喻汉平，李　聆，杨木清 (中南民族大学　电子信息工程学院　湖北　武汉)

　　摘　要：介绍电容式传感器特性实验原理及测量方法，利用PowerPoint制作了一套多媒体教学课件，重点放在实验过程的数字图像采集和处理制作上，其间穿插具有中南民族大学特色的精美图片、音像片段，让学生在紧张的学习过程中张弛有度。

　　关键词：电容式传感器；特性实验；PowerPoint；多媒体课件；民族特色

　　1　引言

　　在现代信息社会中，从宇宙探索，到海洋开发；从生产过程控制，到现代文明生活，几乎都离不开传感器技术。传感器技术特别是在自动检测、自动控制、遥感遥测等领域中起着决定性作用。CSY系列传感器系统实验是电信、通信、生物医学工程及相关专业的一门基础课，该实验是强化理论学习、训练实际操作技能的重要手段。在传感器系统实验教学中，因CSY系列传感器系统实验是综合提高性实验，装置复杂、仪器昂贵、器件易损、学生预习时不能面对实验设备，只读实验教材难以达到较好的预习效果。随着招生规模逐年扩大，本实验教学任务随之加重。为了加强学生的预习效果，提高教师的工作效率，保证教学质量，我们设计开发了一套多媒体教学课件，该课件除了实验目的、原理及实验流程介绍外，重点放在实验操作的录像介绍上，录像与实验前老师的讲解完全相同甚至更加详细。

　　学生利用课件在电脑上自主学习，如在实验现场学习一样，而在丰富的交互功能和多彩的动画效果间穿插了具有中南民族大学特色的精美图片、音像片段，有效地激发了学生的学习兴趣，并对中华五十六个民族有更多的了解。随着预习效果提高，教师实验课前讲解工作减少，因 而提高了实验教学质量。

　　2　电容式传感器特性实验

　　2．1　电容式传感器工作原理

　　电容式传感器有多种形式，本实验中是差动变面积式。传感器由两组定片和一组动片组成。当安装于振动台上的动片上、下改变位置，与两组静片之间的重叠面积发生变化即成为差动电容。如将上层定片与动片形成的电容定为Cx 1，下层定片与动片形成的电容定为Cx2，当将Cx 1和Cx 2接入桥路作为相邻两臂时，桥路的输出电压与电容量的变化有关，即与振动台的位移有关。

　　2．2　测量方法

　　本实验选用CSY10A型传感器系统实验仪。所用部件为以下几种：

  　（1）电容式传感器

　　由装于圆盘上的一组动片和装于支架上的两组定片组成平行变面积式差动电容，线性范围≥3 mm。

  　（2）电容变换器

  　 由高频振荡、放大和双T电桥组成。

  　（3）差动放大器

　　增益可调比例直流放大器，可接成同相、反相、差动结构，增益1～100倍。

  　（4）低通滤波器

　　由50Hz陷波器和RC滤波器组成，转折频率35Hz左右。

　　（5）低频振荡器

　　1～30 Hz输出连续可调，Vp－p值20 V，最大输出电流0．5 A，Vi端插口可提供用作电流放大器。Vi端3．5 mm耳机插座静合接点的正常接触是保证让低频输出的条件，无低频信号输出时则可能是静合接点分开，如遇此种情况请打开面板，调节Vi插口静合接点使之接触良好。

　　（6）测微仪

　　由螺旋测微仪组成，测量范围0～25 mm。测量时按图1接线，电容变换器和差动放大器的增益适中。

    装上测微仪，带动振动台位移，使电容动片位于两静片中，此时差动放大器输出应为0。以此为起点，向上和向下移动动片，每次0．5 mm，直至动片与一组静片全部重合为止。记录数据，并做出V-X曲线，求得灵敏度S＝ΔV／ΔX。

    低频振荡器输出接“激振I”一端，“激振I”另一端接地。移开测微头，调节频率和振幅，使差放输出波形较大但不失真，用示波器观察波形。

　　 注意：

　　（1）电容动片与两定片之间的片间距离须相等，必要时可稍微调整。位移和振动时均不可有擦片现象，否则会造成输出信号突变。

　　（2）如果差动放大器输出端用示波器观察到波形中有杂波，请将电容变换器增益进一步减小。

　　（3）由于悬臂梁弹性恢复滞后，虽然测微仪回到开始刻度，但差放输出电压并不回0，此时可反向旋动测微仪，使输出电压过零后再回到初始位置，反复几次，差放电压即到0，然后进行负方向实验。

　　测量结果如图2所示。

    

    2.3　V-X曲线

　　V-X曲线如图3所示。

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