一、 實驗目的：
1．了解電容式感測器結構及其特點
2．了解霍爾式感測器原理與應用
3．了解電渦流感測器的工作原理和效能
4．了解光纖位移感測器的工作原理和效能。
二、 基本原理：
利用平板電容c＝εa／d和其它結構的關係式通過相應的結構和測量電路可以選擇ε、a、d中三個引數中，保持二個引數不變，而只改變其中乙個引數，則可以有測穀物乾燥度（ε變）、測微小位移（變d）和測量液位（變a）等多種電容感測器。
根據霍爾效應，霍爾電勢uh＝khib，當霍爾元件處在梯度磁場中運動時，它就可以進行位移測量。
通以高頻電流的線圈產生磁場，當有導電體接近時，因導電體渦流效應產生渦流損耗，而渦流損耗與導電體離線圈的距離有關，因此可以進行位移測量。
傳光型光纖，它由兩束光纖混合後，組成y型光纖，半園分布即雙d型一束光纖端部與光源相接發射光束，另一束端部與光電轉換器相接接收光束。兩光束混合後的端部是工作端亦稱探頭，它與被測體相距x，由光源發出的光纖傳到端部出射後再經被測體反射回來，另一束光纖接收光訊號由光電轉換器轉換成電量，而光電轉換器轉換的電量大小與間距x有關，因此可用於測量位移。
三、 實驗所需部件：電容感測器、電容感測器實驗模板、霍爾感測器實驗模板、霍爾感測器、電渦流感測器實驗模板、電渦流感測器、光纖感測器、光纖感測器實驗模板、測微頭、數顯單元、直流穩壓源、導線若干。
四、 實驗步驟：
1、 按圖1－1安裝示意圖將測微頭和電容感測器裝於電容感測器模板上。將感測器引線插頭插入實驗模板的插座中。
2、 將電容感測器實驗模板的輸出端vo1與數顯表單元vi相接(插入主控箱vi孔),rw調節到中間位置。
圖1－1電容感測器位移實驗接線圖
3、 接入±15v電源旋動測微頭推進電容器感測器動極板位置，每間隔0.2mm記下位移x與輸出電壓值v，填入表1－1。
表1－1電容式感測器位移x與輸出電壓v
根據表（1－1）資料，計算電容感測器的系統靈敏度s和非線性誤差δf。
4、 霍爾感測器按圖1－2安裝。將感測器引線插頭插入實驗模板的插座中,實驗模板的連線按圖1－3進行連線。1、3為電源±4v,2、4為輸出。
5、 開啟電源，調節測微頭使霍爾片在磁鋼中間位置，再調節rw1使數顯表指示為零。
6、 測微頭向軸向方向推進，每轉動0.2mm記下乙個讀數，直到讀數近似不變，將讀數填入表1－2。
表1－2 霍爾感測器位移x與輸出電壓v
作出v－x曲線，計算不同線性範圍時的靈敏度和非線性誤差。
圖1－2 霍爾感測器安裝示意圖
表2－圖1－3霍爾感測器位移――直流激勵實驗接線圖
7、根據圖1－4安裝電渦流感測器。
8、觀察感測器結構，這是乙個平繞線圈。
9、將電渦流感測器輸出線接入實驗模板上標有l的兩端插孔中，作為振盪器的乙個元件，見圖1－5。
10、在測微頭端部裝上鐵質金屬圓片,作為電渦流感測器的被測體。
圖1－4 電渦流感測器安裝示意圖
圖1－5電渦流感測器位移實驗接線圖
11、將實驗模板輸出端vo與數顯單元輸入端vi相接。數顯表量程切換開關選擇電壓20v。
12、從主控台接入+15v直流電源到實驗模板上標有＋15v的插孔中。
13、使測微頭與感測器線圈端部接觸，開啟主控箱電源開關,記下數顯表讀數，然後每隔0.2mm讀乙個數，直到輸出幾乎不變為止。將結果列入表1－3。
表1－3電渦流感測器位移x與輸出電壓v
14、將原鐵圓片換成銅圓片，重複上述步驟，進行被測體為銅圓片時的位移特性測試，記入表1－4。
表1－4被測體為銅圓片時的位移與輸出電壓資料
15、據表1－3、1－4資料，畫出v－x曲線，根據曲線找出線性區域及進行正、負位移測量時的最佳工作點，試計算量程為1mm、3 mm及5mm時的靈敏度和線性度。
16、根據圖1－6安裝光纖位移感測器，二束光纖插入實驗板上的座孔上。其內部已和發光管d及光電轉換管t 相接。
圖1－6光纖感測器安裝示意圖
17、將光纖實驗模板輸出端vo1與數顯單元相連，見圖1－7。
圖1－7光纖感測器位移實驗接線圖
18、調節測微頭，使探頭與反射面圓平板接觸。
19、實驗模板接入±15v電源，合上主控箱電源開關，調rw使數顯表顯示為零。
20、旋轉測微頭，被測體離開探頭，每隔0.1mm讀出數顯表值，將其填入表1－5。
表1－5光纖位移感測器輸出電壓與位移資料
根據表1－5資料，作光纖位移感測器的位移特性，計算在量程1mm時靈敏度和非線性誤差。
五、思考題：
1、 本實驗中霍爾元件位移的線性度實際上反映的是什麼量的變化？
2、 當被測體為非金屬材料如何利用電渦流感測器進行測試？
3、 在電渦流感測器測位移的實驗中如果將銅圓片換成鋁圓片，在相同的條件下輸出的電壓與原來相比是 1)偏大 2)偏小 3)一樣大
4、 在相同條件下金屬圓片面積的大小與輸出電壓有無關係?
一、 實驗目的：
1．了解差動變壓器的工作原理和特性。
2．了解差動變壓器零點殘餘電壓補償方法。
3．了解差動變壓器測量振動的原理和方法
4．了解壓電感測器測量振動的原理和方法
二、 基本原理：
1．變壓器由乙隻初級線圈和二隻次線圈及鐵芯組成，根據內外層排列不同，有二段式和三段式，本實驗採用三段式結構。當感測器隨著被測體移動時，由於初級線圈和次級線圈之間的互感發生變化促使次級線圈感應電勢產生變化，乙隻次級感應電勢增加，另乙隻感應電勢則減少，將兩隻次級反向串接，就引出差動輸出。其輸出電勢則反映出被測體的移動量。
2．由於差動變壓器二只次級線圈的等效引數不對稱，初級線圈的縱向排列的不均勻性，二次級的不均勻、不一致，鐵芯b－h特性的非線性等，因此在鐵芯處於差動線圈中間位置時其輸出電壓並不為零。稱其為零點殘餘電壓。
3．壓電式感測器由慣性質量塊和受壓的壓電片等組成。(觀察實驗用壓電加速度結構)工作時感測器感受與試件相同頻率的振動，質量塊便有正比於加速度的交變力作用在晶元上，由於壓電效應，壓電晶元上產生正比於運動加速度的表面電荷。
三、 實驗所需部件：
音訊振盪器、差動放大器模板、壓電式感測器、壓電式感測器實驗模組、移相器、相敏檢波器、濾波模板、數顯單元、低頻振盪器、示波器、直流穩壓電源。
四、 實驗步驟：
1、 根據圖2－1，將差動變壓器裝在差動變壓器實驗模板上。
圖2－1差動變壓器電容感測器安裝示意圖
2、 在模組上按圖2－2接線，音訊振盪器訊號必須從主控箱中的lv端子輸出，調節音訊振盪器的頻率，輸出頻率為4－5khz（可用主控箱的頻率表輸入fin來監測）。調節輸出幅度為峰－峰值vp-p＝2v（可用示波器監測：x軸為0.
2ms/div）。圖中1、2、3、4、5、6為連線線插座的編號。接線時，航空插頭上的號碼與之對應。
當然不看插孔號碼，也可以判別初次級線圈及次級同名端。判別初次線圖及次級線圈同中端方法如下：設任一線圈為初級線圈，並設另外兩個線圈的任一端為同名端，按圖2－2接線。
當鐵芯左、右移動時，觀察示波器中顯示的初級線圈波形，次級線圈波形，當次級波形輸出幅度值變化很大，基本上能過零點，而且相應與初級線圈波形（lv音訊訊號vp-p＝2ｖ波形比較能同相或反相變化，說明已連線的初、次級線圈及同名端是正確的，否則繼續改變連線再判別直到正確為止。圖中（1）、（2）、（3）、（4）為實驗模組中的插孔編號。
3、 旋動測微頭，使示波器第二通道顯示的波形峰－峰值vp-p為最小，這時可以左右位移，假設其中乙個方向為正位移，另乙個方向位稱為負，從vp-p最小開始旋動測微頭，每隔0.2mm從示波器上讀出輸出電壓vp-p值，填入下表2－1，再人vp-p最小處反向位移做實驗，在實驗過程中，注意左、右位移時，初、次級波形的相位關係。
圖2－2 雙蹤示波器與差動變壓器鏈結示意圖
4、 實驗過程中注意差動變壓器輸出的最小值即為差動變壓器的零點殘餘電壓大小。根據表2－1畫出vop-p－x曲線，作出量程為±1mm、±3mm靈敏度和非線性誤差。
表2－1 差動變壓器位移x值與輸出電壓資料表
5、按圖2－3接線進行零點殘餘電壓補償實驗。音訊訊號源從lv插口輸出，實驗模板r1 、c1 、rw1 、rw2為電橋單元中調平衡網路。
圖2－3零點殘餘電壓補償電路
6、利用示波器調整音訊振盪器輸出為2v峰－峰值。
7、調整測微頭，使差動放大器輸出電壓最小。
8、依次調整rw1、rw2，使輸出電壓降至最小。
9、將第二通道的靈敏度提高，觀察零點殘餘電壓的波形，注意與激勵電壓相比較。
10、從示波器上觀察，差動變壓器的零點殘餘電壓值（峰－峰值）。（注：這時的零點殘餘電壓經放大後的零點殘餘電壓＝v零點p-p／k，k為放大倍數）
11、將差動變壓器按圖2－4，安裝在檯面三源板的振動源單元上，進行振動測量實驗。
圖2－4 差動變壓器振動測量安裝圖
12、按圖2－5接線，並調整好有關部分。調整如下：（1）檢查接線無誤後，合上主控台電源開關，用示波器觀察lv峰-峰值，調整音訊振盪器幅度旋鈕使v=2v，（2）利用示波器觀察相敏檢波器輸出，調整感測器連線高度，使示波器顯示的波形幅度為最小。
（3）仔細調節rw1和rw2使示波器（相敏檢波器）顯示的波形幅度更小，基本為零點。（4）用手按住振動平台（讓感測器產生乙個大位移）仔細調節移相器和相敏檢波器的旋鈕，使示波器顯示的波形為乙個接近全波整流波形。（5）鬆手，整流波形消失為一條接近零點線。
（否則再調節rw1和rw2）。將低頻振盪器輸出接入振動源的低頻輸入端，調節低頻振盪器的幅度旋鈕和頻率旋鈕，使振動平台振盪較為明顯。用示波器觀察放大器vo相敏檢波器的vo及低通濾波器的vo波形。
圖2－5 差動變壓器測振幅系統原理圖
13、保持低頻振盪器的幅度不變，改變振盪頻率用示波器觀察低通濾波器的輸出，讀出峰-峰電壓值，記下實驗資料。填入下表2－2
14、保持低頻振盪器的頻率不變，改變振盪幅度,用示波器觀察低通濾波器的輸出，讀出峰－峰電壓值，記下實驗資料，得到振幅與電壓峰值曲線(定性)。
感測器技術實驗指導書
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