新版本传感器实验指导书(3)

湖南生物机电职业技术学院 自动检测实验指导书

图5-2 检波器示意图

图5-1中Ui为输入信号端，AC为交流参考电压输入端，Uo为检波信号输出端，DC为直流参考电压输入端。

当AC、DC端输入控制电压信号时，通过差动电路的作用使而把Ui端输入的正弦信号转换成全波整流信号。

输入端信号与AC参考输入端信号频率相同，相位不同时，检波输出的波形也不相同。当两者相位相同时，输出为正半周的全波信号，反之，输出为负半周的全波信号。 四、实验步骤

1． “信号源”U S1 音频信号输出1kHz，Vp-p＝7V正弦信号，接到“相敏检波”输入端Ui。

2． 将直流稳压电源“±4V”处的“+4V”“GND”接“相敏检波器”的“DC”“GND”。 3． 示波器两通道分别接“相敏检波器”输入、输出端，观察输入、输出波形的相位关系和幅值关系。

4． 改变DC端参考电压的极性（接入直流稳压电源“±4V”处的“-4V”），观察输入、输出波形的相位和幅值关系。

5． 由以上可以得出结论：当参考电压为正时，输入与输出同相，当参考电压为负时，输入与输出反相。

6． 去掉DC端连线，将“信号源U S1 00”端输出1kHz，Vp-p＝7V正弦信号送入“移相器”输入端，“移相器”的输出与“相敏检波器”的参考输入端AC连接，同时将音频信号源U S1 00 输出接到“相敏检波器”的信号输入端。

7． 用示波器两通道观察

、

的波形。可以看出，“相敏检波器”中整形电路的作用是将

输入的正弦波转换成方波，使相敏检波器中的电子开关能正常工作。

8． 将“相敏检波器”的输出端与“低通滤波器”的输入端连接，如图5-4（图5-3为低通滤波器的原理图），“低通滤波器”输出端接F/V表（选择V，20V档）。

9． 示波器两通道分别接“相敏检波器”输入、输出端。

10． 适当调节“信号源”幅值旋钮和“移相器”相位调节旋钮，观察示波器中波形变化。 11． 由上可以看出，当“相敏检波器”的输入信号与开关信号同相时，输出为正极性的全波整流信号，电压表指示正极性方向最大值，反之，则输出负极性的全波整流波形，电压表指示负极性的最大值。

12． 调节移相器“相位调节”旋钮，使直流电压表输出最大，利用示波器和电压表，测出“相敏检波器”的输入Vp-p值与输出直流电压UO的关系。

13． 使输入信号Ui相位改变1300，得出Vp-p值与输出直流电压UO1的关系，并填入下表。 输入Vp-p(V) 1 2 3 4 5 6 7 7 8 10 、

处于开或关的状态，从

输出UO（V） 输出UO1（V） 11

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图5-3 低通滤波器原理图 图5-4低通滤波器示意图

14． 实验结束后，关闭实验台电源，整理好实验设备。 五、实验报告

根据实验所得的数据，作相敏检波器输入——输出曲线（Vp-p—Vo），对照移相器、相敏检波器电路图分析其工作原理，并得出相敏检波器最佳的工作频率。

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实验六 交流全桥性能测试实验

一、实验目的

了解交流全桥电路的原理 二、实验仪器

应变传感器、移相器、相敏检波器、低通滤波器，差动放大器，电压放大器，信号源，示波器

三、实验原理

图7-1是交流全桥的一般形式。设各桥臂的阻抗为Z1~Z4，当电桥平衡时，Z1 Z3= Z2 Z4，电桥输出为零。若桥臂阻抗相对变化为△Z1/ Z1、△Z2/ Z2、△Z3/ Z3、△Z4/ Z4，则电桥的输出与桥臂阻抗的相对变化成正比。

交流电桥工作时增大相角差可以提高灵敏度，传感器最好是纯电阻性或纯电抗性的。交流电桥只有在满足输出电压的实部和虚部均为零的条件下才会平衡。

图6-1 交流全桥接线图a

图6-1 交流全桥接线图b

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Lv 5KHZ 0°5HKZ 移相 Φ1 Φ2 R R WD R R 差放 － ＋ 相敏 检波器 电压表 低通 WA V 湖南生物机电职业技术学院 自动检测实验指导书 四、实验步骤

1． 轻捏住应变梁，向上调节千分尺，使千分尺远离应变梁，开启实验台电源，信号源输出Us2输出1kHz，Vp-p＝7V正弦信号，按图6-1将“差动放大器”与“电压放大器”相连，输出接F/V表（选择V，200mV档）。调节“差动放大器”和“电压放大器”的增益调节电位器调到最大（顺时针旋到底），“差动放大器”输入短路，调节调零电位器，使F/V表显示为零。

2． 按图6-1接线，调节电桥直流调平衡电位器Rw2，使系统输出基本为零，并用Rw3进一步细调至零，示波器接“相敏检波器”输出端观察波形。

3． 用手轻压应变梁到最低，调节“相位调节”旋钮使“相敏检波器”输出端波形成为首尾相接的全波整流波形，然后放手，调节千分尺与应变梁相接触，并使应变梁恢复至水平位置，再调节电桥中Rw1和Rw2电位器，使系统输出电压为零，此时桥路的灵敏度最高。

4． 移动千分尺向下移0.5mm，读取数显表数值，依次增加砝码和读取相应的数显表值，直到向下移动5mm，记录实验数据填入下表： m（g） V（mV） 五、实验报告

根据实验所得的数据，在坐标上作出m-V曲线，求出灵敏度，并与直流称重系统进行比较。 六、注意事项

实验所采用的弹性体为双杆式悬臂梁称重传感器，量程较小。因此，加在传感器上的压力不应过 大，以免造成应变传感器的损坏！

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5． 实验结束后，关闭实验台电源，整理好实验设备。

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实验七 差动变压器性能实验

一、实验目的

了解差动变压器的工作原理和特性。 二、实验仪器

差动电感传感器、测微头、差动放大器（差动电感）、信号源、示波器 三、实验原理

差动变压器由一只初级线圈和两只次级线圈及一个铁芯组成。铁芯连接被测物体。移动线圈中的铁芯，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的感应电动势发生变化，一只次级线圈的感应电动势增加，另一只次级线圈的感应电动势则减小，将两只次级线圈反向串接（同名端连接）引出差动输出，则输出的变化反映了被测物体的移动量。 四、实验内容与步骤

1． 差动变压器已经根据图7-1安装在传感器固定架上。

图7-1 差动变压器安装图

图7-2 差动变压器接线图a

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