测控技术与仪器专业综合实验指导书

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1、实验一轴心轨迹测量实验一、实验目的通过本实验了解和掌握电涡流传感器测量的原理和方法，利用电涡流传感器的涡流效应，进行轴的振动、位移以及轴心轨迹测量实验。二、实验原理电涡流传感器由平面线圈和金属涡流片组成，当线圈中通以高频交变电流后，在与其平行的金属片上感应产生电涡流，电涡流的大小影响线圈的阻抗Z，而涡流的大小与金属涡流片的电阻率，导磁率、厚度、温度以及与线圈的距离X有关，当平面线圈、被测体（涡流片）、激励源确定，并保持环境温度不变，阻抗Z只与距离X有关，将阻抗变化转为电压信号V输出，则输出电压是距离X的单值函数

2、。构成基本工作系统的部件包括探头、（延伸电缆）、前置器及被测体。前置器中高频振荡电流通过延伸电缆流入探头线圈，在探头头部的线圈中产生交变的磁场。如果在这一交变磁场的有效范围内没有金属材料靠近，则这一磁场能量会全部损失；当有被测金属体靠近这一磁场，则在此金属表面产生感应电流，称之为电涡流。电涡流传感器是能静态和动态地非接触、高线性度、高分辨力地测量被测金属导体距探头表面的距离。利用电涡流传感器的涡流效应，进行轴的振动、位移以及轴心轨迹测量实验。图1电涡流传感器工作原理图三、实验仪器和设备多功能转子实验台、电涡流传

3、感器、电源、电压表、示波器四、实验步骤和内容1、电涡流传感器的静态标定（1）将传感器与前置器连接，再将前置器与能提供24V的电源相连，重要的是输入电压应是-24V。（2）将传感器器安装到百分表检定仪上，转动千分尺，每隔一定距离进行一次读数，并做记录。原理如图2所示。图2电涡流传感器原理图建议每隔0.1mm读一次数，到线性严重变坏为止。根据实验数据，画出V-X曲线，指出大致的线性范围。用误差理论的方法求出线性范围内的线性度、灵敏度。-32-实验前，先将千分尺归零，然后将量块位置移动到与传感器测头足够接近，此刻开始

4、读数。为了保证测量数据的准确，可以对位移上升和位移下降两种情况分别予以测量记录。先对传感器5632进行标定，当百分表量块远离传感器测头时，标定数据记录在表1所示。表1传感器5632位移上升时的数据位移（mm）电压(V)位移（mm）电压(V)位移（mm）电压(V)位移（mm）电压(V)0.00.61.21.80.10.71.31.90.20.81.42.00.30.91.52.20.41.01.62.40.51.11.73.0当百分表量块靠近传感器测头时，标定数据记录在表2所示。表2传感器5632位移下降时的数据

5、位移（mm）电压(V)位移（mm）电压(V)位移（mm）电压(V)位移（mm）电压(V)3.01.71.10.52.41.61.00.42.21.50.90.32.01.40.80.21.91.30.70.11.81.20.60.0观察上述所测得的数据，位移若在某一值以后电压值基本保持恒定，则取线形范围内的数据。2、轴心轨迹测量（1）在多功能转子实验台上安装电涡流传感器探头（X、Y向互成90度），将输出电缆与前置器相连，信号经前置器处理后经过数据采集仪输入计算机或者可以通过示波器观察轴心轨迹曲线变化。（2）调节

6、电机转速，观察随着转速的变化，轴心轨迹曲线的变化情况，分析并记录实验结果。-32-图3转子实验台－电涡流传感器轴心轨迹测量实验一、实验报告1、简述实验目的和原理。2、根据实验步骤要求，整理和分析相应的波形和特性曲线。二、注意事项1、安装电涡流探头时，必须首先把初始间隙调好。2、探头以及延伸电缆和前置器连接时，要注意型号要一致。三、思考题1、电涡流传感器有什么特性？可以用在那些特征量的监测上。-32-实验二位移测控实验一、实验目的1、了解位移控制系统的工作原理，掌握测控程序的设计与调试；2、提高应用系统的设计和调

7、试能力。3、利用计算机编写程序控制工作台的移动。二、位移测控系统简介本系统主要由PC机、控制卡、电机控制器、电动移动台（机座、步进电机、螺旋传动机构、工作台）、光栅尺等构成。在程序的控制下PC机接受限位开关、光栅尺等反馈信号，向驱动器送出控制信号控制步进电机的转动。丝杠在步进电机的带动下驱动位移工作台移动。PC机可控制三轴位移。图1所示为控制一轴的系统结构图。位移控制卡如图2所示，该卡可控制三轴的位移，使用时插在PC机的一个标准ISA总线插槽中。卡上有37针的标准接口插座供各轴与控制卡连用。图1系统结构图图2位

8、移控制卡位移控制卡的主要功能是：（1）按软件要求输出方向信号以控制各轴位移方向，输出脉冲信号控制位移速度及位移量。（2）采样限位信号以控制位移终点。-32-（3）利用光栅信号进行反馈控制。用通用阵列逻辑器件GAL16V8和比较器74LS688来完成译码工作。高6位地址与比较器相连。当A9=1，A8＝1，A7=0，A6=0，A5=0，A4=0时，比较器的输出信号使GAL被选中，根据低4位