测试5(第三篇电阻应变仪和指示记录装置)剖析.ppt

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第三篇 电阻应变仪和指示 记录装置 第一章 指示和记录装置 §1.1 概述 §1.2 光线示波器 振动子是光线示波器的核心,其功能是将被测电信号转换成按相应规律变化的光点位移。 正确地选择和合理地使用振动子对于减小测量误差,提高测量精度是十分重要的,为此必须对振动子的主要特性有清楚的了解。 一、振动子的工作原理 动圈式振动子的结构如图5-10所示。振动子的活动系统由矩形截面的弹性张丝及贴在张丝两面的线圈和粘在张丝窄边的反射小镜所组成。张丝上端用绝缘支承固定,下端用弹簧张紧,线圈的两引出线通过接触组引出。整个振子插入具有强磁场的公共磁系统的空穴内,内极靴是为了导磁。当信号电流通人线圈时,线圈在磁场的作用下,将承受一电磁力矩,使线圈绕轴心偏转,直到与张丝的弹性恢复力矩平衡。同时线圈通过张丝带动镜片偏转同样角度,偏转角θ的大小直接反映信号电流的大小。当镜片偏转时,反射光束通过光学系统的反射和放大,相应地在记录带上移动一定的距离,光点移动距离的大小就反映了,信号电流的大小。 如图5-11所示,当电流I流经振子线圈时,在线圈两边将受到一对电磁力F的作用,此两力在垂直于线圈的平面内形成一个力偶矩,使线圈偏转θ角。力F的方向由左手定则决定,而其大小可由下式计算: 若线圈宽度为b,则线圈所产生的转矩为: 当振动子活动部分处于平衡时,须满足: 三、振动子的运动方程及动特性 此时二阶线性微分方程(5—17)式的解为通解和特解两部分之和。其通解部分如上所述是一个在极短时间内衰减的运动,阻尼越大衰减越快,只在运动开始的一个极短瞬间起作用,故可不予考虑。其特解部分为(5-19) : 其中; 及 其横坐标为信号频率与振子自振频率的比值。 第二章 电阻应变仪 §2.1 概论 采用交流供桥一载波放大形式的动态应变仪的一般原理框图如下图所示。现将其各部分功用说明如下: 电桥 电桥的作用主要是将由机械应变引起的应变计阻值的变化转换成电压或电流的变化信号。在应变仪中,一般都采用较高频率的正弦波(称载波,其频率一般应为被测信号频率的7~10倍)电压供桥。如前述,此时在电桥的测量对角线上输出一被应变信号调制了的调幅波,其频率接近于供桥电源(载波)的频率,而其振幅则按被测应变信号的变化规律成比例地变化。此调幅波可采用—窄频带的交流放大器进行放大。 一般静态应变仪采用双电桥零读法,即以读数桥输出的不平衡电压来平衡测量电桥输出的信号电压,使指示器指零,从读数桥桥臂电阻的变化读得被测值的大小。而动态应变仪则采用单电桥直读法,即将测量电桥输出的信号电压(或电流)放大后直接指示被测值的大小,另外设有标定电桥作为应变信号的比较基准。 放大器 它的作用是将电桥输出的微弱信号加以放大,以便得到足够的功率输出去推动指示仪表和记录器。 振荡器 振荡器的作用在于产生一个频率和振幅稳定而波形良好的正弦交变电压,以作为电桥的电源及相敏检波器的参考电压(见后述)。静态应变仪的振荡频率(即载波频率)在500~2000赫兹,动态应变仪在5千赫~50千赫之间,视应变仪工作频率范围而定。 在多通道的动态应变仪中,从振荡器到各通道的相敏检波器之间,常增加一级称作缓冲级的放大器。此放大器一方面起功率放大作用,另一方面起隔离作用,以消除各通道间的相互影响,提高振荡器的稳定性。 相敏检波器 经放大器放大后的信号是一调幅波,必须经过“解调”才能还原为被测应变信号的波形。而普通的检波器不能区分信号的相位,亦即无法区别拉应变还是压应变。为此必须采用相敏检波器。其输出不仅能反映信号的大小,而且能区分信号的相位 (正负)。 滤波器 相敏检波器输出信号中,除被测应变信号外,还包含有残余载波及高次谐波分量,必须经滤波器滤除后才能得到被测应变信号的正确波形。一般采用由电感,电容组成低通滤波器。在静态应变仪中,其指零仪表本身就有低通滤波作用,因此一般无需另加滤波器。滤波器的频率特性很大程度上决定了动态应变仪的频率特性。 指示仪表或记录器 静态应变仪中的指示器系直流微安(或毫安)表,一般仅用作调零指示,也有的兼作读数之用。动态应变仪中,被测信号一般是具有一定频率的交变信号,故不宜采用指针式电表,而是将滤波器输出的被测信号送至专门的记录器(如光线示波器)进行显示记录。 电源供给器 用以供给放大器、振荡器等所需的直流工作电压。一般采用由220伏交流电供电的直流电子稳压器。有的应变仪(如晶体管式的)也可用电池供电。 注:调制。利用信号来控制或改变高频振荡的某个参数(幅值、频率或相位),使它随着被测信号作有规律变化的过程称为调制过程。 当被控制量是高频振荡

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