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us
ur
u2
u1
u3
u0
图4-4 开关式全波相敏检波电路原理图
相敏检波器工作时要求参考信号ur(t)和被测信号uS(t)频率相同。 （1）ur(t)与uS(t)同相
参考信号ur(t)经A1和D组成的整形电路后的输出u1(t)是与被测信号uS(t)同频、反相,占空比1∶1的方波。此方波信号是控制电路电流流通的开关,为场效应管3DJ7J提供栅源偏置电压,控制电子开关的动作,决定场效应管漏极信号u3(t)。由场效应管工作原理知: 当0?t?当
T时，V截止： u3(t)?uS(t) 2T?t?T时，V导通： u3(t)?0 （1） 2差放A2对信号uS(t)和u3(t)进行合成，得到相敏检波器输出信号u0(t)，其表达式为:
u0(t)??RfR4uS(t)?(1?RfR4)u3(t) （2）
当场效应管截止时，运放A2工作在跟随状态；当场效应管导通时，A2工作在反相放大状态。验证测量时取 Rf = R4。把式(1)代入式(2)中，得: 当0?t?当
T时： u0(t)?uS(t) 2T?t?T时： u0(t)??uS(t) （3） 2由式(3)知，从相敏检波器输出信号u0(t)中得到了被测信号uS(t)。
对上述相敏检波器电路进行性能测试，通过调整Rf可以改变运放A2对信号放大的幅度,测试波形如图2
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所示。对应图1，再对u0(t)进行滤波，即可取其直流分量U0，从而得到被测信号幅值US。
图4-5开关式全波相敏检波电路波形图
（2）ur(t)与uS(t)反相
分析原理同（1），若ur(t)与uS(t)反相时检波输出，如图（b）所示。
2、 参考信号ur(t)和差动变压器式传感器激磁电压uS(t)由同一振荡器供电， 保证二者同频同相（或反相）。
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3－7 在题3－6条件下，如果试件材质为合金钢，线膨胀系数?g?11?10?6/?C，电阻应变片敏感栅材质为康铜，其电阻温度系数??15?10?6/?C，线膨胀系数?s?14.9?10?6/?C。当传感器的环境
温度从10℃变化到50℃时，所引起的附加电阻相对变化量（?R/R）为多少？折合成附加应变?t为多少？ 解：
已知：试件合金钢的线膨胀系数?g?11?10?6/?C，电阻应变片的灵敏系数为K0＝2.05，电阻温度系数??15?10?6/?C，线膨胀系数?s?14.9?10?6/?C，?t?50?10?40， （?C）则由温度变化引起的附加电阻相对变化为：
?Rt??0?K0??g??s??t?15?10?6?2.05??11?14.9??10?6?40?2.802?10?4。 R0?????Rt/R02.802?10?4折合成附加应变为?t???1.37?10?4。
K02.05
C
题4－7图
C Z 2R3 Z1 VD1 VD2 R1 mV U0? Z2 UiR2 VD4 VD3 R4 D C R1 Uo Z1 R1 Uo Z2 随意编辑
Z1 D + R2 R2 D － ~ － Ui
~ Ui
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4－8 已知变隙式电感传感器的铁芯截面积A＝1.5cm2，磁路长度L＝20cm，相对磁导率?1?5000，
?7气隙?0?0.5cm，????0.1mm，真空磁导率?0?4??10H/m，线圈匝数W?3000，求单端
式传感器的灵敏度?L/??。若将其做成差动结构形式，灵敏度将如何变化？ 解：
?7已知：A0＝1.5cm2，?0?4??10H/m，W?3000。
单端式传感器的灵敏度为
?LW2?0A030002?4??10－7?1.5?10－4＝?＝33.9?H/m? 22－2??2?02??0.5?10?若将其做成差动结构形式，则灵敏度为单线圈式的两倍，且线性度也会得到明显改善。
4-10 何谓涡流效应？怎样利用涡流效应进行位移测量？ 【答】
1、根据法拉第电磁感应定律，块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时，导体内将产生呈漩涡状的感应电流，此电流叫电涡流，以上现象称为电涡流效应。
2、有一通以交变电流的传感器线圈。由于电流的存在，线圈周围就产生一个交变磁场H1。若被测导体置于该磁场范围内，导体内便产生电涡流，也将产生一个新磁场H2，H2与H1方向相反，力图削弱原磁场H1，从而导致线圈的电感、阻抗和品质因数发生变化。这些参数变化与导体的几何形状、电导率、磁导率、线圈的几何参数、电流的频率以及线圈到被测导体间的距离有关。如果控制上述参数中的线圈到被测导体间的距离参数改变，余者皆不变，就能构成测量位移的传感器。
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4-12 电涡流传感器常用的测量电路有哪几种？其测量原理如何？各有什么特点？ 1、用于电涡流传感器的测量电路主要有：调频式、调幅式电路两种。 2、测量原理 （1）调频式测量原理
传感器线圈接入LC振荡回路，当传感器与被测导体距离x改变时，在涡流影响下，传感器的电感变化，将导致振荡频率的变化，该变化的频率是距离x的函数，即f=L(x), 该频率可由数字频率计直接测量，或者通过f-V变换，用数字电压表测量对应的电压。
图4-6调频式测量原理图
（2）调幅式测量原理
由传感器线圈L、电容器C和石英晶体组成的石英晶体振荡电路。石英晶体振荡器起恒流源的作用，给谐振回路提供一个频率（f0）稳定的激励电流io。
当金属导体远离或去掉时，LC并联谐振回路谐振频率即为石英振荡频率fo，回路呈现的阻抗最大， 谐振回路上的输出电压也最大；当金属导体靠近传感器线圈时，线圈的等效电感L发生变化，导致回路失谐，从而使输出电压降低，L的数值随距离x的变化而变化。因此，输出电压也随x而变化。输出电压经放大、 检波后， 由指示仪表直接显示出x的大小。
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传感器原理及工程应用(第三版)课后题答案-------郁有文---常健---程继红-著
