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实验报告郑华清综述
安徽理工大学
《传感器原理》实验报告
姓名:
郑华清
学号:
2009303637
班级:
应用物理09-1班
指导教师:
李洋
日期:
2011年12月30日
实验一金属箔式应变片性能—单臂电桥()型
实验目的:
了解金属箔式应变片,单臂单桥的工作原理和工作情况。
所需单元及部件:
直流稳压电源、电桥、差动放大器、双平行梁测微头、一片应变片、F/V表、主、副电源。
旋钮初始位置:
直流稳压电源打倒±2V档,F/V表打到2V档,差动放大增益最大。
实验步骤:
(1)了解所需单元、部件在实验仪上的所在位置,观察梁上的应变片,应变片为棕色衬底箔式结构小方薄片。
上下二片梁的外表面各贴二片受力应变片和一片补偿应变片,测微头在双平行梁前面的支座上,可以上、下、前、后、左、右调节。
(1)将差动放大器调零:
用连线将差动放大器的正(+)、负(-)、地短接。
将差动放大器的输出端与F/V表的输入插口Vi相连;开启主、副电源;调节差动放大器的增益到最大位置,然后调整差动放大器的调零旋钮使F/V表显示为零,关闭主、副电源。
(2)根据图1接线R1、R2、R3为电桥单元的固定电阻。
R4为应变片;将稳压电源的切换开关置±4V档,F/V表置20V档。
调节测微头脱离双平行梁,开启主、副电源,调节电桥平衡网络中的W1,使F/V表显示为零,然后将F/V表置2V档,再调电桥W1(慢慢地调),使F/V表显示为零。
图1
(3)将测微头转动到10mm刻度附近,安装到双平等梁的自由端(与自由端磁钢吸合),调节测微头支柱的高度(梁的自由端跟随变化)使F/V表显示最小,再旋动测微头,使F/V表显示为零(细调零),这时的测微头刻度为零位的相应刻度。
(4)——往下或往上旋动测微头,使梁的自由端产生位移记下F/V表显示的值。
建议每旋动测微头一周即ΔX=0.5mm记一个数值填入下表:
位移(mm)
14.635
14.135
13.635
13.135
12.635
电压(mv)
0
-0.018
-0.029
-0.044
-0.057
实验六:
相敏检波器实验
实验目的:
了解相敏检波器的原理和工作情况。
所需单元和部件:
相敏检波器、移相器、音频振荡器、双线示波器(自备)、直流稳压电源、低通滤波器、F/V表、主、副电源。
有关旋钮的初始位置:
F/V表置20K档。
音频振荡器频率为4KHz,幅度置最小(逆时针到底),直流稳压电源输出置于±2V档,主、副电源关闭。
实验步骤:
(1)了解相敏检波器和低通滤波器在实验仪面板上的符号。
(2)根据图6A的电路接线,将音频振荡器的信号0°输出端输出至相敏检波器的输入端
(1),把直流稳压电源+2V输出接至相敏检波器的参考输入端(5),把示波器两根输入线分别接至相敏检波器的输入端
(1)和输出端(3)组成一个测量线路。
图6A
(3)调整好示波器,开启主、副电源,调整音频振荡器的幅度旋钮,示波器输出电压为峰峰值4V。
观察输入和输出波的相位和幅值关系。
(4)改变参考电压的极性(除去直流稳压电源+2V输出端与相敏检波器参考输入端(5)的连线,把直流稳压电源的-2V输出接至相敏检波器的参考输入端(5)),观察输入和输出波形的相位和幅值关系。
由此可得出结论,当参考电压为正时,输入和输出相,当参考电压为负时,输入和输出相,此电路的放大倍数为倍。
(5)关闭主、副电源,根据图6B电路重新接线,将音频振荡器的信号从0°输出端输出至相敏检波器的输入端
(1),将从0°输出端输出接至相敏检波器的参考输入端
(2),把示波器的两根输入线分别接至相敏检波器的输入
(1)和输出端(3),将相敏检波器输出端(3)同时与低通滤波器的输入端连接起来,将低能滤波器的输出端与直流电压表连接起来,组成一个测量线路。
(此时,F/V表置于V表20V档)。
图6B
(6)开启主、副电源,调整音频振荡器的输出幅度,同时记录电压表的读数,填入下表。
单位:
V
Vip-p(v)
0.5
1
2
4
8
16
V。
(v)
0.14
0.24
0.76
1.74
3.73
7.48
(7)关闭主、副电源,根据图6C的电路重新接线,将音频振荡器的信号从0°输出端输出至相敏检波器的输入端
(1),将人180°输出端输出接至移相器的输入端,将从移相器输出端接至相敏检波器的参考输入端
(2),把示波器的两根输入线分别接至相敏检波器的输入端
(1)和输出端(3),将相敏检波器输出端(3)同时与低通滤波器输入端连接起来,将低通滤波器的输出端与直流电压表连接起来,组成一测量线路。
图6C
(8)开启主、副电源,转动移相器上的移相电位器,观察示波的显示波形及电压表的读数,使得输出最大。
(9)调整音频振荡器的输出幅度,同时记录电压表的读数,填入下表。
单位:
V
Vip-p(V)
0.5
1
2
4
6
8
16
Vo(V)
0.02
0.24
0.71
1.69
2.63
3.57
7.14
实验十:
差动变压器性能
实验目的:
了解差动变压器原理及工作情况。
所需单元及部件:
音频振荡器、测微头、示波器、主、副电源、差动变压器、振动平台。
有关旋钮初始位置:
音频振荡器4KHZ-8KHZ之间,双线示波器第一通道灵敏度500mv/div,第二通道灵敏度10mv/div,触发选择打到第一通道,主、副电源关闭。
实验步骤:
(1)根据图10接线,将差动变压器、音频振荡器(必须LV输出)、双线示波器连接起来,组成一个测量线路。
开启主、副电源,将示波器探头分别接至差动变压器的输入端和输出端,观察差动变压器源边线圈音频振荡器激励信号峰峰值为2V。
图10
(2)转动测微头使测微头与振动平台吸合。
再向上转动测微头5mm,使振动平台往上位移。
(3)往下旋动测微头,使振动平台产生位移。
每位移0.2mm,用示波器读出差动变压器输出端的峰峰值填入下表,根据所得数据计算灵敏度S。
S=ΔV/ΔX(式中ΔV为电压变化,ΔX为相应振动平台的位移变化),作出V-X关系曲线。
X(mm)
11.0
10.8
10.6
10.4
10.2
10.0
9.8
9.6
9.4
Y(p-p)
2.30
2.28
2.26
2.26
2.24
2.22
2.20
2.18
2.18
实验十七电涡流式传感器的静态标定
实验目的:
了解电涡流式传感器的原理及工作性能
所需单元及部件:
涡流变换器、F/V表、测微头、铁测片、涡流传感器、示波器、振动平台、主、副电源。
实验步骤:
装好传感器(传感器对准铁测片安装)和测微头。
观察传感器的结构,它是一个扁平线圈。
用导线将传感器接入涡流变换器输入端,将输
出端接至F/V表,电压表置于20V档,见图17,开启主、副电源。
图17
用示波器观察涡流变换器输入端的波形。
如发现没有振荡波形出现,再将被测体移开一些。
可见,波形为正弦波形,示波器的时基为500ns/cm,故振荡频率约为755.4kHz。
适当调节传感器的高度,使其与被测铁片接触,从此开始读数,记下示波器及电压表的数值,填入下表:
建议每隔0.10mm读数,到线性严重变坏为止。
根据实验数据。
在座标纸上画出V-X曲线,指出大致的线性范围,求出系统灵敏度。
(最好能用误差理论的方法求出线性范围内的线性度、灵敏度)。
可见,涡流传感器最大的特点是非接触测量,传感器与被测体间有一个最佳初始工作点。
这里采用的变换电路是一种变频调幅式电路。
实验完毕关闭主、副电源。
X(mm)
12.00
11.05
11.00
10.05
10.00
9.05
9.00
8.05
8.00
7.05
7.00
Vp-p
8.08
7.82
7.52
7.28
7.12
6.78
6.56
6.40
6.24
5.86
5.60
V(v)
-3.01
-2.81
-2.65
-2.57
-2.47
-2.37
-2.27
-2.15
-2.02
-1.84
-1.74
注意事项:
被测体与涡流传感器测试探头平面尽量平行,并将探头尽量对准被测体中间,以减少涡流损失。
实验二十一霍尔式传感器的特性—直流激励
实验目的:
了解霍尔式传感器的原理与特性。
所需单元及部件:
霍尔片、磁路系统、电桥、差动放大器、F/V表、直流稳压电源、测微头、振动平台、主、副电源。
有关旋钮初始位置:
差动放大器增益旋钮打到最小,电压表置20V档,直流稳压电源置2V档,主、副电源关闭。
实验步骤:
(1)了解霍尔式传感器的结构及实验仪上的安装位置,熟悉实验面板上霍尔片的符号。
霍尔片安装在实验仪的振动圆盘上,两个半圆永久磁钢固定在实验仪的顶板上,二者组合成霍尔传感器。
(2)开启主、副电源将差动放大器调零后,增益置最小,关闭主电源,根据图21接线,W1、r为电桥单元的直流电桥平衡网络。
图21
(3)装好测微头,调节测微头与振动台吸合并使霍尔片置于半圆磁钢上下正中位置。
(4)开启主、副电源调整W1使电压表指示为零。
(5)上下旋动测微头,记下电压表的读数,建议每0.1mm读一个数,将读数填入下表:
X(mm)
7.442
7.350
7.251
7.149
7.049
6.948
6.851
6.750
6.650
6.550
6.450
6.350
V(V)
0
-0.01
-0.03
-0.04
-0.05
-0.06
-0.07
-0.08
-0.09
-0.10
-0.11
-0.12
X(mm)
6.248
6.150
6.049
5.949
5.850
5.749
5.650
5.550
5.450
5.351
5.250
5.150
V(v)
-0.13
-0.14
-0.15
-0.16
-0.17
-0.17
-0.18
-0.18
-0.19
-0.19
-0.20
-0.20
作出V-X曲线指出线性范围,求出灵敏度,关闭主、副电源。
可见,本实验测出的实际上是磁场情况,磁场分布为梯度磁场与磁场分布有很大差异,位移测量的线性度,灵敏度与磁场分布有很大关系。
(6)实验完毕关闭主、副电源,各旋钮置初始位置。
实验三十一光纤位移传感器静态实验(998型)
实验目的:
了解光纤位移传感器的原理结构、性能。
所需单元及部件:
主副电源、差动放大器、F/V表、光纤传感器、振动台。
实验步骤:
(1)观察光纤位移传感器结构,它由两束光纤混合后,组成Y形光纤,探头固定在Z型安装架上,外表为螺丝的端面为半圆分布;
(2)了解振动台在实验仪上的位置(实验仪台面上右边的圆盘,在振动台上贴有反射纸作为光的反射面。
)
(3)如图31接线:
因光/电转换器内部已按装好,所以可将电信号直接经差动放大器放大。
F/V显示表的切换开关置2V档,开启主、副电源。
图31
(4)旋转测微头,使光纤探头与振动台面接触,调节差动放大器增益最大,调节差动放大器零位旋钮使电压表读数尽量为零,旋转测微头使贴有反射纸的被测体慢慢离开探头,观察电压读数由小—大—小的变化。
(5)旋转测微头使F/V电压表指示重新回零;旋转测微头,每隔0.05mm读出电压表的读数,并将其填入下表:
△x(mm)
0.05
0.10
0.15
0.20
1.00
指示(v)
0.02
0.05
0.07
0.09
0.85
(6)关闭主、副电源,把所有旋钮复原到初始位置。
(7)作出V-ΔX曲线,计算灵敏度S=ΔV/ΔX及线性范围。
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