实验一--谐波分析实验
ads谐波平衡法仿真设计
谐波平衡法仿真设计一、摘要谐波平衡法仿真是研究非线性电路的非线性特性和系统失真的频域仿真分析法。
一般适合模拟射频微波电路仿真。
首先介绍谐波平衡法仿真基本原理及相关控件使用情况，然后利用实例详细介绍谐波平衡仿真法的一般相关操作及注意事项。
在射频电路设计中，通常需要得到射频电路的稳态响应。
如果采用传统的SPICE模拟器对射频电路进行仿真，通常需要经过很长的瞬态模拟时间电路的响应才会稳定。
对于射频电路，可以采用特殊的仿真技术在较短的时间内获得稳态响应，谐波平衡法就是其中之一。
二、正文2.1 实验综述谐波平衡仿真是非线性系统分析最常用的分析方法，用于仿真非线性电路中的噪声、增益压缩、谐波失真、振荡器寄生、相噪和互调产物，它要比SPICE 仿真器快得多，可以用来对混频器、振荡器、放大器等进行仿真分析。
对放大器而言，采用谐波平衡法分析的目的就是进行大信号的非线性模拟。
（1）确定电流或电压的频谱成分；（2）计算参数，如：三阶截取点，总谐波失真及交调失真分量；（3）执行电源放大器负载激励回路分析；（4）执行非线性噪声分析。
2.2实验过程（实验步骤、记录、数据、分析）2.2.1构建电路（1）打开上一章的仿真原理图s_final。
（2）用一个新名称HB_basic保存原理图，删除所有仿真测量组件及输入端口(Term)。
（3）在“source_Freq Domain”元件面板列表中选择P_1 Tone控件，插入输入端；（4）在图中标注Vin，Vout，VC和VB四个节点；（5）修改P_1Tone源参数，同时命名为RF_source，如图2. 1所示：Freq=1.9 GHzZ=50 OhmP= dbmtow（-40）Num=1图2.1 RF源设置2.2.2设置仿真参数（1）选择“Simulation-HB”类元件面板，在原理图上放置谐波平衡仿真控制器，如图2.2所示；（2）修改参数Freq[l]=1.9GHz基波频率为1.9GHzOrder[1]=3谐波次数为3图2.2 谐波平衡仿真控制器2.2.3设定测量方程式（1）在“Simulation-HB”元件面板列表中选择测量方程控件，放置到原理图中。
电力系统谐波治理对降低电能损耗的效果评估
电力系统谐波治理对降低电能损耗的效果评估电力系统谐波治理对降低电能损耗的效果评估一、电力系统谐波的产生与危害1. 谐波产生的原因电力系统中的谐波主要来源于非线性负载。
随着现代工业和电力电子技术的快速发展，大量的非线性负载被广泛应用于各个领域。
例如，各种电力电子设备如变频器、整流器、电弧炉等，这些设备在运行过程中会使电流和电压的波形发生畸变，从而产生谐波。
以变频器为例，它通过改变电源的频率来控制电机的转速，在这个过程中，由于其内部的电子元件的非线性特性，会导致输入电流不再是理想的正弦波，而是包含了大量的谐波成分。
2. 谐波对电力系统的危害谐波对电力系统的危害是多方面的。
首先，谐波会增加电能损耗。
由于谐波电流在电力系统的线路和设备中流动，会导致线路和设备的电阻损耗增加。
根据焦耳定律，电能损耗与电流的平方成正比，而谐波电流会使总电流有效值增大，从而导致电能损耗显著增加。
其次，谐波会影响电力设备的正常运行。
例如，谐波会使变压器的铁损和铜损增加，导致变压器过热，降低其使用寿命。
对于电动机来说，谐波电流会产生附加的转矩，使电动机的效率降低，同时还可能引起电动机的振动和噪声增大。
此外，谐波还会对电力系统的保护装置产生干扰，可能导致保护装置误动作，影响电力系统的安全稳定运行。
二、谐波治理的方法与技术1. 无源滤波技术无源滤波技术是一种较为传统的谐波治理方法。
它主要是通过在电力系统中安装无源滤波器来实现谐波的抑制。
无源滤波器通常由电感、电容和电阻等元件组成，其工作原理是利用电感和电容对不同频率的电流具有不同的阻抗特性，来对谐波电流进行分流和吸收。
例如，对于某次谐波，通过合理设计电感和电容的值，可以使无源滤波器对该次谐波呈现出很低的阻抗，从而将谐波电流引导到滤波器中，使其不会在电力系统的主线路中流动。
无源滤波技术具有结构简单、成本较低等优点，但是它也存在一些局限性。
例如，它只能对特定次数的谐波进行有效的滤波，对于其他次数的谐波效果可能不佳，而且其滤波性能会受到系统参数变化的影响。
二次谐波法
二次谐波法二次谐波法是一种用于研究物质性质的实验方法，通过观察和记录二次谐波信号来分析材料的非线性光学特性。
在这篇文章中，我们将介绍二次谐波法的原理、应用和实验步骤。
二次谐波法基于非线性光学效应，即光的能量在介质中传播时，会与介质分子发生相互作用，导致光的频率发生变化。
二次谐波信号的产生是通过光的二次谐波效应，即将一个光波分裂成两个频率相等的光波。
在实验中，我们首先需要一个激光器作为光源，激光器可以产生单色、相干的光束。
然后，将激光束通过一个透明的非线性晶体或介质样品，这个样品具有二次非线性光学效应。
当激光束通过样品时，部分光子会与样品中的分子相互作用，产生频率为原始光的二倍的光子。
这些二次谐波光子会被收集并进一步分析。
为了观察和记录二次谐波信号，我们通常使用一个光谱仪或者一个二次谐波发生器。
光谱仪可以将光的不同频率分离开来，并通过探测器将其转换为电信号。
二次谐波发生器则可以将二次谐波信号转换为可见光，并通过摄像机或其他成像设备进行观察和记录。
二次谐波法在许多领域都有广泛的应用。
在材料科学中，二次谐波法可以用来研究材料的非线性光学性质，例如材料的非线性折射率、非线性吸收系数等。
这些性质对于光学器件的设计和制造非常重要。
在生命科学中，二次谐波法可以用来研究生物分子的结构和功能，例如蛋白质的二级结构和分子运动等。
在进行二次谐波实验时，需要注意一些实验步骤和注意事项。
首先，要保证实验环境的稳定性，例如温度、湿度等。
其次，要选择合适的样品和光源，以及适当的检测器和分析设备。
在实验过程中，要注意安全，避免直接接触激光束和二次谐波信号。
二次谐波法是一种非常有用的实验方法，可以用于研究材料的非线性光学性质。
通过观察和记录二次谐波信号，我们可以了解材料的非线性响应和光学特性。
这种方法在材料科学和生命科学等领域有广泛的应用，并为相关研究提供了重要的实验手段。
希望通过这篇文章的介绍，读者对二次谐波法有更深入的理解和认识。
奇次谐波分析
奇次谐波分析徐塑; 丁徐楠; 黄恒孜; 黄小琼【期刊名称】《《电气技术与经济》》【年(卷),期】2018(000)005【总页数】4页(P34-37)【关键词】奇次谐波; 频谱分析; 建模仿真【作者】徐塑; 丁徐楠; 黄恒孜; 黄小琼【作者单位】国网浙江省电力有限公司杭州供电公司; 国网浙江省电力有限公司电力科学研究院【正文语种】中文【中图分类】TM7110 引言对于电能表在实际现场运行过程中，电流线路上存在各种畸变波形引起误差改变的情况。
本文通过对奇次谐波进行频谱分析，提出了它们相应的幅值和相位在电能表设计阶段就减小奇次谐波对误差的影响。
1 理论分析根据《QGDW1364-2013三相智能电能表技术规范》中4.5.11影响量小点上的表12影响量中所述，在交流电路中的奇次谐波测试，应在功率因素为1的情况下，通以0.5Ib的电流，观测电能表的测量误差，其误差值应小于3%。
标准《GB_T_17215.321-2008》中对奇次谐波的发生线路，发生波形都做了规定。
奇次谐波和次谐波试验线路：奇次谐波相位触发波形：频谱：注：由于奇次谐波实验可以在三相表检定装置上完成，故该项操作步骤省略。
只需注意在测试时其测试条件即可。
1.1 谐波分析1.1.1 谐波函数设f（t）是以T为周期的函数，任何周期信号可以分解为其中，ak，K，O是常数，f＝50Hz，根据（7）式其频谱对应奇次谐波常数值为：高次谐波的ak系数见下表：1.1.2 初相角对式（7）的基波分析可知：注：谐波分析中Ib都是最大值，非有效值。
1.1.3 奇次谐波的有功功率非线性有功功率计算如下：αh和βh分别是h次谐波电压、电流的初相角。
由三角函数的正交性可知：理想状态下高次谐波电流跟基波电压的乘积为零，奇次谐波功率值会得到电流为0.5倍的有功功率，即实际过程中计量采样频率和抗混叠电路都会对计量误差产生的影响。
计量采样频率：主要是会产生混叠的成分。
以单相计量芯片 RN8209C为例，采样频率（Fs）为1.79Mhz，可产生混叠的成分为0.895Mhz（Fs／2），在Fs／2分量以上，奇次谐波幅值占比约为0.0036%～0.0018%。
全电力推进舰船电力系统谐波仿真与实验
船电技术
２０ 年 ０６
第 ４期
全 电力推进舰船 电力系统谐波仿真与实验
魏伟 付立军
（ 海军工程大学电力电子技术研究所 武汉 ４ ０３ ） ３０３
摘 要： 谐波污染是当前电力系统中的一大问题。为了定量的对舰船电力系统各 电压、电流进行谐波分析，在实验室建立
了２０ 的模拟电力系统， ０ ：１ 并在仿真软件上建立了此物理模拟系统的数值仿真模型， 对系统的谐波进行了仿真计算和实验研 究，结果表职，本系统谐波含量符合要求，仿真模型是正确的，为全电力推进舰船的电力系统的全尺寸仿真奠定了基础 。
关键词： 谐波抑制 谐波计算 移相变压器 仿真模型 文章编号：１ ０ －８ ２ （ ｏ ６ ４ ｏ —５ ０ ３４ ６ ２ ０ ）ｏ 加０ １０
图１ 所示 。 中，Ｇ ０ｋ 其 为４ Ｗ双绕组发 电机 ；三绕组移相
式
，
收稿 日期：２（ ）－ ０ ６２ ０４ ５ 作者简介：魏伟（ ８＿ ） １ ２＿，男，硕士研究生，研究方向： ９ 电力系统稳定性。 基金项 目：国家自然科学基金委员会创新研究群体科学基金项目资助项 目 （０２ ７３ 。 ５４ １０ ）
有重要意义。 而舰船 电力系统作为一种对可靠性要求很 Ａ相 电压 移相一．。 ，可用Ａ相 电压 与负 的Ｂ 电压 串 ７ ５ 相 高的系统 ， 对其采取抑制谐波 的措施和进行谐波分析是 联 ，图中Ｋ１＋ ２ ｌＫ１，最后得到Ｋ１，通过调节变压器匝 ３
十分必要的。 本文在建立某舰船电力系统实物模型和仿 数来调节Ｋ１、Ｋ１、Ｋ１的大小使Ｋ１、Ｋ１的夹角为 １ ２ ３ １ ３ 真模型的基础上，对本系 ２ 、Ｔ 分别是 ：ＤＤ ７５ ２．。和ＤＤ７ 。 ／＋ ．。．２ ５ ／ 一． ５
单盘裂纹转子次谐波共振实验研究分析
转轴横向裂纹极易导致 旋转机械事故 ， 对裂纹转子次谐 波共振 进行深入分析及研 究具有重要的现实意义 。根据 现有研究成果 可 传摩器 ２ 传感器 ３ 知， 当转速低于一 阶临界 的情况下 ， 单盘裂纹转子 非线性相应 主要 出现 于 １ 、／ ／ １ ３ ２以及 ２ ／ ３倍临界转速上下 ， 与之相对应 ， 系统会 出现 谐波及 高次谐波分量ｆ 此种情况形 同于 弦或梁 发生的轴 向力非 线 １ １ ， 性振动 ， 产生主共振 、 超谐 、 次谐共振 以及数谐波联合共 振［ 本研究 ２ １ ， 中借助 Ｂ ｎ ｙ实验 台实施单盘裂纹转 子次谐波共振实验 ， ｅｆ ｌ 具体模 型 示意 图详见下图 １ 所示 。 在 图 １中 ， ～３传感器 的主要作 用在 于检 测水平 、 直 、 阵 １ 垂 摆 位移 ， ４传感 器主要用 于检测键相信号 ，而 ５ 传感 器为转速反馈信 传摩 器 １ 号 。借助线切 割机进行切割可 以得到不超过 ０２毫米 宽 的轴 上裂 ． 图 １单盘裂纹转子次谐波共振实验模型示意 图 纹。 在接近盘的轴上设置检测水平位移信号及垂直位移 信号 的检测 所 据此可 以认 定 ： ａ ｔ０８的情 在 ｆ＝． 点， 在接近盘边缘的位置设 置盘摆振检测点 。实验设备大致可以分 临界转 速的三分之二左右 ， 以 ， 根据实验结果还可 以得 到 为四部分 ， 即转子 、 传感器 、 采样 系统及分析系统 本次采用 的试验 况下 同样有次谐波共振发生 。除此之外 ， 。 在功率谱 图当 中， １ 在 倍频 以及 ２３ 频的位置 可 以检 ／倍 系统几何 参数 为 ： 两大支承间存在 ４ ３厘米 的有效跨度 ， 轴直径为 １ 以下结论 ： 测到较为显著 的毛刺 ， 以此为依据 ， 可以判断此时 的相 应应属于若 厘米 ， 盘的重量 为 ０８千克 ， ． 盘厚度为 ２ ． ３厘米 ， 直径为 ７ ． ６厘米。 混沌类 型 ， 经过计算可知 ，ｙｐ ｎｖ Ｌ ａｕ ｏ 指数的上限值 为 ００ ３ 。 ．２３ 当转速 ２单盘裂纹转子次谐波共振实验 为 １１ ｒ ｉ ４ ０／ ｎ的情况下 ，不存在裂纹的转子所进行 的依 据属于周期 ｍ ２１ ． 实验过程 在系统 电压波形发生变化 的情况下 ， 这些 电压 的波形可 以借助 响应 。 ２ ． ３时摆振实验结果分析 数字的方法进行分 析 ，把它们分成 ５ Ｈ 的基波与其他倍数频率 ０Ｚ 当裂纹不大 的时 ， 受偏 心力的作用 ， 所发 生的横 向振 动主要 是 的高次谐 波， 这个 畸变 的波形就是 由于基波与各种谐波相互之 间叠 在摆阵中可 以检测到倍频分量改变 。 加的。 而对于电容器来说 ， 中的谐波大多不存在偶 数次倍 的。 其 除此 同频振动 ， 通过本次实验可 以在响应 中观察 到十分显著 的 ３ 倍 频分量 ， ２ ／ 之外 ， 中性点不接地星形连接 的电容器组 的相电流 ， 有三角形连 还 存在裂纹 的情况与不存在裂 纹的情况相 比较而言 ， 者幅值 前 接 的电容器组 的相 电压 中，都不会有 ３次以及 ３次的整数倍 的谐 并且 ， 此外还可 以清楚的观察到 ３倍频 以及 ４倍 波 。所以 ， 我们一般 考虑 ５ 、 、 １、３等次谐波对电气设备 的影 最大值约为后者 的一倍 ， ７ １ １ 响， 而在这些 高次谐波 中， ５次谐波 的影响最为显著网 。在系统 电压 频。这和裂纹较小的情况 十分接近。 ３结 论 中， 由于高次谐波 的存在会使 电容 器产 生过电流和过负荷 ， 但是两 根据现有研究可得知 ， 受到裂纹的影响 ， １ 倍频附近极易造 在 ／ ２ 者超过的倍数并不相同 。与此同时 ， 一次高次谐波电流所能引起 的 成系统出现次谐波共振现象 。 笔者在此借助 Ｂ ｎｌ模拟转子实验 台 ｅｔ ｙ 波形畸变 ， 比其引起 的电压波形畸变程度大 远 。 实施单盘裂纹转子次谐波共 振实验 ， 实验结果在此对受到裂纹 的影 本实验用轴三根 ， 中一根无裂缝 ， 其 剩余两根 分别有 ２毫米 和 在 ／ ２ ４毫米深的裂纹 。首先对没有裂纹 的轴以 １０ ｒ ｉ ５ ０／ ｎ实施动平衡 ， ａ ｒ 之 响 ， １ 倍频 附近极易造成系统 出现次谐波共振 现象 的结论加 以 验证 ， 除此之外 ， 还可 以总结 出， 与之相类似 的现象在 ２３ 临界转 ／倍 后实施升速实验 ， 在一 临界 转速达到 ２ ００／ ｎ 并 １０ ｒ 。裂 纹位 置会 导 ｍｉ 速周边 同样会 发生 ， 并且受此影 响 ， 相应转速对应 的振幅也会 出现 致塑性变形 ， 轴经过几次 实验 就会 报废 ， 此外 ， 如果裂纹较深 ， 进 在 ／ ２倍频 、／ ３ ２ 行高速转动 时会 出现严重的弯 曲现象 ， 电机负荷增加 ， 且转子 出现 十分显著的上升，此外 ，在实验过程 中还 可以检测 到 １ ２倍频 以及 ３ 倍频分量。对裂纹所导致 的影响 ， 摆振反应最为 更加明显的振动 ， 考虑到安全性 ， 实验不超过一 临界转速 。 在进行分 倍频 、 通常情况下 ， 在存在裂纹 的情况与不存 在裂纹 的情况 相 比较 析 时， 若相应存在多周期 ， 以其中表现最显著的方 向为依据绘图。 强烈 ， 而言 ， 前者 的振 幅约 为后 者的一倍 以上 ， 且存 在十分显著 的倍频成 ２２ 向振动实验结果分析 ．横 分。所 以， 在早期判断裂纹 时， 可以将摆振作为主要依 据。 ２． １ ／ ＝ ４ ２． ａＲ ０． 参 考 文献 实验结果表明 ， ａ ＝ ． 在 ／ ０ Ｒ ４的情况下 ， 检测到的谐波相应 比较显 １ １ 任兴 秦卫 吴亚锋， 支希哲． 单盘裂纹转子次谐 波共振 著， 并且 ， 不存在裂 纹 的情况 下 ， 在 相应轨迹 图呈现较 为平滑 的圆 『 杨永锋 ， 民， 阳， 实验研 究［． Ｊ机械科学与技术， ０ ，１ ］ ２ ８１ ． ０ 形 ， 此时则呈现三角形 ， 大幅上升 ， 倍 频分量 比较显 著 ， 但 幅值 ２ 此 ２ ａ ｇＴ Ｓ ｎｌｓ ｎ ｎｎ ｒｓｎｎ ｅｓ ｎ ｉｇｗ ｖｓａ ｄ ｖ ａ ］ ｓ ａ ｂ 外 可以检测 到 ３ 倍频及 ４倍频 ， 速 １４ ｒ ｉ， 一临界转速的一 【 Ｆ ｎ － Ａ ａｙｉ ｏ ｏ—ｅｏ ａｃ ｔ ｄｎ ａｅ ｎ ｉｒ— 转 ０ ５／ ｎ 是 ｍ ｔｎ ｔ ｃ ｓｏ ｔｎ ｓ ｕ． ． ｈ ｓ ８２ ０）１ ８ ｉ ｒ ｋ ｆｓ ｉｇ Ｅ ｒ Ｊ Ｐ ｙ．２ （ ７ － ． ｏ ａ ｒ ０ 半左右 ， 据此可知 出现了次谐波共振 。 『 姚红 良， ３ １ 刘长利， 张晓伟 ， 闻邦椿． 支承松 动故障转子 系统共振 区动 ２ ２ ２ ａＲ＝ ． ． ． ／ ０ ８ 态特性分析『． Ｊ 东北大学学报， ０ ， ］ ２ ３８ ０ ． 当处于 ａ ＝ ． ／ ０８的情况下 ， Ｒ 系统发生的非线性相应十分显 著 ， 此 ４ 】 马辉， 王德 明， 宋乃 慧． 小波分析 在转子裂纹故 障中的应用 时非线性相应轨迹图形状与五角形较为接近 ， 出现较大 幅度 的幅值 【 任朝 晖， 『． Ｊ 东北大学学报（ １ 自然科 学版） ０７４ ， ０ ，． ２ 上升， 进而导致转 子台架出现整体性振动 ， 外还可 以观察 到削波 此 ］ 朱厚 裂纹转子的 实验研 究【 ０ 轮机技术， ０ ，． Ｊ气 ］ ２ ６５ ０ 现象 ； 功率谱当 中所检测到的 ３ 倍频 比较显著 ， ２ ／ 不仅如此 ， 还可以 【 郑艳平， 军． ５
变截面闭管中谐波及其饱和特性的实验研究
首先 用 稳态 白噪声 信 号激 励 声 源 ， 测得 两 端线 性 幅值传 递 函数 。图 ２给 出 了实验结 果与 理论结 果 的对 比， 论值 与实验 值符 合得很 好 ， 明了本文 采 理 说 用侧 接扬 声器模 拟活 塞式声 源 的实验 条件在 一定 程
度 上 的可 行性 。 本文 对变 截面 闭管 中二次谐 波 随基波 基频 的变
线 性 驻波 场 的特 性进 行 实验 研 究 ， 文 主要 研究 其 本
２ 理论 分 析
谐 波 特性及 饱和规 律 。
—
Ｉ 二二二 二二二二 二 三＝三ｌ 二 ：
Ｘ ＝１ １Ｚ
Ｘ２ ：０
＝ 如
３ 实 验研 究
实 验 中 分 别 采 用 ｄ ＝０ ｌ ９ ｍｍ 、２ １ ｍｍ 、 ＝ ｄ ＝５ Ｚ ｌ
幅值 在线 性条件 下存 在如下 关 系【 １ ｊ ：
ｌ 引 言
Ｏ ｅｓ￣ １４ ｂ ｒｔ】 ９ ０年提 出 了闭管 中获得 大振 幅纯 在 净 声波 的一 种 方法 ， 即将半 径 不 同 的两 圆柱 管 相 连 接， 当声 源在粗 管端 处激励 时 ， 共振 条件 下细管 末 在 段 处 将 会 产 生 高声 压 、低 畸 变 的声 波 。 １ ９ ９ ８年 ， Ｌ ｗｒｎ ｏ ａ ｅ ｓ ｎ等 人 Ｉ】 究 指 出 可 通 过 设 计 空 腔 的几 ２研 ， ３
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第２ ６卷第 ５期
２０ ０ ７年 ｌ ０月
声
学
技
术
ＶＯ１ ． ２６． Ｎｏ． ５
Ｔｅ ｈｎ ｃ ｌ Ａｃ ｃ ｉ ａ ｏｕｓ ｉ ｓ ｔｃ
０ｃ ． ２ ０ ｔ． ０ ７
变截面 闭管 中谐波及 其饱和特性 的实验研究
关于高频小信号调谐放大器的实验报告
实验一高频小信号调谐放大器一、实验目的；1、掌握高频小信号调谐放大器的工作原理；2、掌握谐振放大器电压增益、通频带、选择性的定义、测试及计算方法。
二、实验仪器；3 实验内容及步骤(电路图、设计过程、步骤)；四、实验内容和步骤实验中电路部分元器件值，R2=10KΩ, R3=1KΩ, R10=2KΩ, R12=51Ω, R13=10KΩ,R24=2KΩ, R27=5.1KΩ, R28=18KΩ, R30=1.5KΩ, R31=1KΩ, R32=5.1KΩ, R33=18KΩ, R35=1.5KΩ, W3=47KΩ, W4=47KΩ,C20=1nF, C21=10nF, C23=10nF。
（一）、单级单调谐放大器1、计算选频回路的谐振频率范围如图1-8 所示，它是一个单级单调谐放大电路，输入信号由高频信号源或者振荡电路提供。
调节电位器W3 可改变放大电路的静态工作点，调节可调电容CC2 和中周T2 可改变谐振回路的幅频特性。
谐振回路的电感量L=1.8uH～2.4uH，回路总电容C=105 pF～125pF，根据公式图1-8 单级单调谐放大器实验原理图2、检查连线正确无误后，测量电源电压正常，电路中引入电压。
实验板中，注意TP9接地，TP8 接TP10；3、用万用表测三极管Q2 发射极对地的直流电压，调节可变电阻使此电压为5V。
4、用高频信号源产生频率为10.7MHz，峰峰值约400mV 的正弦信号，用示波器观察，调节电感电容的大小，适当调节静态工作点，使输出信号V o 的峰峰值V op-p 最大不失真。
记录各数据，得到谐振时的放大倍数。
5、测量该放大器的通频带、矩形系数对放大器通频带的测量有两种方式：(1) 用扫频仪直接测量；(2) 用点频法来测量，最终在坐标纸上绘出幅频特性曲线。
此处选用以扫频仪测量在放大器的频率特性曲线上读取相对放大倍数下降为0.1 处的带宽BW0.1或0.01处的带宽BW0.01。
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实验三 电动力式速度传感器的准
一、实验目的
1．熟悉电动力式传感器的工作原理和应用范围；
2．了解传感器绝对校准法的原理；标定电动力式速度传感器的灵敏度、幅值线性度、
幅频特性、固有频率等。
二、实验装置及原理
1． 装置
图3.1
2如果用正弦波去合成波形，在合成三角波时，三次谐波的相位与合成方波、锯齿波时的相位是否一样？
3在一般的常规应用中，对于100HZ的方波、锯齿波及三角波信号，你认为所应考虑的频段范围各应为多少？
3．回答下列思考题。
（1）如果将图1.1所示的锯齿波仅把坐标移
一下使之成为图1.3所示。试对其进行谐波分析，
涡流传感器通常由扁平环形线圈组成。在线
圈中通以高频（通常为2.5MHZ左右）电流，则
在线圈中产生高频交变磁场。当导电金属板接近
线圈时，交变磁场在板的表面层内产生感应电流
即涡流。涡电流又产生一个反方向的磁场，从而
减弱了线圈的原磁场，也就改变了原线圈的自感
量L、阻抗Z及Q值。线圈上述参数的变化在其
它条件不变的情况下仅是线圈与金属板之间距离 图2.2
实验二 电涡流传感器变换特性
一、实验目的
1．了解电涡流传感器的结构、工作原理及应用；
2．了解电涡流传感器调频电路的特点，测试电涡流传感器变换特性。
二、实验装置及原理
1．装置
图2.1
2．原理
电涡流传感器是七十年代以后发展较快的一
种新型传感器。它广泛应用在位移振动监测、金
属材质鉴别、无损探伤等技术领域中。
的单值函数。
实验中采用了测量线圈自感量L的调频电路，即把线圈作为谐振回路的一个电感元 件。当线圈与金属板之间距离h发生变化时，谐振回路的频率f也发生变化，再用鉴频器
将频率变化转换成电压变化输出。调频、调幅线路如图2.3。
三、实验内容及步骤
1．测量前置器输出频率f与距离h之间的关系；输出电压V与距离h之间的关系。
并比较二者同异之处。
（2）波形合成的不失真条件是什么？实验中
如何保证？用什么方法观察调节？
（3）当锯齿波合成后，如果将1、3、5及7
次谐波关闭，仅保留偶次谐波，最后的输出波形
是什么样，该信号的频率为多少？
五、预习要求
1．认真阅读实验指示书及其讲课有关内容。
2．对将要合成的几种典型的非正弦周期信号（如锯齿波、方波、三角波）进行傅氏级数展开，确定出所含谐波分量及各高次谐波与基波之间的初始相位差和幅值比例关系(要求此项工作在课前完成)。
(1－1)
上式表明，各次谐波的频率分别是基波频率 的整数倍。如果f（t）是一个锯齿波，其波形如图1.1所示，则其数学表达式为：
对f（t）进行谐波分析可知
所以
即锯齿波可以分解成为基波的一次、二次…n次…无数项谐波之和，其幅值分别为基波幅
值的 ，且各次谐波之间初始相角差为零（基波幅值为 ）。反过来，用上述这些谐波可以合成为一个锯齿波。
同理，只要选择符合要求的不同频率成份和相应的幅值比例及相位关系的谐波，便可近似地合成相应的方波、三角波等非正弦周期波形。
三、实验内容及操作步骤
利用计算机及Excel、Matlab或其它应用软件完成下面的工作：
1．合成方波
1观察基波与三次谐波幅值分别为1、1/3，相位差为零时的合成波波形；
2再分别将5次、7次、9次…谐波叠加进去（各次谐波的幅值为1/n，注意各次谐波与基波间的相位关系），观察并记录合成波的波形，找出合成波的形状与谐波次数之间有何关系。
①被测金属板先采用45＃钢。转动微调机构或千分尺使金属板与传感器端面接触即
h＝ 0，记下相应的输出信号频率，然后改变 h并记下相应的输出频率 f的数值（取20
个值）于表2－1中。
图2.3
②改变h并记下相应的输出电压值于表2－2中。（取20个值）。
2．换上铝板重复1的步骤
表2－1
h(μm)
f(kHz)
3分别改变3次、5次谐波与基波间的相角，研究谐波间相角改变对合成波形的影响，并记录波形。
4分别改变3次、5次谐波与基波间的幅值比例关系，研究谐波间幅值比例改变对合成波形的影响，并记录波形。
2．合成锯齿波
参照合成方波的步骤（选择最高次谐波数不得低于9），研究各谐波间的幅值、相位关系，并与方波做比较，记录波形。
3．合成三角波
参照合成方波的步骤（选择最高次谐波数不得低于9），研究各谐波间的幅值、相位关系，并与方波、锯齿波做比较，记录波形。
四、实验报告要求
1．记录下每一步骤下的不同波形，将谐波与合成波形用不同色彩绘在同一图上，并加以说明。
2．讨论以下问题
1在合成波形时，各次谐波间的相角关系与幅值比例关系，哪一个对合成波形的影响大？
钢板
f(kHz)
铝板
表2－2
h(μm)
V(mv)
钢板
V(mv)
铝板
四、实验报告要求
1．数据整理、分析误差及其原因。
2．实验中所遇问题的讨论。
3．回答思考题。
五、思考问题
1．前置器是如何产生高频振荡电压的？振荡频率主要是由哪些元件决定的？传感器
到前置器之间的电缆为2米，如增长1米，会有什么影响？
2．前置器到电源之间及到调频输出之间共用一根单芯电缆，其上传输着几种信号？
2．原理
新制造的电动力式传感器需要对其参数和性能进行标定，以便检查是否合乎设计要
求。另外，随着时间和周围环境的变化，使用中的传感器的参数也会有所变化，也需要进
行定期核准。
校准项目因传感器类型、使用条件、精度等各有所异，其中最重要的有灵敏度、幅值
线性度、频率响应函数等。
校准方法有绝对校准法和比较（相对）校准法两种。本实验采用的“绝对法”就是用高精度的仪器和装置产生并测量传感器的输入信号（如位移、振幅、速度、加速度或力等）， 改变输入信号频率就可测出传感器频率特性。该方法的特点是核准精度高，但设备复杂。
实验一--谐波分析实验
实验一 谐波分析实验
（波形分解、合成不失真条件研究）
一、实验目的
1．了解分解、合成非正弦周期信号的物理过程。
2．观察合成某一确定的周期信号时，所必须保持的合理的频率结构，正确的幅值比例和初始相位关系。
二、实验原理
对某一个非正弦周期信号X（t），若其周期为T、频率为f，则可以分解为无穷项谐波之和。即
它们是怎样分离开的？线路中L1、L2、Cl、C2起什么作用？ 采用单芯电缆有什么好处？
3．传感器与金属板之间加入纸、塑料、油和脂等物，对频率输出有无影响？可
以试一下）为什么？加入金属板是否也无影响？
4．由所得数据绘制出曲线，分析不同测试对象的材质对涡流传感器使用上有何影响？
（铝材质与45#钢材质在范围及灵敏度上有何不同。）