《測試技術(shù)》實驗指導(dǎo)書(機(jī)制專業(yè))

1、實驗相關(guān)說明，請仔細(xì)閱讀：1. 實驗過程中請自帶U盤，進(jìn)行實驗一時需要提前將程序拷貝到U盤內(nèi)。2. 做好預(yù)習(xí)，每次實驗前檢查預(yù)習(xí)報告。3. 遲到10分鐘以上的同學(xué)，另選批次補(bǔ)做實驗，并對實驗成績做降級處理。4. 實驗一在實訓(xùn)樓機(jī)房331進(jìn)行，其他實驗均在實訓(xùn)樓319進(jìn)行。5. 請嚴(yán)格按照系統(tǒng)中所選批次來實驗室做實驗，如確實有事無法按時進(jìn)行實驗，請聯(lián)系其他同學(xué)進(jìn)行調(diào)換，并在實驗前與指導(dǎo)老師說明情況。除機(jī)房實驗外，每批實驗最多18人。6. 未能按時進(jìn)行實驗的同學(xué)，請關(guān)注每個實驗中最后一批的實驗時間，缺做實驗者將取消實驗成績，沒有實驗成績將無法參加本門課程考試，希望大家引起重視。7. 實驗報告完成后

2、請在下一次實驗時帶到實驗室交給老師。測試技術(shù)實驗指導(dǎo)書（機(jī)制（卓越）專業(yè)）指導(dǎo)教師：黃偉桂林電子科技大學(xué)二一四 年 十 月目 錄實驗一 信號分析 1實驗二 電渦流傳感器特性測試及應(yīng)用 8實驗三 轉(zhuǎn)子不平衡量測量（綜合性實驗） 12 實驗四 懸臂梁固有頻率測試(設(shè)計性實驗，考核) 213實驗一 信號分析預(yù)習(xí)要求：1、了解并掌握信號的時域描述及頻域描述的含義及方法；2、理解周期信號的幅值頻譜和相位頻譜的概念和意義；3、初步了解利用Matlab軟件進(jìn)行信號處理的方法。一、 實驗?zāi)康?、通過實驗深入理解信號的時域描述和頻域描述的含義及信號的幅值頻譜和相位頻譜的意義；2、通過合成一矩形波、三角波和鋸齒波

3、，更深入地理解前后沿陡峭的波形含有更多的高次諧波的概念；3、學(xué)習(xí)用微形計算機(jī)進(jìn)行速傅里葉變換（FFT）的計算方法，同時認(rèn)識數(shù)據(jù)窗的作用，感性認(rèn)識加窗與否對信號的影響。二、 實驗設(shè)備1、計算機(jī)一臺；2、Matlab仿真軟件；3、源程序文件“SWA1”、“SWA2”、“DFA” 。三、 實驗原理本實驗主要分為以下三個部分：1、數(shù)字信號合成程序（SWA1）一維的周期信號的傅里葉級數(shù)展開式可表示成以下二式： (1-1) n=1,2,3 (1-2)使用程序SMA1，根據(jù)公式(1-2)的原理，輸入各次諧波的次數(shù)A(I)、振幅R(I)、及相位F(I)，在顯示器屏幕上可輸出一個相應(yīng)的復(fù)雜周期信號。2、特殊信號

4、合成程序（SMA2）對于矩形波，可按傅里葉級數(shù)展開成下式： (1-3) n=1,3,5 如圖1.1所示。圖1.1 矩形波對于三角波，可按傅里葉級數(shù)展開成下式： (1-4) n=1,3,5 如圖1.2所示。圖1.2 三角波對于鋸齒波的傅里葉展開與上述矩形波、三角波的方法相同，具體的展開式由大家做練習(xí)，并在實驗報告中完成。根據(jù)公式(1-3)、(1-4)，可以用有限個正弦波來合成近似的矩形波和三角波，N數(shù)越大，則近似的程度越高，從實驗中還可以看出，三角波的合成比較容易，只需要較少的諧波便可合成較精確的三角波。請大家在實驗過程中進(jìn)行驗證。 3、數(shù)字式頻譜分析程序（DFA） 數(shù)字式頻譜分析常采用快速傅里

5、葉變換（FFT）算法，從數(shù)學(xué)本質(zhì)上來說，F(xiàn)FT算法同離散的傅里葉級數(shù)計算完全相同，其具體做法是：截取一段被分析信號，以該段信號作為一個周其，計算這個周期的傅里葉級數(shù)。首先設(shè)定一個含多個諧波成分的復(fù)雜周期信號。 其中： N周期信號中所含諧波成分的個數(shù)。 Ai各諧波成分的振幅。為了簡化計算，本實驗中假設(shè)各個諧波分量的初始相位為零。同期信號的周期T顯然等于其一次諧波的周期T1，如果從中截取一段，截取的時間長度T恰好等于T或是T的整數(shù)倍。在此定義一個稱之為“周期系數(shù)”的量： 當(dāng)M1時，截取的信號曲線如圖1.3a所示，經(jīng)過FFT計算后可以得到很“干凈”的離散的幅值頻譜，如圖1.3b所示。 圖1.3a 截

6、取一個周期的任意合成的數(shù)字信號 圖1.3b 截取一個周期的任意合成的數(shù)字信號的頻譜 然而，在實際測試過程中截取一段信號來分析時，不可能恰好截取一段整數(shù)的周期長度，只能任意截取一段，現(xiàn)假設(shè)此段為一個周期而作為一個新的周期信號，設(shè)M=1.2該信號的樣本序列如圖1.4a所示，這個新的周期信號在截斷點必然產(chǎn)生一個階躍。由于這一階躍包含有極豐富的高次諧波，其頻譜成為圖1.4b那樣的復(fù)雜形態(tài)，這就是所謂的“頻譜泄露”現(xiàn)象。 通?？梢杂脭?shù)據(jù)窗來改善泄露現(xiàn)象。例如將上述M=1.2時任意截取的信號通過加窗處理后，如圖1.5a所示。由圖中可以看出，經(jīng)過這樣處理后，截斷點的階躍被壓縮，泄露現(xiàn)象可得到某種程度的抑制，

7、如圖1.5b圖1.4a 截取M=1.2周期的任意合成的數(shù)字信號圖1.4b 截取M=1.2周期的任意合成的數(shù)字信號的頻譜圖1.5a 截取M=1.2周期的任意合成的數(shù)字信號加窗波形圖1.5b 截取M=1.2周期的任意合成的數(shù)字信號的加窗頻譜四、 實驗方法與步驟1、在計算機(jī)的操作系統(tǒng)中啟動Matlab軟件；2、熟悉Matlab的運行環(huán)境，及命令窗口、記錄窗口及命令等的使用方法；（一）、執(zhí)行任意數(shù)字信號合成系統(tǒng)程序swa1 1、在Matlab的命令窗口中輸入swa1命令，執(zhí)行數(shù)字信號合成程序1， 按提示命令的要求分別輸入要進(jìn)行合成的信號個數(shù)，回車，然后再按提示要求輸入相應(yīng)個數(shù)信號所對應(yīng)的幅值、相位、頻

8、率矩陣(注意，輸入必須以距陣形式，要合成的信號個數(shù)是幾，就是幾階距陣)。 2、執(zhí)行程序，觀察信號合成后的結(jié)果，記錄實驗過程中數(shù)據(jù)及結(jié)果，并對結(jié)果進(jìn)行分析，說明信號合成的過程。3、改變上述輸入?yún)?shù)，以不同的信號個數(shù)，及各種不同復(fù)雜信號的幅值、相位、頻率值，重復(fù)進(jìn)行以上實驗。4、要求至少完成三組，記錄相應(yīng)數(shù)據(jù)及結(jié)果，在實驗報告中對合成的過程及結(jié)果進(jìn)行分析（截取合成的圖像，以Word形式完成實驗報告）。（二）、執(zhí)行特殊數(shù)字信號合成系統(tǒng)程序swa2 1、在Matlab的命令窗口中輸入swa2命令，執(zhí)行特殊數(shù)字信號（矩形波、三角波、鋸齒波）合成程序。2、按提示命令的要求輸入合成信號的諧波次數(shù)，回車。3、

9、再按提示要求輸入要合成的信號的類型，其中各參數(shù)分別表示：1方波、 2三角波、 3鋸齒波。 4、執(zhí)行程序，觀察信號合成后的結(jié)果，記錄實驗過程中數(shù)據(jù)及結(jié)果，并對結(jié)果進(jìn)行分析，說明信號合成的過程。5、改變上述輸入?yún)?shù)，分別合成不同類型（矩形波、三角波、鋸齒波）的信號，及合成各種不同類型的信號的諧波次數(shù)，觀察結(jié)果。6、要求至少每一種類型的信號至少完成三組合成數(shù)據(jù)，記錄相應(yīng)數(shù)據(jù)及結(jié)果，在實驗報告中對合成的過程及結(jié)果進(jìn)行分析，觀察不同類型的信號逼近要求的諧波次數(shù)的不同（截取合成的圖像，以Word形式完成實驗報告）。7、從實驗結(jié)果分析體會，諧波次數(shù)越高，合成信號的的更加逼近理想信號的波形，并且進(jìn)一步理解，前

10、后沿陡峭的波形含更多的高次諧波的概念。（三）、執(zhí)行數(shù)字式頻譜分析程序（DFA） 1、在Matlab的命令窗口中輸入DFA（大小寫均可）命令，執(zhí)行數(shù)字式頻譜分析程序。2、按提示命令的要求輸入截斷周數(shù)系數(shù)Tm1，回車。3、按提示要求輸入是否加窗，其中各參數(shù)分別表示：0不加窗， 1加窗。 4、再按提示命令的要求輸入要合成的信號個數(shù)，及相應(yīng)個數(shù)信號所對應(yīng)的幅值、相位、頻率矩陣。5、執(zhí)行程序，觀察輸出結(jié)果。6、按以上步驟，對幾種不同類型的信號，或任意合成的復(fù)雜信號進(jìn)行頻譜分析，分為加窗，不加窗分別進(jìn)行實驗，記錄不各參數(shù)及輸出結(jié)果（截取合成的圖像，以Word形式完成實驗報告）： 取截取信號整周期內(nèi)Tm1，

11、不加窗和加窗進(jìn)行比較； 取截取信號非整周期內(nèi)Tm1，不加窗和加窗進(jìn)行比較；五、 實驗報告要求1、實驗輸入數(shù)據(jù)及輸出波形要記錄正確、完備、清晰，實驗結(jié)束前交輔導(dǎo)老師審閱；2、比較諧波個數(shù)增加后對波形的的影響，分析原因，寫出本次實驗的體會；3、對不加窗和加窗的數(shù)字信號的波形進(jìn)行比較，寫出前后變化，說明加窗的作用。實驗二 電渦流傳感器特性測試及應(yīng)用一、實驗?zāi)康?、了解電渦流傳感器的結(jié)構(gòu)、特點，掌握其工作原理和使用方法；2、通過測量電渦流傳感器的輸入輸出關(guān)系曲線，深入理解電渦流傳感器的特性及其指標(biāo)的含義；3、了解電渦流傳感器的靜態(tài)特性，利用傳感器進(jìn)行位移測量，并進(jìn)行誤差分析；4、利用機(jī)械結(jié)構(gòu)、傳感器、

12、數(shù)據(jù)采集卡、虛擬儀器平臺構(gòu)建測試系統(tǒng)。二、 實驗原理1、電渦流的形成原理如圖1-1所示，由物理學(xué)知識可知，若在線圈中通入交變電流I，在線圈周圍的空間就產(chǎn)生了交變磁場i，將金屬導(dǎo)體置于此交變磁場范圍內(nèi)，導(dǎo)體表面層產(chǎn)生渦電流，渦電流的高頻磁場e以反作用于傳感器電感線圈，從而改變了線圈的阻抗ZL或線圈的電感和品質(zhì)因素。ZL的變化取于線圈到金屬板之間的距離x、金屬板的電阻率、磁導(dǎo)率以及激勵電流的幅值A(chǔ)和頻率f。圖2-1 電渦流傳感器的工作原理2、電渦流位移傳感器原理電渦流位移傳感器是以高頻電渦流效應(yīng)為原理的非接觸式位移傳感器。前置器內(nèi)產(chǎn)生的高頻振蕩電流通過同軸電纜流入探頭線圈中，線圈將產(chǎn)生一個高頻電磁

13、場。當(dāng)被測金屬體靠近該線圈時，由于高頻電磁場的作用，在金屬表面上就產(chǎn)生感應(yīng)電流，即電渦流。該電流產(chǎn)生一個交變磁場，方向與線圈磁場方向相反，這兩個磁場相互疊加就改變了原線圈的阻抗。這一變化與金屬體磁導(dǎo)率、電導(dǎo)率、線圈的幾何形狀、幾何尺寸、電流頻率以及頭部線圈到金屬導(dǎo)體表面的距離等參數(shù)有關(guān)。通常假定金屬導(dǎo)體材質(zhì)均勻且性能是線性和各項同性，則線圈和金屬導(dǎo)體系統(tǒng)的物理性質(zhì)可由金屬導(dǎo)體的電導(dǎo)率 、磁導(dǎo)率 、尺寸因子 、頭部體線圈與金屬導(dǎo)體表面的距離 D、電流強(qiáng)度 I 和頻率 參數(shù)來描述。則線圈特征阻抗可用 Z=F(, , , D, I, )函數(shù)來表示。通常我們能做到控制 , , , I, 這幾個參數(shù)在一

14、定范圍內(nèi)不變，則線圈的特征阻抗 Z 就成為距離 D 的單值函數(shù)，雖然它整個函數(shù)是一非線性的，其函數(shù)特征為“S”型曲線，但可以選取它近似為線性的一段。于此，通過前置器對信號進(jìn)行處理，將線圈阻抗 Z 的變化，即頭部體線圈與金屬導(dǎo)體的距離 D 的變化轉(zhuǎn)化成電壓或電流的變化。輸出信號的大小隨探頭到被測體表面之間的間距的變化而變化，電渦流傳感器就是根據(jù)這一原理實現(xiàn)對金屬物體的位移、振動等參數(shù)的測量。當(dāng)被測金屬與探頭之間的距離發(fā)生變化時，探頭中線圈的磁場強(qiáng)度也發(fā)生變化，磁場強(qiáng)度的變化引起振蕩電壓幅度的變化，而這個隨距離變化的振蕩電壓經(jīng)過檢波、濾波、線性補(bǔ)償、放大歸一處理轉(zhuǎn)化成電壓（電流）變化，最終完成機(jī)械

15、位移(間隙)轉(zhuǎn)換成電壓（電流）。所以探頭與被測金屬體表面距離的變化可通過探頭線圈阻抗的變化來測量。前置器根據(jù)探頭線圈阻抗的變化輸出一個與距離成正比的直流電壓。圖1-2 為電渦流傳感器的工作原理示意圖。圖2-2 電渦流傳感器工作示意圖主要技術(shù)指標(biāo)：供電電壓探頭直徑線性量程輸出方式24V11mm4mm1-5V3、最小二乘法擬合原理：給定平面上一組點（xi,f(xi)）(i=1,2,3n)，用直線擬合。即求得f(x),使得偏差Vm達(dá)到最小。三、實驗儀器和設(shè)備1計算機(jī) 1 臺 2LabVIEW8.2 以上版本 1 套3多傳感器特性試驗?zāi)K1個 4DRLab 基礎(chǔ)實驗平臺 1 套四、 實驗內(nèi)容與實驗步驟

16、1. 準(zhǔn)備工作 關(guān)閉DRLab 基礎(chǔ)實驗平臺的直流電源部分的開關(guān)。將24V 電源適配器連接到實驗?zāi)K上。 將電渦流傳感器的信號線連接到數(shù)據(jù)采集儀或擴(kuò)展模塊的通道4 上（注：在對實驗設(shè)備進(jìn)行操作時請先把電源關(guān)閉，再進(jìn)行操作，帶電插拔會對設(shè)備造成損壞）。 打開DRLab 基礎(chǔ)實驗平臺直流電源部分的開關(guān)，打開直流電源開關(guān)。將千分尺歸零，此時滑塊上反射圓片緊緊靠在電渦流探頭表面上?；瑝K漸漸遠(yuǎn)離傳感器，觀察電壓數(shù)值的變化，觀測傳感器的最大測量距離。初步估計實驗所選的電渦流傳感器的線性區(qū)，不在此測量范圍內(nèi)時，其函數(shù)曲線將不成線性關(guān)系。2、測繪并求出傳感器的線性區(qū)范圍：電渦流傳感器的線性區(qū)定義為：不在此測量

17、范圍內(nèi)時，其函數(shù)將不成線性關(guān)系。在“多傳感器特性實驗?zāi)K”文件夾中打開“電渦流傳感器靜態(tài)特性與位移測量實驗.vi”程序，點擊如下圖1-3所示的“運行”按鈕，程序界面如圖2-4所示。運行按鈕圖 2-3 程序運行按鈕圖2-4 靜態(tài)特性測量程序運行界面從初始位移為0開始，采集電壓值。設(shè)置每次移動千分尺的距離為0.5mm，將千分尺讀書填寫到“距離值”處，同時點擊“設(shè)定”按鈕，數(shù)據(jù)欄會同時顯示電壓值和距離值。依次移動千分尺，直至輸出電壓接近5v并不再發(fā)生變化。數(shù)據(jù)采集完成后，將程序顯示的采集到的位移和電壓數(shù)據(jù)填寫到如表2-1的excel表格中，并繪制全段的特性曲線。表2-1 靜態(tài)特性測量原始數(shù)據(jù)及曲線位

18、移（mm）電壓（mv）00.250.511.522.533.544.55表2-2 電壓-距離函數(shù)關(guān)系式（v=kx+b，x-距離（mm），v-電壓(mv)）擬合直線表達(dá)式斜率k值截距b值3、利用測得結(jié)果進(jìn)行距離測量和誤差分析：保持程序運行界面不變，在線性區(qū)重新進(jìn)行距離測量。轉(zhuǎn)動千分尺，距離值從1.5mm開始，采樣間隔0.5mm，依次記錄“電渦流傳感器標(biāo)定測量值”填寫表2-3.表2-3 位移測量和相對誤差分析實驗次數(shù)千分尺讀數(shù)傳感器測量結(jié)果相對誤差123（注： 相對誤差=|測量值-計算值|/計算值×100%）五、實驗報告要求1、靜態(tài)特性測繪的原始數(shù)據(jù)及曲線（打?。ū?-1）。

19、2、線性擬合的運行結(jié)果截圖（打?。▓D2-4）。3、線性擬合的函數(shù)式及斜率K和截距b。（表2-2）4、距離測量的數(shù)據(jù)結(jié)果（表2-3）。5、傳感器的測量結(jié)果和千分尺的讀數(shù)（實際位移值）之間存在一定的誤差，分析誤差產(chǎn)生的原因。6、通過理論學(xué)習(xí)和實驗說明電渦流傳感器還可以用來測量哪些物理量？實驗三 轉(zhuǎn)子不平衡量測量一、實驗?zāi)康?. 通過實驗了解并掌握機(jī)械振動速度測量的基本方法。2. 掌握了解和掌握采用磁電傳感器測量轉(zhuǎn)速的基本原理和方法。3. 掌握轉(zhuǎn)速測量的基本方法。4. 掌握用應(yīng)變測力環(huán)對物體進(jìn)行稱重的原理和方法。5. 了解轉(zhuǎn)子不平衡量的測量方法以及原理二、實驗內(nèi)容和原理1.轉(zhuǎn)子實驗臺簡介DRZZS

20、-A 型多功能轉(zhuǎn)子試驗臺由：1 底座、2 主軸、3 飛輪、4 直流電機(jī)、5 主軸支座、6 含油軸承及油杯、7 電機(jī)支座、8 連軸器及護(hù)罩、9RS9008 電渦流傳感器支架、10 磁電轉(zhuǎn)速傳感器支架、11 測速齒輪(15 齒)、12 保護(hù)擋板支架，幾部分組成，如圖1 所示。圖3-1 多功能轉(zhuǎn)子試驗臺安裝位置示意圖圖3-2 多功能轉(zhuǎn)子試驗臺實物圖（1） 主要技術(shù)指標(biāo)為：可調(diào)轉(zhuǎn)速范圍：030000 轉(zhuǎn)/分，無級電源：DC12V主軸長度：500mm主軸直徑：12mm外形尺寸：640×140×160mm重量：12.5kg（2）與LabviEW軟件平臺相結(jié)合，可以完成以下實驗1) 加速

21、度傳感器振動測量2) 速度傳感器振動測量3) 磁電傳感器轉(zhuǎn)速測量4) 光電傳感器轉(zhuǎn)速測量5) 轉(zhuǎn)子軸心軌跡測量6) 力傳感器標(biāo)定及稱重實驗7) 轉(zhuǎn)子不平衡量測量本次涉及的內(nèi)容包括：速度傳感器振動測量、磁電傳感器轉(zhuǎn)速測量、力傳感器標(biāo)定及稱重實驗、轉(zhuǎn)子不平衡量測量2. 速度傳感器振動量測量CD-21 振動速度傳感器的基本原理是基于一個慣性質(zhì)量（線圈組件）和殼體，殼體中固定有磁鐵，慣性質(zhì)量用彈性元件懸掛在殼體上工作時，將傳感器殼體固定在振動體上，這樣當(dāng)振動體振動時，在傳感器工資頻率范圍內(nèi)，線圈與磁鐵相對運動，切割磁力線，在線圈內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電壓，該電壓值正比于振動速度值，這就是振動速度傳感器的工作原理。

22、圖3-3 是CD-21 振動速度傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。圖3-3磁電式振動速度傳感器結(jié)構(gòu) 示意圖CD-21 振動速度傳感器的測量范圍是101000Hz，靈敏度約是200mv/cm·s-1，并且靈敏度K 也是隨著振動頻率的改變而改變的，這個數(shù)據(jù)需要參考傳感器的檢定證書。另外，隨DRMU-ME-B 型綜合實驗臺提供的轉(zhuǎn)子實驗?zāi)K內(nèi)對速度傳感器的信號也進(jìn)行了放大，放大器的增益是10 倍。3.磁電傳感器轉(zhuǎn)速測量DRCD-12-A 型磁電轉(zhuǎn)速傳感器采用了RS9001-1 型無源磁電轉(zhuǎn)速傳感器作為敏感探頭，為了適應(yīng)采集卡對信號幅度的要求，在探頭的處理電路中使用了限幅放大電路、比較器等電路，最后將

23、幅值與轉(zhuǎn)速成正比的類正弦（與發(fā)訊齒輪的齒形有關(guān)系）脈沖信號，處理成幅值在05V 的方波信號。傳感器的探頭與轉(zhuǎn)子實驗?zāi)K通過BNC 連接器連接，探頭本身就是一個完整的RS9001-1 型工業(yè)用無源磁電轉(zhuǎn)速傳感器。探頭的工作信號可以接到模擬示波器上進(jìn)行觀察。據(jù)資料，RS9001-1 型無源磁電轉(zhuǎn)速傳感器的測量范圍在1010000rpm（60 齒），發(fā)訊齒輪的齒形最好是漸開線齒形，模數(shù)24。輸出的波形是近似正弦波。如果使用大模數(shù)的齒輪或者用其他齒形將會產(chǎn)生巨大的波形畸變，妨礙精確測量。DRZZS-A 型轉(zhuǎn)子實驗臺的發(fā)訊齒輪齒數(shù)為16，為了安全的考慮，并沒有將齒輪做成標(biāo)準(zhǔn)的漸開線齒形，而是做成了圓頂。

24、磁電傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)請參考圖4-1，它的核心部件有銜鐵、磁鋼、線圈幾個部分，銜鐵的后部與磁性很強(qiáng)的磁鋼相接，銜鐵的前端有固定片，其材料是黃銅，不導(dǎo)磁。線圈纏繞在骨架上并固定在傳感器內(nèi)部。為了傳感器的可靠性，在傳感器的后部填入了環(huán)氧樹脂以固定引線和內(nèi)部結(jié)構(gòu)。圖3-4 磁電傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)使用時，磁電轉(zhuǎn)速傳感器是和測速（發(fā)訊）齒輪配合使用的，如圖4-2。測速齒輪的材料是導(dǎo)磁的軟磁材料，如鋼、鐵、鎳等金屬或者合金。測速齒輪的齒頂與傳感器的距離d比較小，通常按照傳感器的安裝要求，d 約為1mm。齒輪的齒數(shù)為定值（通常為60 齒）。這樣，當(dāng)測速齒輪隨被測旋轉(zhuǎn)軸同步旋轉(zhuǎn)的時候，齒輪的齒頂和齒根會均勻的經(jīng)過

25、傳感器的表面，引起磁隙變化。在探頭線圈中產(chǎn)生感生電動勢，在一定的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，其幅度與轉(zhuǎn)速成正比，轉(zhuǎn)速越高輸出的電壓越高，輸出頻率與轉(zhuǎn)速成正比。圖3-5 直射式光電傳感器的工作方式那么，在已知發(fā)訊齒輪齒數(shù)的情況下，測得脈沖的頻率就可以計算出測速齒輪的轉(zhuǎn)速。如設(shè)齒輪齒數(shù)為N，轉(zhuǎn)速為n，脈沖頻率為f，則有：通常，轉(zhuǎn)速的單位是轉(zhuǎn)/分鐘（rpm），所以要在上述公式的得數(shù)再乘以60，才能得到以rpm 為單位的轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)，即n=60×f/N。在使用60 齒的發(fā)訊齒輪時，就可以得到一個簡單的轉(zhuǎn)速公式n=f。所以，就可以使用頻率計測量轉(zhuǎn)速。這就是在工業(yè)中轉(zhuǎn)速測量中發(fā)訊齒輪多為60 齒的原因。4.力傳感器

26、標(biāo)定及稱重DRCZ-A 型稱重臺由應(yīng)變式力傳感器、底座、支架和托盤構(gòu)成，如圖3-6 所示。其中，力傳感器由測力環(huán)和4 個應(yīng)變片構(gòu)成的全橋電路組成。當(dāng)物料加到載物臺后，4 個應(yīng)變片會發(fā)生變形，通過電橋放大后產(chǎn)生電壓輸出。圖3-6 稱重實驗臺結(jié)構(gòu)示意圖DRCZ-A 型稱重臺具有精度高、復(fù)現(xiàn)性好的特點。需要特別強(qiáng)調(diào)的是：由于力傳感器的過載能力有限（150%），所以，在實際使用過程中應(yīng)盡量避免用力壓傳感器的頭部或沖擊傳感器。否則，極易導(dǎo)致傳感器因過載而損壞！電阻應(yīng)變片是利用物體線性長度發(fā)生變形時其阻值會發(fā)生改變的原理制成的，其電阻絲一般用康銅材料，它具有高穩(wěn)定性及良好的溫度、蠕變補(bǔ)償性能。測量電路普遍

27、采用惠斯通電橋（如圖3-7 所示），利用的是歐姆定律，測試輸出量是電壓差。圖3-7 電阻應(yīng)變片惠斯通電橋測量電路本實驗采用的電阻應(yīng)變計采用的是惠斯通全橋電路，當(dāng)物料加到載物臺后，4 個應(yīng)變片會發(fā)生變形，產(chǎn)生電壓輸出，經(jīng)采樣后送到計算機(jī)由DRVI 快速可重組虛擬儀器平臺軟件處理。因為電橋在生產(chǎn)時有一些誤差，不可能保證每一個電橋的電阻阻值和斜率保持一致。所以，傳感器在使用之前必須要經(jīng)過線性校正，這是由于計算機(jī)得到的是經(jīng)過采樣后的數(shù)字量，與真實質(zhì)量之間是一種線性關(guān)系，需要由標(biāo)定來得到這個關(guān)系。5. 轉(zhuǎn)子不平衡量測量在轉(zhuǎn)子的加工制造過程中，飛輪質(zhì)量的分布不一定能夠完全均勻，由于在運輸?shù)倪^程中對轉(zhuǎn)子也會

28、產(chǎn)生一定的影響。假設(shè)轉(zhuǎn)子上有一不平衡量m ，所處角度為，用分量x m ， y m 表示不平衡量。為了確定不平衡量m 的大小和位置，啟動轉(zhuǎn)子在工作轉(zhuǎn)速下，采集震動速度信號，并換算成振動速度，設(shè)震動速度為0 V ，則存在下列關(guān)系式中K為比例系數(shù)。在點加重M，啟動轉(zhuǎn)子到工作轉(zhuǎn)速，測得振動振速1 V1 ，有如下關(guān)系：用同樣的方式分別在P2 點加試重，并測得振動值V2 、V3，有如下關(guān)系圖3-8 示意圖三、實驗設(shè)備1. 計算機(jī)1 臺2. LabvieW虛擬儀器平臺1 套3. 速度傳感器（CD-21） 1 套4. 磁電轉(zhuǎn)速傳感器（DRCD-12-A5. 稱重臺（DRCZ-A） 1 臺6. 基礎(chǔ)實驗平臺 1

29、套7. 5 芯-BNC 轉(zhuǎn)接線1 條8. 轉(zhuǎn)子實驗臺（DRZZS-A） 1 臺9. 轉(zhuǎn)子實驗?zāi)K1 套四、實驗內(nèi)容和步驟1. 振動速度測量1) 將速度傳感器通過配套的磁座吸附在轉(zhuǎn)子實驗臺底座上，然后通過一根帶五芯航空插頭-BNC 轉(zhuǎn)接電纜連接到模塊對應(yīng)的接口上。2) 開啟DRVI 數(shù)據(jù)采集儀電源，啟動電腦，運行“轉(zhuǎn)子實驗臺-振動速度傳感器振動測量實驗”，如圖3-9 所示，啟動電機(jī)，調(diào)整到一個穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速，點擊軟件中“開關(guān)”按鈕，觀察和分析振動信號波形和頻譜的變化情況。圖3-9 振動速度測量實驗界面3) 調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速旋鈕，調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)動速度，觀察和分析所得到振動信號的波形和頻譜。關(guān)閉電機(jī)。2. 磁電傳感

30、器測速實驗1) 將磁電傳感器安裝在轉(zhuǎn)子試驗臺上專用的傳感器架上，使其探頭對準(zhǔn)測齒輪的中部，調(diào)節(jié)探頭與齒頂?shù)木嚯x，使測試距離為1mm，然后將其連接到模塊對應(yīng)的通道上。2) 開啟DRVI 數(shù)據(jù)采集儀電源，啟動電腦，運行“轉(zhuǎn)子實驗臺-磁電傳感器轉(zhuǎn)速測量實驗”，如圖所示，點擊軟件中“開關(guān)”按鈕。圖3-10磁電傳感器轉(zhuǎn)速測量實驗界面3) 啟動轉(zhuǎn)子實驗臺，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速旋鈕使電機(jī)達(dá)到某一穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，點擊“開關(guān)”按鈕進(jìn)行測量，觀察轉(zhuǎn)速值，調(diào)整傳感器的位置，同時觀察檢測到的轉(zhuǎn)速波形和傳感器位置之間的關(guān)系。4) 調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速至另一穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，再次進(jìn)行測量，觀察測量結(jié)果3.稱重實驗1) 將稱重臺的傳感器輸出線連接模塊對應(yīng)的

31、通道上（輔助通道）。2) 開啟DRVI 數(shù)據(jù)采集儀電源，啟動電腦，運行DRVI 主程序， 點擊“轉(zhuǎn)子實驗臺-稱重測量實驗”，如圖3-11所示。圖3-11 稱重測量界面3) 首先進(jìn)行傳感器的標(biāo)定：用標(biāo)準(zhǔn)砝碼測定K，b 值，取兩個點（即分別用兩個不同的砝碼），計算出K，b 的值作為標(biāo)定結(jié)果。具體操作過程為：點擊面板上的“運行”按鈕，載物臺上不放砝碼（或其他大小砝碼），輸入“0（或其他值）”到“x1值”輸入框中，然后點擊“標(biāo)定1” 按鈕記錄下第一點的值；改變砝碼的質(zhì)量，比如放置一個100 克砝碼到載物臺上，輸入“100”到“x2 值”輸入框中，然后點擊“標(biāo)定2” 按鈕記錄下第二點的值；再點擊“標(biāo)定結(jié)

32、果”按鈕，得到K，b 標(biāo)定值。4) 標(biāo)定完畢，即可進(jìn)行物體測量。本次實驗中要求測量實驗用螺釘重量，并記錄。M（g）4.轉(zhuǎn)子不平衡量測量本實驗是將前面三個實驗綜合處理的結(jié)果，要求在不同的轉(zhuǎn)速下，測量轉(zhuǎn)子的不平衡量及所在位置，并進(jìn)行比較。1) 打開“磁電傳感器轉(zhuǎn)速測量實驗”Labview程序，點擊“運行”按鈕，再點擊軟件中“開關(guān)”按鈕。2) 啟動轉(zhuǎn)子實驗臺，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速旋鈕使電機(jī)達(dá)到某一穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，點擊“開關(guān)”按鈕進(jìn)行測量，并將轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)記錄到如下表格中序號1所在行的位置。表3-1 原始數(shù)據(jù)表序號轉(zhuǎn)速（r/min）V0（mm/s）V1（mm/s）V2（mm/s）V3（mm/s）1233) 選擇“轉(zhuǎn)子實驗臺

33、-振動速度傳感器振動測量實驗”實驗，啟動電機(jī)，調(diào)整到一個穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速，點擊軟件中“開關(guān)”按鈕，記錄此時的振動速度，記錄為V0（不加配重）。4) 關(guān)閉電機(jī)電源，選擇一個基準(zhǔn)位置為0度，加配重（螺釘），待轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后，記錄此時的振動速度，記錄為V1（0度加配重）5) 關(guān)閉電機(jī)電源，選擇一個基準(zhǔn)位置為120度，加配重（螺釘），待轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后，記錄此時的振動速度，記錄為V2（120度加配重）6) 關(guān)閉電機(jī)電源，選擇一個基準(zhǔn)位置為240度，加配重（螺釘），待轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后，記錄此時的振動速度，記錄為V3（240度加配重）7) 調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速，重復(fù)上述步驟1）-6），并填寫到表格的第二和第三行。五、實驗數(shù)據(jù)處理1.

34、根據(jù)實驗原理，計算K、mx，my，m和，填寫表3-2，找出轉(zhuǎn)子不平衡位置。表3-2 數(shù)據(jù)處理結(jié)果序號轉(zhuǎn)速（r/min）mxmym1232.三種不同轉(zhuǎn)速下，轉(zhuǎn)子不平衡位置是否一致？請說明原因。3.分析轉(zhuǎn)子不平衡現(xiàn)象產(chǎn)生原因。實驗四 懸臂梁一階固有頻率測量 (設(shè)計性實驗)一、 實驗?zāi)康谋緦嶒灋橐粋€設(shè)計性實驗，通過設(shè)計出方案，進(jìn)行懸臂梁的固有頻率的測量，以增強(qiáng)以下幾方面的能力。1、掌握振動測試的基本方法和手段，培養(yǎng)振動測試的基本技能；2、學(xué)習(xí)測振傳感器的基本原理、特點和使用方法；3、了解瞬態(tài)激振時的數(shù)據(jù)處理方法；4、掌握用脈沖激振法測量機(jī)械結(jié)構(gòu)固有頻率和阻尼系數(shù)的方法，并測出指定梁的相關(guān)參數(shù)。二、實

35、驗原理1、瞬態(tài)信號可以用三種方式產(chǎn)生，有脈沖激振，階躍激振，快速正弦掃描激振?？焖僬覓哳l法：將正弦信號發(fā)生器產(chǎn)生的正弦信號，在幅值保持不變的條件下，由低頻很快地連續(xù)變化到高頻。從頻譜上看，該情況下，信號的頻譜已不具備單一正弦信號的特性，而是在一定的頻率范圍內(nèi)接近隨機(jī)信號。脈沖激勵：用脈沖錘敲擊試件，產(chǎn)生近似于半正弦的脈沖信號。信號的有效頻率取決于脈沖持續(xù)時間，越小則頻率范圍越大。階躍激勵：在擬定的激振點處，用一根剛度大、重量輕的弦經(jīng)過力傳感器對待測結(jié)構(gòu)施加張力，使其產(chǎn)生初始變形，然后突然切斷張力弦，相當(dāng)于給該結(jié)構(gòu)施加一個負(fù)的階躍激振力。用脈沖錘進(jìn)行脈沖激振是一種用得較多的瞬態(tài)激振方法，它所需要的設(shè)備