传感器实验七-九

一、实验目地：了解运算放大器构成的移相电路和它的原理及工作情况。

二、基本原理：图5为移相电路示意图，由移相器电路结构图可求得该电路的闭环增益G(s)

1G(S)R1R4R4R5W1C1S(R2R1)R5R2 W2C2S1W1C1S1jW1C1(R2R1)1R4R5R5R2 则 G(j)R1R4jW2C21jW1C112(12C2W22)(C12W1221)42C1C2W1W2G(j)2(12C2W22)(1C12W122)

当R1R2W1R4R510K时有：

G(j)1

12W1C1C2W22CWCW2211tg22C1C2W1W211CWCW2211 由正切三角函

数半角公式可得：

21W1C1C2W2tg2arctg  2CWWC22111tg22tg2从上式可以看出，调节电位器W2将产生相应的相位变化。

三、需用器件与单元：移相器/相敏检波器/低通滤波器模块、音频振荡器、双线（双踪）示波器（自备）、直流稳压电源±15V。

四、实验步骤：

1、了解移相器原理，即通过调节电位器使交流信号产生相位的变化。

180o插2、将音频振荡器的信号引入移相器的输入端（音频信号从0o、口输出均可），将±15V电源及地线接入移相器模块，合上主控箱电源。

3、将示波器的两根线分别接到移相器的输入和输出端，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相移范围。 五、思考题：

1、根据基本原理公式，分析本移相器的工作原理，并解释所观察到的现象。

注意事项：本实验台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都有些畸变，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。

实验八 相敏检波器实验

一、实验目的：了解相敏检波器的原理及工作情况。

二、基本原理：相敏检波器模块示意图如下所示，图中Vi 为输入信号端，Vo 为输出端，AC为交流参考电压输入端，DC为直流参考电压输入。当有脉冲符号的两个端子为附加观察端。

三、需用器件与单元：移相器/相敏检波器/低通滤波器模块、音

频振荡器、双踪示波器（自备）、直流稳压电源±15V、±2V、转速/频率表、数显电压表。

四、旋钮初始位置：转速/频率表置频率档，音频振荡器频率为4KHz 左右，幅度置最小（逆时针到底），直流稳压电源输出置于±2V档。

五、实验步骤：

1、了解移相器/相敏检波器/低通滤波器模块上的符号布局，接入电源±15V及地线。

2、根据如下的电路进行接线，将音频振荡器的信号0输出端和移相器及相敏检波器输入端Vi 相接，把示波器两根输入线分别接至相敏检波器的输入端Vi 和输出端Vo 组成一个测量线路。

3、将主控台电压选择拨段开关拨至±2V档位，改变参考电压的极性（通过DC端输入+2V或者-2V），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，输入和输出反相。

4、调整好示波器，调整音频振荡器的幅度旋钮，示波器输出电压为峰-峰值4V，通过调节移相器和相敏检波器的电位器，使相敏检波器的输出Vo 为全波整流波形。

六、思考题：

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）。

实验九 交流全桥的应用——振动测量实验

一、实验目的：了解利用交流电桥测量动态应变参数的原理与方法。

二、基本原理：对于交流应变信号用交流电桥测量时，桥路输出的波形为一调制波，不能直接显示其应变值，只有通过移相检波和滤波电路后才能得到变化的应变信号，此信号可以从示波器读得。

三、需用器件与单元：音频振荡器、低频振荡器、万用表（自备）、应变式传感器实验模块、移相/相敏检波/低通滤波器模块、振动源模块、示波器（自备）。

四、实验步骤：

1、应变式传感器实验模块上的应变传感器不用，改为转动、振动模块振动梁上的应变片（即振动模块上的应变输出，应变片以按全桥方式连接）。

2、按振动台模块上的应变顺序，用连接线插入应变传感器实验模块上。组成全桥。接线时应注意连接线上每一个插头的意义，对角线的阻值为350Ω左右，若二组对角线阻值均为350Ω，则接法正确。

3、按图接线，接好交流电桥调平衡电路及系统（音频振荡器接Lv输出端接全桥电路一端，另一端接Lv的“地”端），

R8、Rw1、C、Rw2为交流电桥调平衡网络，同时将模块左上方拨段开关拨至“交流”档，检查接线无误后，合上主控箱电源开关，将音频振荡器的频率调节到5KHz左右，幅度调节到10VPP（频率可用数显表Fin监测，幅度可用示波器监测）。将Rw3顺时针调节到最大，用

示波器观察Vo1或Vo2（如果增益不够大，则Vo1接入IC4）,调节电位器

Rw1和Rw2使得示波器显示接近直线（示波器的电压轴为0.1V/div，

时间轴为0.1ms/div）。且用手按动圆盘，波形幅值有明显变化。将示波器接入相敏检波的输出端，观察示波器的波形，调节Rw1、Rw2、Rw4 以及移相器和相敏检波器的旋钮，使示波器显示的波形无高低且最小（参考位置：示波器二栋Y轴为0.1V/div，X轴为0.2ms/div），用手按下振动圆盘（且按住不放），调节移相器与相敏检波器旋钮（前面实验已介绍移相器和相敏检波器原理），使示波器显示的波形有检波趋向，即显示如下波形：

4、将低频振荡器输出接入振动模块低频输入插孔，调节低频振荡器输出幅度和频率使振动台（圆盘）明显振动（调节频率和幅度时应缓慢调节）。

5、调节示波器电压轴为50mv/div或100mv/div、X轴为10ms/div或5ms/div或2ms/div，用示波器观察差动放大器输出端（调幅波）和相敏检波器输出端（解调波）及低通滤波器输出端（包络线波形——传感器信号）波形，调节实验电路中各电位器旋钮，用示波器观察各环节波形，体会电路中各电位器的作用。在应变梁振动时，观察

Vo（或Vo2）波形，此时为接近包络线。 1（或Vo2）将Vo连接到相敏检波器Vi 。观察此时相敏检波器输出1Vo 波形。此时接近

再观察此时低通滤波器输出端为正弦波

调节电位器使各波形接近理论波形，并使低通滤波器输出波形不

失真，并且峰-峰值最大。

6、固定低频振荡器幅度旋钮位置不变，低频输出端接入数显单元的Fin，把数显表的切换开关打到频率档监测低频频率。调节低频输出频率，用示波器读出低通滤波器输出Vo的电压峰-峰值，填入表1-5。

表1-5 f (Hz) Vo (p-p) 从实验数据得振动梁的自振频率为__________Hz。 五、思考题：

1、在交流电桥测量中，对音频振荡器频率和被测梁振动频率之间有什么要求？

2、请归纳直流电桥和交流电桥的特点。 小结：

电阻应变式传感器从1938年开始使用到目前，仍然是当前称重测力的主要工具，电阻应变式传感器最高精度可达万分之一甚至更高，除电阻应变片、丝直接以测量机械、仪器及工程结构等的应变外，主要是与种种形式的弹性体相配合，组成各种传感器和测试系统。如称重、压力、扭矩、位移、加速度等传感器，常见的应用场合如各种商用电子秤、皮带秤、吊钩秤、高炉配料系统、汽车衡、轨道衡等。