1、传感器实验 实验实验1 应变片与直流电桥应变片与直流电桥一、金属箔式应变片性能一、金属箔式应变片性能单臂电桥单臂电桥 实验目的：实验目的：了解金属箔式应变片，单臂单桥的工作原理和工作情况。了解金属箔式应变片，单臂单桥的工作原理和工作情况。实验原理：实验原理：当电桥平衡（或调整到平衡）时，输出为零，当桥臂电阻当电桥平衡（或调整到平衡）时，输出为零，当桥臂电阻变化时，电桥产生相应输出。变化时，电桥产生相应输出。实验过程：实验过程：差动放大器调零；差动放大器调零；测量电路连接；测量电路连接；测微头调整水平；测微头调整水平；开启电源，调整电桥平衡电位器，使电桥平衡；开启电源，调整电桥平衡电位器，使电桥
2、平衡；旋转测微头，记录测量数据。旋转测微头，记录测量数据。RXR2R1RX电桥W2W1rcnFCkWWrRRR20222110350321AR2R1RxVrR3W1-4V+4V传感器实验 注意事项：注意事项：关掉电源接线。注意电源不能短接，接线完成上电时先检查电源线关掉电源接线。注意电源不能短接，接线完成上电时先检查电源线是否短接；是否短接；F/V表打到表打到2V档，如实验过程中指示溢出则改为档，如实验过程中指示溢出则改为20V档；档；实验时位移起始点不一定在实验时位移起始点不一定在10mm处，可根据实际情况而定；处，可根据实际情况而定；为确保实验过程中输出指示不溢出，差动放大增益不宜过大，可
3、先为确保实验过程中输出指示不溢出，差动放大增益不宜过大，可先置中间位置，如测得的数据普遍偏小，则可适当增大，但一旦设定，置中间位置，如测得的数据普遍偏小，则可适当增大，但一旦设定，在整个实验过程中不能改变。在整个实验过程中不能改变。传感器实验二、金属箔式应变片：单臂、半桥、全桥比较二、金属箔式应变片：单臂、半桥、全桥比较 实验目的：实验目的：验证单臂、半桥、全桥的性能。验证单臂、半桥、全桥的性能。实验原理：实验原理：当电桥平衡（或调整到平衡）时，输出为零，当桥臂电阻当电桥平衡（或调整到平衡）时，输出为零，当桥臂电阻变化时，电桥产生相应输出。变化时，电桥产生相应输出。实验过程：实验过程：差动放大
4、器调零；差动放大器调零；单臂桥测量电路连接；测微头调整水平；选择适当的放大增益；开单臂桥测量电路连接；测微头调整水平；选择适当的放大增益；开启电源，调整电桥平衡电位器，使电桥平衡；旋转测微头，记录测量启电源，调整电桥平衡电位器，使电桥平衡；旋转测微头，记录测量数据；数据；半桥测量电路连接；测微头调整水平；保持增益不变；开启电源，半桥测量电路连接；测微头调整水平；保持增益不变；开启电源，调整电桥平衡电位器，使电桥平衡；旋转测微头，记录测量数据；调整电桥平衡电位器，使电桥平衡；旋转测微头，记录测量数据；全桥测量电路连接；测微头调整水平；保持增益不变；开启电源，全桥测量电路连接；测微头调整水平；保持
5、增益不变；开启电源，调整电桥平衡电位器，使电桥平衡；旋转测微头，记录测量数据。调整电桥平衡电位器，使电桥平衡；旋转测微头，记录测量数据。AR2R1RxVrR3W1-4V+4V传感器实验注意事项：注意事项：关掉电源接线。注意电源不能短接，接线完成上电时先检查电源线是否短关掉电源接线。注意电源不能短接，接线完成上电时先检查电源线是否短接。直流稳压电源打到接。直流稳压电源打到4V4V档，不能打得过大，以免损坏应变片或造成严重档，不能打得过大，以免损坏应变片或造成严重自热效应（读数不稳定）；自热效应（读数不稳定）；F/VF/V表打到表打到2V2V档，如实验过程中指示溢出则改为档，如实验过程中指示溢出则
6、改为20V20V档；档；实验时位移起始点不一定在实验时位移起始点不一定在10mm10mm处，可根据实际情况而定；处，可根据实际情况而定；为确保实验过程中输出指示不溢出，差动放大增益不宜过大，可先置中间为确保实验过程中输出指示不溢出，差动放大增益不宜过大，可先置中间位置，如测得的数据普遍偏小，则可适当增大，但一旦设定，在整个实验位置，如测得的数据普遍偏小，则可适当增大，但一旦设定，在整个实验过程中不能改变；过程中不能改变；在更换应变片时应将电源关闭。将放大器接成差动形式，否则系统不能正在更换应变片时应将电源关闭。将放大器接成差动形式，否则系统不能正常工作；常工作；将放大器接成差动形式，否则系统不
7、能正常工作；将放大器接成差动形式，否则系统不能正常工作；接半桥和全桥时注意区别各应变片的工作状态与方向，应变方向相同的接接半桥和全桥时注意区别各应变片的工作状态与方向，应变方向相同的接相对桥臂，应变方向不同的接相邻桥臂。相对桥臂，应变方向不同的接相邻桥臂。传感器实验实验实验2 应变片与交流电桥应变片与交流电桥相敏检波原理：相敏检波原理：W 1 51KR5 2.2K(控制端控制端)直流直流OutInR222KR130KR330KA1A2R430K场效应管交流交流说明：输出信号与输入信号同频率，输出信号的相位受控制端的信号控制。说明：输出信号与输入信号同频率，输出信号的相位受控制端的信号控制。IN
8、 OUT1 2 345 AC6DC传感器实验 1.直流控制：直流控制：直流控制端接正电压时：在A2的输入端，V V；A2的输出为负电源电压，场效应管反偏，漏极、源极断开。于是：inoutuu即：输入、输出信号相位相同。直流控制端接负电压时：在A2的输入端，V V；A2的输出为正电源电压，场效应管正偏，漏极、源极短路接地。于是：inoutuRwu411w41Rw inoutuu调节，使，则有：即：输入、输出信号相位相反。传感器实验 2.交流控制：交流控制：如果输入和控制端输入同频同相的交流信号，则输出为正向全半波。如果输入和控制端输入同频反相的交流信号，则输出为负向全半波。输入端控制端输出端输入
9、端控制端输出端00低通滤波(取平均)低通滤波输出为正电压输出为负电压传感器实验 3.相敏检波的作用：相敏检波的作用：在交流电桥中在交流电桥中如果：如果：ZZZ1ZZZ2，则：则：ZZUUio2即：检波后输出正直流电压即：检波后输出正直流电压 如果：如果：ZZZ1，ZZZ2则：则：ZZUUio2即：检波后输出负直流电压即：检波后输出负直流电压 传感器实验对A1有：移相器原理：移相器原理：R4 10KOutW2 10KA2R3 10KInC1 6800PA1R1 10KW1 100KRF 10KC2 0.1uUoUiV-V+1RUVRVUiFo即：iFFoURRVRRU11)1(iiUCWjCWj
10、UCjWWVV111111111而：则：)()()1()1(111111111111111ACWjRRCWRjRRRRCWjCWjUUFFFio)()(22 AUUoout同理有：传感器实验移相器的在传感器应用中的作用：移相器的在传感器应用中的作用：传感器的激励信号、电源为交流电压时，输出一般也是同频率的交传感器的激励信号、电源为交流电压时，输出一般也是同频率的交流电压，但输出电压的相位一般与激励电压的相位不一致。流电压，但输出电压的相位一般与激励电压的相位不一致。如果要将交流输出信号转化为直流输出，首先要得到与输出信号相如果要将交流输出信号转化为直流输出，首先要得到与输出信号相位一致的控制信
11、号（由激励信号源经过移相器获得），然后再进行相敏位一致的控制信号（由激励信号源经过移相器获得），然后再进行相敏检波，这样就可得到与交流输出信号幅值成比例的直流信号，以便应用检波，这样就可得到与交流输出信号幅值成比例的直流信号，以便应用（如（如A/DA/D转换）。转换）。设置电路其他条件，如 、等，使输入、输出相位关系具有以下形式：当 时，输出与输入相位一致；)1)()(121Wfkarctg2W2C1)(1Wf当 时，输出相位超前输入相位；1)(1Wf当 时，输出相位滞后输入相位；1)(1Wf式中，为一正数，且与 有关。k1W传感器实验一、相敏检波器、移相器实验一、相敏检波器、移相器实验 实验
12、目的：实验目的：了解相敏检波器的工作原理和工作情况。了解相敏检波器的工作原理和工作情况。实验原理：实验原理：相敏检波利用参考端电压的极性不同，导致输入相敏检波利用参考端电压的极性不同，导致输入输出相输出相位发生改变的原理。位发生改变的原理。实验过程：实验过程：直流控制实验。直流控制；观察相敏检波器的输入、输出波形的相直流控制实验。直流控制；观察相敏检波器的输入、输出波形的相位和幅值关系；位和幅值关系；交流控制实验。音频交流控制实验。音频0输出到相敏检波器输入端；音频输出到相敏检波器输入端；音频0输出经输出经移相器到相敏检波器交流控制端；调整移相器使两信号同相位；观察移相器到相敏检波器交流控制端
13、；调整移相器使两信号同相位；观察相敏检波器的输入、输出波形；相敏检波器的输入、输出波形；低通滤波。相敏检波器的输出经滤波器接到低通滤波。相敏检波器的输出经滤波器接到F/V表；调整音频振荡幅表；调整音频振荡幅度，观察相敏检波器的输出波形和度，观察相敏检波器的输出波形和F/V表读数关系；输入信号反相后表读数关系；输入信号反相后重复上述观测。重复上述观测。可见，相敏检波器、移相器、低通滤波器组合后可用可见，相敏检波器、移相器、低通滤波器组合后可用来测量交流信号的幅值；来测量交流信号的幅值；测出相敏检波器的输入电压峰峰值和输出直流电压的关系。测出相敏检波器的输入电压峰峰值和输出直流电压的关系。传感器实
14、验注意事项：注意事项：关掉电源接线。注意电源不能短接，接线完成上电时先检查电源线是否短关掉电源接线。注意电源不能短接，接线完成上电时先检查电源线是否短接；接；由于作为电子开关的场效应管由于作为电子开关的场效应管3DJ7H3DJ7H性能所限，相敏检波器输出有两个半性能所限，相敏检波器输出有两个半波不一样的现象；波不一样的现象；W1 51KR5 2.2K513264R2 22KR1 30KR3 30KA1A2R4 30K场效应管3DJ7HIN OUT1 2 345 AC6DC传感器实验二、金属箔式应变片二、金属箔式应变片交流电桥交流电桥 实验目的：实验目的：了解交流供电的四臂应变片电桥的工作原理、
15、特点及其应了解交流供电的四臂应变片电桥的工作原理、特点及其应用。用。实验原理：实验原理：原理同直流电桥，但供桥电源为交流，差放的输出值也为原理同直流电桥，但供桥电源为交流，差放的输出值也为交流电压。交流电压。实验过程：实验过程：差动放大器调零；差动放大器调零；交流电桥测量电路连接，如下图所示；交流电桥测量电路连接，如下图所示；调整移相器使调整移相器使F/V读数最大；读数最大；调整电桥平衡；调整电桥平衡；记录实验结果；记录实验结果；电子秤实验；电子秤实验；传感器实验4KHz(0)4KHz（LV）VPP1020VW2CW1R2R1R3R4rV21/传感器实验注意事项：注意事项：关掉电源接线。注意电
16、源不能短接，接线完成上电时先检查电源线是否短关掉电源接线。注意电源不能短接，接线完成上电时先检查电源线是否短接；接；将放大器接成差动形式，否则系统不能正常工作；将放大器接成差动形式，否则系统不能正常工作；组桥时注意区别各应变片的工作状态与方向，应变方向相同的接相对桥臂，组桥时注意区别各应变片的工作状态与方向，应变方向相同的接相对桥臂，应变方向不同的接相邻桥臂；应变方向不同的接相邻桥臂；如果紧接着做后续的实验，则不要变动音频振荡器的幅度旋钮及差动放大如果紧接着做后续的实验，则不要变动音频振荡器的幅度旋钮及差动放大器的增益旋钮；器的增益旋钮；如如F/VF/V表跳动较大，适当调整差动放大器之调零电位器；表跳动较大，适当调整差动放大器之调零电位器；做电子秤应用实验时，砖码应尽量放在应变梁端部的正中间，且悬壁梁系做电子秤应用实验时，砖码应尽量放在应变梁端部的正中间，且悬壁梁系统的自由端部不得有与外部相碰擦。统的自由端部不得有与外部相碰擦。传感器实验传感器实验传感器实验传感器实验传感器实验传感器实验
