实验4感测.docx

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实验4感测

本科学生综合性实验报告

项目组长学号

成员

专业电子信息工程班级班

实验项目名称＿＿振动测量实验＿＿＿＿

指导教师及职称＿＿彭向东＿＿教授＿＿

开课学期2012至＿2013学年二学期

上课时间2013年5月22日

学生实验报告

学生姓名

学号

同组人：

实验项目

振动测量实验

■必修□选修

□演示性实验□验证性实验□操作性实验■综合性实验

实验地点

枫林物华楼W207

实验仪器台号

D05

指导教师

彭向东

实验日期及节次

2013.5.22，1.2节

一．实验综述

1.实验目的及要求

1）．了解差动变压器的工作原理和特性。

2）．了解差动变压器零点残余电压补偿方法。

3）．了解差动变压器测量振动的原理和方法

4）．了解压电传感器测量振动的原理和方法

2.基本原理：

1）．变压器由一只初级线圈和二只次线圈及铁芯组成，根据内外层排列不同，有二段式和三段式，本实验采用三段式结构。

当传感器随着被测体移动时，由于初级线圈和次级线圈之间的互感发生变化促使次级线圈感应电势产生变化，一只次级感应电势增加，另一只感应电势则减少，将两只次级反向串接，就引出差动输出。

其输出电势则反映出被测体的移动量。

2）．由于差动变压器二只次级线圈的等效参数不对称，初级线圈的纵向排列的不均匀性，二次级的不均匀、不一致，铁芯B－H特性的非线性等，因此在铁芯处于差动线圈中间位置时其输出电压并不为零。

称其为零点残余电压。

3）．压电式传感器由惯性质量块和受压的压电片等组成。

（观察实验用压电加速度结构）工作时传感器感受与试件相同频率的振动，质量块便有正比于加速度的交变力作用在晶片上，由于压电效应，压电晶片上产生正比于运动加速度的表面电荷。

3.实验所需部件：

音频振荡器、差动放大器模板、压电式传感器、压电式传感器实验模块、移相器、相敏检波器、滤波模板、数显单元、低频振荡器、示波器、直流稳压电源。

二．实验过程（实验步骤、记录、数据、分析）

1.根据图4－1，将差动变压器装在差动变压器实验模板上。

图1差动变压器电容传感器安装示意图

1.在模块上按图2接线，音频振荡器信号必须从主控箱中的Lv端子输出，调节音频振荡器的频率，输出频率为4－5KHz（可用主控箱的频率表输入Fin来监测）。

调节输出幅度为峰－峰值Vp-p＝2V（可用示波器监测：

X轴为0.2ms/div）。

图中1、2、3、4、5、6为连接线插座的编号。

接线时，航空插头上的号码与之对应。

当然不看插孔号码，也可以判别初次级线圈及次级同名端。

判别初次线图及次级线圈同中端方法如下：

设任一线圈为初级线圈，并设另外两个线圈的任一端为同名端，按图4－2接线。

当铁芯左、右移动时，观察示波器中显示的初级线圈波形，次级线圈波形，当次级波形输出幅度值变化很大，基本上能过零点，而且相应与初级线圈波形（Lv音频信号Vp-p＝2ｖ波形比较能同相或反相变化，说明已连接的初、次级线圈及同名端是正确的，否则继续改变连接再判别直到正确为止。

图中

（1）、

（2）、（3）、（4）为实验模块中的插孔编号。

图2双踪示波器与差动变压器连结示意图

2.旋动测微头，使示波器第二通道显示的波形峰－峰值Vp-p为最小，这时可以左右位移，假设其中一个方向为正位移，另一个方向位称为负，从Vp-p最小开始旋动测微头，每隔0.2mm从示波器上读出输出电压Vp-p值，填入下表1，再人Vp-p最小处反向位移做实验，在实验过程中，注意左、右位移时，初、次级波形的相位关系。

3.实验过程中注意差动变压器输出的最小值即为差动变压器的零点残余电压大小。

根据表1画出Vop-p－X曲线，作出量程为±1mm、±3mm灵敏度和非线性误差。

4．按图3接线进行零点残余电压补偿实验。

音频信号源从LV插口输出，实验模板R1、C1、RW1、RW2为电桥单元中调平衡网络。

图3零点残余电压补偿电路

5．利用示波器调整音频振荡器输出为2V峰－峰值。

6．调整测微头，使差动放大器输出电压最小。

7．依次调整RW1、RW2，使输出电压降至最小。

8．将第二通道的灵敏度提高，观察零点残余电压的波形，注意与激励电压相比较。

9．从示波器上观察，差动变压器的零点残余电压值（峰－峰值）。

（注：

这时的零点残余电压经放大后的零点残余电压＝V零点p-p／K，K为放大倍数）

10．将差动变压器按图4，安装在台面三源板的振动源单元上，进行振动测量实验。

图4差动变压器振动测量安装图

11．按图5接线，并调整好有关部分。

调整如下：

（1）检查接线无误后，合上主控台电源开关，用示波器观察LV峰-峰值，调整音频振荡器幅度旋钮使V=2V，

（2）利用示波器观察相敏检波器输出，调整传感器连接高度，使示波器显示的波形幅度为最小。

（3）仔细调节RW1和RW2使示波器（相敏检波器）显示的波形幅度更小，基本为零点。

（4）用手按住振动平台（让传感器产生一个大位移）仔细调节移相器和相敏检波器的旋钮，使示波器显示的波形为一个接近全波整流波形。

（5）松手，整流波形消失为一条接近零点线。

（否则再调节RW1和RW2）。

将低频振荡器输出接入振动源的低频输入端，调节低频振荡器的幅度旋钮和频率旋钮，使振动平台振荡较为明显。

用示波器观察放大器VO相敏检波器的VO及低通滤波器的VO波形。

图5差动变压器测振幅系统原理图

12．保持低频振荡器的幅度不变，改变振荡频率用示波器观察低通滤波器的输出，读出峰-峰电压值，记下实验数据。

填入下表2

13．保持低频振荡器的频率不变，改变振荡幅度,用示波器观察低通滤波器的输出，读出峰－峰电压值，记下实验数据，得到振幅与电压峰值曲线（定性）。

14．取走差动变压器实验模块,将低频振荡器信号接入到台面三源板振动源的激励源插孔。

15．将压电传感器输出两端插入到压电传感器实验模块两输入端，见图6，与传感器外壳相连的接线端接地，另一端接R1。

将压电传感器实验模块电路输出端VO1接R6。

将压电传感器实验模块电路输出端VO2,接入低通滤波器输入端Vi,低通滤波器输出VO与示波器相连。

图6压电式传感器性能实验接线图

16．合上主控箱电源开关,调节低频振荡器的频率和幅度旋钮使振动台振动,观察示波器波形。

17．改变低频振荡器的频率,观察输出波形变化。

18．用示波器的两个通道同时观察低通滤波器输入端和输出端波形。

19．根据实验结果作出梁的振幅――频率特性曲线，指出自振频率的大致值

注意事项：

选择低频激振电压幅值不要过大，以免梁在自振频率附近振幅过大

三．结论

1.实验现象：

2.实验结果

f（Hz）

10.46

11.46

13.4

14.06

15.45

14.91

16.43

17.81

Vp-p（V）

20.41

20.4

8.8

7.28

6.48

5.60

4.96

4.00

表1振荡频率与输出电压

图7差动变压器式传感器振幅电压波形图

表2振荡幅度与输出电压

A（mm）

8.47

9.06

10.6

11.6

12.6

13.6

14.6

6.6

7.6

Vp-p（V）

5.6

3.8

7.6

5.8

5.2

8.8

5.2

4.8

5

图8压电式传感器振幅电压波形图

2、分析讨论

这次实验是通过差动变压器和压电传感器分别测量振幅。

并将振幅转换成电压的幅度输出到示波器中，这次实验让我了解差动变压器的工作原理和特性、差动变压器零点残余电压补偿方法、差动变压器测量振动的原理和方法以及压电传感器测量振动的原理和方法。

我理解了如何将振动幅度信号转换成电压信号，从实验结果来分析可知，当振动频率越大时，输出的电压反而越小，我想这是因为当振动的频率提高时，振动的幅度会变小，从而导致了输出的电压减小。

从压电式传感器的实验数据就可以证实这个结论，当振动幅度变大时，输出电压会摆动变大，是呈上升趋势，但是却是摆动的，我想这是因为压电式传感器的反应速度有关。

总之从这次实验我复习了有关变压器和压电式传感器的有关知识，让我受益匪浅。

思考题：

1.如何用电涡流传感器进行振动测量实验?

答：

（1）将被测体（铁圆片）放在振动源的振动台中心点上，按图4-8安装电涡流传感器（传感器对准被测体）并按图接线如图4-8所示：

。

图25电涡流传感器测振动安装、接线示意图

（2）将主机箱上的低频振荡器幅度旋钮逆时针转到底（低频输出幅度为零）；电压表的量程切换开关切到20V档。

仔细检查接线无误后开启主机箱电源。

调节升降杆高度，使电压表显示为2V左右即为电涡流传感器的最佳工作点安装高度（传感器与被测体铁圆片静态时的最佳距离）。

（3）调节低频振荡器的频率为8Hz左右，再顺时针慢慢调节低频振荡器幅度旋钮，使振动台小幅度起振（振动幅度不要过大，电涡流传感器非接触式测微小位移）。

用示波器[正确选择示波器的“触发”方式及其它（TIME/DIV：

在50mS～20mS范围内选择；VOLTS/DIV：

0.5V～50mV范围内选择）设置]监测涡流变换器的输出波形；再分别改变低频振荡器的振荡频率、幅度，分别观察、体会涡流变换器输出波形的变化。

2.如何用磁电传感器进行振动测量实验?

答：

磁电式传感器是一种能将非电量的变化转化为感应电动势的传感器，利用感应电动势的大小可检测振动的大小。

将1-30Hz低频振荡器输出端接入C、D端，幅度调至最小，见图3-2。

调整好示波器，将示波器探头接在TP1端。

低频振荡器的输出幅度固定在某一定值上，调节频率旋钮，读数可在频率计上读去，用示波器读出峰值。

四、指导教师评语及成绩：

评语：

成绩：

指导教师签名：

批阅日期：