喻漢平，李　聆，楊木清 (中南民族大學　電子信息工程學院　湖北　武漢)

　　摘　要：介紹電容式傳感器特性實驗原理及測量方法，利用PowerPoint制作了一套多媒體教學課件，重點放在實驗過程的數字圖像采集和處理制作上，其間穿插具有中南民族大學特色的精美圖片、音像片段，讓學生在緊張的學習過程中張弛有度。

　　關鍵詞：電容式傳感器；特性實驗；PowerPoint；多媒體課件；民族特色

　　1　引言

　　在現代信息社會中，從宇宙探索，到海洋開發；從生產過程控制，到現代文明生活，幾乎都離不開傳感器技術。傳感器技術特別是在自動檢測、自動控制、遙感遙測等領域中起著決定性作用。CSY系列傳感器系統實驗是電信、通信、生物醫學工程及相關專業的一門基礎課，該實驗是強化理論學習、訓練實際操作技能的重要手段。在傳感器系統實驗教學中，因CSY系列傳感器系統實驗是綜合提高性實驗，裝置復雜、儀器昂貴、器件易損、學生預習時不能面對實驗設備，只讀實驗教材難以達到較好的預習效果。隨著招生規模逐年擴大，本實驗教學任務隨之加重。為了加強學生的預習效果，提高教師的工作效率，保證教學質量，我們設計開發了一套多媒體教學課件，該課件除了實驗目的、原理及實驗流程介紹外，重點放在實驗操作的錄像介紹上，錄像與實驗前老師的講解完全相同甚至更加詳細。

　　學生利用課件在電腦上自主學習，如在實驗現場學習一樣，而在豐富的交互功能和多彩的動畫效果間穿插了具有中南民族大學特色的精美圖片、音像片段，有效地激發了學生的學習興趣，并對中華五十六個民族有更多的了解。隨著預習效果提高，教師實驗課前講解工作減少，因 而提高了實驗教學質量。

　　2　電容式傳感器特性實驗

　　2．1　電容式傳感器工作原理

　　電容式傳感器有多種形式，本實驗中是差動變面積式。傳感器由兩組定片和一組動片組成。當安裝于振動臺上的動片上、下改變位置，與兩組靜片之間的重疊面積發生變化即成為差動電容。如將上層定片與動片形成的電容定為Cx 1，下層定片與動片形成的電容定為Cx2，當將Cx 1和Cx 2接入橋路作為相鄰兩臂時，橋路的輸出電壓與電容量的變化有關，即與振動臺的位移有關。

　　2．2　測量方法

　　本實驗選用CSY10A型傳感器系統實驗儀。所用部件為以下幾種：

  　（1）電容式傳感器

　　由裝于圓盤上的一組動片和裝于支架上的兩組定片組成平行變面積式差動電容，線性范圍≥3 mm。

  　（2）電容變換器

  　 由高頻振蕩、放大和雙T電橋組成。

  　（3）差動放大器

　　增益可調比例直流放大器，可接成同相、反相、差動結構，增益1～100倍。

  　（4）低通濾波器

　　由50Hz陷波器和RC濾波器組成，轉折頻率35Hz左右。

　　（5）低頻振蕩器

　　1～30 Hz輸出連續可調，Vp－p值20 V，最大輸出電流0．5 A，Vi端插口可提供用作電流放大器。Vi端3．5 mm耳機插座靜合接點的正常接觸是保證讓低頻輸出的條件，無低頻信號輸出時則可能是靜合接點分開，如遇此種情況請打開面板，調節Vi插口靜合接點使之接觸良好。

　　（6）測微儀

　　由螺旋測微儀組成，測量范圍0～25 mm。測量時按圖1接線，電容變換器和差動放大器的增益適中。

    裝上測微儀，帶動振動臺位移，使電容動片位于兩靜片中，此時差動放大器輸出應為0。以此為起點，向上和向下移動動片，每次0．5 mm，直至動片與一組靜片全部重合為止。記錄數據，并做出V-X曲線，求得靈敏度S＝ΔV／ΔX。

    低頻振蕩器輸出接“激振I”一端，“激振I”另一端接地。移開測微頭，調節頻率和振幅，使差放輸出波形較大但不失真，用示波器觀察波形。

　　 注意：

　　（1）電容動片與兩定片之間的片間距離須相等，必要時可稍微調整。位移和振動時均不可有擦片現象，否則會造成輸出信號突變。

　　（2）如果差動放大器輸出端用示波器觀察到波形中有雜波，請將電容變換器增益進一步減小。

　　（3）由于懸臂梁彈性恢復滯后，雖然測微儀回到開始刻度，但差放輸出電壓并不回0，此時可反向旋動測微儀，使輸出電壓過零后再回到初始位置，反復幾次，差放電壓即到0，然后進行負方向實驗。

　　測量結果如圖2所示。

    

    2.3　V-X曲線

　　V-X曲線如圖3所示。

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