移相器电路

实验2 振动测量

一、实验目的：

1、了解测量动态应变原理，熟悉信号测量及变换过程中的典型电路。

2、了解中间变换器的原理，掌握使用和分析方法，熟悉信号处理过程。

3、能熟练操作仪器调试出实验中的重要波形，并能运用所学知识分析图形。

4、分析调试出的振动图像，了解测试振动频率与传感器输出的关系。

二、基本原理：

用金属梁上四片（2片拉伸，2片压缩）金属箔式应变片组成全桥，采用交、直流预调平衡装置对电桥预调平衡。

在电桥的电源端加上频率为f0的等幅正弦波，此等幅波的振幅经电桥随梁的应变引起应变片的电阻变化而变化，电阻变化频率远小于f0，在电桥的输出端获得一个载波为f0的调幅波。此过程叫调幅过程。将此调幅波经差动放大器放大，由相敏检波器检波，用低通滤波器滤去载波和高次谐波，取出被放大的包络信号，此信号与被测应变信号形状相同，再用毫伏表将信号显示出来。毫伏表就反映了梁的应变大小。

当振动梁被不同频率的信号激励时，起振幅度不同，贴于应变梁表面的应变片所受应力不同，电桥输出信号大小也不同，若激励频率与梁的固有频率相同时则产生谐振，此时电桥输出信号最大，根据这一原理可以找出梁的固有频率。

三、实验器件与单元：

传感器主控台、音频振荡器、低频振荡器、振动源、应变式传感器实验模板、移相器_相敏检波器_低通滤波器模板、双踪示波器、万用表（自备）、导线若干、打印机。

振动源应变式传感器实验模板移相_相敏检波_低通滤波器模板

四、实验步骤：

1、应变模板接线。接入模板电源±15V（从主控台引入，使应变模板工作），将实验模板调

节增益电位器R W3顺时针调节大致到中间位置（约3转）。接好电桥电路，并分别将交流偏置电压，交直流补偿单元接入点桥电路，然后将电桥输出接入差分放大电路输入端。

（接线图应变模板单元中，有粗线连接提示。）

2、给电桥电路加交流偏置电压。查接线无误后，合上主控台电源开关。将音频振荡器的频

率调节到1.5KHz左右，幅度调节到10Vp-p（频率可用数显表Fin监测，幅度用示波器监测）。

3、使用专用连接线，将振动台面三源板与应变传感器实验模板相连。

（注意：模块上的传感器不用，改为振动梁的应变片，即振动台面上的应变输出。）

4、应变模板接线与中间变换器模板连接。

5、调交流电桥输出平衡。接好交流电桥调平衡电路及系统，R8、R w1、C、R w2为交流电桥

调平衡网络。首先旋动移项器和相敏检波器旋纽，将示波器显示波形调为“m”形波。

然后旋动R w1、R w2旋钮，将“m”形波波峰调低，贴近水平轴。

主控台面板

6、起振。低频振荡器输出接入振动台激励源插孔，调低频输出幅度旋钮约放在3/4位置（8

转）为宜，使振动台（圆盘）明显感到振动。

交流全桥振动测量实验接线图

7、测得实验结果。固定低频振荡器幅度钮旋位置不变，低频输出端接入数显单元的Fin，把

数显表的切换开关打到频率档监测低频频率。调低频频率，用示波器读出频率改变时低通滤波器输出V o的电压峰－峰值，填入下表：

f(Hz)

V o(p-p)

从实验数据得振动梁的自振频率为HZ。

思考题：

1、简述金属箔式应变片在振动时测量的工作过程。

2、实际应用中，为何使用移相器。

3、相敏检波器的优点。

附移相器和相敏检波器电路原理图

图2 - 1移相器电路原理图

图2 - 2相敏检波器的电路原理图