2.移相器相敏检波器实验
2.移相器相敏检波器实验
实验二移相器相敏检波器实验一、实验目的：了解移相器、相敏检波器的工作原理。
二、基本原理：1、移相器工作原理：图2—1为移相器电路原理图与调理电路中的移相器单元面板图。
图2—1 移相器原理图与面板图图中，IC1、R1、R2、R3、C1构成一阶移相器（超前），在R2=R1的条件下，其幅频特性和相频特性分别表示为：K F1(jω)=Vi/V1=-(1-jωR3C1)/(1+jωR3C1)K F1(ω)=1ΦF1(ω)=-л-2tg-1ωR3C1其中：ω=2лf,f为输入信号频率。
同理由IC2,R4,R5,Rw,C3构成另一个一阶移相器（滞后），在R5=R4条件下的特性为：K F2(jω)=Vo/V1=-(1-jωRwC3)/(1+jωRwC3)K F2(ω)=1ΦF2(ω)=-л-2tg-1ωRwC3由此可见，根据幅频特性公式，移相前后的信号幅值相等。
根据相频特性公式，相移角度的大小和信号频率f及电路中阻容元件的数值有关。
显然，当移相电位器Rw=0，上式中ΦF2=0，因此ΦF1决定了图7—1所示的二阶移相器的初始移相角：即ΦF=ΦF1=-л-2tg-12лfR3C1若调整移相电位器Rw，则相应的移相范围为：ΔΦF=ΦF1-ΦF2=-2tg-12лfR3C1+2tg-12лfΔRwC3已知R3=10KΩ,C1=6800p,△Rw=10kΩ,C3=0.022μF,如果输入信号频率f一旦确定，即可计算出图2—1所示二阶移相器的初始移相角和移相范围。
2、相敏检波器工作原理：图2—2为相敏检波器（开关式）原理图与调理电路中的相敏检波器面板图。
图中，AC 为交流参考电压输入端，DC为直流参考电压输入端，Vi端为检波信号输入端，Vo端为检波输出端。
图2—2 相敏检波器原理图与面板图原理图中各元器件的作用：C1交流耦合电容并隔离直流；A1反相过零比较器，将参考电压正弦波转换成矩形波（开关波+14V ～ -14V）；D1二极管箝位得到合适的开关波形V7≤0V（0 ～ -14V），为电子开关Q1提供合适的工作点；Q1是结型场效应管，工作在开或关的状态；A2工作在反相器或跟随器状态；R6限流电阻起保护集成块作用。
移相器与相敏检波实验
中国石油大学 传感器 实验报告 成 绩：班级： 姓名： 同组者： 教师：移相器与相敏检波器实验【实验目的】1. 理解移相器和相敏检波器的工作原理。
2. 学习传感器实验仪和交流毫伏表的使用。
3. 学习用双踪示波器测量相移的方法。
【实验原理】1. 移相器的工作原理移相器是由电阻、电抗元件、非线性元件和有源器件等构成的一种电路，当正弦信号经过移相器时其相位会发生改变。
理想的移相器在调整电路参数时，可使通过信号的相位在︒︒360~0之间连续变化，而不改变信号的幅度，即信号可不失真地通过，只是相位发生了变化，图6-1为移相器的工作原理，其中相角ϕ为经过移相器所获得的。
2. 相敏检波器的工作原理相敏检波器是一种根据信号的相位来提取有用信号的处理电路，在外部同频控制信号作用下，用控制信号来截取输入信号，相敏检波器输出的直流分量为反映输入信号与控制信号相位差的直流电压，经低通滤波器LPF 滤除高频分量后得到直流输出信号E ；相敏检波器的组成框图见图6-2。
设控制信号表达式为： ⎪⎩⎪⎨⎧<<≤≤=Tt T T t u 20201' 设输入信号为：)sin(ϕω+=t U u ，输入信号与控制信号在时域中的关系见图6-3。
用控制信号截取输入信号后得到：'0u u u ⋅=，对0u 积分并在一个周期内取平均得： 2/02/02/0)][cos()()sin()sin(1T T T t TUt d t TUdt t U T E ϕωωϕωϕωωϕω+-=++=+=⎰⎰ ϕπϕϕπϕππϕϕππcos ]cos sin sin cos [cos 2]cos )[cos(2U U U =---=-+-= （6-1） 由式（6-1）可以看出，相敏检波器经低通滤波器输出一个反映输入信号相位差的直流电压，当0=ϕ时，即输入信号与控制信号同相时πUE =，当︒=90ϕ，即输入信号与控制信号正交时，0=E 。
移相器与相敏检波器实验
移相器与相敏检波器实验
移相器和相敏检波器是实验室中常用的电子元器件，它们在电路设计和信号处理中广泛应用。
本文将介绍如何使用移相器和相敏检波器进行实验。
一、移相器实验
1. 实验目的
了解移相器的工作原理和应用范围，掌握基本的移相器电路实验方法。
2. 实验器材
移相器、示波器、信号发生器、电阻、电容、万用表等。
3. 实验原理
移相器是一种电路器件，可以将输入信号的相位移动一定角度，常用的移相器有RC移相器、LC移相器和T移相器等。
其中，RC移相器和LC移相器是最为常用的两种移相器。
RC移相器：RC移相器是由电阻和电容组成的，当输入信号经过电容、电阻后，会出现信号延迟的现象，从而实现相位移动。
4. 实验步骤
（1）连接RC移相器电路，将信号发生器的正极接入RC移相器的输入端，示波器的探头接在移相器的输出端。
调节信号发生器的频率和幅度，观察示波器上的波形变化。
（3）在RC移相器和LC移相器的电路中分别添加电阻和电容，观察输出波形的变化。
（4）改变移相器的输入信号的频率和幅度，观察输出波形的变化。
5. 实验结果
实验中观察到，当输入信号经过移相器后，输出信号的相位与原信号相比发生了一定程度的移动。
同时，添加电阻和电容可以改变移相器的相位移动量，调节输入信号的频率和幅度也会对输出信号的波形造成影响。
相敏检波器是一种用于调制和解调的电路器件，可以将高频信号转换为低频信号，广泛应用于通信、广播、雷达等领域。
相敏检波器的核心是相位检测器，它可以将输入信号与本地振荡信号进行相位比较，从而实现信号检测和解调。
移相器和相敏检波器实验
实验名称：移相器和相敏检波器实验作者：头铁的小甘实验目的：了解运算放大器构成的移相器和相敏检波器实验实验仪器：音频振荡器、移相器、相敏检波器、直流稳压电源、低通滤波器、V/F表、示波器实验原理：移相器电路结构如下图所示传递函数Ko(jw)=VoV1=−1−jwR2C21+jwR2C2∗1−jwR W C11+jwR W C1振幅Ko(w)=1幅度ɸo(jw)=ɸ1+ɸ2=−π−2tg−1wR w C1−2tg−1wR2C2因此，当输入信号经过移相器，输出信号振幅并没有发生该改变，但是相位发生移动，移动的相位与ω、R2、C1、R w、C2有关，这要保持其他参数不变，单独改变R w就可以对输入信号进行移相位操作。
相敏检波器电路结构图如下图所示它主要包括运算放大器和门控电路组成。
而且门控电路有直流和交流两个输入端4和2，当再2端输入一个正弦波，当参考输入为正半周是，运算比较器ΙΙ将会输出低电平，因此场效应管栅极为低电平，场效应管导通，运算放大器Ι输出电压Vo=Vi当参考输入为负半周时，场效应管截止，运算放大输出I输出电压Vo=-Vi在交流应变电桥中，当传感器的应变极性相反时，输出的交流电压相位改变180°，如果相敏检波器参考输入没有发生改变，那么输出的全波整流信号也会反相，通过输出波形极性就可以判断应变的极性。
实验内容：1移相器实验：将音频信号发生器的0°或者180°输出接到移相器的输入端将示波器的CH1接到移相器的输入端，CH2接到输出端，调节移相器的Rw电阻，观察波形相位和幅值的变化改变音频信号的频率，分别在f=1、3、5、7、9KHz时移相范围。
2.相敏检波器实验将音频振荡器输出信号0°或180°输入到相敏检波器的输入端1，将稳压电源接入到参考输入端4，示波器的两个通道分别接到相敏检波器的输入端1，和输出端3，观察输入和输出的幅值和相位关系，改变参考电压的极性，观察波形的变化在前面的基础上，将音频信号也送入移相器的输入端，把直流参考输入改为交流参考输入，移相器的输出端接到交流参考输入端2，同时相敏检波器的输出端连接低通滤波器的输入端，低通滤波器的输出端连接到V/F表，观察输出电压，示波器的一个通道接到相敏检波器的输入端1，另一个通道接到相敏检波器的输出端3，并通过改变移相器的Rw电阻，使得输出端3的波形为全波整流波形，此时V/F表显示最大低通输出电压，然后测出1，5，6，3的波形并记录将相敏检波器的输入信号反相，重复前面操作，画出各端口的波形保持音频信号输出频率不变，同样在调相敏检波器的输出端为全波整流，此时用示波器和电压表测出低通输出和输入端1的VPP值的关系，VPP通过音频信号调节为0.5、1、2、4、8、16、20V时的直流电压，然后将相敏检波器的输入信号反相，重复上述操作。
相敏检波器
1 2 3 4 2 4 1 4 实验二十相敏检波器实验一、实验目的 说明由施密特开关电路及运放组成的相敏检波电路的原理。
二、实验原理相敏检波电路如图所示： 图为输入信号端 ，为交流参考电压输入端，为输出端。
为直流参考电压输入端。
当、端 输入控制电压信号时，通过差动放大器的作用使 D 和 J 处于开关状态， 从而把端输入的正弦信号转换成半波整流信号。
三、实验所需部件相敏检波器、移相器、音频振荡器、直流稳压电源、低通滤波器、电压表、示波器四、1.实验步骤将音频振荡器频率幅度旋钮居中，输出信号信号（0°或 180°均可），接相敏检波器输入端。
2.3.将直流稳压电压 2V 档输出电压（正负均可）接相敏检 波器端。
示波器两通道分别接相敏输入、输出端，观察输入、输出波形的相位关系和幅集学科优势- 5 -求改革创新4 25 6值关系。
4.改 变端参考电压的极性，观察输入、输出波形的相位和幅值关系。
由此可以得出结论：当参考电压为正时，输入与输出同相，当参考电压为负时，输入与输出反相。
5.将音频振荡器 0°端输出信号送入移相器输入端，移相器的输出端与相敏检波器的参考输入端连接，相敏检波器的信号输入端接音频 0°输出。
6.用示波器两通道观察附加观察插口 、的波形。
可以看出，相敏检波器中整形电路的作用是将输入的正弦波转换成方波，使相敏检波器中的电子开关能正常工作。
7.20V 。
8. 9.将相敏检波器的输出端与低通滤波器的输入端连接，低通输出端接数字电压表示波器两通道分别接相敏检波器输入输出端。
适当调节音频振荡器幅值旋钮和移相器“移相”旋钮，观察示波器中波形变化和电压表电压值变化，然后将相敏检波器的输入端改接至音频振荡器 180°输出端口， 观察示波器和电压表的变化。
由此可以看出，当相敏检波器的输入信号和开关信号反相时，输出为正极性的全波整流信号，电压表只是正极性方向最大值，反之，则输出负极性的全波整流波形， 电压表指示负极性的最大值。
相敏检波器实验
实验八相敏检波器实验一、实验目的：了解相敏检波器的原理及工作情况。
二、基本原理：相敏检波器模块示意图如下所示，图中Vi为输入信号端，Vo为输出端，AC为交流参考电压输入端，DC为直流参考电压输入。
当有脉冲符号的两个端子为附加观察端。
三、需用器件与单元：移相器/相敏检波器/低通滤波器模块、音频振荡器、双踪示波器（自备）、直流稳压电源±15V、±2V、转速/频率表、数显电压表。
四、旋钮初始位置：转速/频率表置频率档，音频振荡器频率为4KHz左右，幅度置最小（逆时针到底），直流稳压电源输出置于±2V档。
五、实验步骤：1、了解移相器/相敏检波器/低通滤波器模块面板上的符号布局，接入电源±15V及地线。
2、根据如下的电路进行接线，将音频振荡器的信号0˚输出端和移相器及相敏检波器输入端Vi相接，把示波器两根输入线分别接至相敏检波器的输入端Vi和输出端Vo组成一个测量线路。
3、将主控台电压选择拨段开关拨至+2V档位，改变参考电压的极性（通过DC端输入+2V或者-2V），观察输入和输出波形的相位和幅值关系。
由此可得出结论，当参考电压为正时，输入和输出同相；当参考电压为负时，输入和输出反相。
4、调整好示波器，调整音频振荡器的幅度旋钮，示波器输出电压为峰-峰值4V，通过调节移相器和相敏检波器的电位器，使相敏检波器的输出Vo为全波整流波形。
六、思考题：根据实验结果，可以知道相敏检波器的作用是什么？移相器在实验线路中的作用是什么？（即参考端输入波形相位的作用）。
实验九交流全桥的应用——振动测量实验一、实验目的：了解利用交流电桥测量动态应变参数的原理与方法。
二、基本原理：对于交流应变信号用交流电桥测量时，桥路输出的波形为一调制波，不能直接显示其应变值，只有通过移相检波和滤波电路后才能得到变化的应变信号，此信号可以从示波器读得。
三、需用器件与单元：音频振荡器、低频振荡器、万用表（自备）、应变式传感器实验模块、移相/相敏检波/低通滤波器模块、振动源模块、示波器（自备）。
传感器实验思考题
台州学院物电学院电气自动化实验一应变片桥式测量电路研究实验思考题1、本实验电路对直流稳压电源和对放大器有何要求？答：直流电源要稳定；放大器零飘要小。
2、根据所给的差动放大器电路原理图，分析其工作原理，说明它既能作差动放大，又可作同相或反相放大器。
答：将被电阻接在单桥的被测桥臂上，调节另三个桥臂（比例臂和比较臂）上的已知电阻，使电桥平衡（检流计指零），以此测得被测电阻的大小。
通过调节两端电压可将其当作同相或反相放大器，调节W1可以实现差动放大。
当正输入端接地负输入端作输入则就成反向放大器反之就成正向放大器，对输入端阻抗要求同原要求一样即近似为0，在技求可应用CMOS低阻抗模似开关进行切换。
3、述应变片直流单臂电桥系统实验结果产生非线性误差的原因。
由实验原理我们可以知道，运用应变片来测量，主要是通过外界条件的变化来引起应变片上的应变，从而可以引起电阻的变化，而电阻的变化则可以通过电压来测得。
而实际中，电阻的变化与应变片的应变的变化不是成正比的，而是存在着“压阻效应”，从而在实验的测量中必然会引起非线性误差。
实验二移相器和相敏检波器电路性能实验思考题1、根据实验结果，可以知道相敏检波器的作用是什么？移相器在实验线路中的作用是什么？答：相敏检波器的作用：具有鉴别调制信号相位和选频作用。
移相器的作用：将信号的相位移动一个角度。
2、当相敏检波器的输入与开关信号同相时,输出是什么极性的什么波,电压表的读数是什么极性的最大值？答：当相敏检波器的输入信号与开关信号同相时，输出为正极性的全波整流信号，电压表指示正极性方向最大值。
实验三电涡流式传感器实验思考题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？答：与电涡流传感器能够产生磁场大小有关，还与被测体的材质有关；如果要测量正负5伏的量程让传感器中空被测物体靠近一侧是会远离另外一侧从而保证测量范围。
2、用电涡流传感器进行非接触位移测量时，如何根据量程使用选用传感器。
传感器设计基础实验2-2
三、实验数据记录与处理1、实验部分四相敏检波器实验（1）根据图4A进行连线：观察输入与输出波的相位和幅值关系：发现输入和输出的波形同相并且幅值相等。
改变参考电压的极性（除去直流恒压源+2V输出端与相敏检波器参考输入端DC的连线，把直流恒压源的-2V输出接至相敏检波器的参考输入端DC），观察输入和输出波形的相位和幅值关系：发现输入和输出的波形反相，并且幅值相等。
结论：当参考电压为正时，输入和输出同相；当参考电压为负时，输入和输出反相。
此电路的放大倍数为1。
（2）根据图4B重新接线，在电路中加入低通滤波器观察Vi与Vo的波形如下：可以看出，Vi与Vo同相且幅值相等。
调整音频振荡器的输出幅度Vi p-p,同时记录万用表的读数Vo：Vi p-p/V Vo/mV1.02 23.01.22 28.71.42 33.11.62 38.31.82 44.52.02 49.02.22 54.62.42 59.52.62 64.52.82 70.23.02 75.4作出Vo-Vi p-p曲线如下：可以看出，Vo与Vi p-p呈线性关系，即当音频振荡器的输出幅度变大时，万用表的示数随之线性增加。
图像曲线的斜率大约为26.2（mV/V）。
（3）根据图4C重新接线，在电路中加入移相器开启恒压源，转动移相器上的移相电位器，观察示波器上显示的波形及万用表上的读数，使得输出最大。
经过调整移相电位器，发现万用表示数最大值为-0.568V，极性为负。
此时波形图如下所示：发现加入移相器后，Vo的幅值会随移相电位器的调整而发生改变。
且Vo在示波器上的图像不再是完全的正弦波，其顶端变尖，类似于三角波。
移相电位器调整时，Vo图像会随之倾斜。
当输出最大时，图像的顶端正好处于中间位置（通过图像也发现确实只有当相敏检波器的Vo的波形顶端处于正中时，才能使Vo的幅值最大，即输出最大）。
调整音频振荡器的输出幅度，同时记录万用表的示数，数据如下所示：Vi p-p/V Vo/V1 -0.1671.96 -0.3493 -0.5373.96 -0.7174.92 -0.8965.96 -1.0946.96 -1.2878 -1.4798.96 -1.64610 -1.83411 -2.04012 -2.18813 -2.379作出Vo-Vi p-p曲线图如下所示：发现万用表的读数Vo与Vi呈线性关系，当音频振荡器的输出Vi变大时，Vo随之线性减小。
实验02(移相器)实验报告
实验二-移相器、相敏检波器及交流电桥实验实验1：移相器实验：一、实验目的了解运算放大器构成的移相电路的原理及工作情况二、实验原理图三、实验器械移相器、音频振荡器、双线（双踪）示波器、主、副电源四、实验数据记录和数据处理实验数据如下：5Khz时，移相范围为15us7Khz时，移相范围为14us9Khz时，移相范围为15us五、实验思考题根据图2-1，分析本移相器的工作原理，并解释所观察到的现象答：任何传输介质对在其中传导的波动都会引入相移。
实验2：相敏检波器实验一、实验目的了解相敏检波器的原理和工作情况二、实验原理图相敏检波电路如图2-2 所示，图中（1）端为输入信号端，（3）为输出端，（2）为交流参考电压输入端，（4）为直流参考电压输入端。
（5）、（6）为两个观察口。
三、实验器械相敏检波器、移相器、音频振荡器、示波器、直流稳压电源、低通滤波器四、实验数据记录和数据处理实验数据如下：实验数据拟合图像如下：五、思考题1、根据相敏检波器原理图2-2，定性分析此相敏检波器电路的工作原理。
答：模拟PSD:使用乘法器,通过与待测信号频率相同的参考信号与待测信号相乘,其结果通过低通滤波器得到与待测信号幅度和相位相关的直流信号。
2、根据实验结果，可以知道相敏检波器的作用是什么?移相器在实验线路中的作用是什么？答：相敏检波器鉴别调制信号相位和选频，移相器对波的相位进行调整实验3：交流全桥的测重实验一、实验目的了解交流供电的四臂应变电桥的原理和工作情况二、实验原理交流全桥侧重原理与直流电桥一样，也是利用箔式应变片的电阻应变效应来完成的。
将R1、R2、R3、R4 四个箔式应变片按它们的受力方向接入组成全桥，从音频振荡器的LV 端给全桥电路一个音频信号，当电桥对应两边的阻抗乘积相等时，电桥达到平衡，输出为零。
交流电桥工作时增大相角差可以提高灵敏度，传感器最好是纯电阻性或纯电抗性的。
交流电桥只有在满足输出电压的实部和虚部均为零的条件下才会平衡。
压阻式压力传感器的压力测量实验+移相器、相敏检波器实验
压阻式压力传感器的压力测量实验学校：汕头大学专业：电子信息工程年级：10级姓名：胡丹一、实验目的了解扩散硅压阻式压力传感器测量压力的原理和方法。
二、基本原理扩散硅压阻式压力传感器的工作机理是半导体应变片的压阻效应。
在弹性元件受到压力时，其上的半导体会暂时改变晶体结构的对称性，导电机理和电阻率也随之改变，引起电阻的变化，经电桥转换成电压输出。
输出的电压的变化反映了所受的压力的变化。
三、实验设备与元器件主机箱、压阻式压力传感器、压力传感器实验模板、引压胶管。
四、数据处理压阻式压力传感器测压力实验数据1. 计算单臂测量系统的灵敏度S ：的平均值为：灵敏度2.计算非线性误差：这里以理论拟合直线，即以输出0%为起点，满量程输出（此处为350mV）的100%作终点的直线（）为基准直线。
从上图中的偏差曲线可以看出，当P=4KPa时有最大偏差。
而，所以，。
五、思考题查阅传感器相关理论知识，说明压阻式压力传感器大致有几种类型，在应用上各有什么特点。
答：压阻式压力传感器主要有以下三种类型：1.扩散硅扩散硅传感器灵敏度和精度最高，适合测量1kpa到40Mpa的压力范围。
2.陶瓷压阻陶瓷压阻式压力传感器过载能力低一些，抗冲击压力较差，但灵敏度较高，适合测量50Kpa以上的高量程范围，而且耐腐蚀，温度范围也很宽.3.应变片过载能力强和抗冲击压力强，适合测量高量程范围的压力变化，尤其在1Mpa 以上时，线性很好，精度也很高，并适合测量与应变材料兼容的各类介质.移相器、相敏检波器实验一、实验目的深入了解移相器、相敏检波器的工作原理。
二、实验设备与元器件主机箱中的（步进可调）直流稳压电源、直流稳压电源、音频振荡器；移相器/相敏检波器/低通滤波器实验模板；双踪示波器。
三、数据处理(一)移相器实验1.f=2KHz，T=486.60(us)，，波形如下图所示(波峰的高度更低的是)：,,波形如下图所示(波峰的高度更低的是)：2.f=9KHz，T=110.00(us)，，波形如下图所示(波峰的高度更低的是)：,波形如下图所示(波峰的高度更低的是)：(二)相敏检波器实验1.DC参考电压=+2V：相敏检波器的输入、输出波形如下图所示：输入与输出波形重合。
相敏检波器
实验二十相敏检波器实验一、实验目的说明由施密特开关电路及运放组成的相敏检波电路的原理。
二、实验原理相敏检波电路如图所示：图○1为输入信号端，○2为交流参考电压输入端，○3为输出端。
○4为直流参考电压输入端。
当○2、○4端输入控制电压信号时，通过差动放大器的作用使D和J处于开关状态，从而把○1端输入的正弦信号转换成半波整流信号。
三、实验所需部件相敏检波器、移相器、音频振荡器、直流稳压电源、低通滤波器、电压表、示波器四、实验步骤1.将音频振荡器频率幅度旋钮居中，输出信号信号（0°或180°均可），接相敏检波器输入端。
2.将直流稳压电压2V档输出电压（正负均可）接相敏检波器○4端。
3.示波器两通道分别接相敏输入、输出端，观察输入、输出波形的相位关系和幅值关系。
4.改变○4端参考电压的极性，观察输入、输出波形的相位和幅值关系。
由此可以得出结论：当参考电压为正时，输入与输出同相，当参考电压为负时，输入与输出反相。
5.将音频振荡器0°端输出信号送入移相器输入端，移相器的输出端与相敏检波器的参考输入端○2连接，相敏检波器的信号输入端接音频0°输出。
6.用示波器两通道观察附加观察插口○5、○6的波形。
可以看出，相敏检波器中整形电路的作用是将输入的正弦波转换成方波，使相敏检波器中的电子开关能正常工作。
7.将相敏检波器的输出端与低通滤波器的输入端连接，低通输出端接数字电压表20V。
8.示波器两通道分别接相敏检波器输入输出端。
9.适当调节音频振荡器幅值旋钮和移相器“移相”旋钮，观察示波器中波形变化和电压表电压值变化，然后将相敏检波器的输入端改接至音频振荡器180°输出端口，观察示波器和电压表的变化。
由此可以看出，当相敏检波器的输入信号和开关信号反相时，输出为正极性的全波整流信号，电压表只是正极性方向最大值，反之，则输出负极性的全波整流波形，电压表指示负极性的最大值。
10.调节移相器“移相”旋钮，利用示波器和电压表，测出相敏检波器的输入V P-P 值与输出直流电压的关系。
传感器实验指导书
测试技术与传感器实验指导书罗志增、倪红霞、席旭刚编倪红霞校杭州电子科技大学自动化学院二○一○年五月前言本实验指导书是为了配合“测试技术与传感器”、“传感器原理及应用”“集成传感器与应用”等课程而编写的，实验仪器是杭州高联教学仪器设备有限公司生产的传感器综合实验仪CSY-910，实验过程中大部分实验需由双踪示波器配合测试完成。
本实验指导书中的实验编排基本按照教材《测试技术与传感器》讲课进程，每个实验从易到难，从静态测量到动态实验的规律安排。
全书共列四个实验，涉及七种不同传感器，计划每个实验2学时，教师可根据不同教学要求，按需要选做。
目录实验一、应变片与直流电桥（单臂、半桥、全桥比较） (3)实验二、应变片与交流电桥、应变片电桥的应用 (6)实验三、差动变压器性能、零残及补偿、标定实验 (9)实验四、涡流传感器、霍耳传感器、压电加速度、电容传感器实验 (12)附录A 实验报告格式、要求 (17)附录B 实验设备介绍 (17)实验一 应变片与直流电桥（单臂、半桥、全桥比较）一、金属箔式应变片性能——单臂单桥实验目的：了解金属箔式应变片，单臂单桥的工作原理和工作情况。
实验准备：预习实验仪器和设备：直流稳压电源、电桥、差动放大器、测微头、应变片、电压表。
实验原理：当电桥平衡（或调整到平衡）时，输出为零，当桥臂电阻变化时，电桥产生相应输出。
实验注意事项：直流稳压电源打到4V 档，接线过程应关闭电源，电压表打到2V 档，如实验过程中指示溢出则改为20V 档，接线过程注意电源不能短接。
实验时位移起始点不一定在10mm 处，可根据实际情况而定。
为确保实验过程中输出指示不溢出，差动放大增益不宜过大，可先置中间位置，如测得的数据普遍偏小，则可适当增大，但一旦设定，在整个实验过程中不能改变。
实验内容：（1）观察双平行梁上的应变片、测微头的位置，每一应变片在传感器实验操作台上有引出插座。
（2）将差动放大器调零。
方法是用导线将差动放大器正负输入端相连并与地端连接起来，然后将输出端接到电压表的输入插口。
试验七移相器相敏检波器试验
前言YC-2000D-I型创新传感器实验装置主要用于各大、中专院校及职业院校开设的“传感器原理与技术”、“自动化检测技术”、“非电量电测技术”、“工业自动化仪表与控制”、“机械量电测”等课程的实验教学。
实验台上采用的大部分传感器虽然是教学传感器（透明结构便于教学），但其结构与线路是工业应用的基础，希望通过实验帮助广大学生加强对书本知识的理解，并在实验的进行过程中，通过信号的拾取、转换、分析、掌握作为一个科技工作者应具有的基本的操作技能与动手能力。
YC-2000D-I型创新传感器实验装置为适应不同类别，不同层次的专业需要，最新推出的模块化的新产品。
其优点在于：1、能适应不同专业的需要，不同专业可有不同的菜单，可以根据用户的特殊要求制作模块。
2、能适应不断发展的趋势，可以不断补充新型的传感器模块。
3、指导教师和学生可以开发与组织新实验，本公司可以提供空白的模块。
4、可以利用主控台的共用平台用于学生课程设计、毕业设计和自制装置。
本实验指南，由于编写时间仓促，水平有限，难免有疏漏廖误之处，热切期望实验指导老师与学生们，能提出宝贵意见，谢谢！目录YC-2000D-I型创新传感器实验装置。
3示范实验举例。
5实验一应变片单臂电桥性能实验。
5实验二应变片半桥性能实验。
11实验三应变片全桥性能实验。
12 *实验四应变片单臂、半桥、全桥性能比较。
14实验五应变片直流全桥的应用—电子秤实验。
15实验六应变片的温度影响实验。
16实验七移相器、相敏检波器实验。
16实验八差动变压器的性能实验。
21实验九激励频率对差动变压器特性的影响。
26实验十差动变压器零点残余电压补偿实验。
26实验十一差动变压器测位移实验。
28实验十二差动变压器的应用—振动测量实验。
30实验十三线性霍尔传感器位移特性实验。
32实验十四线性霍尔传感器交流激励时的位移性能实验。
34实验十五光纤位移传感器测位移特性实验。
36实验十六光纤温度传感系统特性实验。
39实验十七光纤压力传感系统特性实验。
移相器与相敏检波实验
③ 开启实验仪、移相器模块电源，用示波器的“CH2”通道观察移相器的输出端 ②的输出信号波形。
④ 分别将实验仪中的音频振荡器输出的标准信号“0度或180度”改为1KHZ/2Vpp、4KHZ/2Vp-p，按实验1步骤中的⑤—完成实验。
⑤ 旋转移相器旋钮置最小（逆时针到底），用示波器检测此时输入信号与输出 信号。并绘出两信号的电波形，计算出两信号的相位差。
感测技术实验二
移相器与相敏检波器
专业综合实验室
一、实验目的：
通过本次实验了解并掌握感测技术中常用的 信号处理电路的组成与功能.
1．熟悉由运算放大器构成移相电路的组成与工作原理。 2.熟悉相敏检波器的工作原理及其使用方法。 3．观测移相电路的功能及其使用方法。 4.熟悉相敏检波器在检测技术中的运用。 5.进一步熟悉并掌握常用电子测量仪器的运用。
2.相敏检波器的电路组成
能够鉴别调制信号的相位，同时还具有选频能力的电子电路,称为相敏检波器. 实验仪中的相敏检波器电路组成与面板布局如图所示:
相敏检波器模块主要由三部分组成：一是由运算放大器A1构成的整形电路部 分，用于对参考信号的处理；二是由场效应管构成的电子开关电路部分，控制 相敏检波器；三是由运算放大器A2构成的相敏检波器部分。当（2）端的控制 电压为高电平时，二极管D截止，开关管栅极G为低电平，BG截止，相当开关断 开。此时，相敏检波器为反相运算放大器，输入与输出信号反相。当（2）端 的控制电压为低电平时，二极管D导通，开关管栅极G为高电平，BG导通，相当 开关接通。此时，相敏检波器为同相运算放大器，输入与输出信号同相。
通过以上实验结果，可以得出结论：相敏检波器中的整形电 路的作用是将输入的 波转换变成 ，使相敏检波 器中的电子开关电路能正常工作。
实验六 移相器与相敏检波器实验实验
3 数据记录与数据处理】
3.1. 移相器输出幅度与相移量关系的测量： 保持音频振荡器输出信号幅度 V0=5V 有效值不变，输出频率为 f=5KHz，
调整示波器扫描速率“TIME/DIV”为 10us，调整移相器移相旋钮使得 ΔT 分别为
24us、16 us、8 us、0 us、-8 us、-16 us、-24 us、-32 us、-40 us、-48 us、 -56 us、-64 us 时测量移相器输出信号的幅度Vd ，记录入表 6-1，计算出相移
移相器 图 6-1 移相器工作原理
1.2 相敏检波器的工作原理 相敏检波器是一种根据信号的相位来提取有用信号的处理电路，在外部同频
控制信号作用下，用控制信号来截取输入信号，相敏检波器输出的直流分量为反 映输入信号与控制信号相位差的直流电压，经低通滤波器 LPF 滤除高频分量后得 到直流输出信号 E ；相敏检波器的组成框图见图 6-2。
移相器输出幅 Vd /V （有效值） 4.59688826 4.59688826 4.59688826
4.773691655 4.95049505 4.95049505 4.95049505 4.95049505 4.95049505 4.95049505 4.95049505 4.95049505
通滤波器 LPF），直流电压表选择 20V 档。双踪示波器的 CH1、CH2 选定 AC 输入， 探头衰减比为 1：1，触发源模式 MODE 拨到“DAUL”，显示方式 ALT/CHOP 置“ALT”。 CH1 接音频振荡器输出端，CH2 接移相器输出端。保持音频振荡器输出信号幅度 5V 有效值不变，输出频率为 5KHz，调整示波器扫描速率“TIME/DIV” 为 10us，调整移相器移相旋钮使得 ΔT 分别为 24us、20 us 、16 us、12 us 、8 us、4 us 、 0 us、-4 us 、-8 us、-12 us 、-16 us、-20 us 、-24 us、-28 us 、-32 us、-36 us 、 -40 us、-44 us 、-48 us、-52 us 、-56 us、-60 us 、 -64 us 时 记 录 直 流 电 压 表 的 测 量 数 据 E ， 记 录 入 表 6-2 ， 计 算 出 相 移 量
开关式全波相敏检波电路
实验1 开关式全波相敏检波电路一、实验目的1．熟悉和掌握相敏检波器的工作原理。
2．验证相敏检波器的检幅特性和鉴相特性。
二、实验设备及参考电路图1．实验台中部件：相敏检波器、音频振荡器、移相器、直流稳压电源、低通滤波器、电压表（毫伏表）2．双踪示波器3．实验参考电路图三、实验步骤将音频振荡器的输出信号（00 ）接至相敏检波器的输入端(1)。
1．参考信号为直流电压⑴将直流稳压电源+2V接入相敏检波器参考信号输入端(4)，用双踪示波器测试相敏检波器输入端(1)和输出端(3)的波形。
⑵将直流稳压电源-2V接入相敏检波器参考信号输入端(4)，用双踪示波器测试相敏检波器输入端(1)和输出端(3)的波形。
2．参考信号为交流电压⑴将音频信号00接入相敏检波器参考信号输入端(2)，用双踪示波器观察(1) ～ (6)端波形。
⑵将音频信号1800 接入相敏检波器参考信号输入端(2)，用双踪示波器观察(1) ～ (6)端波形。
3．相敏检波器检幅特性将相敏检波器的输出端(3)接低通滤波器的输入端，将低通滤波器的输出端接数字电压表。
⑴相敏检波器的输入信号（接(1)）和参考信号（接(2)）同相，改变音频信号的输入幅值Vp-p，分别读出电压表显示的数值填入下表。
⑵相敏检波器的输入信号（接(1)）与参考信号（接(2)）反相时，改变音频信号的输入幅值Vp-p，分别读出电压表显示的数值填入下表。
4．相敏检波器的鉴相特性将音频信号接移相器的输入端，移相器电路输出接相敏检波器参考输入端(2)，旋转移相器的电位器旋钮，改变参考电压的相位，音频振荡器输出幅值不变，用示波器观察(1) ～(6)波形，并读出对应的电压表值。
四、实验报告要求1．画出该相敏检波器的电路图，并说明该电路的工作原理。
2．画出该实验第三步骤和第四步骤的原理框图。
3．分别画出参考电压与相敏检波器的输入信号同相、反相时(1) ～ (6)点的波形图及低通滤波器的输出波形。
4．画出参考电压通过移相器后（差900 时），相敏检波器(1) ～ (6)点及低通滤波器的输出波形。
移相器-相敏检波器-低通滤波器
3.以调幅波的载波为交流参考信号
（1）载波 （2）调制信号 （3）调幅波 （4）相敏检波输出 （5）低量低频振动中
若传感器不需要高频交流激励，可以将传 感获取的对应振动的放大后的低频交流信 号用三模块转换成直流测量其量值，并用 数显频率计测量其频率 若传感器测量电路需要高频交流激励，则 传感获取的信号为以振动信号为调制信号 的调幅波，用三模块可以检出调制信号。
The End
2.以交流信号为参考信号接AC
（3）用途
• 将交流信号转换成直流用直流电压表获取其量 值信息。适用于传感器测量系统中没有设置交 流测量功能模块的情况。 • 直流电压表的正负可以反映输入电压和参考电 压的相位关系。适用于传感器测量中其可动部 分从中间点向两侧移动不同方向对应反相相位 信号的情况。
3.以调幅波的载波为交流参考信号
• 若Vi 和VAC同相，则相敏检波模块输出为正极性的整流 信号；经低通滤波器接直流电压表可以指示正极性的 最大值。 • 反之则输出负极性的整流波形，经低通滤波器接直流 电压表可以指示负极性的最大值。 • 该模块的旋钮可以使整流效果在半波和全波整流之间 转变，即输出直流电压可以逐步从半波整流值增大到 全波整流值。
• 以交流信号为参考信号的特殊情况； • 条件
相敏检波模块的输入为调幅波； 参考信号为调幅波的载波；
• 在调制信号的正半周，调幅波与载波同相；在负半周， 调幅波与载波反相。
• 输出效果
在调制信号的正半周，输出正极性的半波~全波 整流信号。 在调制信号的负半周，输出负极性的半波~全波 整流信号。
“移相器-相敏检波器-低通滤波 器”在传感器测量电路中的应 用
2013年5月12日
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实验二移相器相敏检波器实验
一、实验目的：了解移相器、相敏检波器的工作原理。
二、基本原理：
1、移相器工作原理：
图2—1为移相器电路原理图与调理电路中的移相器单元面板图。
图2—1 移相器原理图与面板图
图中，IC1、R1、R2、R3、C1构成一阶移相器（超前），在R2=R1的条件下，其幅频特性和相频特性分别表示为：
K F1(jω)=Vi/V1=-(1-jωR3C1)/(1+jωR3C1)
K F1(ω)=1
ΦF1(ω)=-л-2tg-1ωR3C1
其中：ω=2лf,f为输入信号频率。
同理由IC2,R4,R5,Rw,C3构成另一个一阶移相器（滞后），在R5=R4条件下的特性为：
K F2(jω)=Vo/V1=-(1-jωRwC3)/(1+jωRwC3)
K F2(ω)=1
ΦF2(ω)=-л-2tg-1ωRwC3
由此可见，根据幅频特性公式，移相前后的信号幅值相等。
根据相频特性公式，相移角度的大小和信号频率f及电路中阻容元件的数值有关。
显然，当移相电位器Rw=0，上式中ΦF2=0，因此ΦF1决定了图7—1所示的二阶移相器的初始移相角：
即ΦF=ΦF1=-л-2tg-12лfR3C1
若调整移相电位器Rw，则相应的移相范围为：ΔΦF=ΦF1-ΦF2=-2tg-12лfR3C1+2tg-12лfΔRwC3已知R3=10KΩ,C1=6800p,△Rw=10kΩ,C3=0.022μF,如果输入信号频率f一旦确定，即可计算出图2—1所示二阶移相器的初始移相角和移相范围。
2、相敏检波器工作原理：
图2—2为相敏检波器（开关式）原理图与调理电路中的相敏检波器面板图。
图中，AC 为交流参考电压输入端，DC为直流参考电压输入端，Vi端为检波信号输入端，Vo端为检波输出端。
图2—2 相敏检波器原理图与面板图
原理图中各元器件的作用：C1交流耦合电容并隔离直流；A1反相过零比较器，将参考电压正弦波转换成矩形波（开关波+14V ～ -14V）；D1二极管箝位得到合适的开关波形V7≤0V（0 ～ -14V），为电子开关Q1提供合适的工作点；Q1是结型场效应管，工作在开或关的状态；A2工作在反相器或跟随器状态；R6限流电阻起保护集成块作用。
关键点：Q1是由参考电压V7矩形波控制的开关电路。
当V7＝0V时，Q1导通，使A2的同相输入5端接地成为倒相器，即V3＝-V1（Vo＝-Vi）；当V7＜0V时，Q1截止（相当于A2的5端接地断开），A2成为跟随器，即V3＝V1（Vo＝Vi）。
相敏检波器具有鉴相特性，输出波形V3的变化由检波信号V1（Vi）与参考电压波形V2（AC）之间的相位决定。
下图8—3为相敏检波器的工作时序图。
图2—3相敏检波器工作时序图
三、需用器件与单元：显示面板中的±2V～±10V步进可调直流稳压电源、音频振荡器；调理电路面板中的移相器、相敏检波器单元；双踪示波器(自备)。
四、实验步骤：
（一）移相器实验
1、调节显示面板音频振荡器的幅度为最小（幅度旋钮逆时针轻轻转到底），按图8—4 示意接线，检查接线无误后，合上主、副电源开关，调节音频振荡器的频率为ｆ=1KHz，幅度适中（2V≤Vp-p≤8V）。
图8—4移相器实验接线图
2、正确选择双线（双踪）示波器的“触发”方式及其它(TIME/DIV ：在0.5mS～0.1mS 范围内选择；VOLTS/DIV：1V～5V范围内选择)设置。
3、调节移相器的移相电位器（逆时针到底0KΩ～顺时针到底10KΩ变化范围），用示波器可测定移相器的初始移相角（ΦＦ=ΦＦ1）和移相范围△ΦＦ。
4、改变输入信号Lv频率，调节移相电位器观察相应的移相变化。
测试完毕关闭主电源。
（二）相敏检波器实验
1、将显示面板中的±2V～±10V步进可调直流稳压电源切换到2V档，调节显示面板音频振荡器的幅度为最小（幅度旋钮逆时针轻轻转到底），再按图2—5示意接线。
检查接线无误后合上主电源，调节音频振荡器频率f=5KHz左右，幅度Vp-p=5V；结合相敏检波器的原理图和工作原理，分析观察相敏检波器的输入、输出波形关系。
图2—5相敏检波器跟随、倒相实验接线示意图
2、将相敏检波器的DC参考电压改接到-2V（Vo-），观察相敏检波器的输入、输出波形关系。
关闭主电源。
3、按图2—6示意图接线，合上主电源，分别调节移相电位器和音频信号幅度，结合相敏检波器的原理图和工作原理，分析观察相敏检波器的输入、输出波形关系。
图2—6相敏检波器检波实验
4、将相敏检波器的AC参考电压改接到180°，分别调节移相电位器和音频信号幅度，观察相敏检波器的输入、输出波形关系。
5、作出相敏检波器检波实验的工作时序波形图，实验完毕关闭主、副电源。
五、思考题：
通过移相器、相敏检波器的实验是否对二者的工作原理有了更深入的理解?能理解相敏检波器同时具有鉴幅、鉴相特性吗?。