传感器与检测技术实验指导书2010.03.25

《传感器与检测技术》

实

验 指 导 书

长沙学院电子与通信工程系

２００9年9月

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目 录

第一章 产品说明书………………………………………………… 3 第二章 实验指导…………………………………………………… 5 实验1 金属箔式应变片性能—单臂电桥 ........................................... 5 实验2 热电偶原理及现象 .................................................................... 7 实验3 移相器实验 ................................................................................ 9 实验4 相敏检波器实验 ...................................................................... 11 实验5 差动变压器性能 ...................................................................... 13 实验6 差动变压器的标定（静态位移性能） ................................. 15 实验7 差动变压器的应用—振动测量 ............................................. 16 实验8 差动螺管式电感传感器的静态位移性能 ............................. 17 实验9 差动螺管式电感传感器的动态性能 ..................................... 18 实验10 电涡流式传感器的静态标定 ............................................... 19 实验11 电涡流式传感器的应用－振幅测量 ................................... 21 实验12 霍尔式传感器的特性—直流激励 ....................................... 22 实验13 霍尔式传感的特性—交流激励 ........................................... 23 实验14 霍尔式传感器的应用—振幅测量 ....................................... 24 实验15 磁电式传感器的性能 ............................................................ 25 实验16 压电传感器的动态响应实验 ............................................... 26 实验17 差动变面积式电容传感的静态及动态特性 ....................... 27 实验18 综合传感器——力平衡式传感器实验 ............................... 28 实验19 双平行梁的动态特性——正弦稳态影响 ........................... 29

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第一章 产品说明书

一、 CSY传感器实验仪简介

实验仪主要由四部分组成：传感器安装台、显示与激励源、传感器符号及引线单元、处理电路单元。 传感器安装台部分：装有双平行振动梁（应变片、热电偶、PN结、热敏电阻、加热器、压电传感器、梁自由端的磁钢）、激振线圈、双平行梁测微头、电涡流传感器及支座、电涡流传感器引线Φ3.5插孔、霍尔传感器的二个半圆磁钢、振动平台（圆盘）测微头及支架、振动圆盘（圆盘磁钢、激振线圈、霍尔片、电涡流检测片、差动变压器的可动芯子、电容传感器的动片组、磁电传感器的可动芯子）、扩散硅压阻式传感器，具体安装部位参看附录三。

显示及激励源部分：电机控制单元、主电源、直流稳压电源（±2V－±10V档位调节）、F／V数字显示表（可作为电压表和频率表）、动圈毫伏表（5mV-500mV）及调零、音频振荡器、低频振荡器、±15V不可调稳压电源。

实验主面板上传感器符号单元：所有传感器（包括激振线圈）的引线都从内部引到这个单元上的相应符号中，实验时传感器的输出信号（包括激励线圈引入低频激振器信号）按符号从这个单元插孔引线。

处理电路单元：电桥单元、差动放大器、电容放大器、电压放大器、移相器、相敏检波器、电荷放大器、低通滤波器、涡流变换器等单元组成。

CSY实验仪配上一台双线（双踪）通用示波器可做几十种实验。教师也可以利用传感器及处理电路开发实验项目。

二、主要技术参数、性能及说明

（一）传感器安装台部分

双平行振动梁：自由端及振动圆盘下面各装有磁钢，通过各自测微头或激振线圈接入低频激振器VO可做静态或动态测量。

应变梁：应变梁采用不锈钢片，双梁结构端部有较好的线性位移。 传感器：

1、变压器 由一个初级、二个次级线圈绕制而成的透明空心线圈，铁芯为软磁铁氧体。量程:≥5mm，直流电阻：5Ω－10Ω。

2、电涡流位移传感器

多股漆包线绕制的扁平线圈与金属涡流片组成。量程:≥1mm，直流电阻：1Ω－2Ω。 3、霍尔式传感器

线性半导体霍尔片，它置于环形磁钢构成的梯度磁场中。量程: ±≥2mm，直流电阻：激励源端口800Ω－1.5KΩ，输出端口300Ω－500Ω。直流激励电压≤2V，交流激励信号≤VP-P5V。

4、热电式(热电偶)

由两个铜一康铜热电偶串接而成，分度号为T，冷端温度为环境温度。直流电阻：10Ω左右。 5、电容式传感器

由两组定片和一组动片组成的差动变面积式电容。量程：±≥2mm。 6、热敏电阻

半导体热敏电阻MF-51。温度系数为负，25℃时为8-10KΩ。 7、压电加速度计

PZT-5双压电晶片和铜质量块和压簧构成。谐振频率：≥10KHZ，电荷灵敏度：q≥20pc/g。 8、应变式传感器

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箔式应变片。阻值：350Ω，应变系数：2。共八片（六片金属箔式片BHF-350,两片为温度补偿片） 9、PN结温度传感器：

利用半导体P-N结良好的线性温度电压特性制成的测温传感器，敏感面为顶端。 10、磁电式传感器

由线圈和动铁（永久磁钢）组成。0 .21×1000，直流电阻：30Ω－40Ω，灵敏度：0.4v/m/s

（二）信号及变换

1、电桥 用于组成应变电桥，提供组桥插座，标准电阻和交、直流调平衡网络。

2、差动放大器 通频带0～10kHz，可接成同相、反相，差动结构，增益为1-100倍的直流放大器。 3、电容变换器 由高频振荡、放大和双T电桥组成的处理电路。 4、电压放大器 增益约为5倍，同相输入，通频带0~10KHz。

5、移相器 允许最大输入电压20Vp-p，移相范围≥±40o(随频率有所变化)。

6、相敏检波器 可检波电压频率0－10kHz，允许最大输入电压20Vp-p，极性反转整形电路与电子开关构成的检波电路。

7、电荷放大器 电容反馈型放大器，用于放大压电传感器的输出信号。 8、低通滤波器 由50Hz陷波器和RC滤波器组成，转折频率35Hz左右。

9、涡流变换器 输出电压≥|8|V(探头离开被测物)，变频式调幅变换电路，传感器线圈是振荡电路中的电感元件。

（三）二套显示仪表

1、数字式电压/频率表：3位半显示，电压范围0—2V、0—20V，频率范围3Hz—2KHz、10Hz—20KHz，灵敏度≥50mV。

2、 指针式毫伏表：85c1表，分500mV、50mV、5mV三档，精度2.5%。

（四）二种振荡器

1、音频振荡器：0.4KHz—10KHz输出连续可调，V-p-p值20V，180°、0°反相输出，Lv端最大功率输出电流0.5A。

2、 低频振荡器：1—30Hz输出连续可调，Vp-p值20V，最大输出电流0.5A，Vi端可提供用做电流放大器。

（五）二套悬臂梁、测微头

双平行式悬臂梁二副（其中一副为应变梁，另一副装在内部与振动圆盘相连），梁端装有永久磁钢、激振线圈和可拆卸式螺旋测微头，可进行压力位移与振动实验。

（六）电加热器一组

电热丝组成，加热时可获得高于环境温度30℃左右的升温。

（七）二组稳压电稳

直流±15V，主要提供温度实验时的加热电源，最大激励1.5A。±2V—10V分五档输出，最大输出电流1.5A。提供直流激励源。

（八）计算机联接与处理

数据采集卡：十二位A/D转换，采样频率20—25000次/秒，采样速度可控制，分单次采样与连续采样。标准RS-232接口，与计算机串行工作。

良好的计算机显示界面与方便实用处理软件，实验项目的选择与编辑、数据采集、数据处理、图形分析与比较、文件存取打印。

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第二章 实验指导

实验1 金属箔式应变片性能—单臂电桥

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。 实验原理：

本实验说明箔式应变片及直流电桥的原理和工作情况。

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，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。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△R1/ R1、△R2/ R2、△R3/ R3、

?R2?R；当二个应变片组成差动状态工作，则有?R?；RR4?R用四个应变片组成二个差动对工作，且R1= R2= R3= R4=R，?R?。

R△R4/ R4 ，当使用一个应变片时，?R?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。

2．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。

3．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

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实验4 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、双踪示波器（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20V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。

实验原理：相敏检波电路如图4-1所示：图中①为输入信号端，②为交流参考电压输入端，③为检波信号输出端，④为直流参考电压输入端。

当②、④端输入控制电压信号时，通过差动电路的作用使D和J处于开或关的状态，从而把①端输入的正弦信号转换成全波整流信号。

（图4-1）

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4-2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4-2

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。

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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4-3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，将低通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20V档）。

图4-3

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。

Vip-p（V） Vo（V） 0.5 1 2 4 8 16 7.关闭主、副电源，根据图4-4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4-4

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。 Vip-p（V） Vo（V） 0.5 1 2 4 6 8 16 思考：

1.根据实验结果，可以知道相敏检波器的作用是什么?移相器在实验线路中的作用是什么？（即参考端输入波形相位的作用）

2.在完成第五步骤后，将示波器两根输入线分别接至相敏检波器的输入端（1）和附加观察端（6）和（2），观察波形来回答相敏检波器中的整形电路是将什么波转换成什么波，相位如何？起什么作用？ 3.当相敏检波器的输入与开关信号同相时，输出是什么极性的什么波，电压表的读数是什么极性的最大值。

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实验5 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。

实验原理：

电感传感器是一种将位置量的变化转为电感量变化的传感器，差动变压器由衔铁、初级线圈和次级线圈组成，初级线圈做为差动变压器激励用，相当于变压器原边。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）。

（图5-1）

（图13）

实验步骤：

1.根据图5-2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5-2

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

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位移变化），作出V－X关系曲线。 X（mm） Vop-p(mv) 5 4.8 4.6 ? 0.2 0 -0.2 ? -4.8 -5 思考： 1.根据实验结果，指出线性范围。

2.当差动变压器中磁棒的位置由上到下变化时，双线示波器观察到的波形相位会发生怎样的变化？ 3.用测微头调节振动平台位置，使示波器上观察到的差动变压器的输出端信号为最小，这个最小电压称作什么？由于什么原因造成？

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实验6 差动变压器的标定（静态位移性能）

实验目的：了解差动变压器测量系统的组成和标定方法。

所需单元及部件：音频振荡器、差动放大器、差动变压器、移相器、相敏检波器、低通滤波器、测微头、电桥、F/V表、示波器、主副电源。

有关旋钮初始位置：音频振荡4KHz－8KHz，差动放大器的增益打到最大，F／V表置2V档，主、副电源关闭。

实验步骤：

1. 按图6接好线路。???????

图6

2. 装上测微头，上下调整使差动变压器铁芯处于线圈的中段位置。

3. 开启主、副电源，利用示波器，调整音频振荡器幅度旋钮，使激励电压幅峰峰值为2V。 4. 利用示波器和电压表，调整各调零及平衡电位器，使电压表指示为零。

5. 给梁一个较大的位移，调整移相器，使电压表指示为最大，同时可用示波器观察相敏检波器的输出波形。

6.旋转测微头，每隔0.1mm读数记录实验数据，填入下表，作出V-X曲线，并求出灵敏度。 X（mm） V（mv） 注意事项：

如果接着做下一个实验则各旋钮及接线不得变动。? ?? ?? 15

实验7 差动变压器的应用—振动测量

实验目的：了解差动变压器的实际应用。

所需单元及部件：音频振荡器、差动放大器、移相器、相敏检波器、电桥、低通滤波器、F／V表、低频振荡器、激振器、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4KHz－8KHz之间，差动放大器增益最大，低频振荡器频率钮置最小，幅值钮置中。 实验步骤：

1.保持实验12的接线，调节测微头远离振动台（不用测微头）,将低频振荡器输出Vo接入激振振动台线圈一端，线圈另一端接地，开启主副电源，调节低频振荡器幅度钮置中，频率从最小慢慢调大，让振动台起振并振动幅度适中（如振动幅度太小可调大幅度旋钮）

2.将音频钮置5KHz，幅度钮置2Vp-p。用示波器观察各单元即：差放、检波、低通输出的波形（示波器X轴扫描为5－10ms/div，Y轴CH1或CH2旋钮打到0.2-2V）。

3.保持低频振荡器的幅度不变，调节低频振荡器的频率，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：

f(Hz) Vp-p(V) 3 4 5 6 7 8 10 12 20 25 4.根据实验结果作出梁的振幅—频率(幅频)特性曲线，指出振动平台自振频率（谐振频率）的大致值，并与用应变片测出实验（实验13）的结果相比较。

5.实验完毕，关闭主、副电源。 注意事项：

适当选择低频激振电压，以免振动平台在自振频率附近振幅过大。 问题：

如果用直流电压表来读数，需增加哪些测量单元，测量线路该如何？

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实验8 差动螺管式电感传感器的静态位移性能

实验目的：了解差动螺管式传感器的原理 所需单元及部件：

音频振荡器、电桥、差动放大器、移相器、相敏检波器、低频滤波器、电压表、测微头、示波器、差动变压器二组次级线圈与铁芯、主副电源。

有关旋钮的初始位置：音频振荡器5KHz，幅度旋到适中位置，差动放大器增益适当，主、副电源关闭。

实验步骤：(电感传感器原理参考实验5)

1.按图8接线，组成一个电感电桥测量系统。

图8

2. 装上测微头，调整铁芯到中间位置。

3. 开启主、副电源，音频振荡器频率置5-8KHz之间，以差放输出波形不失真为好，音频幅度为2Vp-p。用类似于实验十三的方法，利用示波器和电压表，调整各平衡及调零旋钮，使F/V表读数为零（F/V表始终调不到零，说明差动变压器的铁芯不处在中间位置，可适当调节测微头）。

4.转动测微头，同时记下实验数据，填入下表： 位移X（mm） ?? 电压V（mV） ?? 作出V-X曲线，计算出灵敏度，比较此实验与实验十六的异同。关闭主、副电源。 注意事项：

1. 此实验只用原差动变压器的两次线圈，注意接法。 2. 音频振荡器必须从LV插口输出。

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实验9 差动螺管式电感传感器的动态性能

实验目的：了解差动螺管式电感传感器振动时幅频性能和工作情况。

所需单元和部件：差动螺管式电感传感器、音频振荡器、电桥、差动放大器、相敏检波器、移相器、低通滤波器、F／V表、低频振荡器、双线示波器、振动平台。

有关旋钮的初始位置： 音频振荡器频率为5KHz，LV输出幅度为峰峰值２V，差动放大器的增益旋钮旋至中间，F／V表置于２V档，低频振荡器的幅度旋钮置于最小。

注意事项：

1.音频振荡器的信号必须从LV输出端输出。 2.差动螺管式电感的两个线圈注意接法。

3.实验中，电桥平衡网络的电位器W1和W2要配合调整。 4.实验中，为了便于观察，需要调整示波器的灵敏度。 实验步骤：

1.根据图8的结构，将差动螺管式电感传感器，音频振荡器，电桥平衡网络，差动放大器，相敏检波器，移相器，低通滤波器连接起来，组成一个测量电路。将示波器探头分别接至差动放大器的输出端和相敏检波器的输出端。

2.转动测微头，脱离振动平台并远离，（使振动台振动时不至于再被吸住，这时振动平台处于自由静止状态），开启主、副电源。

3.调整电桥平衡网络的电位器W1和W2，使差动放大器的输出端输出的信号最小，这时差动放大器的增益旋钮旋至最大。（如果电桥平衡网络调整不过零，则需要调整电感中铁芯上下的位置）

4.为了使相敏检波器输出端的两个半波的基准一致，可调整差动放大器的调零电位器。将低频振荡器输出接入激振线圈。

5.调节低频振荡器的频率旋钮、幅度旋钮固定至某一位置，使梁产生上下振动。

6.调整移相器上的移相电位器，使得相敏检波器输出端的波形如图9所示。

图9

7.将示波器探头换接至低通滤波器的输出端。 8.调节频率，调节时可用频率表监测频率，用示波器读出峰峰值填入下表，并作幅频特性曲线，关闭主、副电源。

f（Hz） ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ 10 20 30 Vo（p－p） 思考：

本实验与实验十三比较相似，请指出它们的各自特点。

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实验10 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。

实验原理：

电涡流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，在与其平行的金属片上会感应产生电涡流，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）、激励源确定，并保持环境温度不变，阻抗Z只与距离X有关，将阻抗变化转为电压信号V输出，则输出电压是距离X的单值函数。

实验步骤：

1.装好传感器（传感器对准铁测片安装）和测微头。 2.观察传感器的结构，它是一个扁平线圈。 3.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10-2，开启主、副电源。

图10-2

4.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 波形，示波器的时基为 μs/cm，故振荡频率约为 。

5.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。在坐标纸上画出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 ，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 。实验完毕关闭主、副电源。 X(mm) Vp-p(v) V(v) ?? ?? ?? 19

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。

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实验16 压电传感器的动态响应实验

实验目的：了解压电式传感器的原理、结构及应用。 所需单元及设备：

低频振荡器、电荷放大器、低通滤波器、单芯屏蔽线、压电传感器、双线示波器、激振线圈、磁电传感器、F/V表、主、副电源、振动平台。

有关旋钮的初始位置：低频振荡器的幅度旋钮置于最小，F／V表置2KHz档。 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），压电传感元件是力敏感元件，在压力、应力、加速度等外力作用下，在电介质表面产生电荷，从而实现非电量的电测。

实验步骤：

1.观察压电式传感器的结构，根据图16的电路结构，将压电式传感器，电荷放大器，低通滤波器，双线示波器连接起来，组成一个测量线路。并将低频振荡器的输出端与频率表的输入端相连。

图16

2.将低频振荡信号接入振动台的激振线圈。

3.调整好示波器，低频振荡器的幅度旋钮固定至最大，调节频率，调节时用频率表监测频率，用示波器读出峰峰值填入下表： f(Hz) 5 7 12 15 17 20 25 V(p-p) 4.示波器的另一通道观察磁电式传感器的输出波形，并与压电波形相比较观察其波形相位差。 思考：

1.根据实验结果，可以知道振动台的自振频率大致多少？

2.试回答压电式传感器的特点。比较磁电式传感器输出波形的相位差Δφ大致为多少？为什么？

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实验17 差动变面积式电容传感的静态及动态特性

实验目的：了解差动变面积式电容传感器的原理及其特性。

所需单元及部件：电容传感器、电压放大器、低通滤波器、F／V表、激振器、示波器 有关旋钮的初始位置：差动放大器增益旋钮置于中间，F／V表置于Ｖ表2V档， 实验原理：

差动式同轴变面积电容的两组电容片Cx1与Cx2作为双T电桥的两臂，当电容量发生变化时，桥路输出电压发生变化。

实验步骤：

1.按图17接线。

图17

2.F／V表打到20V，调节测微头，使输出为零。

3.转动测微头,每次0.1mm，记下此时测微头的读数及电压表的读数，直至电容动片与上（或下）静片复盖面积最大为止。

X(mm) ?? V(mv) ?? 退回测微头至初始位置。并开始以相反方向旋动。同上法，记下X(mm)及 V(mv)值。 4.计算系统灵敏度S。S=ΔV／ΔX（式中ΔV为电压变化，ΔX为相应的梁端位移变化），并作出Ｖ－Ｘ关系曲线。

X(mm) ?? V(mv) ?? 5.卸下测微头，断开电压表，接通激振器，用示波器观察输出波形。 27

实验18 综合传感器——力平衡式传感器实验

实验目的：

掌握利用多种传感器和电路单元组成测试系统的原理。 实验原理：

图（18-1）是一个带有反馈的闭环系统传感器，它与一般传感器的区别在于它有一个“反向传感器”的反馈回路，即把系统的输出信号反馈到系统输入端进

图（18-1） 图（18-2）

行比较和平衡。由于在此系统中所用的传感器主要是以力或力矩平衡的方式，所以称为力平衡传感器，力平衡传感器主要用于能将被测量转换成敏感元件的微小位移的场合。

实验所需部件：

电涡流传感器实验模块、公共电路实验模块、稳压电源、低频信号源Vi端（作电流放大器用）、磁电传感器的线圈、电压表、砝码

实验步骤：

1、图（18-2）是系统示意图，在此系统中电涡流传感器，差动放大器，电流放大器和磁电式传感器组成一个负反馈测量系统，低频信号源转换开关倒向Vi侧。

2、按实验四十一的方法安装和调试好电涡流传感器，使差动放大器输出为零，差动放大器的输出电压用连接线接至低频信号源的Vi端口，电流放大器的输出口即低频信号源Vo端，Vo端分别接电压表和“磁电”线圈的一端，“磁电线圈”的另一端接地。

3、确认接线无误后开启电源，如发现振动平台偏向一边或形成正反馈（产生抖动现象），可将“磁电”线圈两端接线对调，使其形成负反馈。

4、用手提压振动台如系统输出电压能正负两方向过零变化，说明接线正确，此时可在振动平台上加载砝码作测试实验。

5、调节系统使输出为零且正负变化对称，向上、下分别位移（以圆盘上加5个砝码为位置中点，每加（减）一砝码，记录一数据并填入下表。 g克 V0(v) 0 0 在坐标上作出V-g曲线，求出灵敏度和线性度。 根据以上实验结果将力平衡式传感器与前面所熟悉的传感器进行性能比较。 注意事项：

差动放大器不能与“磁电”线圈直接相接，因为差动放大器无功率放大作用，低频信号源中转换开关倒向“Vi”端时，低频信号源中的功放电路做电流放大之用，输出为Vo端，此时低频信号被断开，故此实验结束后请将转换开关倒向Vo侧。

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实验19 双平行梁的动态特性——正弦稳态影响

实验目的：

本实验说明如何用传感器测量系统的动态特性。

实验所需部件：

低频信号源、激振电路、示波器，前面实验所用过的适当的传感器系统。

实验步骤：

1、打开主机电源，接通激振器，使双平行梁振动，幅度适中，用合适的传感器测量系统，作出梁的幅频和相频特性曲线。

2、如果改变频率后双平行梁的振幅变化很大，因此为了提高测量准确性，应考虑的选择不同的传感器。

3、相位差可用双线示波器测得

4、输出电压幅值可用示波器测量，也可选用低频交流电压表。

5、比较在测量双平行梁动态特性的实验中哪些传感器系统可测振动范围比较大？哪些灵敏度比较高？

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