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实验九 光纤传感器测量振动实验
一、实验目的
了解光纤位移传感器动态特性。
二、实验原理
利用光纤位移传感器的位移特性和其高的频率响应，配以合适的测量电路即可测量振动幅度和频率。
三、所需器件及模块
3B振动测量实验模块、8号转速实验模块、数显表。
四、实验步骤
1、 光纤传感器安装见图3-5，光纤探头支架对准3号振动测量实验模块振动的反射面上。 2、 根据本实验的结果，找出线性段的中点，通过调节安装支架高度将光纤探头与振动台台面的距离调整在线性段中点（大致目测）。
3、 在图3-5中TP5接到示波器A通道。
4、 将低频振荡器幅度输出旋转到零，低频信号输入到振动台的激励端。
5、 将频率档选择在6-10HZ左右，逐步增大输出幅度，注意不能使振动台面碰到传感器。保持振动幅度不变，改变振动频率，观察示波器波形及峰一峰值，振动频率不变，改变振动幅度（但不能碰撞光纤探头）观察示波器波形及峰一峰值。分别作出振幅特性和幅频特性。
五、思考题
试分析电容式、电涡流、光纤三种传感测量振动时的应用及特点？
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实验十 电容式传感器的位移特性实验
一、实验目的
了解电容式传感器的结构及其特点。
二、基本原理
利用平板电容C=εA/d的关系,在ε（介电常数）、A（极板面积）、d（极板距离）三个参数中，保持二个参数不变，而只改变其中一个参数，就可使电容的容量(C)发生变化，通过相应的测量电路，将电容的变化量转换成相应的电压量,则可以制成多种电容传感器，如：①变ε的湿度电容传感器。②变d的电容式压力传感器。③变A的电容式位移传感器。本实验采用第③种电容传感器,是一种圆筒形差动变面积式电容传感器。
三、变换 / 放大电路原理
左侧是一个用IC555集成电路组成的方波发生器，C1、C2是两只充放电电容，改变容量可改变方波的频率，R1、R2、R3 是充放电限流（时间）电阻，改变R2可改变方波的占空比，D1、D2是反向电流抑制二级管，电路振荡频率约1KHz左右。C3是隔直偶合电容，把IC555振荡信号送到中间的环形电容/电压变换电路，CX1、CX2即为电容传感器，L3(10mH)、C4 、L2(10mH)、C5、RW5提供CX1、CX2在方波信号作用下的充放电回路，当电容传感器的活动杆处于中间位置时CX1=CX2，流过RW5的充放电电流大小相等且方向相反，输出电压为零，当电容传感器的活动杆不处于中间位置时Cx1\\=Cx2，流过RW5的充放电电流大小不相等且方向相反，RW输出与活动杆位置相对应的电压。IC1是反相放大器，G=－Ｒ7/Ｒ５。
四、需用器件与单元
电容传感器、电容传感器实验模板、测微头、移相/相敏检波/滤波模板、数显单元、直流稳压电源。
五、实验步骤
1、将电容传感器装于电容传感器实验模板上。
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2、将电容传感器连线插入电容传感器实验模板，实验线路见上图。
3、将电容传感器实验模板的输出端V01与数显电压表Vi相接，电压表量程置2V档，Rw调节到中间位置。 4、接入±15V电源，将测微头旋至10mm处，活动杆与传感器相吸合，调整测微头的左右位置，使电压表指示最小，并将测量支架顶部的镙钉拧紧，旋动测微头，每间隔0.2mm记下输出电压值(V)，填入表4-1。将测微头回到10mm处，反向旋动测微头，重复实验过程。 电容式传感器位移与输出电压的关系
5、根据表数据计算电容传感器的灵敏度S和非线性误差δf，分析误差来源。
六、思考题
试设计一个利用ε的变化测谷物湿度的电容传感器？能否叙述一下在设计中应考虑哪些因素？
答案：(1)把两金属片之间用易吸湿的绝缘材料（纸）垫起，两金属片用导线连出来，组成一电容传感器Cx1，用同样的两金属片组成CX2，按图将Cx1 、Cx2接入电路，把Cx1放入被测物体中，CX2置于空气中，如被测物体湿度与空气不相等，则ε1\\=ε2 (Cx1\\=Cx2)，IC1反相放大器输出与湿度差相对应的电压。
(2)应使两组金属片的几何尺寸相等。如需准确读数，还须配备一只湿度计，用来标定放大器的输出电压值。
实验十一 电容式传感器动态特性实验
一、实验目的
了解电容式传感器的动态性能及测量原理与方法。
二、基本原理
利用电容式传感器动态响应好，灵敏度高等特点，可进行动态位移测量。
三、需用器件与单元
电容式传感器、电容传感器实验模板、低通滤波模板、数显单元、直流稳压电源、双线示波器，振动测量控制仪
四、实验步骤
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1、安装传感器，并按图接线。实验模板输出端V01接低通滤波器输入端、低通滤波器输出端Ｖ。接示波器一个通道（示波器Ｘ轴为20ms/div、Y轴示输出大小而变）。调节传感器连接支架高度，使Ｖ01输出在零点附近。
2、将低频信号接入振动源，振动频率选6～12Hz之间，幅度旋钮置最小。 3、 将±15V电源接到实验模板上，调节低频振荡器的频率与幅度旋钮使振动台振动幅度适中，
注意观察示波器上显示的波形。
4、 保持低频振荡器幅度旋钮不变，改变振动频率，从示波器上读出传感器实验模板输出电
压Ｖ01峰－峰值。
5、作出幅频特性曲线，考虑一下这条曲线是传感器的特性还是振动梁的特性?
五、思考题
1、为了进一步提高电容传器的灵敏度，本实验用的传感器可作何改进？
答案：提高电容传器的灵敏度，即整加△C：因△C=εA1/d-εA2/d=(A1-A2)ε/ d，可进一步提高电容传器的灵敏度。
2、本实验采用的是差动变面积式电容传感器，根据下面提供的电容传感器尺寸，计算在移动0.5mm时的电容变化量(△C)，传感器外圆筒半径R=8mm，内圆筒半径r=7.25mm，当活动杆处于中间位置时，外圆与内圆覆盖部分长度L=16mm。
六、思考题
1、 为了进一步提高电容传感器灵敏度，本实验用的传感器可作何改进设计?如何设计成所谓容栅传感器?
2、列举变d式电容传感器的应用。
3、电容传感器具有结构简单，灵敏度高、分辨力高（可达0.01mm甚至更高）动态响应好，可进行非接触测量等特点，它可以测量线位移、角位移、高频振动振幅，与电感式比较，电感式是接触测量，只能测低频振幅，电容传感器在测量压力、差压、液位、料位成分含量（如油、粮食中的水份）非金属涂层、油膜厚度等方面均有应用。目前半导体电容式压力传感器已在国内外研制成功，正在走向工业化应用。
实验十二 直流激励时霍尔式传感器的位移特性实验
一、实验目的
了解霍尔式传感器原理与应用
二、所需器件及模块
5号霍尔式传感器实验模块、直流源±2V或±4V、测微头、0-2V数显单元。
三、实验步骤
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1、将霍尔式传感器安装在6号位移测量实验模块上。
2、将5号霍尔式传感器实验模块接上±15V电源或快捷插座与实验台连接。霍尔元件1、3为电源±4V，2、4为输出。（见图5-1）K1、K2选择在直流位置。
3、开启电源，调节测微头使霍尔片在离霍尔元件10mm处，再调节W3、W4使数显表指示为零。 4、测微头向轴向方向推进，每转动0.2mm记下一个读数，直到读数近似不变，将读数填入表5-1。作出V-X曲线，计算不同线性范围时的灵敏度和非线性误差。
四、思考题
本实验中霍尔元件位移的线性度实际上反映的是什么量的变化？
实验十三 交流激励时霍尔式传感器的位移特性实验
一、实验目的
了解交流激励时霍尔式传感器的特性。
二、实验原理
交流激励时霍尔式传感器与直流激励一样，基本工作原理相同，不同之处是测量电路。
三、所需器件及模块
5号霍尔式传感器实验模块、直流源±15V、测微头、0-2V数显单元、13号移相、相敏、低通滤波实验模块、双线示波器。
四、实验步骤
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