压电式传感器测振动实验报告_1

( 实验报告)

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编号：YB-BH-004578

压电式传感器测振动实验报告Experimental report on vibration measurement with piezoelectric

压电式传感器测振动实验报告

一、实验目的：了解压电传感器的测量振动的原理和方法。

二、基本原理：压电式传感器由惯性质量块和受压的压电片等组成。（观察实验用压电加速度计结构）工作时传感器感受与试件相同频率的振动，质量块便有正比于加速度的交变力作用在晶片上，由于压电效应，压电晶片上产生正比于运动加速度的表面电荷。

三、需用器件与单元：振动台、压电传感器、检波、移相、低通滤波器模板、压电式传感器实验模板。双踪示波器。

四、实验步骤：

1、压电传感器装在振动台面上。

2、将低频振荡器信号接入到台面三源板振动源的激励源插孔。

3、将压电传感器输出两端插入到压电传感器实验模板两输入端，与传感器外壳相连的接线端接地，另一端接R1。将压电传感器实验模板电路输出端Vo1，接R6。将压电传感器实验模板电路输出端V02，接入低通滤波器输入端Vi，低通滤波器输出V0与示波器相连。

3、合上主控箱电源开关，调节低频振荡器的频率和幅度旋钮使振动台振动，观察示波器波形。

4、改变低频振荡器的频率，观察输出波形变化。

光纤式传感器测量振动实验

一、实训目的：了解光纤传感器动态位移性能。

二、实训仪器：光纤位移传感器、光纤位移传感器实验模块、振动源、低频振荡器、通信接口（含上位机软件）。

三、相关原理：利用光纤位移传感器的位移特性和其较高的频率响应，用合适的测量电路即可测量振动。

四、实训内容与操作步骤

1、光纤位移传感器安装如图所示，光纤探头对准振动平台的反射面，并避开振动平台中间孔。

2、根据“光纤传感器位移特性试验”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、参考“光纤传感器位移特性试验”的实验连线，Vo1与低通滤波器中的Vi相接，低通输出Vo接到示波器。

4、将低频振荡器的幅度输出旋转到零，低频信号输入到振动模块中的低频输入。

5、将频率档选在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，观察示波器波形及锋-峰值。保持频率振动不变，改变振动幅度，观察示波器波形及锋-峰值。

：实验六压电式传感器测振动实验

一、实验目的：了解压电传感器的测量振动的原理和方法。

二、基本原理：压电式传感器由惯性质量块和受压的压电陶瓷片等组成。（观

察实验用压电加速度计结构）工作时传感器感受与试件相同频率的振动，质量块便有正比于加速度的交变力作用在压电陶瓷片上，由于压电效应，压电陶瓷片上产生正比于运动加速度的表面电荷。

三、需用器件与单元：振动台、压电传感器、检波、移相、低通滤波器模板、压电式传感器实验模板。双线示波器。

四、实验步骤：

1、压电传感器已装在振动台面上。

2、将低频振荡器信号接入到台面三源板振动源的低频输入源插孔。

压电式传感器性能实验接线图

3、将压电传感器输出两端插入到压电传感器实验模板两输入端，见图7-1，屏蔽线接地。将压电传感器实验模板电路输出端V01（如增益不够大则V01接入IC2, V02接入低通滤波器）接入低通滤波器输入端VI，低通滤波器输出V0与示波器相连。

4、合上主控箱电源开关，调节低频振荡器的频率与幅度旋扭使振动台振动，观察示波器波形。

5、改变低频振荡器频率，观察输出波形变化。

：实验二压电式传感器测量振动

一、实验目的

（1）了解压电式传感器原理和测量振动的方法。

（2）了解虚拟仪器的组成和使用。

二、基本原理

压电式传感器是一种典型的发电型传感器，其传感元件是压电材料，它以压

电材料的压电效应为转换机理实现力到电量的转换。压电式传感器可以对各种动态力、机械冲击和振动进行测量，在声学、医学、力学、导航方面都得到广泛应用。

压电加速度传感器测量振动的实验原理如图1所示。其中，电荷放大器原理如图2所示。

图1 压电加速度传感器测量振动原理图

图2 电荷放大器原理图

三、需用器件与单元

主机箱±15V直流稳压电源、低频振荡器；压电传感器、压电传感器实验模板、移相/相敏检波器/滤波器模拟板；振动源、双踪示波器。

四、实验步骤

1、按图3所示将压电传感器安装在振动台面上(与振动台面中心的磁钢吸合)，振动源的低频输入接主机箱中的低频振荡器，其它连线按图示意接线。

图3 压电传感器测量振动安装、接线示意图

2、将主机箱上的低频振荡器幅值旋钮逆时针转到底（低频输出幅值为零），调节低频振荡器的频率在6～8Hz左右。检查接线无误后合上主机箱电源开关。再调节低频振荡器的幅值使振动台明显振动（如振动不明显可调频率）。注意：振动源振动幅度合适即可，不可让其振幅过大，以免损坏设备。

3、用示波器的两个通道（正确选择双踪示波器的“触发”方式，TIME/DIV 在50mS～20mS范围内选择，VOLTS/DIV在0.5～50mV范围内选择）同时观察低通滤波器输入端和输出端波形，在振动台正常振动时用手指敲击振动台同时观察输出波形变化。

4、改变低频振荡器的频率（调节主机箱低频振荡器的频率），观察输出波形变化。记录几组波形曲线。

5、将低通滤波器输入端和输出端的信号分别接到数据采集卡的A、B两个端口。运行虚拟仪器软件。用虚拟示波器替代示波器，改变低频振荡器的频率（调节主机箱低频振荡器的频率），观察输出波形的变化。（虚拟仪器软件的使用，课堂上详细讲解。）

6.改变低频振荡器的频率（调节主机箱低频振荡器的频率），利用实验软件，记录几组波形曲线。（该软件的使用，课堂上详细讲解。）

五、思考题

（1）低频振荡器的作用是什么？

（2）实验中压电传感器的测量电路采样电压放大器还是电荷放大器？

（3）分析所记录波形曲线。（例如：波形的频率或幅值发生什么变化，这样的变化可能是什么原因造成的？或者从中可得出什么推论或结论，等等。）

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