THSRZ-2传感器系统综合实验装置

实验六 移相实验

一、实验目的：

了解移相电路的原理和应用 二、实验仪器：

移相器/相敏检波/低通滤波模块，±15V电源，信号源，示波器 三、实验原理：

由运算放大器构成的移相器原理图如下图所示：

图6-1 移相器原理图

由图可求得该电路的闭环增益G（S）：

1R4?R6R2C1S(R3?R1)R2C1S?1G(S)?R1R4RwC2S?1[?R6]?[?R3] （6-1）

G(j?)?1R1R4[R4?R6j?RwC2?1?R6]?[j?R2C1(R3?R1)j?R2C1?1?R3] （6-2）

在实验电路中，常设定幅频特性︱G（jω）︱＝1,为此选择参数R1=R3，R4=R6，则输出幅度与频率无关，闭路增益可简化为：

1?j?RwC21?j?RwC2j?R2C1?1j?R2C1?1G(j?)?? （6-3）

则有：

|G(j?)|?1 (6-4)

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2(tg??1??RwR2C1C22?RwC2??R2C12)1?(?RwR2C1C2?1R2C1??RwC2? （6-5） )22tg?22由正切三角函数半角公式tg??1?tg?2可得

??2arctg(1??RwR2C1C22?RwC2??R2C1) （6-6）

Rw?1?R2C1C22时，输出相位滞后于输入，当Rw?1?R2C1C22时，输出相位超前输入。

四、实验步骤：

1、连接实验台与实验模块电源线，信号源Us1音频信号源幅值调节旋钮居中，频率调节旋钮最小，信号输出端Us100连接移相器输入端。

2、打开实验台电源，示波器通道1和通道2分别接移相器输入与输出端，调整示波器，观察两路波形。

3、调节移相器“移相”电位器，观察两路波形的相位差，并填入下表。

4、改变音频信号源频率(频率转速表频率档监测)，观察频率不同时移相器移相范围的变化。 频率(KHz) ΔФ 五、实验报告：

根据实验所得的数据，对照移相器电路图分析其工作原理。 六、注意事项

实验过程中正弦信号通过移相器后波形局部有失真，这并非仪器故障。

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5．实验结束后，关闭实验台电源，整理好实验设备。

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实验七 相敏检波实验

一、实验目的：

了解相敏检波电路的原理和应用 二、实验仪器：

移相器/相敏检波/低通滤波模块，±15V电源，信号源，示波器 三、实验原理：

开关相敏检波器原理图如下图所示：

图7-1 检波器原理图

图中Ui为输入信号端，AC为交流参考电压输入端，Uo为检波信号输出端，DC为直流参考电压输入端。

当AC、DC端输入控制电压信号时，通过差动电路的作用使D和J处于开或关的状态，从而把Ui端输入的正弦信号转换成全波整流信号。 四、实验步骤：

1、连接实验台与实验模块电源线，信号源Us100音频信号输出1kHz，Vp-p＝2V正弦信号，接到相敏检波输入端Ui，调节相敏检波模块电位器Rw到中间位置。

2、直流稳压电源2V档输出（正或负均可）接相敏检波器DC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DC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、去掉DC端连线，将信号源音频信号Us100 端输出1kHz，Vp-p＝2V正弦信号送入移相器输入端，移相器的输出与相敏检波器的参考输入端AC连接，相敏检波器的信号输入端Ui同时接到信号源音频信号Us10 端输出。

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、将相敏检波器的输出端与低通滤波器的输入端连接，如图7-2，低通输出端接数字电压表20V档。

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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Uo改接至音频振荡器Us1800输出端口，观察示波器和电压表的变化。

由上可以看出，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，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，使直流电压表输出最大，利用示波器和电压表，测出相敏检波器的输入Vp-p值与输出直流电压UO的关系。

11、使输入信号Ui相位改变1800，得出Vp-p值与输出直流电压UO1的关系，并填入下表。 输入Vp-p(V) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 输出UO（V） 输出UO1（V）

图7-2 低通滤波器原理图

12．实验结束后，关闭实验台电源，整理好实验设备。 五、实验报告：

根据实验所得的数据，作相敏检波器输入（Vp-p—Vo）输出曲线，对照移相器、相敏检波器电路图分析其工作原理，并得出相敏检波器最佳的工作频率。

实验八 交流全桥性能测试实验

一、实验目的：

了解交流全桥电路的原理 二、实验仪器：

移相器/相敏检波/低通滤波模块，应变传感器实验模块，±15V电源，信号源，示波器 三、实验原理：

图8-1是交流全桥的一般形式。当电桥平衡时，Z1 Z4= Z2 Z3，电桥输出为零。若桥臂阻抗相对变化为△Z1/ Z1、△Z2/ Z2、△Z3/ Z3、△Z4/ Z4，则电桥的输出与桥臂阻抗的相对变化成正比。

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

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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。

图8-1 交流全桥接线图

四、实验步骤：

1、连接实验台与实验模块的电源线，开启实验台电源，音频信号源输出Us100输出1kHz，Vp-p＝2V正弦信号，按图8-1正确接线。调节Rw3到最大，差分放大电路输入短路，调节Rw4使Uo2输出为零。

2、调节电桥直流调平衡电位器Rw1，使系统输出基本为零，并用Rw2进一步细调至零，示波器接相敏检波器Uo端观察波形。

3、用手轻压应变梁到最低，调节“移相”旋钮使检敏检波器Uo端波形成为首尾相接的全波整流波形。然后放手，悬臂梁恢复至水平位置，再调节电桥中Rw1和Rw2电位器，使系统输出电压为零，此时桥路的灵敏度最高。

4、装上砝码盘，分别从20g增加砝码的重量,测得数据填入下表： m（g） V（mv） 五、实验报告：

根据实验所得的数据，在坐标上作出m-V曲线，求出灵敏度，并与直流称重系统进行比较。

5．实验结束后，关闭实验台电源，整理好实验设备。

实验九 交流激励频率对全桥的影响

一、实验目的：

通过改变交流全桥的激励频率以提高和改善测试系统的抗干扰性和灵敏度 二、实验仪器：

移相器/相敏检波/低通滤波模块，应变传感器实验模块，±15V电源，信号源，示波器 三、实验原理：

同实验八 四、实验步骤：

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