传感器与检测技术综合实验实验指导书doc66页

传感器与检测技术综合实验实验指导书doc66页内容摘要：

CCWWC时有当则 由正切三角函数半角公式可得 2122tgtgtg  12CwWWwCWCCWwa r c tg 以上式可看出，调节电位器 W2 将产生相应的相位变化。 所需单元及部件： 移相器、音频振荡器、双线（双踪）示波器、主、副电源 实验步骤： （ 1）了解移相器在实验仪所在位置及电路原理（见图 5，电路原理见附录）。 图 5 （ 2）将音频振荡器的信号引入移相器的输入端（音频信号从 0176。 、 180176。 插 口输出均可），开启主、副电源。 （ 3）将示波器的两根线分别接到移相的输入和输出端，调整示波器，观察示波器的波形。 （ 4）调节移相器上的电位器，观察两个波形间相位的变化。 （ 5）改变音频振荡器的频率，观察不同频率的最大移相范围。 问题： （ 1）根据电路原理图，分析本移相器的工作原理，并解释所观察到的现象。 （ 2）如果将双踪示波器改为单踪示波器，两路信号分别从 Y 轴和 X 轴送入，根据李沙育图形是否可完成此实验。 注意事项：本仪器中音频信号由函数发生器产生，所以通过移相器 后波形局部有些畸变，这不是仪器故障。 正确选择示波器中的“触发”形式，以保证双踪示波器能看到波形的变化。 四 相敏检波器实验 实验目的：了解相每检波器的原理和工作情况。 实验原理：相敏检波电路如图（ 6A）（及所附原理图）所示，图中为①输入信号端，③为输出端，②为交流参考电压输入端，⑤为直流参考电压输入。 当②⑤端输入控制电压信号时，通过开环放大器的作用场效应晶体管处于开关状态。 从而把①输入的正弦信号转换成半波整流信号。 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、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 20K 档。 音频振荡器频率为 4KHz,幅度置最小（逆时针到底），直流稳压电湖输出置于177。 2V 档，主、副电源关闭。 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符号。 （ 2）根据图 6A 的电路接线，将音频振荡器的信号 0176。 输出端输出至相敏检波器输入端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 6A （ 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，观察输入和输出波形的相位和幅度值关系。 （ 4）改变参考电压的极性，观察输入和输出波形的相位和幅值关系。 由此可得出结论，当参考电压为正时，输入和输出同相，当参考电压为负时，输入和输出相反。 （ 5）关闭主、副电源，根据图 6B 重新接线，将音频振荡器的信号从 0176。 输出至相敏检波器的输入端①，并同时按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 有表置于 20V 档）。 （ 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。 图 6B 单位： V V i p p 0 . 5 1 2 3 4 8 1 6Vo （ 7）关闭主、副电源，根据图 6C 的电路重新接线，将音频振荡器的信号从 00 端输出至相敏检波器的输入端①，将从 1800 输出端输出接至移相器的输入端，把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同时与低通滤波器输入端连接起来，将低通滤波器输出端与直流电压表连接起来，组成一测量线路。 图 6C （ 8）开启主、副电源，转动移相器上的移相电位器，观察示波器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。 单位： V VV p p 0 . 5 1 2 3 4 8 1 6o 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⑦ ，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。 五 、金属箔式应变计 — 交流全桥及激励频率对交流全桥的影响 (一 )、金属箔式应变片 — 交流全桥 实验目的：了解交流供电的四臂应变电桥的原理和工作情况。 实验原理：图 3 是交流全桥的一般形式，当电桥平衡时， Z1Z3=Z2Z4，电桥输出为零。 若桥臂阻抗相对变化为△ Z1/Z△ Z2/Z△ Z3/Z△ Z4Z4，则电桥的输出与桥臂阻抗的相对变化。 交流电桥工作是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。 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、低通滤波器、F/V 表、双平行梁、应变片、测微头、主、副电源、示波器。 有关旋钮的初始位置：音频振荡器 5KHz，幅度关至最小， F/V 表找到 20V 档差动放大器增益旋至最大。 实验步骤： （ 1）差动放大器调整为零：将差动放 大（ +）（ ）输入端与地短接，输出端与 F/V 输入端 Vi 相连，开启主、副电源后调差放的调零旋钮使 F/V 表显示为零，再将 F/V 表切换开关置 2V 档，细调差放调零旋钮使 F/V 表显示为零，然后关闭主、副电源。 （ 2）按图 3 接线，图中 R R R R4 为应变片； W W C、 r 为交流电桥调节平衡网络，电桥交流激励源必须从音频振荡器的 LV 输出口引入，音频振荡器幅度旋钮置中间位置。 +电 桥 平 衡 网 络 应 变 片移 相 器相 敏 检 波 器 低 通 滤 波 器 F / V 表 示 波 器216。 2216。 1V音频振荡器R 1R 2 R 3R 4W 2 W 1Cr 图 3 （ 3）用手按住振动梁（双平行梁）的自由端。 旋转测微头脱离振动梁自由端并远离将F/V 表的切换开关置 20V 档，示波器 X 轴扫描时间切换到 — （以合适为宜）， Y 轴CH1 或 CH2 切换开关置 5V/div，音频振荡器的频率旋钮置 5KHz，幅度旋钮置中间幅度。 开启主、副电源，调节电桥网络中的 W1 和 W2，使 F/V 表和示波器显示最小，再把 F/V 表和示波器 Y 轴的切换开关分别置 2V 档和 50mv/div，细调 W1 和 W2 及差动放大器调零旋钮，使 F/V表的显示值最小，示波器的波形大致为一条水平线（ F/V 表显 示值与示波器图形不完全符时二者兼顾即可）。 再用手按住梁的自由端产生一个大位移。 调节移相器和移相旋钮，使示波器显示全波检波的图形。 放手后，梁复原，示波器图形基本成一条直线。 （ 4）在双平行梁的自由端装上测微头，旋转测微头使 F/V 表显示为零，以后每转动测微头一周即 ， F/V 表显示记录下表： 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 根据所得数据，作出 VX 曲线，长出线怀范围，计算灵敏度 S=△ V/△ X，并与以前直流全桥实验结果相比较。 （ 5）实验完毕，关闭主、副电源，所有旋钮置初始位置。 思考 ：在交流电桥中，必须 有两个可调参数才能使电桥平衡，这是因为电路存在 而引起的。 （二）、激励频率对交流全桥的影响 实验原理：由于交流电桥中的各种阻抗的影响，改变激励频率可以提高交流全桥的灵敏度和提高抗干扰性。 实验所需部件： 电桥、音频振荡器、差动放大器、移相器、相敏检波器、低通率波器、电压表、测微仪。 实验步骤： （ 1）接线、操作均按交流全桥实验进行。 （ 2）音频振荡器 0176。 端输出信号，频率从 — 10KHz，接交流全桥，分别测出 系统输出电压，列表填好 V， X 值，在同一坐标上做出 V— X 曲线，比较灵敏度，并得出结论，该交流全桥工作在哪个频率时较为合适。 注意事项： 做上述实验时频率改变，应保持音频振荡器幅值不变，否则无可比性。 Xmm V2k(V) V5k(V) V8k(V) V10k(V) 六 、交流全桥的应用 （一）、振幅测量 实验目的：了解交流激励的金属箔式应变片电桥的应用。 实验原理：当梁受到不同的频率信号激 励时，振幅不同，带给应变片的应力不同，电桥输出也不同。 若激励频率和梁的固有频率相同时，产生共振，此时电桥输出为最大，根据这一原理可以找出梁的固有频率。 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、低通滤波器、低频振荡器、电压表、示波器、主、副电源、激振线圈。 有关旋钮的初始位置： 音频振荡器 5KHz，低频振荡器频率旋钮置 5Hz 左右，幅度置最小，差放增益置最大，主副电源关闭。 实验步骤： （ 1）按图 3 接线，并且保持 交流全桥 实验（ 1）（ 2）（ 3）的步骤。 （ 2）关闭 主副电源，将低频振荡器的输出 Vo 引入激振线圈的一端，激振线圈的另一端接地，低频振荡器的幅度旋钮置中间位置，开启主、副电源，双平行梁在振动，慢慢调节低频振荡器频率旋钮，使梁振动比较明显，如梁振动幅度不够大，可调大低频振荡器的幅度。 （ 3）将示波器的 X轴扫描旋钮切换到 10ms/div级档， Y轴切换到 50mv/div 或 ，分别观察差放输出端、相敏检波输出端、低通输出端波形，并描出各级波形。 改变低频振荡器频率 f(3～ 20Hz），测得相应的电压峰峰值（低通滤波器输出 Vpp），填入下表：画出幅度 fVpp 曲线。 F(Hz) 3 5 7 10 12 15 17 20 Vpp(mv) 做完以上实验，可反复调节线路中的各旋钮，用示波器观察各输出环节波形的变化，加深实验体会并了解各旋钮的作用。 （ 4）实验完毕关闭主、副电源，各旋钮置初始位置。 （二）、电子秤 实验目的：了解交流供电的金属箔式应变片电桥的实际应用。 所需单元及部件： 音频振荡器、电桥、差动放大器、移相器、低通滤波器、 F/V 表，砝码、主副电源、双平行梁、应变片。 实 验步骤： （ 1）差动放大调整为零，将差动放大（ +）、（ ）输入端与地短接，输出端与 F/V 表输入端 Vi 相连，开启主副电源后调差放的调零旋钮使 F/V 表显示为零，再将 F/V 表切换天关置2V 档，再细调差放调零旋钮使 F/V 表显示为零，然后关闭主、副电源。 （ 2）按图 3 接线，图中 R R R R4 为应变片； W W C、 r 为交流电桥调节平衡网络，电桥交流激励源必须从音频振荡器的 LV 输出口引入，音频振荡器旋钮置中间位置。 （ 3）按住振动梁（双平行梁）的自由端。 旋转测微头远离振动梁自由端。 将 F/V 表 的切换开关置 20V档，示波器 X轴扫描时间切换到 — ， Y轴 CH1和 CH2切换开关置 5V/div,音频振荡器的频率旋钮置 5KHz，幅度旋钮置中间幅度。 开启主、副电源，调节电桥网络中的 W1 和 W2，使 F/V 表和示波器显示最小，再把 F/V 表和示波器 Y 轴的切换开关分别置 2V档和 50mv/div，细调 W1 和 W2 及差动放大器调零。