电容率测量仪的改进

针对现有的电容率测量实验教学装置中存在的精度较低等问题,重新设计了电容率实验装置.将平行板电容的上极板设计为T型结构,用一限位螺母的转动来带动上极板上下移动,且不发生转动,用千分表实时测出上极板移动的距离.使用改进后的实验装置测量空气的电容率,测量结果与空气的标准电容率ε相比,误差在1%以内.实验结果表明改进后的电容率实验装置性能可靠,实验测量精度较高.     

基于LabVIEW的微小电容测量

针对电容层析成像技术中的微小电容测量的问题,以数字相敏检波原理为基础,LabVIEW软件及NI采集卡为核心设计了微小电容测量系统。LabVIEW程序控制NI采集卡产生激励信号加在微小电容两端,C/V转换电路将其转换为电压信号,NI采集卡将采集的电压信号传送到PC机中,并在LabVIEW程序中通过数字相敏检波算法对数据进行处理及显示。最终,通过对数据进行线性化,得到相应的测量电容值。实验结果表明,该系统具有精度高,线性度好,稳定性好等优点,可以满足电容层析成像系统中对微小电容的测量的要求。     

基于RLC谐振电路研究非接触弹性摆受迫振动的运动特性

实验通过电磁激振方式驱动弹性摆作受迫振动,并巧妙利用RLC谐振电路中电容值在适当频率范围内的微小变化会导致电阻R上产生较大压降变化这一现象,把弹性摆与电容特性联系起来,间接得到电压变化与弹性摆运动变化的关系,进而实现通过改变激振频率来研究摆受迫振动的幅频特性与相频特性的研究目的.     

一种高精度电容性微小变化量液压变送器

为测定流体压强的微小变化,提出一种基于平行板电容器原理的微小液压变送器设计方案,直接将压强变化量转换成频率信号变化量。该方案将平行板电容器作为传感器与温度传感器一并封装于管体内,同时电容器作为信号变送器的一部分实现电容-频率转换,变送器管体设有透明观察窗口用以直接感知液位的变化。实验结果表明,可实现静态压强和动态压强的高精度测量,测量精度达0.26Pa/Hz,具有装置简单、易操作、重复性好等特点。     

探究如何利用谐振电路准确测量电容和电感

当正弦波信号源的输出达到某一频率时,RLC电路的电流达到最大值,即产生谐振现象.目前大多数实验主要是通过描绘RLC串并联电路的相频特性、幅频特性曲线来研究RLC电路的谐振现象,进一步测定谐振曲线、电路品质因数Q值等.那么,能不能利用RLC电路的谐振特性反过来测量电路中的电容和电感呢?为此,本文首先通过谐振电路理论推导得出测量电容及电感的实验原理,然后进行大量的实验探究和数据分析,得出了准确测量电容和电感的条件.     

示波谐振法测电容的研究

示波谐振法测量电容就是用示波器观察RLC串联电路的谐振现象来确定待测电容的值,是测量电容的一种简便方法.理论和实验研究表明,测量灵敏度对测量结果影响较大,电路中标准电感L和标准电阻R的取值对电路灵敏度有较大影响,而电路灵敏度引入的测量不确定度,对测量结果总不确定度影响较大.当L和R的取值使Q≥3时,电路灵敏度已足够高,一般已满足测量的要求.     

电阻箱R对串联谐振电路中Q 值测量精度的影响

串联谐振电路在交流电压作用下, 电感箱和电容箱存在损耗电阻, 而通过对串联电路中电阻箱的阻值 R的选择, 可以降低电感箱和电容箱损耗电阻对Q值测量的影响, 从而提高Q值测量的精确度, 甚至在较高频率的 串联谐振电路里也可使Q值测量值和准确值的百分误差E( Q)低于1%     

电阻箱R对串联谐振电路中Q 值测量精度的影响

串联谐振电路在交流电压作用下, 电感箱和电容箱存在损耗电阻, 而通过对串联电路中电阻箱的阻值 R的选择, 可以降低电感箱和电容箱损耗电阻对Q值测量的影响, 从而提高Q值测量的精确度, 甚至在较高频率的 串联谐振电路里也可使Q值测量值和准确值的百分误差E( Q)低于1%     

半球谐振陀螺驱动电路仿真及实验研究

半球谐振陀螺具有结构简单、抗辐射与冲击、寿命长、可靠性高等优点,其中驱动电路是获取高精度陀螺信号的关键。对影响半球谐振陀螺性能指标的单元电路展开了研究及优化设计,基于微弱信号处理、滤波等技术研究了提高检测电压稳定的方法。采用Tina-TI软件对设计电路的性能进行了仿真,实现了增益40 dB、噪声4.81μV/√Hz的整体电路设计。搭建陀螺样机测试了电路,根据实验结果给出了HRG不同叠加激励信号的作用下其输出信号的演变趋势。结果表明:随着直流、交流电压的增加,均会增大半球谐振陀螺输出信号的幅值;当激励信号电压不变时,交流信号的频率改变也会影响半球谐振陀螺输出信号的幅值。因此,研究半球谐振陀螺的激励信号对输出信号的影响,为设计半球谐振陀螺的驱动电路提供了参考。     

基于新型长周期光纤光栅的动态横向负荷传感器

首次发现高频CO₂激光脉冲写入的长周期光纤光栅(LPFG)具有很好的动态横向负荷响应特性——谐振峰幅值随横向负荷线性变化,其变化频率与横向负荷的变化频率完全相同根据这种动态横向负荷响应特性,提出了一套动态横向负荷传感器设计方案,用窄带光源作为输入,基于LPFG的滤波原理,测量光电探测器的输出就可以获得动态横向负荷该方法仅需对LPFG的谐振峰幅值进行测量,方便简捷,实时性好.     

LC谐振参量的直观测量方法

LC回路是磁共振实验的关键信号检测单元,理解LC电路的幅频和相频特性是掌握核磁共振实验技术原理的重要环节.借助数字存储示波器实时测量信号参量功能,实验方案1提供了简易直观的谐振参量测量方法;利用双通道锁相放大器及其参考同步功能,实验方案2进一步展示了直观测量的教学可操作性.采用不同的幅值表示方法和相位差测量方法,既突出不同技术手段的原理共性,又体现近代物理实验课程承上启下的桥梁作用.     

测量RLC串联电路谐振频率的几种方法

RLC串联谐振电路对信号频率具有选择性被广泛应用于电子线路中,而在电力系统中则要尽量避免发生谐振,因为谐振会使电感和电容上的电压降高于电源电压Q倍,过高的电压会损坏用电设备,危及人身安全.     

一种新颖的长周期光纤光栅可调增益均衡器

发现高频CO2激光脉冲写入的新型长周期光纤光栅的谐振波长对特定圆周方向的横向负载不敏感，谐振峰幅值随横向负载而线性变化；而且这种长周期光纤光栅的谐振波长随温度变化而线性变化，谐振峰幅值对温度变化不敏感。由此设计而成的可调增益均衡器可实现谐振波长和幅值的动态独立调节，能很好地满足均衡掺铒光纤放大器增益谱的需要。     

同步辐射用高频腔的性能研究实验

基于合肥光源提供的铜制有源高频腔和上海光源提供的铌制超导无源高频腔,设计了可以测量高频腔性能参量的实验装置.以探针将微波信号馈入高频腔体中,通过网络分析仪接收到的信号分析微波在腔体中的谐振情况,从而测量腔体的特性.利用该实验装置测量了2个高频腔的谐振频率、品质因数和腔体中心轴线上的电场分布.     

正弦相位调制双法布里—珀罗干涉术的实验研究

讨论了光纤传光、正弦相位调制的双法布里－珀罗干涉术实验结果。通过光强信号的傅里叶分析，证实基频幅值和相位均合谐振腔长度或程函变化信息，从而提出实现基频相位或幅值测量的时间间隔测量法或幅值整流基频幅值测量法。在已研制的实验装置上，测试两种方法的灵敏度阈，结果表明：作者提出的平行双通道结构和光纤传光的测试方法能补偿谐振腔温漂影响，简化信号处理过程，更适合实时测量。     

RL-C并联电路阻抗最大值的讨论

讨论了RL-C并联电路阻抗值随电感、电容,以及电源频率变化的关系,给出了3种情况下最大阻抗值和谐振时的阻抗值,论证了调节电源频率或电感达到谐振时,其阻抗模并非最大值.     

一种高温超导薄膜临界电流密度感应法无损测量装置

临界电流密度(Jc)是超导薄膜、块材、带材等材料的基本性能参数,决定了超导器件及设备的性能和稳定性,简易、准确的无损Jc测量方法对超导材料特性研究及超导器件的性能保障具有重要意义。本文介绍一种基于三次谐波测量的高温超导薄膜局部临界电流密度测量方法和测量装置。研究显示,在一定幅值的初级线圈交流磁场激励下,Ⅱ型超导体会产生非线性响应,通过分析次级线圈中三次谐波分量的幅值变化,可以推算超导体的局部临界电流密度。我们搭建了一套基于此原理、适用于液氮条件的测量装置。通过对比实验,对测量的准确性进行了验证,尤其针对微弱的微纳伏量级被测信号,采取了必要的噪声抑制措施,并通过对测量数据的校正,提高了测量的准确度。实验研究显示,基于三次谐波测量的方法对于超导薄膜的临界电流密度的测量准确度较高,进行误差修正后,测量装置的误差小于10%。超导薄膜感应法测量装置的搭建十分方便,而且应用灵活,对于大面积超导薄膜的临界电流密度分布测量具有十分显著的优势。     

长周期保偏光纤光栅的偏振特性研究

用高频CO2激光脉冲写入法在熊猫保偏光纤上写入长周期光纤光栅,并对其偏振特性进行了全面的试验研究.试验结果表明,在输入椭圆偏振光偏振角度0到2π的变化范围内,高频CO2激光脉冲写入法在熊猫保偏光纤上写入的长周期光纤光栅谐振峰幅值会随着入射椭圆偏振光偏振角度的改变发生以π为周期的周期性变化,并且相邻两谐振峰幅值变化趋势相反,相位差为π.在相同偏振角度下将两谐振峰幅值相减,其差值呈近似于锯齿波的周期性变化,周期也为π.在没有发生模式干扰的情况下,谐振峰波长几乎没有发生漂移.基于模式耦合理论,文中还对所观察到的试验现象进行了定性的理论解释.     

计算电容中Fabry-Perot干涉仪测量位移的相位修正方法

计算电容是复现电学阻抗单位的基准装置, 利用计算电容值和量子霍尔电阻值可以准确计算出精细结构常数α. 计算电容的本质是通过高准确度地测量屏蔽电极的位移, 实现对电容量值的测量. 因此, 基于Fabry-Perot干涉仪的精密电极位移测量系统是计算电容装置中最为核心和关键的部分. 在Fabry-Perot干涉仪测位移过程中, 由于高斯激光束存在轴向Gouy相位, 该附加相位将会引起相邻干涉条纹对应位移的变化(大于或者小于λ/2), 导致位移的测量值与实际值存在偏差. 本文阐述了高斯激光场的传播特性, 利用高斯激光束在自由空间和透过薄透镜复振幅的变换关系, 建立了计算电容装置中Fabry-Perot干涉仪透射光束的传输模型; 通过对不同腔长的Fabry-Perot干涉仪透射光场相位的分析, 获得了高斯激光束轴向Gouy相位修正与传输距离的关系. 结果表明, 当腔长从111.3 mm移动至316.3 mm时, 在接收距离为560 mm的情况下, 高斯光束轴向Gouy 相位引起的位移修正的绝对值最小为0.7 nm, 其相对相位修正量|δL|/|ΔL| = 3.4×10^-9.     

铁电压控谐振器的研究

研究了单端加载铁电叉指电容的微带半波长谐振器的压控特性.铁电材料为LaAlO3衬底上脉冲激光淀积的SrTiO3,叉指电容电极为金.测量了谐振器77K下的压控谐振性能.谐振频率在6GHz左右,70V偏压下的压控频率范围大于180MHz.在10～40V内,谐振频率与偏置电压之间呈良好的线性关系,谐振器的有载Q值为60～90.