电感式传感器实验指导书-2013版.pdfVIP

电感式传感器实验 1 实验目的 了解电感式传感器的基本组成及工作原理； 了解差动变压器的基本结构及原理，通过实验验证差动变压器的基本特性； 了解移相器的工作原理； 了解相敏检波器的工作原理； 2 实验仪器 电感式传感器实验模块 实验模块公共电路 示波器：DS5062CE 信号发生器：DG1011型 稳压电源：±12V 万用表VC9806 电源连接电缆2根 螺旋测微仪 3 实验原理 （1）实验框图 电感式传感器实验框图如图1所示。 图1 电感式传感器实验框图 从图中看到，实验系统包括差动变压器、电桥、差动放大器、移相器、相敏检波器、低 通滤波器、信号源、电压表，另外还包括示波器。 （2）差动变压器结构及原理 电感式传感器是一种将位置量的变化转为电感量变化的传感器。电感元件的基本特性方 2 W  S 程为：L 0 2 W 式中， 为电感线圈的匝数； 0 为空气的导磁率； S 为气隙的截面积；  为气隙长度； L 为电感量。 差动变压器就是一种电感式传感器。 差动变压器由衔铁、初级线圈和次级线圈组成，初级线圈是差动变压器激励，相当于变 压器原边；次级线圈由两个结构尺寸和参数相同的线圈反相串接而成，相当于变压器副边。 差动变压器是开磁路，工作是建立在互感基础上的，其原理及输出特性见图2、图3和图4。 差动变压器的输出为调幅信号，反映了位移的大小和方向，只有经过相应电路才能提取 出这两个信息。如图5所示，其中，（a）为调制信号（位移），（b）为载波信号，（c）为调幅 信号。 图2 差动变压器结构原理图 图3 差动变压器位移-输出特性 图4 差动变压器原理图 图5 调幅波形 （3）差动变压器零残电压及补偿 由于衔铁在中间位置时，次级输出不为0，因此存在零点残余电压。 零点残余电压的影响：造成差动变压器零点附近的不灵敏区； 此电压经过放大器会使放大器未级趋向饱和，影响电路正常工作。 零点残余电压的补偿：从设计和工艺制作上尽量保证线路和磁路的对称。 采用相敏检波电路。 选用补偿电路。 （4）电桥及差动放大电路 电路如图6所示。 图6 电桥及差放电路 其功能为：对信号进行放大，进行零点残余电压补偿。 （5）移相器 移相器电路示意如图7所示。通过对电路的闭环增益的推导，可得  2  1 R C C W  2arctg 2 1 2  C W  R C   2 2 1  此式为移相器输出信号和输入信号之间的相移。调节W 可改变相移。 图7 移相器示意图 （6 ）相敏检波器 相敏检波电路如图8所示：图中①为输入信号端，②为交流参考电压输入端，③为检波 信号输出端，④为直流参考电压输入端。 当②、④端输入控制电压信号时，通过差动电路的作用使D 和J 处于开或关的状态，从而把 ①端输入的正弦信号转换成全波整流信号。 图8 相敏检波器 4 实验步骤 实验连接图如图1所示。实验步骤如下