【正文】 要計(jì)算系統(tǒng)的回程誤差，測試數(shù)據(jù)該如何處理？ 圖１中，若 R 和 R1～ R3 均為應(yīng)變片，接橋時未能接成差動形式，系統(tǒng)能否正常工作？為什么？ 實(shí)驗(yàn)中，在電橋的三種狀態(tài)（半橋單臂、半橋雙臂和全橋）下測試，為什么要求 保持差動放大器的增益不變？ 9 實(shí)驗(yàn)二 電容式傳感器靜特性測試與動特性觀測 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱：電容式傳感器靜特性測試與動特性觀測 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目性質(zhì)： 普通實(shí)驗(yàn) 所屬課程名稱： 傳感器原理與設(shè)計(jì) 實(shí)驗(yàn)計(jì)劃學(xué)時： 2 學(xué)時 一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 掌握電容式傳感器的工作原理及結(jié)構(gòu)類型。 掌握電容傳 感器特性的實(shí)驗(yàn)測試方法。 了解電容式傳感器的工程應(yīng)用。 二、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和要求 觀察傳感器綜合實(shí)驗(yàn)儀上電容式傳感器的結(jié)構(gòu)型式。 了解電容變換器的轉(zhuǎn)換原理（參見附錄二）。 電容式傳感器靜特性測試。 電容式傳感器動態(tài)測試。 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前，先預(yù)習(xí)附錄一“ CYS 型傳感器系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)儀使用指南”，了解該設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)與組成。 三、 實(shí)驗(yàn)主要儀器設(shè)備和材料 CYS 型傳感器系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)儀 本次實(shí)驗(yàn)所用模塊包括：①電容式傳感器；②電容變換器；③差動放大器；④低通濾波器；⑤低頻振蕩器；⑥測微頭。⑦ 10 毫伏表或數(shù)字電壓 表。 雙線示波器及實(shí)驗(yàn)連接導(dǎo)線若干。 四、 實(shí)驗(yàn)方法、步驟及結(jié)果測試 一）實(shí)驗(yàn)原理及方法 根據(jù)兩金屬極板間電容的計(jì)算式 C＝ε S／δ，可知電容式傳感器有三種型式。本實(shí)驗(yàn)儀器中為差動變面積型，電容傳感器由兩組定片和一組動片組成。當(dāng)安裝于振動臺上的動片上、下改變位置，與兩組定片之間的重疊面積發(fā)生變化，極間電容也發(fā)生相應(yīng)變化，成為兩差動式電容。若將上層定片與動片形成的電容設(shè)為 CX1，下層定片與動片形成的電容設(shè)為 CX2，當(dāng)將CX1和 CX2接入交流電橋作為相鄰兩臂（或?qū)刹顒与娙萁尤肫渌D(zhuǎn)換電路）時，則電路的輸出電壓與電 容量的變化有關(guān)，即與振動臺的位移有關(guān)。 電容式傳感器的實(shí)驗(yàn)原理框圖如下： 低 通C x 2電容變換器Cx1 差放 電壓表 圖 2 電容傳感器實(shí)驗(yàn)原理框圖 二）實(shí)驗(yàn)步驟及結(jié)果測試 相關(guān)儀表和電路調(diào)零 差動放大器調(diào)零時請先將放大器的增益調(diào)至適中。 11 電容傳感器靜態(tài)特性測試 ①按圖 2 原理接線。將電容變換器的增益調(diào)至適中。電容變換器的轉(zhuǎn)換原理圖詳見附錄二。 ②旋動測微頭，使測微頭與振動臺接觸，并帶動振動臺移動。當(dāng)電容動片位于兩電容定片對稱位置時，此時差動放大器輸出應(yīng)為零。 ③以此為起點(diǎn)，向上或 向下每次 （測微頭旋轉(zhuǎn)一圈）移動動片，直至動片與一組定片全部重合為止。記錄數(shù)據(jù)，并作出 x－ V 曲線。 位移 x(mm) 電壓 V (mv) ④以相反方向逐步旋轉(zhuǎn)測微頭至初始位置，用與③相同方法，記下 x (mm)及 V (mv)。 位移 x(mm) 電壓 V (mv) 電容傳感器動態(tài)特性觀測 ①將測微頭退回到最高處，并斷開 V/F 表連線； ②接通激振器 I（有些實(shí)驗(yàn)儀是激振器 II），用雙線示波器觀察低通和差放輸出波形，并記錄 波形。 ③改變激振器 I 頻率，重復(fù)觀測，注意波形的變化。 12 注意事項(xiàng) ? 電容動片與兩定片之間的片間距離須相等，必要時可稍作調(diào)整。位移和振動時均不可有擦片現(xiàn)象，否則會造成輸出信號突變。 ? 如果用示波器觀察到差動放大器輸出端波形中有雜波，請將電容變換器增益進(jìn)一步減少。 五、 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求 實(shí)驗(yàn)報(bào)告格式嚴(yán)格按廣東工業(yè)大學(xué)有關(guān)規(guī)定要求； 在理解基礎(chǔ)上簡單扼要 地 書寫實(shí)驗(yàn)原理 、 實(shí)驗(yàn)方法和步驟 ； 根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在坐標(biāo)紙上 繪出電容傳感器 定度 曲線 。并按某一規(guī)則作出擬合直線，依此 分析計(jì)算 傳感器系統(tǒng)的 靈敏度 、線性度和回程誤差等特 性指標(biāo)。 在動態(tài)測試過程中， 觀察到的現(xiàn)象、變化的規(guī)律給出相應(yīng)的解釋 。 對實(shí)驗(yàn)中存在的問題、進(jìn)一步的想法等進(jìn)行討論。 六、 思考題 實(shí)驗(yàn) 原理圖 2 中，信號處理過程是先濾波再放大，能否先放大再濾波？觀察兩種狀態(tài)下的波形輸出。 擬合直線的選取方法有哪幾種？不同擬合直線得出的傳感器靜態(tài)特性指標(biāo)的數(shù)值會一致嗎？此時該如何合理評價傳感器的特性？ 13 實(shí)驗(yàn)三 霍爾傳感器的應(yīng)用 ―― 位移及振幅測量 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱：霍爾傳感器的應(yīng)用――位移及振幅測量 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目性質(zhì)： 普通實(shí)驗(yàn) 所屬課程名稱： 傳感器原理與設(shè)計(jì) 實(shí)驗(yàn)計(jì)劃學(xué)時 ： 2 學(xué)時 一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1. 了解霍爾位移傳感器的工作原理與結(jié)構(gòu)，學(xué)會用霍爾傳感器進(jìn)行位移測試； 2. 了解霍爾式傳感器在振動測量中的應(yīng)用。 二、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和要求 觀察傳感器系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)儀上霍爾位移傳感器的結(jié)構(gòu)； 直流激勵下，用霍爾位移傳感器進(jìn)行靜態(tài)位移測試； 直流激勵下，用霍爾位移傳感器進(jìn)行振動測試； 交流激勵下，用霍爾位移傳感器進(jìn)行振動測試； 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前，先預(yù)習(xí)信號幅值調(diào)制的原理。 三、 實(shí)驗(yàn)主要儀器設(shè)備和材料 CYS 型傳感器系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)儀 本次實(shí)驗(yàn)所用模塊包括：①直流穩(wěn)壓電源；②霍爾傳感器；③電橋；④差動 放大器；⑤毫伏表；⑥測微頭；⑦移相器；⑧相敏檢波器；⑨低通濾波器；⑩音頻振蕩器。 14 差放電壓表2V2VW DR 雙線示波器； 接插連接實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線若干。 四、 實(shí)驗(yàn)方法、步驟及結(jié)果測試 一）實(shí)驗(yàn)原理及方法 實(shí)驗(yàn)臺上的霍爾傳感器，由兩個環(huán)形磁鋼組成梯度磁場和位于梯度磁場中的霍爾元件組成。當(dāng)保持霍爾元件的控制電流Ｉ恒定，在與霍爾元件控制電流相垂直的方向上就有霍爾電勢輸出?；魻栐谔荻却艌鲋猩舷乱苿訒r，輸出的霍爾電勢 U0取決于其在磁場中的位移量 x，即 U0＝ kx，所以測得霍爾電勢的大小便可獲知霍爾元件的位移量。 二）實(shí)驗(yàn)步驟及結(jié)果測試 霍爾 傳感器靜態(tài)位移測試 ①相關(guān)儀表和電路調(diào)零 差動放大器調(diào)零時請先將放大器的增益調(diào)至適中。 ②按圖 3 直流激勵接線； 圖 3 霍爾傳感器靜態(tài)位移測試原理圖 ③旋轉(zhuǎn)測微頭，使測微頭頂桿與振動圓盤接觸。調(diào)節(jié)振動 15 圓盤上、下位置，使霍爾元件基本位于梯度磁場中間位置。 ④開啟電源，調(diào)節(jié)測微頭和電位器 WＤ ，使差放輸出為零。 ⑤上、下移動測微頭各 ，每變化 讀取相應(yīng)的電壓值，并記入下表。 位移 x(mm) 電壓 U0 (mv) 直流激勵下霍爾傳感器振動測 試 ①仍按圖 3 直流激勵接線，使系統(tǒng)調(diào)零。并松開測微頭，使其脫離振動臺。 ②將低頻振蕩器接“激振 I”，保持適當(dāng)振幅，用示波器觀察差動放大器輸出波形。 ③進(jìn)一步提高低頻振蕩器振幅，用示波器觀察差動放大器輸出波形，當(dāng)波形出現(xiàn)頂部消峰時，說明霍爾元件已進(jìn)入均勻磁場，霍爾電壓已不再隨位移量的增加而線性增加。 ④改變激振器 I 頻率，進(jìn)行觀測，注意波形的變化。 ⑤記錄輸出波形。 交流激勵下霍爾傳感器振動測試 ①按圖 4 交流激勵接線。圖中 180176。為交流電源，從音頻振蕩器相應(yīng)端取得。 ②調(diào)節(jié)電橋與移相器，提壓振動圓盤，使低通 濾波器輸出電壓正負(fù)對稱。 16 低 通 電壓表相敏檢波W DR差放W A1KHz移相器180 180 φ 1φ 2 ③接通低頻振蕩器，保持適當(dāng)振幅，用示波器觀察差動放大器和低通濾波器的波形，并加以描述。 圖 4 交流激勵下霍爾傳感器振動測試原理圖 ④分別記錄差動放大器輸出、相敏檢波器輸出、低通濾波器輸出波形。 五、 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求 實(shí)驗(yàn)報(bào)告格式嚴(yán)格按廣東工業(yè)大學(xué)有