器，雙線示波器連接起來，組成一個測量線路。并將低頻振蕩器的輸出端與頻率表的輸入端相連。圖3-1 壓電傳感器實(shí)驗(yàn)連線圖3 將低頻振蕩信號接入振動臺的激振線圈。將激振信號接入示波器的一個通道，示波器的另一通道觀察磁電式傳感器的輸出波形。 4 合上主控箱電源開關(guān)，調(diào)節(jié)低頻振蕩器的頻率與幅度旋鈕使振動臺振動，觀察并記錄示波器波形的幅值與頻率。令VI為低頻振蕩器激振電壓峰-峰值，VO為傳感器輸出電壓峰-峰值；令fI為低頻振蕩器激振電壓頻率，fO為傳感器輸出電壓頻率。將測量數(shù)據(jù)記錄在下表中。a) 振動頻率固定，改變振幅測幅特性。固定fI=（）。VIVOb) 振動幅度固定，改變振頻測頻特性。固

23、定VI=（）。fIfO5 用示波器的兩個通道同時觀察低通濾波器輸入端和輸出端波形的相位關(guān)系。五作業(yè)與思考題：壓電式傳感器是否適宜測量低頻振動？如何降低其振動測量的低頻限？實(shí)驗(yàn)2 電渦流傳感器測振動實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私怆姕u流傳感器測量振動的工作原理與方法。二基本原理：根據(jù)電渦流傳感器動態(tài)特性和位移特性，選擇合適的工作點(diǎn)即可測量振幅。三需用器件與單元：電渦流傳感器、渦流變換器、差動放大器、電橋、鐵測片、直流穩(wěn)壓電源、低頻振蕩器、激振線圈、FV表、示波器、主、副電源。四實(shí)驗(yàn)步驟：1 轉(zhuǎn)動測微器，將振動平臺中間的磁鐵與測微頭分離，使梁振動時不至于再被吸住（這時振動臺處于自由靜止?fàn)顟B(tài)），適當(dāng)調(diào)節(jié)渦流傳感

24、器頭的高低位置（目測）。2 根據(jù)圖3-2的電路結(jié)構(gòu)接線，將渦流傳感器探頭、渦流變換器、電橋平衡網(wǎng)絡(luò)、差動放大器、 FV表、直流穩(wěn)壓電源連接起來，組成一個測量線路（這時直流穩(wěn)壓電源應(yīng)置于±4檔），F(xiàn)V表置20V檔，開啟主、副電源。圖3-2 電渦流傳感器實(shí)驗(yàn)連線圖3 調(diào)節(jié)電橋網(wǎng)絡(luò)，使電壓表讀數(shù)為零。4 卸下測微頭，斷開電壓表，接通激振器，用示波器觀察輸出波形。將差動放大器的輸出與示波器連起來，將FV表置KHZ檔，并將低頻振蕩器的輸出端與頻率表的輸入端相連。5 分別保持振動臺的振動頻率、振動幅度不變，改變振動幅度、振動頻率，可測出相應(yīng)的傳感器輸出電壓峰-峰值。記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。令VI為低頻振蕩

25、器激振電壓峰-峰值，VO為傳感器輸出電壓峰-峰值；令fI為低頻振蕩器激振電壓頻率，fO為傳感器輸出電壓頻率。將測量數(shù)據(jù)記錄在下表中。a) 振動頻率固定，改變振幅測幅特性。固定fI=（）。VIVOb) 振動幅度固定，改變振頻測頻特性。固定VI=（）。fIfO五作業(yè)與思考題：1 簡述電渦流傳感器測位移原理。2 設(shè)計(jì)測量金屬板材厚度的電渦流傳感器測量系統(tǒng)，簡述其測量原理。實(shí)驗(yàn)3 電容式傳感器測振動實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私怆娙輦鞲衅鞯膭討B(tài)性能的測量原理與方法。二基本原理：利用電容傳感器動態(tài)響應(yīng)良好，可以非接觸測量等特點(diǎn)進(jìn)行動態(tài)位移測量。三需用器件與單元：電容傳感器、電壓放大器、低通濾波器、V表、激振器、示

26、波器。四實(shí)驗(yàn)步驟：1 按圖3-3接線。圖3-3 電容傳感器實(shí)驗(yàn)連線圖2 卸下測微頭，斷開電壓表，接通激振器，用示波器觀察輸出波形。3 主控箱低頻振蕩器輸出端與振動源低頻輸入相連，振動頻率選612Hz之間，幅度旋鈕初始置零。4 保持低頻振蕩器幅度旋鈕不變，改變振動頻率，可以用數(shù)顯表測頻率（將低頻振蕩器輸出端與數(shù)顯Fin輸入口相接，數(shù)顯表波段開關(guān)選擇頻率檔）。從示波器測出傳感器輸出的VO峰-峰值。保持低頻振蕩器頻率不變，改變幅度旋鈕，測出傳感器輸出的VO峰-峰值。自制表格記錄兩種情況下輸入與輸出的量值。選擇畫出一幅圖形，標(biāo)明低頻振蕩器的頻率或幅度。令VI為低頻振蕩器激振電壓峰-峰值，VO為傳感器輸

27、出電壓峰-峰值；令fI為低頻振蕩器激振電壓頻率，fO為傳感器輸出電壓頻率。將測量數(shù)據(jù)記錄在下表中。a) 振動頻率固定，改變振幅測幅特性。固定fI=（）。VIVOb) 振動幅度固定，改變振頻測頻特性。固定VI=（）。fIfO五作業(yè)與思考題：根據(jù)實(shí)驗(yàn)所提供的電容傳感器尺寸，計(jì)算其電容量C0和移動0.5mm時的變化量。（本實(shí)驗(yàn)外圓半徑R=8mm，內(nèi)圓柱外半徑r=7.25mm，外圓筒與內(nèi)圓筒覆蓋部分長度l=16mm）實(shí)驗(yàn)四 光纖傳感器測量振動實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私夤饫w位移傳感器的靜態(tài)特性和動態(tài)特性。二基本原理：利用光纖位移傳感器的位移特性和其較高的頻率響應(yīng)特性，配以合適的測量電路即可測量振動。三需用器件

28、與單元：光纖傳感器、光纖傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、振動源單元、低頻振蕩器、動態(tài)測量支架、檢波、濾波實(shí)驗(yàn)?zāi)０?、?shù)顯表、示波器、反射面、相關(guān)元器件。四實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及要求：1 合理設(shè)計(jì)光纖傳感器振動測量系統(tǒng)，包括傳感器的安裝，信號調(diào)理電路的設(shè)計(jì)。提示步驟：a) 按圖4-1所示連接電路圖。通過靜態(tài)特性實(shí)驗(yàn)，得出光纖傳感器測位移的輸入輸出特性。確定傳感器安裝高度及所設(shè)計(jì)的測振系統(tǒng)的振幅峰-峰值測量范圍。圖4-1 光纖傳感器實(shí)驗(yàn)連線圖b) 光纖傳感器安裝圖參見圖4-2。調(diào)整光纖傳感器與被測振動體平衡位置間的距離，光纖探頭對準(zhǔn)被測振動體上的反射面。光纖傳感器連橋板工作平臺被測振動體圖4-2 光纖傳感器振動測量安裝圖2 通

29、過實(shí)驗(yàn)，客觀評價所設(shè)計(jì)的光纖測振系統(tǒng)的靜態(tài)特性（測量范圍、靈敏度、線性度、測量精度）、動態(tài)特性（測頻范圍、響應(yīng)速度）。提示步驟：a) 利用所設(shè)計(jì)的測振系統(tǒng)對實(shí)驗(yàn)臺上的振動源進(jìn)行測量。將頻率檔選擇在615Hz左右，調(diào)整振動激勵源電壓的幅度和頻率，注意不能使振動臺面碰到傳感器。b) 保持振動頻率不變，改變振動幅度（但不能碰撞光纖探頭），觀察并記錄示波器波形及峰-峰值；n 振動頻率固定，改變振幅測幅特性。固定fI=（）。VIVOc) 保持振動幅度不變，改變振動頻率，觀察并記錄示波器波形及頻率。n 振動幅度固定，改變振頻測頻特性。固定VI=（）。fIfO3 畫出基于單片機(jī)的光纖傳感器測振系統(tǒng)（包括測幅

30、和測頻）的硬件結(jié)構(gòu)框圖，寫出各部分硬件的作用及其輸入、輸出信號的形式。五作業(yè)與思考題：題圖（a）是光纖傳感器測振系統(tǒng)安裝圖，題圖（c）是光纖傳感器測振系統(tǒng)輸出電壓失真波形。(1) 分析出現(xiàn)如圖（c）輸出電壓波形的原因，及系統(tǒng)調(diào)整方法。(2) 確定題圖（c）電壓輸出曲線上各點(diǎn)對應(yīng)題圖（b）中振動的位置。當(dāng)振動平衡位置X0（即工作點(diǎn)）位于光纖傳感器測位移輸出特性的正、負(fù)線性區(qū)（即靈敏度S大于或小于零）兩種情況時：n 正線性區(qū)（即靈敏度S大于零）：1對應(yīng)（）；2對應(yīng)（）；3對應(yīng)（）；4對應(yīng)（）；n 負(fù)線性區(qū)（即靈敏度S小于零）：1對應(yīng)（）；2對應(yīng)（）；3對應(yīng)（）；4對應(yīng)（）；光纖傳感器振動臺x題圖（

31、a） 測振系統(tǒng)振動位移xt向上向下F題圖（b） 振動臺的位移x0CEDBAGHt01234傳感器輸出電壓V波形題圖（c） 傳感器輸出電壓實(shí)驗(yàn)五 LED光電轉(zhuǎn)換特性實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私夤饷舳O管的特性，當(dāng)光電管的工作偏壓一定時，光電管輸出光電流與入射光的照度（或通量）的關(guān)系，了解光敏二極管在控制電路中的具體應(yīng)用。二實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備光敏二極管、直流穩(wěn)壓電源、照度測量器件、采樣電阻、照度表、光源、微安表、跟隨器，比較器I，比較器II、F/V表。三實(shí)驗(yàn)原理光敏二極管是一種光生伏特器件，用高阻P型硅作為基片，然后在基片表面進(jìn)行摻雜形成PN結(jié)。N區(qū)擴(kuò)散得很淺為1um左右，而空間電荷區(qū)（即耗盡層）較寬，所以保證

32、了大部分光子入射子入射到耗層內(nèi)。光被吸收而激發(fā)電子-空穴對，電子-空穴對在外加反向偏壓VBB的作用下，空穴流向正極，形成了二極管的反向電流即光電流。光電流通過外加負(fù)載電阻RL后產(chǎn)生電壓信號輸出。圖5-1所示為光敏燈控實(shí)驗(yàn)單元的實(shí)際電路，當(dāng)光照度下降時采樣電阻中Vo電壓下降，當(dāng)電壓小于比較器+輸入端電壓時，比較器輸出高電平，晶體管T導(dǎo)通，集電極負(fù)載LED電流增大使LED發(fā)光，這是一個暗通電路。四實(shí)驗(yàn)步驟1 了解所需單元、部件在實(shí)驗(yàn)儀上的位置、觀察光敏二極管的結(jié)構(gòu)。2 測量光敏二極管的光電特性：光敏二極管的光電特性是指當(dāng)工作偏壓一定時，光電管輸出光電流與入射光照度（或通量）的關(guān)系。按圖1接線，+VCC選擇在+4v，負(fù)載電阻調(diào)制最大（最大為12K，事先也可用萬用表測得），打開光源改變照度（方法如下），并記錄微安表的讀數(shù)填入下表： 光強(qiáng)（Lx）02004008001000電流（uA）注：光強(qiáng)調(diào)節(jié)方法：將光源探頭移到照度測量處，調(diào)節(jié)前后位置使照度表顯示最大，然后調(diào)節(jié)亮度調(diào)節(jié)旋鈕，觀察照度表調(diào)至所需要的照度值。然后移回到光敏電阻處使微安表顯示最大處，調(diào)節(jié)時可移出遮光罩防止外界光干擾。測試光電流時要注意不能使電路中的微安表指針打表。 3 光敏二極管在控制電路中的應(yīng)用：a) 副電源打開，如圖5-2接線，采樣電阻旋至最大，光敏電阻在環(huán)境光照下，調(diào)節(jié)比較器I，使發(fā)光管剛好熄滅