传感器实验模板

合肥工业大学 实验报告

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1.1 CSY---998B+传感器实验仪简介

实验仪主要由四部分组成：传感器安装台、显示与激励源、传感器符号及引线单元、 处理电路单元。 ⑴传感器安装台部分

装有双平行振动梁（应变片、热电偶、PN 结、热敏电阻、加热器、压电传感器、梁 自由端的磁钢）、激振线圈、双平行梁测微头、光纤传感器的光电变换座、光纤及探头、 小机电、电涡流传感器及支座、电涡流传感器引线Φ3.5 插孔、霍尔传感器的二个半圆磁钢、振动平台（圆盘）测微头及支架、振动圆盘（圆盘磁钢、激振线圈、霍尔片、电涡流检测片、差动变压器的可动芯子、电容传感器的动片组、磁电传感的可动芯子）、半导体扩散硅压阻式差压传感器、气敏传感器及湿敏元件安装盒，热释电传感器、光电开关、硅光电池、光敏电阻元件安装盒，具体安装部位参看附录三。 ⑵显示及激励源部分

电机控制单元、主电源、直流稳压电源（±2V - ±10V 分5 档调节）、F/V 数字显示表（可作为电压表和频率表）、（5mV-500mV) 、音频振荡器、低频振荡器、±15V 不可调稳压电源。

⑶实验主面板上传感器符号单元

所有传感器（包括激振线圈）的引线都从内部引到这个单元上的相应符号中，实验时传感器的输出信号（包括激振线圈引入低频激振器信号）按符号从这个单元插孔引线。 ⑷处理电路单元

电桥单元、差动放大器、电容变换放大器、电压放大器、移相器、相敏检波器、电 荷放大器、低通滤波器、涡流变换器等单元组成。 1.2 主要技术参数、性能及说明 1.2.1 传感器安装台部分

双平行振动梁的自由端及振动圆盘下面各装有磁钢，通过各自测微头或激振线圈, 接 入低频激振器U0 可做静态或动态测量。

应变梁：应变梁采用不锈钢片，双梁结构端部有较好的线性位移。(或采用标准双孔 悬臂梁传感器应变梁) 。 ⑴差动变压器（电感式）

量程：≥5mm 直流电阻：5'-10' 由一个初级、二个次级线圈绕制而成的透明空心 线圈，铁芯为软磁铁氧体。 ⑵电涡流位移传感器

量程：≥1mm 直流电阻：1'-2' 多股漆包线绕制的扁平线圈与金属涡流片组成。 ⑶霍尔式传感器

量程：±≥2mm 直流电阻：激励源端口800'-1.5K' ；输出端口300'-500' 日本JVC 公司生产的线性半导体霍尔片，它置于环形磁钢构成的梯度磁场中。 ⑷热电偶

直流电阻：10' 左右 由两个铜-康铜热电偶串接而成，分度号为T ，冷端温度为环 境温度。 ⑸电容式传感器

量程：±≥2mm 由两组定片和一组动片组成的差动变面积式电容。 ⑹热敏电阻

半导体热敏电阻NTC ：温度系数为负，25℃时为10K' 。 ⑺光纤传感器

由多模光纤、发射、接收电路组成的导光型传感器，线性范围≥2mm 。 红外线发射、接收、直流电阻：500'-2.5k' 2×60 股Y 形、半圆分布。 ⑻半导体扩散硅压阻式压力传感器 量程：10Kpa （差压） 供电：≤6V

美国摩托罗拉公司生产的MPX 型压阻式差压传感器。 ⑼压电加速度计

PZT-5 压电晶片和铜质量块构成。 谐振频率：≥10KHZ ， 电荷灵敏度：q ≥20pc/g。 ⑽应变式传感器

箔式应变片电阻值：350' 、应变系数：2，平行梁上梁的上表面和下梁的下表面对应 地贴有4 片应变片，受力工作片分别用符号↑ 和 ↓ 表示。在998B 型仪器中，横向

所贴的两片为温度补偿片，用符号 表示。 ⑾PN 结温度传感器

利用半导体P-N 结良好的线性温度电压特性制成的测温传感器，能直接显示被测温 度。灵敏度：-2.1mV/℃。 ⑿磁电式传感器 0.21φ×1000

直流电阻：30'-40' 由线圈和动铁（永久磁钢）组成，灵敏度：0.5V/m/s ⒀气敏传感器

MQ3（酒精）：测量范围：50-200ppm 。 ⒁湿敏电阻

高分子薄膜电阻型（RH ）：几兆'-K' 响应时间：吸湿、脱湿小于10 秒。 温度系数：0.5RH%/℃ 测量范围：10%-95% 工作温度：0℃-50℃ ⒂光电开关：（反射型）

⒃光敏电阻：cds 材料：几'-几M' ⒄硅光电池：Si 日光型

⒅热释电红外传感器：远红外式 1.2.2 信号及变换

⑴电桥：用于组成直流电桥，提供组桥插座，标准电阻和交、直流调平衡网络。 ⑵差动放大器 通频带0~10kHz 可接成同相、反相，差动结构，增益为1-100 倍的 直流放大器。

⑶电容变换器 由高频振荡，放大和双T 电桥组成的处理电路。 ⑷电压放大器 增益约为5 倍，同相输入，通频带0～10KHz ⑸移相器 允许最大输入电压10Up-p 移相范围≥±20°（5KHz 时） ⑹相敏检波器 可检波电压频率0-10KHz 允许最大输入电压10Up-p 极性反转整形电路与电子开关构成的检波电路

⑺电荷放大器 电容反馈型放大器，用于放大压电传感器的输出信号。 ⑻低通滤波器 由50Hz 陷波器和RC 滤波器组成，转折频率35Hz 左右。 ⑼涡流变换器 输出电压≥|8|V（探头离开被测物） 变频调幅式变换电路，传感器线圈是振荡电路中的电感元件 ⑽光电变换座 由红外发射、接收管组成。

1.2.3 二套显示仪表

⑴数字式电压/频率表：3 位半显示，电压范围0—2V 、0—20V ，频率范围3Hz —2KHz 、 10Hz —20KHz ，灵敏度≤50mV 。

⑵指针式毫伏表：85C1 表，分500mV 、50mV 、5mV 三档，精度2.5% 1.2.4 二种振荡器

⑴音频振荡器：0.4KHz —10KHz 输出连续可调，Up-p 值20V 输出连续可调，180°、 0°反相输出，LV 端最大功率输出电流0.5A 。

⑵低频振荡器：1-30Hz 输出连续可调，Up-p 值20V 输出连续可调，最大输出电流 0.5A ，Vi 端可提供用做电流放大器。 1.2.5 二套悬臂梁、测微头

双平行式悬臂梁二副（其中一副为应变梁，另一副装在内部与振动圆盘相连），梁端 装有永久磁钢、激振线圈和可拆卸式螺旋测微头，可进行位移与振动实验（右边圆盘式

工作台由“激振I 带动，左边平行式悬臂梁由Ⅱ带动）。 1.2.6 电加热器二组

电热丝组成，加热时可获得高于环境温度30℃左右的升温。 1.2.7 测速电机一组

由可调的低噪声高速轴流风扇组成，与光电开关、光纤传感器配合进行测速 1.2.8 二组稳压电源

直流±15V ，主要提供温度实验时的加热电源，最大激励1.5A 。 ±2V —±10V 分五档输出，最大输出电流1.5A 。提供直流激励源。 1.2.9 计算机联接与处理

数据采集卡：十二位A/D 转换，采样速度10000 点/秒，采样速度可控制，采样形式 多样。标准RS-232 接口，与计算机串行工作。

良好的计算机显示界面与方便实用处理软件，实验项目的选择与编辑、数据采集、 数据处理、图形分析与比较、文件存取打印。

使用仪器时打开电源开关，检查交、直流信号源及显示仪表是否正常。仪器下部面 板左下角处的开关为控制处理电路±15V 的工作电源，进行实验时请勿关掉，为保证仪器正常工作，严禁±15V电源间的相互短路，建议平时将此两输出插口封住。指针式毫伏表工作前需对地短路调零，取掉短路线后指针有所偏转是正常现象，不

影响测试。

本仪器是实验性仪器各电路完成的实验主要目的是对各传感器测试电路做定性的验 证，而非工业应用型的传感器定量测试。 1.3 各电路和传感器性能的检查

(1)应变片及差动放大器，进行单臂、半桥和全桥实验，各应变片是否正常可用万用 表电阻档在应变片两端测量。各接线图两个节点间即一实验接插线，接插线可多根迭插。

(2)热电偶，接入差动放大器，打开“加热”开关，观察随温度升高热电势的变化。 (3)热敏式，进行“热敏传感器实验”，电热器加热升温，观察随温度升高，电阻两端 的阻值变化情况，注意热敏电阻是负温度系数。

(4)P-N 结温度传感器，进行P-N 结温度传感器测温实验，注意电压表2V 档显示值 为绝对温度T 。

(5)进行“移相器实验”用双踪示波器观察两通道波形。

(6)进行“相敏检波器实验”，相敏检波器端口序数规律为从左至右，从上到下，其 中5 端为参考电压输入端。

(7)进行“电容式传感器特性”实验，当振动圆盘带动动片上下移动时，电容变换器 Uo 端电压应正负过零变化。

(8)进行“光纤传感器—位移测量，”光纤探头可安装在原电涡流线圈的横支架上固定，端面垂直于镀铬反射片，旋动测微仪带动反射片位置变化，从差动放大器输出端读出电压变化值。

(9)进行光纤（光电）式传感器测速实验，从F/V 表Fo 端读出频率信号。F/V 表置2K 档。(10)低通滤波器：将低频振荡器输出信号送入低通滤波器输入端，输出端用示波器观 察，注意根据低通输出幅值调节输入信号大小。

(11)进行“差动变压器性能”实验，检查电感式传感器性能，实验前要找出次级线圈 同名端，次级所接示波器为悬浮工作状态。

(12)进行“霍尔式传感器直流激励特性”实验，直流激励信号不能大于2V 。

(13)进行“磁电式传感器”实验，磁电传感器两端接差动放大器输入端，用示波器观 察输出波形，参见图13。

(14)进行“电压加速度传感器”实验，此实验与上述第十一项内容均无定量要求。 (15)进行“电涡流传感器的静态标定”实验，接线参照图19，其中示波器观察波形

端口应在涡流变换器的左上方，即接电涡流线圈处，右上端端口为输出经整流后的直流电压。

(16)进行“扩散硅压力传感器”实验，注意MPX 压力传感器为差压输出，故输出信 号有正、负两种。

(17)进行“气敏传感器特性”实验，观察输出电压变化。 (18)进行“湿敏传感器特性演示”实验。 (19)进行“光敏电阻”实验。 (20)进行“硅光电池”实验。 (21)进行“光电开关（反射）”实验。

(22)进行“热释电传感器”实验。以上17 项起实验均为演示性质，无定量要求。 (23)如果仪器是带微机接口和实验软件的，请参阅《微机数据采集系统软件》使用说 明。

仪器工作时需要良好的接地，以减小干扰信号，关尽量远离电磁干扰源。 上述检查及实验能够完成，则整台仪器各部分均为正常。

实验时请注意实验指导书中的实验内容后的“注意事项”，要在确认接线无误的情况 下再开启电源，要尽量避免电源短路情况的发生，实验工作台上各传感器部分如位置不太正确可松动调节螺丝稍作调整，用手按下振动梁再松手，各部分能随梁上下振动而无碰擦为宜。

本实验仪器需防尘，以保证实验接触良好，仪器正常工作温度0℃-40℃

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实验目的：验证单臂、半桥、全桥的性能及相互之间关系。

实验原理：已知单臂、半桥和全桥电路的ΣR 分别为ΔR/R、2ΔR/R、4ΔR/R。根 据戴维南定理可以得出测试电桥的输出电压近似等于1/4.E.ΣR ，电桥灵敏度Ku=U/Δ R/R，于是对应单臂、半桥和全桥的电压灵敏度分别为1/4E、1/2E 和E. 。由此可知，当E 和电阻相对变化一定时，电桥及电压灵敏度与各桥臂阻值的大小无关。 所需单元和部件：

直流稳压电源、差动放大器、电桥、F/V 表、测微头、双平行梁、应变片、主、副 电源。

有关旋钮的初始位置：

直流稳压电源打到±2V 档，F/V 表打到20V 档（实验时根据输出电压大小选择合适 的F/V表电压量程，后同，不再赘述。），差动放大器增益打到最大。 实验步骤：

⑴了解所需单元、部件在实验仪上的所在位置，观察梁上的应变片。应变片为棕色衬底箔式结构小方薄片。上下二片梁的外表面各贴二片受力应变片和一片补偿应变片， 测微头在双平行梁前面的支座上，可以上、下、前、后、左、右调节。

⑵将差动放大器调零：用连线将差动放大器的正（+）、负（-）、地短接。将差动放大器的输出端与F/V 表的输入插口Vi 相连；开启主、副电源；调节差动放大器的增益到 最大位置，然后调整差动放大器的调零旋钮使F/V

表显示为零，关闭主、副电源。 ⑶根据图1.1 接线，首先接成单臂电桥。

图 1.1

注：单臂：R1、R2、R3 为电桥单元的固定电阻，R4 为应变片。 半桥：R1、R2 为电桥单元的固定电阻，R3、R4 为应变片。 全桥：R1、R2、R3、R4 均为应变片。

⑷将稳压电源的切换开关置±4V 档，F/V 表置20V 档。将测微头安装到双平行梁的 自由端（与自由端磁钢吸合），调整测微头使梁处于一个水平位置（目测），固定好测微头。调节W1，使F/V 表显示为零。若不能调为零，再细调测微头，使F/V 表显示为零。然后将F/V 表置2V 档，再调电桥W1（慢慢地调），使F/V 表显示为零。 ⑸旋转测微头，使梁移动，每隔0.5mm 读一个数，将测得数值填入下表（记录数据 不少于10 组）：（单臂）

然后关闭主、副电源。

⑹保持放大器增益不变，将R3 固定电阻换为与R4 工作状态相反的另一应变片即取 二片受力方向不同应变片，形成半桥，调节测微头使梁到水平位置（目测），调节电桥W1 使F/V 表显示为零，重复（4）过程同样测得读数，填入下表（记录数据不少于10 组）：（半桥）

然后关闭主、副电源。

⑺保持差动放大器增益不变，将R1，R2 两个固定电阻换成另两片受力应变片（即 R1 换成 ，R2 换成），组桥时只要掌握对臂应变片的受力方向相同，邻臂应变片的受力方向相反即可，否则相互抵消没有输出。接成一个直流全桥，调节测微头使梁到水平位置，调节电桥W1 同样使F/V 表显示零。重复（4）过程将读出数据填入下表（记录数据不少于10 组）：（全桥）

然后关闭主、副电源。

⑻据所得结果计算灵敏度S=△U/△X （式中△X 为梁的自由端位移变化，△U 为相 应F/V 表显示的电压相应变化）。

在同一坐标纸上描出X-U 曲线，比较三种接法的灵敏度。 注意事项：

⑴在更换应变片时应将电源关闭。

⑵在实验过程中如有发现电压表发生过载，应将电压量程扩大。 ⑶在本实验中只能将放大器接成差动形式，否则系统不能正常工作。 ⑷直流稳压电源±4V 不能打的过大，以免损坏应变片或造成严重自热效应。 ⑸接全桥时请注意区别各片子的工作状态方向。

⑹电桥上端虚线所示的四个电阻实际上并不存在，仅作为一个标记。

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实验目的：了解运算放大器构成的移相电路和的原理及工作情况

实验原理： 图1.3为移相电路示意图，由1.3图可求得该电路的闭环增益G

（s ）。

图

1.3

从上式可看出，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、示波器、主、副电源 实验步骤：

⑴了解移相器在实验仪所在位置及电路原理（见图1.3，电路原理见附录）。

⑵将音频振荡器的信号引入移相器的输入端（音频信号从0°、180°插口输出均可），开启主、副电源。

⑶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。⑷调节移相器上的电位器，观察两个波形间相位的变化。 ⑸改变音频振荡器的频率，观察不同频率的最大移相范围。

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，以保证示波器能看到波形的变化。 问题：

⑴根据电路原理图，分析移相器的工作原理，并解释所观察到的现象。

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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（1.4）（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、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），直流稳压电源输出置于±2V 档，主、副电源关闭。 实验步骤：

⑴了解相敏检波器和低通滤波器在实验仪面板上符号。

⑵根据图1.4 的电路接线，将音频振荡器的信号0°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 1.4

为峰峰值4V ，观察输入和输出波形的相位和幅度值关系。

⑷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。

⑸关闭主、副电源，根据图1.5 重新接线，将音频振荡器的信号从0°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）。

⑹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（记录数据不少于8 组）。

图 1.5

单位：V

⑵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。

⑺关闭主、副电源，根据图1.6 的电路重新接线，将音频振荡器的信号从0°端输出至相敏检波器的输入端①，将从180°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 1.6

⑻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。

⑼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（记录数据不少 于10 组）。

单位：V

思考：

⑴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）

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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1.7 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/Z1、△Z2/Z2、△Z3/Z3、△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 ，幅度旋钮置中间位置，F/V表旋到20V 档, 差动放大器增益旋至中间位置。 实验步骤：

⑴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。 ⑵按图1.7 接线，图中R1、R2、R3、R4 为应变片；W1、W2、C 、r 为交流电桥调节平

衡网络，电桥交流激励源从音频振荡器的LV 输出口引入，音频振荡器的频率旋钮置 5KHz ，幅度旋钮置中间位置。

图 1.7

节移相器的移相旋钮，使示波器显示全波检波的图形，电压表显示值（绝对值）最大。 然后，调整测微头，使梁复原处于水平位置（目测）。调节电桥网络中的W1 和W2，使 F/V 表显示为零。

⑷每转动测微头一周即0.5mm ，F/V 表显示记录下表（记录数据不少于15 组）

根据所得数据，作出U-X 曲线，找出线性范围，计算灵敏度S=△U/△X ，并与以前 直流全桥实验结果相比较。

⑸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。

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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：

⑴接线按图1.7 进行。

⑵音频振荡器0°端输出信号，频率从0.4KHz —10KHz ，接交流全桥，分别测出系统 输出电压，列表填好U ，X 值（记录数据不少于10 组），在同一坐标上做出U —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：

⑴做上述实验时频率改变，应保持音频振荡器幅值不变、移相器调节旋钮不动，否 则无可比性。

⑵音频振荡器输出信号的频率用示波器测量，实验仪上的标示不准确。

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⑷实验完毕关闭主、副电源，各旋钮置初始位置。 学号 姓名

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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：

⑴按图1.7 接线（注意：低通滤波器的输出不用接F/V 表），并且保持交流全桥实验 （1）（2）的步骤。

⑵关闭主副电源，将低频振荡器的输出Uo 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。

⑶示波器的两个通道分别接至低通滤波器输出端（测量Up-p ）和低频振荡器的输出 端（测量频率），调节示波器的调频旋钮至ms 档。改变低频振荡器的频率f(3～20Hz ）， 测得相应的电压峰峰值（低通滤波器输出 Up-p），填入下表（记录数据不少于10 组）： 画出幅频（f-Up-p ）曲线。

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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： ⑴按图1.7 接线。

⑵开启主、副电源。用手按住双平行梁的自由端，使梁的自由端产生一个大位移。 调节移相器的移相旋钮，使示波器显示全波检波的图形，电压表显示值（绝对值）最大。然后，调整测微头，使梁复原处于水平位置（目测）。调节电桥网络中的W1 和W2，使F/V 表显示为零。

⑶在梁自由端（磁钢处）逐一加上砝码，把F/V 表的显示值填入下表。并计算灵敏 度。

注意事项：

砝码和重物应放在梁自由端的磁钢上的同一点。 思考：要将这个电子秤方案投入实际应用，应如何改进？

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实验目的：了解差动变压器原理及工作情况

实验原理：差动变压器由衔铁、初级线圈、次级线圈和线圈骨架等组成。初级线圈作为差动变压器激励用，相当于变压器的原边，次级线圈由两个结构尺寸和参数相同的 线圈反相串接而成，相当于变压器的副边，差动变压器是开磁路，工作是建立在互感基础上的。其原理及输出特性见图4A 。 所需单元及部件：

音频振荡器、测微头、示波器、主、副电源、差动变压器、振动平台。 有关旋钮初始位置：

音频振荡器4KHz —8KHz 之间，主、副电源关闭。 实验步骤：

⑴根据图3.1 接线，将差动变压器、音频振荡器（必须LV 输出）、示波器连接起来，组成一个测量线路。开启主、副电源，将示波器探头分别接至差动变压器的输入和输出端，调节音频振荡器幅度旋钮使音频振荡器激励信号峰峰值为2V 。

⑵用手提压变压器磁芯，观察示波器第二通道波形是否能过零翻转，如不能则改变 两个次级线圈的串接端。

图3.1

小，此时铁芯在中间位置，再向上转动测微头2mm ，使振动平台往上位移。 ⑷向下旋钮测微头，使振动平台产生位移。每位移0.2mm ，用示波器读出差动变压 器输出端峰峰值填入下表（记录数据不少于20 组），根据所得数据计算灵敏度S 。 S=△U/△X （式中△U 为电压变化，△X 为相应振动平台的位移变化），作出U-X 关系曲线。读数过程中应注意初、次级波形的相应关系。

思考：

⑴根据实验结果，指出线性范围。

⑵当差动变压器中磁棒的位置由上到下变化时，双通道示波器观察到的波形相位会 发生怎样的变化？

⑶用测微头调节振动平台位置，使示波器上观察到的差动变压器的输出端信号为最 小，这个最小电压是什么？由于什么原因造成？

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实验目的：说明如何用适当的网络线路对残余电压进行补偿。 实验原理：零残电压中主要包含两种波形成份：

⑴基波分量。这是由于差动变压器两个次级绕组因材料或工艺差异造成等效电路参 数（M 、L 、R ）不同，线圈中的铜损电阻及导磁材料的铁损，线圈中线间电容的存在， 都使得激励电流所产生的磁通不同相。

⑵高次谐波。主要是由导磁材料化曲线非线性引起，由于磁滞损耗和铁磁饱和的影 响，使激励电流与磁通波形不一致，产生了非正弦波（主要是三次谐波）磁通，从而在二次绕组中感应出非正弦波的电动势。 减少零残电压的办法有：

①从设计和工艺制作上尽量保证线路和磁路的对称； ②采用相敏检波电路； ③选用补偿电路。 所需单元及部件：

音频振荡器、测微头、电桥、差动变压器、差动放大器、示波器、振动平台、主、 副电源。

有关旋钮的初始位置：

音频振荡器4KHz-8KHz 之间，差动放大器的增益旋到最大。 实验步骤：

⑴按图3.2 接线，音频振荡必须从LV 插口输出，W1、W2、C 、r ，为电桥单元中调 平衡网络。

⑵开启主、副电源，利用示波器，调整音频振荡器幅度旋钮使示波器一通道显示出 为2V 峰峰值。调节音频振荡器频率，使示波器二通道波形不失真。 ⑶调整测微头，使差动放大器输出电压最小。

出电压最小。

⑸观察零点残余电压的波形，注意与激励电压波开相比较。经过补偿后的残余电压 波形：为 波形，这说明波形中有 分量。

⑹将经过补偿后的残余电压与未经补偿残余电压（前一个实验）相比较。 ⑺实验完毕后，关闭主、副电源。

图3.2

注意事项：

⑴由于该补偿线路要求差动变压器的输出必须悬浮。因此次级输出波形难以用一般 示波器来看，要用差动放大器使双端输出转换为单端输出。 ⑵音频信号必须从LV 端插口引出。 思考：

本实验也可把电桥平衡网络搬到次级线圈上进行零点残余电压补偿。

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实验目的：了解差动变压器测量系统的组成和标定方法

所需单元及部件：音频振荡器、差动放大器、差动变压器、移相器、相敏检波器、 低通滤波器、测微头、电桥、F/V 表、示波器、主、副电源。 有关旋钮初始位置：

音频振荡4KHz-8KHz ，差动放大器的增益打到最大，F/V 表置2V 档，主、副电源 关闭。 实验步骤：

⑴按图3.3 接好线路。

图3.3

⑵装上测微头，上下调整使差动变压器铁芯处于线圈中段位置。(参考差动变压器传 感器的性能实验的零点位置) 。

⑶开启主、副电源，利用示波器，调整音频振荡器幅度旋钮，使其输出电压峰峰值 为2V 。

⑷给振动平台一个较大的位移，调整移相器，使电压表指数为最大，同时可用示波 器观察相敏检波器的输出波形。平台复原。

⑸利用示波器和电压表，调整各调零及平衡电位器，使电压表指示为零。

作出U-X 曲线，并求出灵敏度。

注意事项：

适当选择低频激振电压，以免振动平台在自振频率附近振幅过大。 学号 姓名

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实验目的：了解差动变压器的实际应用。 所需单元及部件：

音频振荡器、差动放大器、差动变压器、移相器、相敏检波器、低通滤波器、激振 器、测微头、电桥、F/V 表、示波器、主、副电源。 有关旋钮初始位置：

音频振荡4KHz-8KHz ，差动放大器增益最大，低频振荡器频率旋钮置最小，幅度旋 钮置中。 实验步骤：

⑴按图3.3 接线（注意：低通滤波器的输出不用接F/V 表），调节测微头远离振动台 （不用测微头）将低频振荡器输出Uo 接入激振振动台线圈一端，线圈另一端接地，开启主副电源，调节低频振荡器幅度旋钮适中，频率从最小慢慢调大，让振动台起振并幅度适中（如振动幅度太小可调大幅度旋钮）。

⑵将音频振荡器频率旋钮置5KHz ，幅度旋钮置2V （Up-p ）。

⑶保持低频振荡器幅度不变，调节低频振荡器的频率，并用示波器的一个通道监测 频率，用示波器的另一个通道观察低通滤波器的输出（示波器调频旋钮置ms 档），读出峰-峰电压值记下实验数据填入下表（记录数据不少于10 组）：

振频率）的大致值，并与用应变片测出实验（交流全桥应用—振幅测量）的结果相比较。

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实验目的：了解差动变压器的实际应用。 所需单元及部件：

音频振荡器、差动放大器、移相器、相敏检波器、低通滤波器、F/V 表、电桥、砝 码、振动平台、主、副电源。 有关旋钮初始位置：

音频振荡器5KHz 、F/V 表打到2V 档。 实验步骤：

⑴按图3.3 接线，开启主、副电源，利用示波器观察调节音频振荡器的幅度钮，使音 频振荡器的输出为峰峰值2V 。

⑵将测量系统调零。方法同实验一（金属箔式应变片—交流全桥步骤（3））。 ⑶适当调整差动放大器的放大倍数，使平台上放5 个砝码时电压表指示不溢出。 ⑷去掉砝码，必要的话将系统重新调零。然后逐个加上砝码，读出表头读数，记下 实验数据，填入下表：

⑸去掉砝码，在平台上放一个重量未知的重物，记下电压表读数。关闭主、副电源。 ⑹利用所得数据，求得系统灵敏度及重物的重量。

注意事项：

⑴砝码不宜太重，以免振动平台位移过大。

⑵砝码应放在平台中间部位，为使操作方便，可将测微头卸掉。

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实验目的：了解差动螺管式传感器的原理 实验原理：

利用差动变压器的两个次级线圈和衔铁组成。衔铁和线圈的相对位置变化引起螺管 线圈电感值的变化。次级二个线圈必须呈差动状态连接，当衔铁移动时将使一个线圈电感增加，而另一个线圈电感减小。 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、低频滤波器、电压表、测 微头、示波器、差动变压器二组次级线圈与铁芯、主、副电源。 有关旋钮的初始位置：

音频振荡器5KHz ，幅度旋到适中位置，差动放大器增益适当，主、副电源关闭。 实验步骤：

⑴按图4.1 接线，组成一个电感电桥测量系统。 ⑵装上测微头，调整铁芯到中间位置。

⑶开启主、副电源，音频振荡器频率置5-8KHz 之间，以差放输出波形不失真为好， 音频幅度为2V （峰峰值Up-p ）。用类似于实验一（金属箔式应变片—交流全桥步骤（3）） 的方法，利用示波器和电压表，调整各平衡及调零旋钮，使F/V 表读数为零（F/V 表始终调不到零，说明差动变压器的铁芯不在中间位置，可适当调节测微头）。 ⑷转动测微头，同时记下实验数据，填入下表（记录数据不少于10 组）：（建议每隔

0.20mm 读数）

图 4.1

作出U-X 曲线，计算出灵敏度。关闭主、副电源。 注意事项：

⑴此实验只用原差动变压器的两次线圈，注意接法。 ⑵音频振荡器必须从LV 插口输出。

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思考：

本实验与互感式变压器振幅测量实验比较相似，请指出它们的各自特点？ 实验目的：了解差动螺管式电感传感器能作为较大振幅的汇聚测量

所需单元和部件：差动螺管式电感传感器、音频振荡器、电桥、差动放大器、相敏 检波器、移相器、低通滤波器、F/V 表、低频振荡器、示波器、振动平台。 有关旋钮的初始位置：

音频振荡器频率为5KHz ，LV 输出幅度为峰峰值2V ，差动放大器的增益旋钮旋至中 间，F/V 表置于20V 档，低频振荡器的幅度旋钮置于最小。 注意事项：

⑴音频振荡器信号必须从LV 输出端输出。 ⑵差动螺管式电感的两个线圈注意接法。

⑶实验中，电桥平衡网络的电位器W1 和W2 要配合调整。 ⑷实验中，为了便于观察，需要调整示波器的灵敏度。 实验步骤：

⑴根据图4.1 的结构将差动螺管式传感器，音频振荡器，电桥平衡网络，差动放大器， 相敏检波器、移相、低通滤波器连接起来，组成一个测量电路（注意：低通滤波器的输出不用接F/V 表）。

⑵转动测微头，脱离振动平台并远离，（使振动台振动时不至于再被吸住，这时振动 平台处于自由静止状态）。

⑷将低频振荡器输出接入激振线圈，开启主、副电源。

⑸调节低频振荡器的频率旋钮、幅度旋钮固定至某一位置, 使平台产生上下振动。 ⑹将示波器探头换接至低通滤波器的输出端。

⑺调节低频振荡器频率，调节时可用示波器的一个通道监测频率。用示波器的另一 个通道读出低通滤波器的峰峰值（示波器调频旋钮置ms 档），填入下表（记录数据不少于10 组），并作应变梁的幅频特性曲线，关闭主、副电源。

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实验目的：说明在不同的激励频率影响下差动螺管式电感传感器的不同特性。

实验所需部件：差动变压器、电桥、音频振荡器、差动放大器、示波器、测微头。 实验步骤：

⑸根据所测数据在同一坐标上做出U-X 曲线，计算灵敏度，并做出灵敏度与频率的 关系曲线。由此可以看出，差动螺管式电感传感器的灵敏与频率特性密切相关，在某

一个特定频率时，传感器最为灵敏，在其两边，灵敏度都有所下降，故测试系统中应选用这个激励频率。

图4.2

⑴按图4.2 接线，音频振荡器5KHz ，幅值居中，差动放大器增益适中。 ⑵装上测微头，调整衔铁处于线圈中间位置，调节电桥使系统输出为最小。 ⑶旋转测微头，调整衔铁，每隔0.5mm 从示波器读出Up-p 值，填入表格（记录数 据不少于10 组）。

⑷改变音频振荡器频率，并重新调好零位，重复2-3 步骤，将结果填入下表（记录 数据不少于10 组）。

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差动变面积电容传感器静态、动态特性

实验目的：了解差动变面积式电容传感器的原理及其特性。

实验原理：电容式传感器有多种形式，本仪器中选用的是差动变面积式电容传感器。 传感器由两组定片和一组动片组成。当安装于振动台上的动片上、下改变位置，与两组静片之间的重叠面积发生变化，极间电容也发生相应变化，成为差动电容。如将上层定片与动片形成的电容定为Cx1, 下层定片与动片形成的电容定为Cx2, 当将Cx1 和Cx2 接入桥路作为相邻两臂时，桥路的输出电压与电容量的变化有关，即与振动台的位移有关。 所需单元及部件：

电容传感器、电压放大器、低通滤波器、F/V 表、激振器、示波器。 有关旋钮的初始位置：

差动放大器增益旋钮置于中间，F/V 表置于2V 档，电容放大器增益旋钮置于中间位 置。

实验步骤：

⑴先将差动放大器调零，再按图5.1 接线。

图5.1

⑵F/V 表打到20V ，调节测微头，使输出为零。

⑶转动测微头，每次0.2mm ，记下此时测微头的读数及电压表的读数，直至电容动 片与上（或下）静片覆盖面积最大为止。

⑷退回测微头至初始位置。并开始以相反方向旋动，同上法，记下X （mm ）及U(mV) 值。

⑸计算系统灵敏度S 。S=△U/△X （式中△U 为电压变化，△X 为相应的梁端位移变 化），并作出U-X 关系曲线。

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实验目的：了解霍尔式传感器的原理与特性。

实验原理：霍尔式传感器是由两个环形磁钢组成梯度磁场和位于梯度磁场中的霍尔 元件组成。当霍尔元件通过恒定电流时，霍尔元件在梯度磁场中上、下移动时，输出的霍尔电势U 取决于其在磁场中的位移量X ，所以测得霍尔电势的大小便可获知霍尔元件的静位移。 所需单元及部件：

霍尔片、磁路系统、电桥、差动放大器、F/V 表、直流稳压电源、测微头、振动平 台、主、副电源。 有关旋钮初始位置：

差动放大器增益旋钮打到最小，电压表置20V 档，直流稳压电源置2V 档，主、副 电源关闭。 实验步骤：

⑴了解霍尔式传感器的结构及实验仪上的安装位置，熟悉实验面板上霍尔片的符号。 霍尔片安装在实验仪的振动圆盘上，两个半圆永久磁钢固定在实验仪的顶板上，二者组合成霍尔传感器。

⑵开启主、副电源将差动放大器调零后，增益最小，关闭主电源，根据图6.1 接线， W1、r 为电桥单元的直流电桥平衡网络。

⑶装好测微头，调节测微头与振动台吸合并使霍尔片置于半圆磁钢上下正中位置。 ⑷开启主、副电源，调整W1 和测微头使电压表指示为零。

图6.1

⑸上下旋动测微头，记下电压表的读数，建议每0.5mm 读一个数，将读数填入下表

（记录数据不少于10 组）：

作出U-X 曲线，指出线性范围，求出灵敏度，关闭主、副电源。

可见，本实验测出的实际上是磁场情况，磁场分布为梯度磁场与磁场分布有很大差 异，位移测量的线性度，灵敏度与磁场分布有很大关系。 ⑹实验完结关闭主、副电源，各旋钮置初始位置。 注意事项：

⑴由于磁路系统的气隙较大，应使霍尔片尽量靠近极靴，以提高灵敏度。 ⑵一旦调整好后，测量过程中不能移动磁路系统。 ⑶激励电压不能过2V ，以免损坏霍尔片。

⑸旋动测微头，每隔0.5mm 记下表头读数填入下表（记录数据不少于10 组）：

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实验目的：了解交流激励霍尔片的特性 所需单元及部件：

霍尔片、磁路系统、音频振荡、差动放大器、测微头、电桥、移相器、相敏检敏、 低通滤波器、主、副电源、F/V 表、示波器、振动平台。 有关旋钮初始位置：

音频振荡器1KHz ，放大器增益最大，主、副电源关闭。 实验步骤：

⑴开启主、副电源将差放调零，关闭主、副电源。

⑵调节测微头脱离振动平台并远离振动台。按图6.2 接线，开启主、副电源。将音频 振荡器的频率旋钮置5KHz 、输出幅值调到5V （Up-p 值）。差放增益值最小。 ⑶用手按住振动台产生一个大位移。调节移相器的移相旋钮，使相敏检波器输出全 波检波的图形（低通滤波器输出电压绝对值最大）。然后，调整测微头与平台吸合并使霍尔片位于半圆磁钢上下正中位置。

⑷调节电桥网络中的

W1 和W2，使F/V 表显示零。

图6.2

找出线性范围，计算灵敏度。 注意事项：

交流激励信号必须从电压输出端0 或LV 输出，幅度应限制在峰-峰值5V 以下，以免霍尔产片产生自热现象。

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实验目的：了解霍尔式传感器在静态测量中的应用。 所需单元及部件：

霍尔片、磁路系统、差动放大器、直流稳压电源、电桥、砝码、F/V 表（电压表）、 主、副电源、振动平台。 有关旋钮初始位置：

直流稳压电源置±2V 档，F/V 表置2V 档，主、副电源关闭。 实验步骤：

⑴开启主、副电源，将差动放大器调零，关闭主、副电源。 ⑵调节测微头脱离平台并远离振动台。

⑶按图6.1 接线，开启主、副电源，将系统调零。 ⑷差动放大器增益调至最小位置，然后不再改变。 ⑸在称重平台上放上砝码，填入下表：

⑹在平面上放一个未知重量之物，记下表头读数。根据实验结果作出U-W 曲线，求 得未知重量。

注意事项：

⑴此霍尔传感器的线性范围较小，所以砝码和重物不应太重。 ⑵砝码应置于平台的中间部分。

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实验目的：了解霍尔式传感器在振动测量中的应用。

所需单元及部件：霍尔片、磁路系统、差动放大器、电桥、移相器、相敏检波器、 低通滤波、低频振荡器、音频振荡、振动平台、主、副电源、激振线圈、双线式波器。 有关旋钮初始位置：

差动放大器增益旋钮置最大，音频振荡器1KHz 。 实验步骤：

⑴开启主、副电源，差动放大器输入短接并接地，调零后，关闭主、副电源。 ⑵根据电路图6.3 结构，将霍尔式传感器，电桥平衡网络，差动放大器，电压表连接 起来，组成一个测量线路（电压表应置于20V 档，基本保持上一实验电路。），并将差放增益置中间位置。

⑶开启主、副电源。转动测微头，将振动平台中间的磁铁与测微头分离并远离，使 平台振动时不至于再被吸住（这时振动台处于自由静止状态）。

⑷去除低通滤波器与电压表的连线，将低通滤波器的输出与示波器相连，并将低频 振荡器的输出端与激振线圈相连后再用示波器监测频率。

⑸低频振荡器的幅度旋钮固定至某一位置，调节低频振荡频率（示波器监测频率），

用示波器的另一通道读出低通滤波器输出的峰峰值填入下表（示波器调频旋钮置ms 档）：

图6.3

注意事项：

应仔细调整磁路部分，使传感器工作在梯度磁场中，否则灵敏度将大大下降。 思考：

⑴根据实验结果，可以知道振动平台的自振频率大致为多少。

⑵在某一频率固定时，调节低频振荡器的幅度旋钮，改变平台的振动幅度，通过示波器读出的数据是否可以推算出平台振动时的位移距离。

⑶试想一下，用其它方法来测振动平台振动时的位移范围，并与本实验结果进行比较验证。

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实验目的：了解涡流式传感器的原理及工作性能

实验原理：电涡流式传感器由平面线圈和金属涡流片组成，当线圈中通以高频交变 电流后，与其平行的金属片上产生电涡流，电涡流的大小影响线圈的阻抗Z ，而涡流的 大小与金属涡流片的电阻率、导磁率、厚度、温度以及线圈的距离X 有关。当平面线圈、被测体（涡流片）、激励源已确定，并保持环境温度不变，阻抗Z 只与X 距离有关。将阻抗变化经涡流变换成电压U 输出，则输出电压是距离X 的单值函数。 所需单元及部件：

涡流变换器、F/V 表、测微头、铁测片、涡流传感器、示波器、振动平台、主、副电源。 实验步骤：

⑴装好传感器（传感器对准铁测片安装）和测微头。 ⑵观察传感器的结构，它是一个扁平线圈。

⑶用导线将传感器接入涡流变换器输入端(注意涡流传感器两端接线不能接反) ，将输 出端接至F/V

表，电压置于20V 档，见图7.1，开启主、副电源。

图7.1

⑷用示波器观察涡流变换器输入端的波形。如发现没有振荡波形出现，再将传感器 远离被测体。可见，波形为 波形，振荡频率约为 。 ⑸调节传感器的高度，使其与被测铁片接触，从此开始读数，记下示波器及电压表

建议每隔0.10mm 读数，到线性严重变坏为止。根据实验数据。画出U-X 曲线，指 出大致的线性范围，求出系统灵敏度。（最好能用误差理论的方法求出线性范围内的线性度、灵敏度）。可见，涡流传感器最大的特点是 ，传感器与被测体间有一个最佳初始工作点。实验完毕关闭主、副电源。

注意事项：

被测体与涡流传感器测试探头平面尽量平行，并将探头尽量对准被测体中间，以减 少涡流损失。

⑴传感器在初始时可能会出现一段死区。

⑵此涡流变换器线路属于变频调幅式线路，传感器是振荡器中一个元件，因此被测 材料与传感器输出特性之间的关系与定频调幅式线路不同。

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实验目的：了解被测体材料对涡流传感器性能的影响。 所需单元及部件：

涡流传感器、涡流变换器、铁测片、F/V 表、测微头、铝测片、振动台、主、副电 源。 实验步骤：

⑴安装好涡流传感器，调整好位置。装好测微头。 ⑵按图7.1 接线，检查无误，开启主、副电源。

⑶从传感器与铁测片接触开始，旋动测微头改变传感器与被测体的距离，记录F/V 表读数，到出现明显的非线性为止。然后换上铝测片重复上述过程，结果填入下表（记 录数据不少于10 组，建议每隔0.05mm 读数）：

根据所得结果，在同一坐标系上画出被测体为铝和铁的两条U-X 曲线，按照电涡流 式传感器的静态标定实验的方法计算灵敏度与线性度，比较它们的线性范围和灵敏度。 关闭主、副电源。

可见，这种电涡流式传感器在被测体不同时必须重新进行 工作。

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实验目的：了解电涡流式传感测量振动的原理和方法

所需单元部件：电涡流传感器、涡流变换器、低通滤波器、差动放大器、电桥、铁 测片、直流稳压电源、低频振荡器、激振线圈、F/V 表、示波器、主、副电源。 有关旋钮的初始位置：

差动放大器增益置最小（逆时针到底），直流稳压电源置±4V 档。 实验步骤：

⑴转动测微器，将振动平台中间的磁铁与测微头充分分离，使梁振动时不至于再被 吸住（这时振动台处于自由静止状态），适当调节涡流传感器的高低位置（目测），以电涡流式传感器的静态标定实验的结果（线性范围的中点附近为佳）为参考。 ⑵根据图7.2 的电路结构接线，将涡流传感器探头、涡流变换器、电桥平衡网络、差 动放大器、F/V 表、直流稳压电源连接起来，组成一个测量线路（这时直流稳压电源应置于±4V 档），F/V 表置20V 档，开启主、副电源。

⑶去除差动放大器与电压表连线，将差动放大器的输出与示波器的一个通道连起来， 并将低频振荡器的输出端与示波器的另一通道相连。

⑷固定低频振荡器的幅度旋钮至某一位置（以振动台振动时不碰撞其他部件为好）， 调节频率，调节时用示波器的一个通道监测频率，用示波器的另一个通道读出峰峰值填入下表（示波器调频旋钮置ms

档，记录数据不少于10 组），关闭主、副电源。

图7.2

思考：

⑴根据实验结果，可以知道振动台的自振频率大致是多少？

⑵如果已知被测梁振幅度为0.2mm ，传感器是否一定要安装在最佳工作点？

⑶如果此传感器仅用来测量振动频率，工作点问题是否仍十分重要？

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实验目的：了解电涡流传感器在静态测量中的应用。 所需单元及部件：

涡流传感器、涡流变换器、F/V 表、砝码、差动放大器、电桥、铁测片、主、副电源。 有关旋钮初始位置：

电压表置20V 档，差动放大器置最小。 实验步骤：

⑴按图7.2 的电路接线。

⑵根据实验的结果，调整传感器的位置，使其处于线性范围的始点距离附近处（与 被测体之间的距离为线性始端处附近，目测）。

⑶开启主、副电源，调整电桥单元上的电位器W1，使电压表为零。 ⑷在平台上放上砝码，读出表头指示值，填入下表：

⑸在平台上放一重物，记上电压表读数，根据实验数据作出U-W 曲线，计算灵敏度 及重物的重量。

说明：差动放大器的增益适当，视指示而定。 注意事项：砝码重物不得使位移超出线性范围。

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实验目的：了解磁电式传感器的原理及性能

实验原理：磁电式传感器是一种能将非电量的变化转为感应电动势的传感器，所以 也称为感应式传感器。根据电磁感应定 律，ω匝线圈中的感应电动势e 的大小决定于

穿过线圈的磁通ψ 的变化率：

仪器中的磁电式传感器由动铁与感应线圈组成，永久磁钢做成的动铁产生恒定 的直 流磁场，当动铁与线圈有相对运动时，线圈与磁场中的磁通交链产生感应电势,e 与磁通变化率成正比，是一种动态传感器。 所需单元及部件：

差动放大器、涡流变换 器、激振器、示波器、磁电式传感器、涡流传感器、振动平 台、主、副电源。 有关旋钮的初始位置：

差动放大器增益旋钮置于中间位置，低频振荡器的幅度旋钮置于最小。 实验步骤：

⑴观察磁电式传感器的结构，根据图8.1 的电路结构，将磁电式传感器，差动放大器，

低通滤波器，示波器连接起来，组成一个测量线路，并将低频振荡器的输出端与激振线圈相连（激振线圈另一端接地），开启主、副电源。

图8.1

示波器的一个通道监测频率，用示波器的另一个通道读出峰峰值填入下表（示波器调频旋钮置ms 档，记录数据不少于10 组）：

思考：磁电式传感器的特点？

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实验目的：了解光纤位移传感器的原理结构、性能。

实验原理：反射式光纤位移传感器的工作原理如图9.1 所示，光纤采用Y 型结构， 两束多膜光纤一端合并组成光纤探头，另一端分为两束，分别作为光源光纤和接收光纤，光纤只起传输信号的作用，当光发射器发出的红外光，经光源光纤照射至反射面，

被反射的光经接收光纤至光电转换器将接受到的光纤转换为电信号。其输出的光强决定于反射体距光纤探头的距离，通过对光强的检测而得到的位移量如图9.1 所示。

图9.1

所需单元及部件：

主副电源、差动放大器、F/V 表、光纤传感器、振动台。 实验步骤：

⑴观察光纤位移传感器结构，它由两束光纤混合后，组成Y 形光纤，探头固定在Z 型安装架上，外表为螺丝的端面为半圆分布的光纤探头。

⑵了解振动台在实验仪上的位置（实验仪台面上右边的圆盘，在振动台上贴有反射 纸作为光的反射面。）

⑶如图9.2 接线：因光/电转换器内部已安装好，所以可将电信号直接经差动放大器 放大。

F/V 显示表的切换开关置2V 档，开启主、副电源。

图9.2

⑷旋转测微头，使光纤探头与振动台面接触，调节差动放大器增益适中。调节差动 放大器零位旋钮使电压表读数尽量为零，旋转测微头使贴有反射纸的被测体慢慢离开探头，观察电压读数小-大-小的变化。

⑸旋转测微头使F/V 电压表指示重新回零；旋转测微头，每隔0.1mm 读出电压表的 读数，并将其填入下表：

⑹关闭主、副电源，把所有旋钮复原到初始位置。

⑺作出U-△X 曲线，计算灵敏度S=△U/△X 及线性范围。

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实验目的:了解光纤位移传感器的动态应用。

所需单元及部件：主、副电源、差动放大器、光纤位移传感器、低通滤波器、振动 台、低频振荡器、激振线圈、示波器。 实验步骤：

⑴了解激振线圈在实验仪上所在位置及激振线圈的符号。

⑵在上一实验的电路中接入低通滤波器和示波器，如图9.3 接线。

图9.3

⑶将测微头与振台面脱离，测微头远离振动台。将光纤探头与振动台反射纸的距离 调整在光纤传感器工作点即线性段中点上（利用静态特性实验中的得到的特性曲线，选择线性中点的位置为工作点，目测振动台的反射纸与光纤探头端面之间的相对距离即线性区△X 的中点）。

⑷将低频振荡信号接入振动台的激振线圈上，开启主、副电源，调节低频振荡器的 频率与幅度旋钮，使振动台振动且振动幅度适中；

⑸保持低频振荡器输出的Up-p 幅值不变，改变低频振荡器的频率（用示波器观察低 频振荡器输出频率），将频率和示波器上所测的峰峰值（低通滤波器的输出）填入下表（示波器调频旋钮置ms 档，记录数据不少于10 组），并作出幅频特性图：

⑹关闭主、副电源，把所有旋钮复原到原始最小位置

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实验目的：了解光纤位移传感器的测速应用。 所需单元及部件：

电机控制、差动放大器、小电机、F/V 表、光纤位移传感器、直流稳压电源、主、 副电源、示波器。 实验步骤：

⑴了解电机在实验仪上所在的位置及控制单元。

⑵按图9.4 接线，将差动放大器的增益置最大，F/V 表的切换开关置

2V ，开启主、 副电源。

图9.4

⑶将光纤探头移至电机上方对准电机上的反光纸，调节光纤传感器的高度，使F/V 表显示最大。再用手稍微转动电机，让反光面避开光纤探头。调节差动放大器的调零， 使F/V 表显示接近零。

⑷将直流稳压电源置±10V 档，在电机控制单元的V+处接入+10V 电压，调节转速旋 钮使电机运转。

⑸用示波器观察F/V 表Fo 输出端的转速脉冲信号。

⑹根据脉冲信号的频率及电机上反光片的数目换算出此时的电机转速。 ⑺实验完毕关闭主、副电源，拆除接线，把所有旋钮复原。

注：如示波器上观察不到脉冲波形而实验九（9.1）又正常，请调整探头与电机间的

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实验目的：了解光电式传感器（反射式）测量转速的原理与方法。

实验原理：光电式传感器有反射型和直射型两种，本实验是装置反射型，传感器端 部装有发光管和接收管，发光管发射的光在转盘上反射后被接收管接受转换成电信号， 由于转盘上有黑白相间的2 个间隔，转动时将获得与黑白间隔数有关的脉冲，将脉冲信号计数处理即可得到转速值。 所需单元及元件：

光电传感器、直流电源、测速小电机、电机控制、主、副电源、示波器。 实验步骤：

⑴了解电机在实验仪上所在的位置及控制单元。

⑵光电开关探头装至电机上方对准电机的反光纸，调节高度，使传感器端面离反光 纸表面2—3mm ，将传感器引线分别插入相应插孔，其中红色接入直流电源，黑色为接 地端，蓝色端接入F/V 表的Vi 端，F/V 表置2K 档。

⑶将直流稳压电源置10V 档，在电机控制单元的V+处接入+10V 电压，调节转速旋 钮使电机运转。

⑷用示波器观察F/V 表fo 输出端的转速脉冲信号。

⑸根据脉冲信号的频率及电机上反光片的数目换算出此时的电机转速。 ⑹实验完毕关闭主、副电源，拆除接线，把所有旋钮复原。

注意：如示波上观察不到脉冲波形，请调整探头与电机间的距离，同时检查一下示 波器的输入衰减开关位置是否合适（建议使用不带衰减的探头）。

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实验目的：了解光敏电阻的工作原理结构、性能。

实验原理：入射光子使物质的导电率发生变化的现象，称为光电导效应。硫化镉（Cds) 光敏电阻就是利用光电导效应的光电探测器的典型元件。根据制造方法，其光敏面大至可分为单结晶型、烧结型、蒸空镀膜型。其结构如图9.5 所示，就是将（Cds) 粉末烧结于陶瓷基片上，并在基本上作蛇型电极。通过这样的方法，可增加电极和光敏面的结合部分的长度，从而可以得到大电流。另外，其封装也有种种方法，可根据其可靠性和价格来进行分类。

所需单元及元件：光敏电阻、直流稳压电源、电桥平衡网络中W1电位器、F/V表。 实验步骤：

⑴按图9.6 接线

图9.5 图9.6

⑵将直流稳压电源±4V 接入仪器顶部光敏类传感器盒±4V 端口，光敏类传感器盒地 端口接主面板地。

⑶将光强调节旋钮置最小位，F/V 置2V 档，调节W1 电位使F/V 示值最小。 ⑷慢慢调节光强旋钮，发光二极管亮度增加，注意观察F/V 数字变化。 ⑸电位器每旋转约20°记录一个数据。

根据数据表格，作出实验曲线： 注意事项：

⑴因外界光对光敏元件也会产生影响，实验时应尽量避免的外界光干扰。

⑵如果实验数据不稳，应检查周围是否有人员走、物体移动产生影响所造成的。

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实验目的：了解硅光电池的原理结构、性能。

实验原理：在光照作用下，由于元件内部产生的势垒作用，在结合部使光激发的电 子-空穴分离，电子与空穴分别向相反方向移动而产生电势的现象，称为光伏效应。硅光电池就是利用这一效应制成的光电探测器件。

所需单元及元件：硅光电池、直流稳压电源、数字电压表。 实验步骤：

⑴按图9.7 接线。

图 9.7

⑵电压表置2V 档，直流稳压电源±4V 档。

⑶将+4V 接入仪器顶部光敏类传感器盒+4V 端口，光敏类传感器盒地端口接主面板 地。

⑷将光强调节旋钮关至最小。记录下此时电压表读数，这是外界自然光对硅光电池 的影响。

⑸慢慢调节光强旋钮，发光二极管亮度增加，注意观察电压表数字变化。 ⑹电位器每旋转20°记录一个数据。

根据数据表格，做出实验曲线。

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实验目的：了解压电式传感器的原理、结构及应用。

实验原理：压电式传感器是一种典型的有源传感器（发电型传感器）。压电传感器元 件是力敏感元件，在压力、应力、加速等外力作用下，在电介质表面产生电荷，从而实验非电量的检测。

所需单元及设备：低频振荡器、电荷放大器、低通滤波器、单芯屏蔽线、压电传感 器、双线示波器、激振线圈、磁电传感、F/V 表、主、副电源、振动平台。 有关旋钮的初始位置：

低频振荡器的幅度旋钮置于最小。 实验步骤：

⑴观察压电式传感器的结构，根据图11.1

的电路结构，将压电式传感器，电荷放大 器，低通滤波器，示波器连接起来，组成一个测量线路。并将低频振荡器的输出端与示波器的一个通道相连。

图11.1

⑵将低频振荡器信号接入振动台的激振线圈。

⑶调整好示波器（示波器调频旋钮置ms 档），低频振荡器的幅度旋钮调至中间位置， 调节频率，调节时用示波器监测频率，用示波器的另一通道读出峰峰值填入下表（记录数据不少于10 组）。

思考：

⑴根据实验结果，可以知道振台的自振频率大致多少？

⑵试回答压电式传感器的特点。

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实验目的：了解扩散硅压阻式压力传感器的工作原理和工作情况。

基本原理：扩散硅压阻式压力传感器是利用单晶硅的压阻效应制成的器件，也就变 元件，当它受到压力作用时，应变元件的电阻发生变化，从而使输出电压变化。 所需单元及部件：

主、副电源、直流稳压电源、差动放大器、F/V 显示表、压阻式传感器（差压）、压 力表及加压配件。 旋钮初始位置：

直流稳压电源±4V 档，F/V 表切换开关置于2V 档，差放增益适中或最大，主、副电 源关闭。 实验步骤：

⑴了解所需单元、部件、传感器的符号及在仪器上的位置。(见附录二）

⑵如图

11.3 将传感器及电路连好，注意接线正确，否则易损坏元器件，差放接成同 相反相均可：

图11.3

⑶如图

11.4 接好传感器供压回路，传感器具有两个气咀、一个高压咀一个低压咀， 当高压咀接入正压力时（相对于低压咀）输出为正，反之为负；

图11.4

⑷将加压皮囊上单向调节阀的锁紧螺丝拧松。

⑸开启主、副电源，调整差放零位旋钮，使电压表指示尽可能为零，记下此时电压 表读数。

⑹拧紧皮囊上单向调节阀的锁紧螺丝，轻按加压皮囊，注意不要用力太大，当压力表达到4Kpa 左右时，记下电压表读数，然后每隔这一刻度差，记下读数，并将数据填入 下表：

根据所得的结果计算系统灵敏度S=△U/△P ，并做出U-P 关系曲线，找出线性区域。 当作为压力计使用时，请进行标定。

标定方法：拧松皮囊上的锁紧螺丝，调差放调零旋钮使电压表的读数为零，拧紧锁 紧螺丝，手压皮囊使压力达到所需的最大值40Kpa ，调差动放大器的增益使电压表的指 示与压力值的读数一致，这样重复操作零位、增益调试几次到满意为止。 注意事项：

⑴如在实验中压力不稳定，应检查加压气体回路是否有漏气现象。气囊上单向调节 阀的锁紧螺丝是否拧紧。

⑵如读数误差较大，应检查气管是否有折压现象，造成传感器的供气压力不均匀。 ⑶如觉得差动放大器增益不理想，可调整其“增益”旋钮，不过此时应重新调整零位。 调好以后在整个实验过程中不得再改变其位置。

⑷实验完毕必须关闭主、副电源后再拆去实验连接线。（拆去实验连接线时要注意手 要拿住连接线头部拉起，以免拉断实验连接线。）

问题：差压传感器是否可用作真空度以及负压测试？