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正文內(nèi)容

傳感器與檢測(cè)技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)doc66頁(yè)(編輯修改稿)

2024-11-25 20:05 本頁(yè)面
 

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 CCWWC時(shí)有當(dāng)則 由正切三角函數(shù)半角公式可得 2122?????tgtgtg ???????????? 12CwWWwCWCCWwa r c tg 以上式可看出,調(diào)節(jié)電位器 W2 將產(chǎn)生相應(yīng)的相位變化 。 所需單元及部件: 移相器、音頻振蕩器、雙線(xiàn)(雙蹤)示波器、主、副電源 實(shí)驗(yàn)步驟: ( 1)了解移相器在實(shí)驗(yàn)儀所在位置及電路原理(見(jiàn)圖 5,電路原理見(jiàn)附錄)。 圖 5 ( 2)將音頻振蕩器的信號(hào)引入移相器的輸入端(音頻信號(hào)從 0176。、 180176。插 口輸出均可),開(kāi)啟主、副電源。 ( 3)將示波器的兩根線(xiàn)分別接到移相的輸入和輸出端,調(diào)整示波器,觀察示波器的波形。 ( 4)調(diào)節(jié)移相器上的電位器,觀察兩個(gè)波形間相位的變化。 ( 5)改變音頻振蕩器的頻率,觀察不同頻率的最大移相范圍。 問(wèn)題: ( 1)根據(jù)電路原理圖,分析本移相器的工作原理,并解釋所觀察到的現(xiàn)象。 ( 2)如果將雙蹤示波器改為單蹤示波器,兩路信號(hào)分別從 Y 軸和 X 軸送入,根據(jù)李沙育圖形是否可完成此實(shí)驗(yàn)? 注意事項(xiàng):本儀器中音頻信號(hào)由函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生,所以通過(guò)移相器 后波形局部有些畸變,這不是儀器故障。 正確選擇示波器中的“觸發(fā)”形式,以保證雙蹤示波器能看到波形的變化。 四 相敏檢波器實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私庀嗝繖z波器的原理和工作情況。 實(shí)驗(yàn)原理:相敏檢波電路如圖( 6A)(及所附原理圖)所示,圖中為①輸入信號(hào)端,③為輸出端,②為交流參考電壓輸入端,⑤為直流參考電壓輸入。 當(dāng)②⑤端輸入控制電壓信號(hào)時(shí),通過(guò)開(kāi)環(huán)放大器的作用場(chǎng)效應(yīng)晶體管處于開(kāi)關(guān)狀態(tài)。從而把①輸入的正弦信號(hào)轉(zhuǎn)換成半波整流信號(hào)。 所需單元和部件:相敏檢波器、移相器、音頻 振蕩器、雙蹤示波器、直流穩(wěn)壓電源、低通濾波器、 F/V 表、主、副電源。 有關(guān)旋鈕的初始位置: F/V 表置 20K 檔。音頻振蕩器頻率為 4KHz,幅度置最小(逆時(shí)針到底),直流穩(wěn)壓電湖輸出置于177。 2V 檔,主、副電源關(guān)閉。 實(shí)驗(yàn)步驟: ( 1)了解相敏檢波器和低通濾波器在實(shí)驗(yàn)儀面板上符號(hào)。 ( 2)根據(jù)圖 6A 的電路接線(xiàn),將音頻振蕩器的信號(hào) 0176。輸出端輸出至相敏檢波器輸入端①,把直流穩(wěn)壓電源+ 2V 輸出接至相敏檢波器的參考輸入端⑤ ,把示波器兩根輸入線(xiàn)分別接至相敏檢波器的輸入端①和輸出端③組成一個(gè)測(cè)量線(xiàn) 路。 圖 6A ( 3)調(diào)整好示波器,開(kāi)啟主、副電源,調(diào)整音頻振蕩器的幅度旋鈕,示波器輸出電壓為峰峰值 4V,觀察輸入和輸出波形的相位和幅度值關(guān)系。 ( 4)改變參考電壓的極性,觀察輸入和輸出波形的相位和幅值關(guān)系。由此可得出結(jié)論,當(dāng)參考電壓為正時(shí),輸入和輸出同相,當(dāng)參考電壓為負(fù)時(shí),輸入和輸出相反。 ( 5)關(guān)閉主、副電源,根據(jù)圖 6B 重新接線(xiàn),將音頻振蕩器的信號(hào)從 0176。輸出至相敏檢波器的輸入端①,并同時(shí)按相敏檢波器的參考輸入端②,把示波器的兩根輸入線(xiàn)分別接至相敏檢波器的輸入①和輸出端③,將相敏檢波器輸出端③同時(shí)與低通濾波器的輸入端連接起來(lái),將低通濾波器的輸出端與直流電壓表連接起來(lái),組成一個(gè)測(cè)量線(xiàn)路。(此時(shí), F/V 有表置于 20V 檔)。 ( 6)開(kāi)啟主、副電源,調(diào)整音頻振蕩器的輸出幅度,同時(shí)記錄電壓表的讀數(shù),填入下表。 圖 6B 單位: V V i p p 0 . 5 1 2 3 4 8 1 6Vo ( 7)關(guān)閉主、副電源,根據(jù)圖 6C 的電路重新接線(xiàn),將音頻振蕩器的信號(hào)從 00 端輸出至相敏檢波器的輸入端①,將從 1800 輸出端輸出接至移相器的輸入端,把移相器輸出端接至相敏檢波器的參考輸入端②把示波器的兩根輸入線(xiàn)分別接至相敏檢波器的輸入端①和輸出端③同時(shí)與低通濾波器輸入端連接起來(lái),將低通濾波器輸出端與直流電壓表連接起來(lái),組成一測(cè)量線(xiàn)路。 圖 6C ( 8)開(kāi)啟主、副電源,轉(zhuǎn)動(dòng)移相器上的移相電位器,觀察示波器的顯示波形及電壓表的讀數(shù),使得輸出最大。 ( 9)調(diào)整音頻振蕩器的輸出幅度,同時(shí)記錄電壓表的讀數(shù),填入下表。 單位: V VV p p 0 . 5 1 2 3 4 8 1 6o 思考: (1)根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,可以知道相敏檢波器的作用是什么?移相器在實(shí)驗(yàn)線(xiàn)路中的作用是什么?(即參考端輸入波形相位的作用) ( 2)在完成第五步驟后,將示波器兩根輸入線(xiàn)分別接至相敏檢波器的輸入端①和附加觀察端⑥和⑦ ,觀察波形來(lái)回答相敏檢波器中的整形電路是將什么波轉(zhuǎn)換成什么波,相位如何?起什么作用? ( 3)當(dāng)相敏檢波器的輸入與開(kāi)關(guān)信號(hào)同相時(shí),輸出是什么極性的什么波,電壓表的讀數(shù)是什么極性的最大值。 五 、金屬箔式應(yīng)變計(jì) — 交流全橋及激勵(lì)頻率對(duì)交流全橋的影響 (一 )、金屬箔式應(yīng)變片 — 交流全橋 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私饨涣鞴╇姷乃谋蹜?yīng)變電橋的原理和工作情況。 實(shí)驗(yàn)原理:圖 3 是交流全橋的一般形式,當(dāng)電橋平衡時(shí), Z1Z3=Z2Z4,電橋輸出為零。若橋臂阻抗相對(duì)變化為△ Z1/Z△ Z2/Z△ Z3/Z△ Z4Z4,則電橋的輸出與橋臂阻抗的相對(duì)變化。 交流電橋工作是增大相角差可以提高靈敏度,傳感器最好是純電阻性或純電抗性的。交流電橋只有在滿(mǎn)足輸出電壓的實(shí)部和虛部均為零的條件下才會(huì)平衡。 所需單元及部件:音頻振蕩器、電橋、差動(dòng)放大器、移相器、相敏檢波器、低通濾波器、F/V 表、雙平行梁、應(yīng)變片、測(cè)微頭、主、副電源、示波器。 有關(guān)旋鈕的初始位置:音頻振蕩器 5KHz,幅度關(guān)至最小, F/V 表找到 20V 檔差動(dòng)放大器增益旋至最大。 實(shí)驗(yàn)步驟: ( 1)差動(dòng)放大器調(diào)整為零:將差動(dòng)放 大( +)( )輸入端與地短接,輸出端與 F/V 輸入端 Vi 相連,開(kāi)啟主、副電源后調(diào)差放的調(diào)零旋鈕使 F/V 表顯示為零,再將 F/V 表切換開(kāi)關(guān)置 2V 檔,細(xì)調(diào)差放調(diào)零旋鈕使 F/V 表顯示為零,然后關(guān)閉主、副電源。 ( 2)按圖 3 接線(xiàn),圖中 R R R R4 為應(yīng)變片; W W C、 r 為交流電橋調(diào)節(jié)平衡網(wǎng)絡(luò),電橋交流激勵(lì)源必須從音頻振蕩器的 LV 輸出口引入,音頻振蕩器幅度旋鈕置中間位置。 +電 橋 平 衡 網(wǎng) 絡(luò) 應(yīng) 變 片移 相 器相 敏 檢 波 器 低 通 濾 波 器 F / V 表 示 波 器216。 2216。 1V音頻振蕩器R 1R 2 R 3R 4W 2 W 1Cr 圖 3 ( 3)用手按住振動(dòng)梁(雙平行梁)的自由端。旋轉(zhuǎn)測(cè)微頭脫離振動(dòng)梁自由端并遠(yuǎn)離將F/V 表的切換開(kāi)關(guān)置 20V 檔,示波器 X 軸掃描時(shí)間切換到 — (以合適為宜), Y 軸CH1 或 CH2 切換開(kāi)關(guān)置 5V/div,音頻振蕩器的頻率旋鈕置 5KHz,幅度旋鈕置中間幅度。開(kāi)啟主、副電源,調(diào)節(jié)電橋網(wǎng)絡(luò)中的 W1 和 W2,使 F/V 表和示波器顯示最小,再把 F/V 表和示波器 Y 軸的切換開(kāi)關(guān)分別置 2V 檔和 50mv/div,細(xì)調(diào) W1 和 W2 及差動(dòng)放大器調(diào)零旋鈕,使 F/V表的顯示值最小,示波器的波形大致為一條水平線(xiàn)( F/V 表顯 示值與示波器圖形不完全符時(shí)二者兼顧即可)。再用手按住梁的自由端產(chǎn)生一個(gè)大位移。調(diào)節(jié)移相器和移相旋鈕,使示波器顯示全波檢波的圖形。放手后,梁復(fù)原,示波器圖形基本成一條直線(xiàn)。 ( 4)在雙平行梁的自由端裝上測(cè)微頭,旋轉(zhuǎn)測(cè)微頭使 F/V 表顯示為零,以后每轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微頭一周即 , F/V 表顯示記錄下表: X m m 0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5 3 3 . 5 4 4 . 5 5 5 . 5 6 6 . 5 7 7 . 5 8 8 . 5 9 9 . 5 1 0Vo 根據(jù)所得數(shù)據(jù),作出 VX 曲線(xiàn),長(zhǎng)出線(xiàn)懷范圍,計(jì)算靈敏度 S=△ V/△ X,并與以前直流全橋?qū)嶒?yàn)結(jié)果相比較。 ( 5)實(shí)驗(yàn)完畢,關(guān)閉主、副電源,所有旋鈕置初始位置。 思考 :在交流電橋中,必須 有兩個(gè)可調(diào)參數(shù)才能使電橋平衡,這是因?yàn)殡娐反嬖? 而引起的。 (二)、激勵(lì)頻率對(duì)交流全橋的影響 實(shí)驗(yàn)原理:由于交流電橋中的各種阻抗的影響,改變激勵(lì)頻率可以提高交流全橋的靈敏度和提高抗干擾性。 實(shí)驗(yàn)所需部件: 電橋、音頻振蕩器、差動(dòng)放大器、移相器、相敏檢波器、低通率波器、電壓表、測(cè)微儀。 實(shí)驗(yàn)步驟: ( 1)接線(xiàn)、操作均按交流全橋?qū)嶒?yàn)進(jìn)行。 ( 2)音頻振蕩器 0176。端輸出信號(hào),頻率從 — 10KHz,接交流全橋,分別測(cè)出 系統(tǒng)輸出電壓,列表填好 V, X 值,在同一坐標(biāo)上做出 V— X 曲線(xiàn),比較靈敏度,并得出結(jié)論,該交流全橋工作在哪個(gè)頻率時(shí)較為合適。 注意事項(xiàng): 做上述實(shí)驗(yàn)時(shí)頻率改變,應(yīng)保持音頻振蕩器幅值不變,否則無(wú)可比性。 Xmm V2k(V) V5k(V) V8k(V) V10k(V) 六 、交流全橋的應(yīng)用 (一)、振幅測(cè)量 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私饨涣骷?lì)的金屬箔式應(yīng)變片電橋的應(yīng)用。 實(shí)驗(yàn)原理:當(dāng)梁受到不同的頻率信號(hào)激 勵(lì)時(shí),振幅不同,帶給應(yīng)變片的應(yīng)力不同,電橋輸出也不同。若激勵(lì)頻率和梁的固有頻率相同時(shí),產(chǎn)生共振,此時(shí)電橋輸出為最大,根據(jù)這一原理可以找出梁的固有頻率。 所需單元及部件: 音頻振蕩器、電橋、差動(dòng)放大器、移相器、相敏檢波器、低通濾波器、低頻振蕩器、電壓表、示波器、主、副電源、激振線(xiàn)圈。 有關(guān)旋鈕的初始位置: 音頻振蕩器 5KHz,低頻振蕩器頻率旋鈕置 5Hz 左右,幅度置最小,差放增益置最大,主副電源關(guān)閉。 實(shí)驗(yàn)步驟: ( 1)按圖 3 接線(xiàn),并且保持 交流全橋 實(shí)驗(yàn)( 1)( 2)( 3)的步驟。 ( 2)關(guān)閉 主副電源,將低頻振蕩器的輸出 Vo 引入激振線(xiàn)圈的一端,激振線(xiàn)圈的另一端接地,低頻振蕩器的幅度旋鈕置中間位置,開(kāi)啟主、副電源,雙平行梁在振動(dòng),慢慢調(diào)節(jié)低頻振蕩器頻率旋鈕,使梁振動(dòng)比較明顯,如梁振動(dòng)幅度不夠大,可調(diào)大低頻振蕩器的幅度。 ( 3)將示波器的 X軸掃描旋鈕切換到 10ms/div級(jí)檔, Y軸切換到 50mv/div 或 ,分別觀察差放輸出端、相敏檢波輸出端、低通輸出端波形,并描出各級(jí)波形。改變低頻振蕩器頻率 f(3~ 20Hz),測(cè)得相應(yīng)的電壓峰峰值(低通濾波器輸出 Vpp),填入下表:畫(huà)出幅度 fVpp 曲線(xiàn)。 F(Hz) 3 5 7 10 12 15 17 20 Vpp(mv) 做完以上實(shí)驗(yàn),可反復(fù)調(diào)節(jié)線(xiàn)路中的各旋鈕,用示波器觀察各輸出環(huán)節(jié)波形的變化,加深實(shí)驗(yàn)體會(huì)并了解各旋鈕的作用。 ( 4)實(shí)驗(yàn)完畢關(guān)閉主、副電源,各旋鈕置初始位置。 (二)、電子秤 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私饨涣鞴╇姷慕饘俨綉?yīng)變片電橋的實(shí)際應(yīng)用。 所需單元及部件: 音頻振蕩器、電橋、差動(dòng)放大器、移相器、低通濾波器、 F/V 表,砝碼、主副電源、雙平行梁、應(yīng)變片。 實(shí) 驗(yàn)步驟: ( 1)差動(dòng)放大調(diào)整為零,將差動(dòng)放大( +)、( )輸入端與地短接,輸出端與 F/V 表輸入端 Vi 相連,開(kāi)啟主副電源后調(diào)差放的調(diào)零旋鈕使 F/V 表顯示為零,再將 F/V 表切換天關(guān)置2V 檔,再細(xì)調(diào)差放調(diào)零旋鈕使 F/V 表顯示為零,然后關(guān)閉主、副電源。 ( 2)按圖 3 接線(xiàn),圖中 R R R R4 為應(yīng)變片; W W C、 r 為交流電橋調(diào)節(jié)平衡網(wǎng)絡(luò),電橋交流激勵(lì)源必須從音頻振蕩器的 LV 輸出口引入,音頻振蕩器旋鈕置中間位置。 ( 3)按住振動(dòng)梁(雙平行梁)的自由端。旋轉(zhuǎn)測(cè)微頭遠(yuǎn)離振動(dòng)梁自由端。將 F/V 表 的切換開(kāi)關(guān)置 20V檔,示波器 X軸掃描時(shí)間切換到 — , Y軸 CH1和 CH2切換開(kāi)關(guān)置 5V/div,音頻振蕩器的頻率旋鈕置 5KHz,幅度旋鈕置中間幅度。開(kāi)啟主、副電源,調(diào)節(jié)電橋網(wǎng)絡(luò)中的 W1 和 W2,使 F/V 表和示波器顯示最小,再把 F/V 表和示波器 Y 軸的切換開(kāi)關(guān)分別置 2V檔和 50mv/div,細(xì)調(diào) W1 和 W2 及差動(dòng)放大器調(diào)零
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