信号与测试技术实验报告 电感式传感器实验-尹丽丽李梦昱.docxVIP

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：?2V 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  SEQ 图 \* ARABIC 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程为： 式中，W 为电感线圈的匝数； ?为空气的??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  SEQ 图 \* ARABIC 2 差动变压器结构原理图 图  SEQ 图 \* ARABIC 3 差动变压器位移-输出特性 图  SEQ 图 \* ARABIC 4 差动变压器原理图 图  SEQ 图 \* ARABIC 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  SEQ 图 \* ARABIC 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 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  SEQ 图 \* ARABIC 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  SEQ 图 \* ARABIC 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： （1）差动变压器连接与测试（在电感式传感器实验模块上） ①如图4所示差动变压器原理接线，初级线圈（绿色导线）接到“初级线圈插孔”；次级 线圈（白色导线和蓝色导线）分别连接“次级线圈”的“L01”和“L02”；信号发生器的输出与示波器的1通道连接至初级线圈（注意：信号发生器的地和示波器的地相连，再连接至初级线圈的一端）；示波器的2通道连接至次级线圈；两个次级线圈串接（其中的一根蓝线和一根白线相连）。 ②示波器1通道灵敏度调至500mv/格，2通道调至10mv/格。 ③连接实验模块与电源，其中电缆的橙蓝线为+12V，白蓝线为-12V，隔离皮（金色） 为地，切记勿接错！ ④打开微机电源开关，打开信号发生器电源开关，打开示波器电源开关。 ⑤调节示波器可显示两路波形。按下信号发生器的“sine”按钮，选择正弦信号，设置信号发生器输出信号 Vp-p 值为2V；调整信号发生器的信号频率，观察示波器2通道使波形不失真为好，信号频率约10kHz。 ⑥前后移动改变变压器磁芯在线圈中位置，观察示波器第2通道所示波形能否过零翻转， 如不翻转则改变次级两个线圈的串接端序，使其为反向串接。 ⑦思考示波器显示波形与调幅波的关系。 （2）电桥和差动放大器的连接与测试 连接见图1。连接电感式传感器实验模块和实验模块公共电路的地。 ①电感式传感器实验模块上电桥中的电容 C 的右端连接至差动变压器二次线圈的另一个白色导线端，同时连接至实验模块公共电路的差动放大器的 Vi+端；电桥中的电阻 R 的左端连接至