大学物理实验预习报告
第二篇：振动测量实验
实验二 振动测量实验
一、实验目的：
1．了解差动变压器的工作原理和特性。
2．了解差动变压器零点残余电压补偿方法。
3．了解差动变压器测量振动的原理和方法
4．了解压电传感器测量振动的原理和方法
二、基本原理：
1．变压器由一只初级线圈和二只次线圈及铁芯组成，根据内外层排列不同，有二段式和三段式，本实验采用三段式结构。当传感器随着被测体移动时，由于初级线圈和次级线圈之间的互感发生变化促使次级线圈感应电势产生变化，一只次级感应电势增加，另一只感应电势则减少，将两只次级反向串接，就引出差动输出。其输出电势则反映出被测体的移动量。
2．由于差动变压器二只次级线圈的等效参数不对称，初级线圈的纵向排列的不均匀性，二次级的不均匀、不一致，铁芯B－H特性的非线性等，因此在铁芯处于差动线圈中间位置时其输出电压并不为零。称其为零点残余电压。
3．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、实验所需部件：
音频振荡器、差动放大器模板、压电式传感器、压电式传感器实验模块、移相器、相敏检波器、滤波模板、数显单元、低频振荡器、示波器、直流稳压电源。
四、实验步骤：
1、根据图2－1，将差动变压器装在差动变压器实验模板上。
图2－1差动变压器电容传感器安装示意图
2、在模块上按图2－2接线，音频振荡器信号必须从主控箱中的Lv端子输出，调节音频振荡器的频率，输出频率为4－5KHz（可用主控箱的频率表输入Fin来监测）。调节输出幅度为峰－峰值Vp-p＝2V（可用示波器监测：X轴为0.2ms/div）。图中1、2、3、4、5、6为连接线插座的编号。接线时，航空插头上的号码与之对应。当然不看插孔号码，也可以判别初次级线圈及次级同名端。判别初次线图及次级线圈同中端方法如下：设任一线圈为初级线圈，并设另外两个线圈的任一端为同名端，按图2－2接线。当铁芯左、右移动时，观察示波器中显示的初级线圈波形，次级线圈波形，当次级波形输出幅度值变化很大，基本上能过零点，而且相应与初级线圈波形（Lv音频信号Vp-p＝2ｖ波形比较能同相或反相变化，说明已连接的初、次级线圈及同名端是正确的，否则继续改变连接再判别直到正确为止。图中（1）、（2）、（3）、（4）为实验模块中的插孔编号。
3、旋动测微头，使示波器第二通道显示的波形峰－峰值Vp-p为最小，这时可以左右位移，假设其中一个方向为正位移，另一个方向位称为负，从Vp-p最小开始旋动测微头，每隔0.2mm从示波器上读出输出电压Vp-p值，填入下表2－1，再人Vp-p最小处反向位移做实验，在实验过程中，注意左、右位移时，初、次级波形的相位关系。
图2－2 双踪示波器与差动变压器连结示意图
4、实验过程中注意差动变压器输出的最小值即为差动变压器的零点残余电压大小。根据表2－1画出Vop-p－X曲线，作出量程为±1mm、±3mm灵敏度和非线性误差。
表2－1 差动变压器位移X值与输出电压数据表
5、按图2－3接线进行零点残余电压补偿实验。音频信号源从LV插口输出，实验模板R1 、C1 、RW1 、RW2为电桥单元中调平衡网络。
图2－3零点残余电压补偿电路
6、利用示波器调整音频振荡器输出为2V峰－峰值。
7、调整测微头，使差动放大器输出电压最小。
8、依次调整RW1、RW2，使输出电压降至最小。
9、将第二通道的灵敏度提高，观察零点残余电压的波形，注意与激励电压相比较。
10、从示波器上观察，差动变压器的零点残余电压值（峰－峰值）。（注：这时的零点残余电压经放大后的零点残余电压＝V零点p-p／K，K为放大倍数）
11、将差动
变压器按图2－4，安装在台面三源板的振动源单元上，进行振动测量实验。
图2－4 差动变压器振动测量安装图
12、按图2－5接线，并调整好有关部分。调整如下：（1）检查接线无误后，合上主控台电源开关，用示波器观察LV峰-峰值，调整音频振荡器幅度旋钮使V=2V，（2）利用示波器观察相敏检波器输出，调整传感器连接高度，使示波器显示的波形幅度为最小。（3）仔细调节RW1和RW2使示波器（相敏检波器）显示的波形幅度更小，基本为零点。（4）用手按住振动平台（让传感器产生一个大位移）仔细调节移相器和相敏检波器的旋钮，使示波器显示的波形为一个接近全波整流波形。（5）松手，整流波形消失为一条接近零点线。（否则再调节RW1和RW2）。将低频振荡器输出接入振动源的低频输入端，调节低频振荡器的幅度旋钮和频率旋钮，使振动平台振荡较为明显。用示波器观察放大器VO相敏检波器的VO及低通滤波器的VO波形。
图2－5 差动变压器测振幅系统原理图
13、保持低频振荡器的幅度不变，改变振荡频率用示波器观察低通滤波器的输出，读出峰-峰电压值，记下实验数据。填入下表2－2
14、保持低频振荡器的频率不变，改变振荡幅度,用示波器观察低通滤波器的输出，读出峰－峰电压值，记下实验数据，得到振幅与电压峰值曲线(定性)。
表2－2振荡频率与输出电压
15、取走差动变压器实验模块,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。
16、将压电传感器输出两端插入到压电传感器实验模块两输入端，见图2－6，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块电路输出端VO1接R6。将压电传感器实验模块电路输出端VO2,接入低通滤波器输入端Vi, 低通滤波器输出VO与示波器相连。
图2－6 压电式传感器性能实验接线图
17、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。
18、改变低频振荡器的频率,观察输出波形变化。
19、用示波器的两个通道同时观察低通滤波器输入端和输出端波形。
20、根据实验结果作出梁的振幅――频率特性曲线，指出自振频率的大致值
注意事项：选择低频激振电压幅值不要过大，以免梁在自振频率附近振幅过大。
五、思考题：
1、 如何用电涡流传感器进行振动测量实验?
2、 如何用磁电传感器进行振动测量实验?