图2－2电涡流传感器位移实验接线图
2、观察传感器结构，这是一个平绕线圈。
3、将电涡流传感器输出线接入实验模板上标有L的两端插孔中，作为振荡器的一个元件。 4、在测微头端部装上铁质金属圆片，作为电涡流传感器的被测体。
5、将实验模板输出端Vo与数显单元输入端Vi相接。数显表量程切换开关选择电压20V档。。
6、用连结导线从主控台接入15V直流电源接到模板上标有＋15V的插孔中。
7、使测微头与传感器线圈端部接触，开启主控箱电源开关，记下数显表读数，然后每隔0.2mm读一个数，直到输出几乎不变为止。将结果列入表2－1。 表2－1电涡流传感器位移X与输出电压数据 X（mm） V(v) 2.0 9.30 4.2 10.76 0 4.76 2.2 9.54 4.4 10.78 0.2 5.51 2.4 9.75 4.6 10.79 0.4 6.17 2.6 9.92 4.8 10.80 0.6 6.76 2.8 10.08 5.0 10.81 0.8 7.27 3.0 10.23 5.2 10.81 1.0 7.69 3.2 10.37 1.2 8.09 3.4 10.49 1.4 8.44 3.6 10.60 1.6 8.75 3.8 10.69 1.8 9.04 4.0 10.73 8、根据表2－1数据，画出V－X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，试计算量程为1mm、3 mm及5mm时的灵敏度和线性度（可以用端基法或其它拟合直线）。
五、 思考题：
1、电涡流传感器的量程与哪些因素有关，如果需要测量±5mm的量程应如何设计传感器？ 2、用电涡流传感器进行非接触位移测量时，如何根据量程选用传感器。
3、 传感器动态性能标定实验
一、 实验目的
1、 了解电涡流位移传感器和压电加速度传感器的结构、工作原理及其应用。 2、 熟悉电涡流位移传感器和压电加速度传感器灵敏度标定所用仪器。
3、 掌握电涡流位移传感器和压电加速度传感器动态灵敏度标定的校准台法，了解其他的标
定方法。
二、 实验原理
（一）、压电加速度传感器灵敏度标定
1、灵敏度
压电加速度传感器的灵敏度有两种表示方法：当它与电荷放大器配合使用时，用电荷灵敏
Sq=度Sq表示。即：
Q(PC/msa2)与电压放大器配合使用时用电压灵敏度Sv表示。即： 式中 Q------压电传感器输出电荷（PC）；
Sv=Ua(mV/ms2)a Ua-----压电传感器的开路电压（mV）； a-------被测加速度（ms-2）。
因为Ua=Q/(Ca+Cc)，所以有：Sq= Sv(Ca+Cc)。其中：Ca为传感器自身电容；Cc为电缆电容。
2、压电加速度传感器灵敏度的标定方法
实验室常用的标定方法一般有校准台法、比较法和互易法三种。
（1）、校准台法 加速传感器校准台是一个能产生一定频率和一定加速度峰值的振动台。例如，本实验中所使用的“JX-3B型振动传感器校准仪”，其内部可产生频率为10Hz—1280Hz、加速度峰值为2.5m/s2—100m/s2(传感器重量?100g)的标准正弦加速度信号。其电路原理框图如图1所示。将被标定的加速度传感器直接安装在振动系统的台面上，使其承受峰值为10m/s2加速度的振动，根据前置放大器的输出电压值便可确定传感器的灵敏度值。这种标定方法的标定精度为?2%。注意电荷放大器是先将加速度传感器输出的电荷量转换成电压量，然后再经放大输出。确定传感器的电荷灵敏度时，要考虑放大器的增益。
振 荡器 加速度调节 驱动线圈
输入1、2 功率驱动速度输出 仪表表头 电源 图1 校准台电路原理图 （2）、比较法 此方法是取一个经过计量部门标定过的加速度传感器和前置放大器作为基准，与需求校准的加速度传感器作对比试验，确定被标定传感器的灵敏度。标定时，将被标定传感器与基准传感器按背靠背的方式装在同一轴线上，承受同样的振动。分别测量出被标定传感器与基准传感器的输出振动量，然后折算出被标定传感器的灵敏度。
（3）、互易法 此法不是通过直接测量振动量来确定灵敏度，而是应用互易原理，采用测
量其他电量的方法求得灵敏度。一般情况下可以用两个同类型的加速度传感器进行互易，也可以用加速度传感器与振动台内部的速度线圈进行互易。这种方法的标定精度可达到0.5%。
（二）、电涡流位移传感器灵敏度标定
电涡流位移传感器实质上是一个扁平状线圈，它与电容组成并联谐振回路，如图2所示。其谐振频率为
被 I ω0=
1L1C测 L1 导 C V0 体 d 图2 并联谐振回路
在测量以前，传感器远离被测导体，线圈中通以一定频率的交变电流I，此时回路阻抗最大。当线圈与导体间距离x改变时，由线圈与电容组成的并联谐振回路的阻抗会改变，回路输出电压随之变化，电压V0与距离x存在一定关系，即V0=h(x)，如图3 所示。由输出电压的大小便可测得距离x的量值。
X
V0
图3 并联谐振回路输出电压与距离之间的关系
电涡流位移传感器的灵敏度值Sv可按下式求得：
V0Sv=(mv/μm)x（三）、传感器和测量系统的动态特性标定
传感器和测量系统的动态特性标定的目的是确定传感器和测量系统的频率使用范围、误差和相位特性。通过幅频特性可确定测量系统的频响和幅值误差，通过相频特性可确定测量系统的输入和输出之间的相位差。本实验主要测量幅频特性。
当振动台的振幅恒定，改变其振动频率，测量出被标定传感器相应于各频率下的输出量。以频率比f/fn（振动台的激励频率和传感器固有频率之比）为横坐标，以幅值比Ai/A0（被标定传感器的输出值与振动台输入信号幅值之比）为纵坐标，即可得幅频特性曲线。幅频特性
1ζ=12阻尼比?。
11Am12曲线的平直部分即为理想的动态范围。从幅频特性曲线上读取峰值Am，由下式求得传感器的
求传感器的固有频率fn以下两种情况：当标定位移传感器时，传感器的固有频率远小于振动频率，这时位移传感器的固有频率为：
fn=f1频率为：
2ζ2当标定加速度传感器时，传感器的固有频率远大于振动频率，这时加速度传感器的固有
fn=
f1ζ2三、 实验装置
1、JX-3 型振动传感器校准仪 一台 2、DHF-3型电荷放大器 一台 3、双踪示波器 一台 4、85745 系列前置器 一台 5、YD-1型压电式传感器 一个 6、电涡流位移传感器 一个 7、数字万用表 一个
四、 实验内容及步骤
（一）、YD-1型压电式加速度传感器灵敏度标定
1、 将加速度传感器用M5螺丝头固定在校准仪振动台面上。 注意：安装传感器时应使用传感器固定扳手，以防损坏校准仪振动台弹簧。
2、 将被标定的加速度传感器与电荷放大器的输入端连接；将电荷放大器的输出端与数字万用表的交流电压输入端连接，输入电压一般应小于2V。实验仪器连接框图如图4所示。
注意：电荷放大器的设置请参考DHF-3型电荷放大器的使用说明。
速度计
电荷放数字万用表 校准台 大器 双踪示波器 图4 加速度传感器灵敏度标定实验仪器框图
3、 将“频率选择”开关置于“80Hz”。在标定传感器时，一般应将频率定在“80Hz”。 4、 将“功能选择”开关置于“加速度”位置。
5、 将“增益调节”电位器调至最小；然后将电源开关置于“开”。
6、 调节“增益调节” 电位器，使校准台振动加速度输出幅值为10(m/s2)。此时显示窗示值为：10.0。
7、 用示波器观察电荷放大器输出电压的波形，应为不失真的正弦波；同时，用数字万用表的交流电压挡测量电荷放大器的输出电压。
8、 根据电荷放大器输出电压的实测值和电荷放大器在输入加速度为10(m/s2)时的标准输出电压值，即可计算出被测传感器的标定误差。
误差?标准值?实测值标准值?100%注意：标准值是由电荷放大器设置所决定的输出电压的理想值。当输入加速度为10m/s2时，电荷放大器的理想输出电压值应为1V（峰值），则数字万用表上的理想电压值读数应为707.00mV（有效值）。亦即理想电压灵敏度应该为SV理=10mV/ms-2， 若传感器总电容值为800PF时，理想电荷灵敏度为：
SQ理=8.00PC/ms-2。
9、 加速度传感器实际电荷灵敏度标定值为：
SQ实?P?B?a(PC/ms?2)A式中：P----电荷放大器输出电压峰值(mV)；
B----电荷放大器灵敏度设定旋纽设定值（PC/ms-2）； a-----校准台振动加速度输出幅值（取a=10m/s2）； A----电荷放大器输出增益值（mV/Unit）。
（二）、电涡流位移传感器的动态灵敏度标定
1）、将测试台面①、电涡流传感器固定支架②、传感器固定套③及电涡流传 感器④依次固定在校准仪控制面板上（见图6所示）。
图6 电涡流传感器动态标定安装图
2）、将电涡流传感器、前置器、示波器及数字万用表正确连接（见图7所示）。