【文章內(nèi)容簡介】 蕩器頻率不變，改變振蕩幅度，同樣實驗，可得到振幅—Vpp曲線（定性）。8．根據(jù)實驗結(jié)果做出振動臺的頻率Vpp特性曲線，并指出自振頻率。五、注意事項1．儀器中兩副懸臂梁的固有頻率因尺寸不同而不同。2．銜鐵位置可松開支架小螺絲稍作上下調(diào)節(jié)。3．低頻振蕩器電壓幅值不要過大，以免梁在自振頻率附近振幅過大。六、思考題1．通過以上實例，簡略說明一下制作差動變壓器要注意的幾個主要方面。2．說明測量線路中各部分的作用。實驗六 電渦流式傳感器的靜態(tài)標(biāo)定一、實驗?zāi)康?．了解電渦流傳感器的結(jié)構(gòu)、原理、工作特性；2．理解電渦流式傳感器的靜態(tài)標(biāo)定方法。二、需用器件與單元電渦流傳感器實驗?zāi)K、電渦流傳感器、直流電源、數(shù)顯單元（主控臺電壓表）、測微頭、鐵圓片。三、實驗原理：電渦流式傳感器由平面線圈和金屬渦流片組成，當(dāng)線圈中通以高頻交變電流后，與其平行的金屬片上產(chǎn)生電渦流，電渦流的大小影響線圈的阻抗Z，而渦流的大小與金屬渦流片的電阻率、導(dǎo)磁率、厚度、溫度以及與線圈的距離X有關(guān)。當(dāng)平面線圈、被測體（渦流片）、激勵源已確定，并保持環(huán)境溫度不變，阻抗Z只與X距離有關(guān)。將阻抗變化經(jīng)渦流變換器交換成電壓V輸出，則輸出電壓是距離X的單值函數(shù)。注意實驗中要將電渦流傳感器與金屬板中心正對。四、實驗步驟：1．觀察傳感器結(jié)構(gòu)，這是一個扁平繞線圈。2．根據(jù)圖662安裝電渦流傳感器。圖62 電渦流傳感器位移實驗接線 圖61 電渦流傳感器安裝示意圖電渦流傳感器 模塊 測量架 測微頭 被測體 (1) 將電渦流傳感器輸出線接入實驗?zāi)K上標(biāo)有Ti的插孔中，作為振蕩器的一個元件。(2) 在測微頭端部裝上鐵質(zhì)金屬圓片，作為電渦流傳感器的被測體。(3) 將實驗?zāi)K輸出端Vo與數(shù)顯單元輸入端Vi相接。數(shù)顯表量程切換開關(guān)選擇電壓20V檔。(4) 使渦流片與傳感器線圈端部有機玻璃平面接觸，注意兩者必須保持平行。此時渦流變換器輸出電壓為零。渦流變換器中的振蕩電路停振。3．開啟主控箱電源開關(guān)，用測微頭將電渦流線圈與渦流片分開一定距離，此時輸出端有一電壓值輸出。用示波器接渦流變換器輸入端觀察電渦流傳感器的高頻波形，信號頻率約為1MHz。旋動測微頭，觀察變換器的高頻振蕩波形。4．撤掉示波器探頭連線，旋轉(zhuǎn)測微頭，時渦流片與傳感器線圈端部有機玻璃接觸，此時數(shù)顯表讀數(shù)為零。5．旋動測微頭使金屬渦流片離開平面線圈，以數(shù)顯表讀數(shù)從零剛要開始變化的測微頭刻度位置為位移為零開始計數(shù)，（）讀一個數(shù)，直到輸出幾乎不變?yōu)橹?。將結(jié)果列入表61。表61 電渦流傳感器位移X與輸出電壓數(shù)據(jù)X（mm）0V（v）5．根據(jù)表61數(shù)據(jù)，畫出VX曲線，根據(jù)曲線找出線性區(qū)域及求出靈敏度。試計算量程為1mm、3mm、5mm時的靈敏度和線性度（可以用端基法或其它擬合直線）。五、注意事項：當(dāng)渦流變換器接入電渦流線圈處于工作狀態(tài)時，接入示波器會影響線圈的阻抗，使變換器的輸出電壓減小，并造成傳感器在初始狀態(tài)有一死區(qū)，示波器探頭不接輸入端即可解決這個問題。六、思考題說明電渦流式傳感器與被測體之間的最佳初始工作點：單向工作及雙向工作時，電渦流式傳感器最佳安裝點。實驗七 電渦流式傳感器的振幅測量一、實驗?zāi)康耐ㄟ^實驗掌握用電渦流傳感器測量振幅的原理和方法。二、需用器件與單元電渦流傳感器實驗?zāi)K、電渦流傳感器、低頻振蕩器、振動源模塊、直流電源、檢波、濾波模塊、數(shù)顯單元、測微頭、示波器。三、實驗原理電渦流式傳感器由平面線圈和金屬渦流片組成，當(dāng)線圈中通以高頻交變電流后，與其平行的金屬片上產(chǎn)生電渦流，電渦流的大小影響線圈的阻抗Z，而渦流的大小與金屬渦流片的電阻率、導(dǎo)磁率、厚度、溫度以及與線圈的距離X有關(guān)。當(dāng)平面線圈、被測體(渦流片)、激勵源已確定，并保持環(huán)境溫度不變，阻抗Z只與X距離有關(guān)。將阻抗變化經(jīng)渦流變換器變換成電壓V輸出，則輸出電壓是距離X的單值函數(shù)。根據(jù)電渦流傳感器動態(tài)特性和位移特性，選擇合適的工作點即可測量振幅。四、實驗步驟1．根據(jù)圖61安裝電渦流傳感器。2．將電渦流傳感器兩端插入實驗?zāi)K標(biāo)有Ti的插孔中，實驗?zāi)K輸出端接數(shù)顯表。調(diào)節(jié)傳感器安裝支架高度，將電渦流式傳感器安裝在最佳安裝工作點（注：利用電渦流式傳感器靜態(tài)標(biāo)定實驗數(shù)據(jù)求出的線性范圍，找其中間位置）。 3．將低頻振蕩信號接入振動源中的低頻輸入插孔，一般應(yīng)避開梁的自振頻率，將振蕩頻率設(shè)置在18~30Hz之間。4．將實驗系統(tǒng)輸出端接示波器的一個通道。低頻振蕩器頻率調(diào)到18Hz，幅度旋鈕初始為零，慢慢增大幅度，找到使振動臺面振動時與傳感器端面不碰撞且系統(tǒng)輸出波形不失真的幅度。工作平臺 振動平臺 傳感器 連橋板 圖61 電渦流傳感器振動測量安裝示意圖 6．調(diào)節(jié)低頻振蕩器頻率，使其從18Hz增加到30Hz，用示波器觀察輸出波形，記下Vpp值，同時利用電渦流傳感器靜態(tài)標(biāo)定結(jié)果求出距離變化范圍Xpp值。7．保持振動臺的振動頻率不變，改變振動幅度可測出相應(yīng)的傳感器輸出電壓峰峰值。 8．可同時用雙線示波器另一通道觀察渦流變換器輸入端的調(diào)幅波。 9．變化低頻振蕩器頻率和幅值，提高振動平臺振幅，用示波器可以看到變換器輸出波形有失真現(xiàn)象，這說明電渦流式傳感器的振幅測量范圍是很小的。五、注意事項1．直流穩(wěn)壓電源10V和接地端接電橋直流調(diào)平衡電位器WD兩端。2．如果輸出波形不是很理想，利用鐵制反射面吸附在振動圓盤中心的磁鋼上，電渦流傳感器則與吸附在振動圓盤中心的鐵測片形成渦流效應(yīng)。六、思考題1．電渦流傳感器動態(tài)響應(yīng)好，可以測高頻振動的物體。電渦流傳感器的可測高頻上限受什么限制？2. 有一個振動頻率為10K的被測物體，需要測其振動參數(shù)，你是選用壓電式傳感器還是電渦流傳感器或認(rèn)為兩者均可？實驗八 壓電加速度式傳感器一、實驗?zāi)康牧私鈮弘娂铀俣扔嫷慕Y(jié)構(gòu)、原理和應(yīng)用。二、需用器件與單元轉(zhuǎn)動、振動源模塊、壓電傳感器、移相/相敏檢波/低通濾波器模塊、壓電式傳感器實驗?zāi)K、示波器。三、實驗原理壓電式傳感器是一種典型的有源傳感器 (發(fā)電型傳感器)。壓電式傳感器由慣性質(zhì)量塊和受壓的壓電陶瓷片等組成（觀察實驗用壓電加速度計結(jié)構(gòu)）。壓電傳感元件是力敏感元件，在壓力、應(yīng)力、加速度等外力作用下，傳感器感受與外力相同頻率的振動，質(zhì)量塊便有正比于加速度的交變力作用在壓電陶瓷片上，由于壓電效應(yīng)，壓電陶瓷片上產(chǎn)生正比于運動加速度的表面電荷，從而實現(xiàn)非電量的電測。四、實驗步驟1．觀察了解壓電式加速度傳感器的結(jié)構(gòu)：由雙壓電陶瓷晶片、慣性質(zhì)量塊、壓簧、引出電極組裝于塑料外殼中。2．將壓電傳感器裝在振動源模塊上，壓電傳感器底部裝有磁鋼，可和振動盤中心的磁鋼相吸。3．將低頻振蕩器信號接入到振動源的低頻輸入源插孔。4．將壓電傳感器輸出兩端插入到壓電傳感器實驗?zāi)K兩輸入端，按圖81連接好實驗電路，壓電傳感器黑色端子接地。將壓電傳感器實驗?zāi)K電路輸出端Vo1（如增益不夠大，則Vo1接入IC2，Vo2接入低通濾波器）接入低通濾波器輸入端Vi，低通濾波器輸出Vo與示波器相連。5．合上主控箱電源開關(guān)，調(diào)節(jié)低頻振蕩器的頻率與幅度旋鈕使振動臺振動，用示波器觀察低通濾波器輸出波形，讀出峰峰電壓值，記下實驗數(shù)據(jù)，填入下表中（記錄15個數(shù)據(jù)）。圖81 壓電式傳感器性能實驗接線圖f(Hz)f5f4f3f2f1共振（f）f+1f+2f+3f+4f+5f+6f+7f+8f+9V0pp表81 壓電式加速度傳感器振動測量頻率 V0pp6．用示波器的兩個通道同時觀察低通濾波器輸入端和輸出端波形。7．用手輕擊試驗臺，觀察輸出波形的變化，并解釋原因。五、注意事項做此實驗時，振動源振動頻率不能過低，否則電荷放大器將無輸出或輸出波形失真。六、思考題 用手輕擊試驗臺，觀察輸出波形的變化，并解釋原因。實驗九 霍爾式傳感器的直流激勵特性一、實驗?zāi)康?了解霍爾式傳感器的結(jié)構(gòu)、工作原理，學(xué)會用霍爾傳感器做靜態(tài)位移測試。二、需用器件與單元霍爾傳感器實驗?zāi)K、霍爾傳感器、直流源177。4V、177。15V、測微頭、數(shù)顯單元。三、實驗原理霍爾式傳感器是由工作在兩個環(huán)形磁鋼組成的梯度磁場和位于磁場中的霍爾元件組成。當(dāng)霍爾元件通以恒定電流時，霍爾元件就有電勢輸出(UH = KHIB)。霍爾元件置于梯度磁場中，霍爾元件保持不動，移動改變磁場大小，輸出的霍爾電勢V取決于移動磁場的位移量X，所以測得霍爾電勢的大小便可獲知霍爾元件的靜位移。四、實驗步驟圖91 霍爾傳感器安裝示意圖 霍爾元件 模塊 測量架 測微頭 1．將霍爾傳感器按圖91安裝。霍爾傳感器與實驗?zāi)K的連接按圖92進行。3為電源177。4V，4為輸出。圖92 霍爾傳感器位移直流激勵接線圖2．開啟電源，調(diào)節(jié)測微頭使霍爾片在磁鋼中間位置，再調(diào)節(jié)Rw1（Rw3處于中間位置）使數(shù)顯表指示為零。左右移動測微頭，使輸出對稱。3．旋轉(zhuǎn)測微頭，以數(shù)顯表指示為零的測微頭對應(yīng)的刻度為零刻度，向左和向右軸向推進，直到讀數(shù)近似不變，將讀數(shù)填入下表。表91 霍爾傳感器位移與輸出電壓值X(mm)? ←0mm→ +V（mv）V 4．作出VX曲線，求出線性范圍及靈敏度和非線性誤差。五、注意事項直流激勵電壓須嚴(yán)格限定在2V，絕對不能任意加大，以免損壞霍爾元件。六、思考題 本實驗中霍爾元件位移的線性度實際上反映的是什么量的變化？實驗十 霍爾傳感器的應(yīng)用――振幅測量一、實驗?zāi)康耐ㄟ^本實驗了解霍爾式傳感器在振動測量中的作用。二、需用器件與單元霍爾傳感器、音頻振蕩器、霍爾傳感器實驗?zāi)K、移相器/相敏檢波器/低通濾波器模塊、數(shù)顯單元、低頻振蕩器、示波器、直流穩(wěn)壓電源、振動源模塊。三、實驗原理霍爾式傳感器是由工作在兩個環(huán)形磁鋼組成的梯度磁場和位于磁場中的霍爾元件組成。當(dāng)霍爾元件通以恒定電流時，霍爾元件就有電勢輸出(UH = KHIB)?；魻栐谔荻却艌鲋猩?、下移動時，輸出的霍爾電勢V取決于其在磁場中的位移量X，所以測得霍爾電勢的大小便可獲知霍爾元件的靜位移。四、實驗步驟（參考差動變壓器振動測量實驗）1．調(diào)整音頻振蕩器輸出頻率（音頻振蕩器信號必須從主控箱中的LV端子輸出）——一般在1KHZ左右，輸出值VP－P =4V 。2．將霍爾式傳感器按圖101，安裝在振動源模塊的振動源上，注意調(diào)整振動平臺和霍爾式傳感器的位置，使振動平臺振動的阻力最小，便于后期實驗。按圖102接線。3．開啟電源，調(diào)節(jié)測微頭使霍爾片在磁鋼中間位置，再調(diào)節(jié)Rw1（Rw3處于中間位置）使數(shù)顯表指示為零。左右移動測微頭，使輸出對稱。 4．保持低頻振蕩器的幅度不變，改變振蕩頻率用示波器觀察低通濾波器的輸出，讀出峰峰電壓值，記下實驗數(shù)據(jù)，填入下表101（記錄15個數(shù)據(jù)）。5．根據(jù)實驗結(jié)果作出梁的f —Vpp特性曲線，指出自振頻率的大致值，并與用應(yīng)變片測出的結(jié)果相比較。6．保持低頻振蕩器頻率不變，改變振蕩幅度，同樣實驗，可得到振幅—Vpp曲線（定性）。7．根據(jù)實驗結(jié)果做出振動臺的頻率Vpp特性曲線，并指出自振頻率。工作平臺 振動平臺 傳感器 連橋板 圖101 差動變壓器振動測量安裝示意圖圖102 霍爾式傳感器的振動測量接線圖表101 霍爾式傳感器振動測量頻率 V0ppf(Hz)f5f4f3f2f1共振（f）f+1f+2f+3f+4f+5f+6f+7f+8f+9V0pp五、注意事項低頻振蕩器幅值不要過大，以免霍爾元件進入均勻磁場（波形出現(xiàn)頂部削頂），霍爾電壓已不再隨位移量的增加而線性增加。六、思考題在激勵源為交流信號，位移變化信號也為交流時需采用相敏檢波器的原因。實驗十一 光電轉(zhuǎn)速傳感器的轉(zhuǎn)速測量實驗一、實驗?zāi)康牧私夤怆娹D(zhuǎn)速傳感器測量轉(zhuǎn)速的原理及方法。二、需用器件與單元光電轉(zhuǎn)速傳感器、+5V直流電源、轉(zhuǎn)動源單元及轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)224V、數(shù)顯轉(zhuǎn)速/頻率表。三、實驗原理光電式轉(zhuǎn)速傳感器有反射型和直射型兩種，本實驗裝置是反射型的，傳感器端部有發(fā)光管和光電管，發(fā)光管發(fā)出的光源在轉(zhuǎn)盤上反射后由光電管接收轉(zhuǎn)換成電信號，由于轉(zhuǎn)盤上有黑白相間的12個間隔，轉(zhuǎn)動時將獲得與轉(zhuǎn)速及黑白間隔數(shù)有關(guān)的脈沖，將電脈沖計數(shù)處理即可得到轉(zhuǎn)速值。四、實驗步驟1．光電轉(zhuǎn)速傳感器安裝如圖111所示。2．在傳感器支架上裝上光電轉(zhuǎn)速傳感器，調(diào)節(jié)高度，使傳感器端面離平臺表面23mm，將傳感器引線分別插入相應(yīng)的插孔，其中紅色接入直流電源+5V，黑色為接地端，藍色輸入主控箱fi，轉(zhuǎn)速/頻率表置“轉(zhuǎn)速”檔。3．將轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)224V接到轉(zhuǎn)動源24V插孔上。4．將光電傳感器的藍色實驗端子與數(shù)顯電壓表Vi端相接，數(shù)顯表的切換開關(guān)選擇開關(guān)