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1、实验十六 差动变压器的应用振动测量实验 一、 实验目的: 了解差动变压器测量振动的方法。 二、 基本原理：参阅实验十二、实验十五。当差动变压器的衔铁连接杆与被测体连接时就能检测到被测体的位移变化或振动。 三、 需用器件与单元：机头中的振动台、差动变压器；显示面板中音频振荡器、低频振荡器；调理电路面板传感器输出单元中的电感、激振；调理电路面板中的电桥、差动放大器、移相器、相敏检波器、低通滤波器；双踪示波器(自备)。 四、实验步骤： 1、调节测微头远离振动台，不能妨碍振动台的上下运动。按图16示意接线。 图16差动变压器振动测量接线示意图2、将音频振荡器和低频振荡器的幅度电位器逆时针轻轻转到底（幅
2、度最小），并调整好 有关部分。调整如下：（1）检查接线无误后合上主、副电源开关。用示波器 正确选择双线 （双踪）示波器的“触发”方式及其它(TIME/DIV ：在0.5mS0.1mS范围内选择；VOLTS/DIV：1V5V范围内选择)设置 监测音频振荡器L V的频率和幅值，调节音频振荡器的频率、幅度旋钮使LV输出46KHz左右、V p-p=5V的激励电压。（2）将差动放大器的增益电位器顺时针方向缓慢转到底，再逆时针回转1/2。用示波器观察相敏检波器输出，再用手往下压住振台 的同时调节移相器的移相电位器，使示波器显示的波形为一个全波整流波形（如相邻波形谷 底不在同一水平线上，则调节差动放大器的调
3、零旋钮使相邻波形谷底在同一水平线上）。（3）释放振动台（振动台处于自然状态），再仔细调节电桥单元中的W1和W2(二者反复交替调节)，释放振动台（振动台处于自然状态），再仔细调节电桥单元中的W 1和W2 (二者反复交替调节)，使示波器（相敏检波器输出）显示的波形幅值很小，接近为一水平线。3、将低频振荡器的频率调到8 Hz 左右，调节低频振荡器幅度旋钮，使振动台振动较为明显（如振动不明显再调节频率）。用示波器 正确选择双线（双踪）示波器的“触发”方式及其它(TIME/DIV ：在50mS20mS范围内选择；VOLTS/DIV：1V0.1V范围内选择)设置 观察差动放大器（调幅波）、相敏检波器及低通
4、滤波器（传感器信号）输出的波形。 4、分别调节低频振荡器的频率和幅度的同时观察低通滤波器（传感器信号）输出波形 的周期和幅值。5、作出差动放大器、相敏检波器、低通滤波器的输出波形。实验完毕，关闭电源。五、 实验结果：1.相敏检波器的波形图如图所示：2.差动放大器的波形图如图所示：3.低通滤波器的波形图：六、实验总结：实验十七 电涡流传感器位移特性实验一、实验目的：了解电涡流传感器测量位移的工作原理和特性。二、基本原理：电涡流式传感器是一种建立在涡流效应原理上的传感器。电涡流式传感器由传感器线圈和被测物体（导电体金属涡流片）组成，如图 17.1.1 所示。根据电磁感应原理，当传感器线圈（一个扁平
5、线圈）通以交变电流（频率较高，一般为 1MHz2MHz）I1 时，线圈周围空间会产生交变磁场 H1，当线圈平面靠近某一导体面时，由于线圈磁通链穿过导体，使导体的表面层感应出呈旋涡状自行闭合的电流 I2，而 I2 所形成的磁通链又穿过传感器线圈，这样线圈与涡流“线圈”形成了有一定耦合的互感，最终原线圈反馈一等效电感，从而导致传感器线圈的阻抗 Z 发生变化。我们可以把被测导体上形成的电涡等效成一个短路环，这样就可得到如图 17.1.2 的等效电路。图中 R1、L1 为传感器线 图 17.1.1 电涡流传感器原理图 图 17.1.2 电涡流传感器等效电路图 圈的电阻和电感。短路环可以认为是一匝短路线
6、圈，其电阻为 R2、电感为 L2。线圈与导体间存在一个互感 M，它随线圈与导体间距的减小而增大。 根据等效电路可列出电路方程组： 通过解方程组，可得 I1、I2 。因此传感器线圈的复阻抗为：线圈的等效电感为：线圈的等效 Q 值为：由式 Z、L 和式可以看出，线圈与金属导体系统的阻抗 Z、电感 L 和品质因数值都是该系统互感系数平方的函数，而从麦克斯韦互感系数的基本公式出发，可得互感系数是线圈与金属导体间距离 x(H)的非线性函数。因此 Z、L、均是的非线性函数。虽然它整个函数是一非线性的，其函数特征为S型曲线，但可以选取它近似为线性的一段。其实 Z、L、的变化与导体的电导率、磁导率、几何形状、
7、线圈的几何参数、激励电流频率以及线圈到被测导体间的距离有关。如果控制上述参数中的一个参数改变，而其余参数不变，则阻抗就成为这个变化参数的单值函数。当电涡流线圈、金属涡流片以及激励源确定后，并保持环境温度不变，则只与距离 x 有关。于此，通过传感器的调理电路（前置器）处理，将线圈阻抗Z、L、的变化转化成电压或电流的变化输出。输出信号的大小随探头到被测体表面之间的间距而变化，电涡流传感器就是根据这一原理实现对金属物体的位移、振动等参数的测量。为实现电涡流位移测量，必须有一个专用的测量电路。这一测量电路（称之为前置器，也称电涡流变换器）应包括具有一定频率的稳定的震荡器和一个检波电路等。电涡流传感器位
8、移测量实验框图如图 172 所示：图 172 电涡流位移特性实验原理框图 根据电涡流传感器的基本原理，将传感器与被测体间的距离变换为传感器的 Q 值、等效阻抗 Z 和等效电感 L 三个参数，用相应的测量电路（前置器）来测量。 本实验的涡流变换器为变频调幅式测量电路，电路原理与面板如图 173 所示。 图 173 电涡流变换器原理图与面板图 电路组成：Q1、C1、C2、 C3 组成电容三点式振荡器，产生频率为 1MHz 左右的正弦载波信号。电涡流传感器接在振荡回路中，传感器线圈是振荡回路的一个电感元件。振荡器作用是将位移变化引起的振荡回路的 Q 值变化转换成高频载波信号的幅值变化。D1、 C5、
9、L2、 C6 组成了由二极管和 LC 形成的 形滤波的检波器。检波器的作用是将高频调幅信号中传感器检测到的低频信号取出来。Q2 组成射极跟随器。射极跟随器的作用是输入、输出匹配 以获得尽可能大的不失真输出的幅度值。 电涡流传感器是通过传感器端部线圈与被测物体（导电体）间的间隙变化来测物体的振动相对位移量和静位移的，它与被测物之间没有直接的机械接触，具有很宽的使用频率范围（从 010Hz） 。当无被测导体时，振荡器回路谐振于 f0，传感器端部线圈 Q0 为定值且最高，对应的检波输出电压 Vo 最大。当被测导体接近传感器线圈时，线圈 Q 值发生变，振荡器的谐振频率发生变化，谐振曲线变得平坦，检波出
10、的幅值 Vo 变小。Vo 变化反映了位移的变化。电涡流传感器在位移、振动、转速、探伤、厚度测量上得到应用。 三、需用器件与单元：机头中的振动台、测微头、电涡流传感器、被测体(铁圆片 )；显示面板中的 FV 表（或电压表） ；调理电路面板传感器输出单元中的电涡流、调理电路面板中的涡流变换器；示波器（自备） 。 四、实验步骤：1、调节测微头初始位置的刻度值为 5mm 处，松开电涡流传感器的安装轴套紧固螺钉，调整电涡流传感器高度与电涡流检测片相帖时拧紧轴套紧固螺钉并按图 174 示意接线。 图 174 电涡流传感器位移特性实验接线示意图 2、将电压表（F V 表）量程切换开关切换到 20V 档，检查
11、接线无误后合上主、副电源开关（在涡流变换器输入端可接示波器观测振荡波形） ，记下电压表读数，然后逆时针调节测微头微分筒每隔 0.1mm 读一个数，直到输出 Vo 变化很小为止并将数据列入表 17。 表 17 电涡流传感器位移 X 与输出电压数据 X（mm） 11 10.9 10.8 10.7 10.6 10.5 10.4 Vo(V) -1 -1.04 -1.11 -1.13 -1.14 -1.18 -1.21 X（mm 6 5.9 5.8 5.7 5.6 5.5） Vo(V) -1.92 -1.92 -1.92 -1.92 -1.92 -1.933、根据表 17 数据作出 V X 实验曲线。在
12、实验曲线上截取线性较好的区域作为传感器的位移量程计算灵敏度和线性度（可用最小二乘法或其它拟合直线） 。电 涡 流 传 感 器 输 出 电 压-2.5-2-1.5-1-0.501110.910.810.710.610.5 10.4 6 5.9 5.8 5.7 5.6 5.5位 移 （ mm）电压（mv） 电 压 （ mv）灵 敏 度 曲 线y = 0.678x - 3.4538-5051015202511 10.9 10.8 10.7 10.6 10.5 10.4 6 5.9 5.8 5.7 5.6 5.5位 移 （ mm）灵敏度 S线 性 (S)4、实验完毕，关闭所有电源。五、实验总结：通过本次实验了解电涡流传感器测量位移的工作原理和特性，发现当我们逆时针调节测微头微分筒时，调节到一定的直到输出 Vo 变化很小
