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1、实 验 手 册实验1 传感器认知与测试实验1.1实验目的了解和熟悉差动变压器式位移传感器的工作原理及其技术指标。1.2实验要求1、 了解FT81位移传感器的工作原理与特性；2、 测量并记录位移传感器的移动距离与输出电压；3、 画出UoX曲线，根据曲线找出线性区域及进行正、负位移测量时的最佳工作点。1.3实验原理1.3.1基本原理传感器的结构原理如图5-1所示。其中由三个固定绕组和一个活动铁心，而固定绕组的布置形式有两种：图5-1（a）是将初级绕组绕在中间，每个次级绕组分别绕在两端；图5-1（b）是将初级绕组绕在两个磁极绕组的外面。他们的电路原理图均可由图5-1（c）表示。图1-1 差动变压器式
2、位移传感器（a）初级绕组在中间；（b）初级绕组在外面；（c）电路原理图当初级绕组通以交流电时，两个次级绕组均有感应电动势产生。现将两个次级绕组引线的首端分别引出，两个末端接在一起。当铁心置于两个次级绕组中间时对称位置时，则两个次级绕组（W1，W2）所产生的感应电动势之差为零。如果铁心向第一次级绕组W1方向移动，则W1的感应电动势增加，而W2的感应电动势相应地减小，它们的瞬时值方向相同，但大小不同，其差值就是传感器的输出，并且动铁心位移方向不同，还有不同的极性的显示。传感器的输出电势 （51）式中，U1 W1的感应电动势； U2 W2的感应电动势。如果铁心向W2移动时，则有 （52）1.3.2测
3、量电路图5-2所示差动变压器式位移传感器的测量电路。这是属于半波解调测量电路。在其初级绕组W0上不需加400Hz的激磁电压，并要求其幅值及频率恒稳不变，否则将引入测量误差。图1-2 半波解调测量电路另一种测量电路为全波解调电路，并且还包括了提供初级绕组激磁电压，如图5-3所示。图1-3 全波解调测量电路1.3.3FT81位移传感器FT81位移传感器是采用差动变压器(LVDT)原理，传感器内的专用电路产生音频电压为LVDT励磁，同时将LVDT的二次电压解调、滤波成与位移量成线性关系的直流缓变信号后输出。用户使用时只需提供直流稳定电压, 即可获得直流电压输出。如图5-4所示为FT81位移传感器外形
4、与接线图。图1-4 FT81位移传感器外形与接线图u 主要技术条件： 供电电压： 直流612 V环境温度： 0+60温度系数： 零点 0.008 量程 0.02纹波系数： 30 mV(r.m.s.)引出电缆： SBVPV/4x0.3 屏蔽电缆23米 最大外径6.5 mm1.4实验步骤1) 按如图5-6所以连接电源，电源选择直流6-12V；2) 将位移传感器输出端连接至万用表电压档；3) 测量方法：如图5-5示用两把尺子推动传感器的可移动芯，测量可移动芯的长度X 图1-5 测量方法图示（黑色粗线为尺子）4) 寻找零点：将位移传感器的可移动芯从最外缓慢推移到顶，观察万用表读数，记录当输出电压为零的
5、点，用直尺测量可移动芯的长度X，即传感器位移为零的点；5) 测量位移与输出电压将传感器的可移动芯由外往内缓慢的推动，一次测量不同点的位移与输出电压，并将结果记录在表格中。多次重复步骤(3)、(4);6) 作出UoX曲线，并运用最小二乘法分析实验结果，计算传感器的拟合系数。1.5实验结果1、FT81位移传感器实验结果X= a U+b a= b= 组别位移X(mm)Uo(V)组别位移X(mm)Uo(V)1112123134145156167178189191020实验2 实验板认识2.1 实验板介绍网络测控的实验二、三、四在如图2-1所示的多功能信号调理实验板上完成。该实验板包括了放大部分，滤波部
6、分及数据采集部分三大部分功能。其中放大部分由同相放大、反相放大、多级放大及仪用放大四部分组成；滤波部分由低通滤波、高通滤波、带通滤波及带阻滤波四部分组成，并且该滤波部分还包括了信号源的产生及信号的叠加，送给下一级滤波电路进行滤波；数据采集部分包括了数字量输入、数字量输出、模拟量输入及模拟量输出。实验板实物图及主要导线的连接如图2-1所示：滤波部分的12VGND从左至右依次为-12V，GND，+12V从左至右依次为GND，+5V信号源与信号叠加部分的12VGND连接数据采集卡，左负右正AO部分的正输出端AO部分的负输出端，即5VGND开关统一为：向右断开，向左闭合连接数据采集卡左正右负连接数据采
7、集卡上负下正三个灯从左至右依次为-12V，+12V，+5V的灯图2-1 多功能信号调理实验板2.2 电源、信号发生器和示波器的使用1）电源使用：见附录 电源的结构及面板认识 电源的输出及调节 电源使用注意事项2）示波器使用：见附录 示波器的结构及面板认识 示波器的调节 示波器的使用注意事项3）信号发生器的使用：见附录 信号发生器的结构及面板认识 信号发生器的输出及复制频率波形的调节 信号发生器的使用注意事项2.3 实验板的电源连接实验板电源需要+12V，-12V，+5V，学生电源有一个固定的+5V输出，以及两个可调的正电源输出端，因此可按如下步骤进行电源连接：1）将电源上的控制开关分别设置为按
8、下和弹起，即设置两个可调电源为串联方式（SERIES），如图1-3所示：图2-2 电源串联方式若接中间为地，则上下两端的电压为+12V和-12V，如图1-3所示：图2-3 电源连接图2）接电源到实验板上：将学生电源关闭，将实验板上的电源开关设为关闭状态，即开关拨向右边，按如下图1-4所示连接电源：图2-4 电源连接示意图3）打开学生电源：按下“POWER”键，给学生电源供电，此时只有最右边的“CH3”通道输出“+5”的电压，CH1和CH2通道没有输出；再按下“OUTPUT”键，CH1，CH2会输出相应设置的电压。4）检测实验板电源：用万用表测量实验板上各电源端与地端的电源是否正确，若有错误，请
9、重复上述步骤，不要打开实验板上电源的开关，以免损坏实验板上其它器件。若检查正确，依次打开电源开关，若对应的电源指示灯亮，关闭实验板上的电源开关，进行下一步实验。注意：l 在下面的实验中，电源连线不变；l 在每一个实验结束时，关闭电源开关，再进行下一个实验；l 在下面的实验中，若要查找对应端子的地线如图1-1中所示实验板中所示；28实验3 信号放大实验3.1 实验目的学习放大器的工作原理及其技术指标，熟悉常用的几种放大器的设计和使用。3.2 实验要求1、设计同相放大器，观察信号变化。2、设计反相放大器，观察信号变化。3、设计多级放大器，观察信号变化。4、设计仪用放大器，观察信号变化。3.3 实验
10、原理3.3.1 放大部分实物图：同相放大输入端反相放大输入端多级放大输入端同相放大输出端反相放大输出端多级放大输出端仪用放大输出端仪用放大输入端图2-1 放大部分实物图3.3.2 实验原理1、同相放大：图2-2同相放大原理图同相放大器具有较大的输入阻抗。其原理图如上图所示，理想增益为：本实验中选取R1为1K，Rf为5K可调电阻。这样，可算得该同相放大电路的放大增益为16倍。2、反相放大图2-3单级反相放大原理图反相放大器的基本电路图如上图所示，理想状态下，反相放大器是一个比例放大器，闭环增益为：本实验中选取R1为1K，Rf为5K可调电阻。这样，可算得该反相放大电路的放大增益为：接近05倍。3、
11、多级放大图2-4多级放大原理图多级放大器的基本电路图如上图所示，理想增益为： 通常R2，R3和R4为给定值，R1用可变电阻代替，调节R1的值，即可改变电压增益。本实验中选取R2，R3和R4均为1K，选取R1为总阻值是200的电位器。可算得，本实验板中多级放大的增益范围为：111倍。4、仪用放大图2-5仪用放大原理图本实验板的仪用放大部分采用的是精密仪表放大器AD620芯片。输入信号接入的是由一组贴在有机玻璃上的应变片构成，其中一片是横着贴，起到温度补偿的作用，另一片是竖着贴，是在有压力作用时真正产生形变而使电桥不平衡，产生压差的信号源，这两个应变片的总阻值均为1K。AD620的基本特点是精确度
12、高、使用简易、低噪声，并且只需一个电阻即可设定增益范围11000倍。AD620的放大增益关系式为：Af = 1 + 49.4K / AMP其中Af为放大倍数，AMP为该增益对应的电阻值。3.4 实验步骤注意事项：信号发生器和示波器的红色为正端，黑色为负端；实验板的正负端在板子上已注明。仪用放大的输入是接入由应变片构成的电桥电路，然后通过仪用放大电路对信号进行放大。3.4.1 同相放大1） 电源选择：闭合实验板中电源部分三个开关中的左边和中间开关即可，即选择+12V，-12V电源；2） 设置输入信号：用信号发生器产生任意频率和幅度的正弦信号（由于实验限制，幅值不能过大，否则会出现失真现象）；信号
13、发生器基本用法：波形设置：常用波形的选择：按下信号发生器【shift】键后再按下波形键，可以选择正弦波、方波、三角波、升锯齿波、脉冲波五种常用波形。同时波形显示区显示相应的波形符号。例如：选择方波，按键顺序如下：【shift】【方波】调节信号幅度：按【幅度】键，显示出当前幅度值。可用数据键或调节旋钮输入幅度值，这时仪器输出端口即有该幅度的信号输出。例如：设定幅度值峰峰值4.6V，按键顺序如下：【幅度】【4】【】【6】【Vpp】 （可以用调节旋钮输入）对于“正弦”、“方波”、“三角”、“升锯齿”和“降锯齿”波形，幅度值的输入和显示有三种格式：峰峰值Vp-p、有效值Vrms和dBm值，可以用不同的
14、单位输入。对于其它波形只能输入和显示峰峰值Vp-p或直流数值（直流数值也用单位Vpp和mVpp输入）。调节信号频率：频率设定：按【频率】键，显示出当前频率值。可用数据键或调节旋钮输入频率值，这时仪器输出端口即有该频率的信号输出。例如：设定频率值5.8kHz，按键顺序如下：【频率】【5】【】【8】【kHz】 （可以用调节旋钮输入）或者：【频率】【5】【8】【0】【0】【Hz】 （可以用调节旋钮输入）显示区都显示5.80000000 kHz。周期设定：信号的频率也可以用周期值的形式进行显示和输入。如果当前显示为频率，再按【频率/周期】键，显示出当前周期值，可用数据键或调节旋钮输入周期值。例如：设定周期值10ms，按键顺序如下：
