《機械工程測試技術》實驗指導書

1、機械工程測試技術實驗指導書山東大學機械工程學院實驗中心2008年2月目錄實驗一 信號分析實驗2實驗二 傳感器的標定實驗8實驗三 測試裝置特性實驗15實驗四 靜態(tài)應力應變測試實驗23實驗五 動態(tài)應力應變測試實驗33實驗六 機械振動測試梁的固有頻率測定實驗42實驗七 傳感器應用-轉速測量實驗48實驗八 扭轉振動測量實驗 38實驗九 設計實驗50實驗一 信號分析一、 實驗目的1.掌握信號時域參數的識別方法，學會從信號時域波形中觀察和獲取信號信息。2.加深理解傅立葉變換的基本思想和物理意義，熟悉典型信號的頻譜特征，掌握使用頻譜分析提取測量信號特征的方法。3.理解信號的合成原理，觀察和分析由多個頻率、幅

2、值和相位成一定關系的正弦波疊加的合成波形。4. 初步了解虛擬儀器的概念。二、實驗原理1信號時域分析信號時域分析又稱為波形分析或時域統(tǒng)計分析，它是通過信號的時域波形計算信號的均值、均方值、方差等統(tǒng)計參數。信號的時域分析很簡單，用示波器、萬用表等普通儀器就可以進行分析。通過本實驗熟悉時域參數的識別方法，能夠從信號波形中觀測和讀取所需的信息，也就是具備讀波形圖的能力。2信號頻譜分析信號頻譜分析是采用傅里葉變換將時域信號x(t)變換為頻域信號X(f)，從而幫助人們從另一個角度來了解信號的特征。頻譜是構成信號的各頻率分量的集合，它完整地表示了信號的頻率結構，即信號由哪些諧波組成，各諧波分量的幅值大小及初

3、始相位，揭示了信號的頻率信息。信號頻譜X(f)代表了信號在不同頻率分量成分的大小，能夠提供比時域信號波形更直觀，豐富的信息。工程上習慣將計算結果用圖形方式表示，以頻率f為橫坐標，X(f)的實部和虛部 為縱坐標畫圖，稱為時頻虛頻譜圖；以頻率f為橫坐標，X(f)的幅值。和相位 為縱坐標畫圖，則稱為幅值相位譜。附：軟件介紹機械工程測試實驗程序是以LabVIEW為平臺開發(fā)的虛擬儀器軟件，程序包含了信號分析、信號合成、采樣定理、窗函數、相關分析等子程序。程序可以按照設定的信號類型、頻率、相位等參數生成仿真信號，并可以對生成的信號進行頻譜分析、信號合成、濾波等操作。波形可以通過顯示窗口中呈現(xiàn)出來（如圖1-

4、1所示）。圖1-1波形顯示縮放的操作坊法在顯示窗口中的工具欄，可以對窗口中的波形現(xiàn)實進行調整。1 拖動工具：用來對波形進行拖動；2 縮放工具：來實現(xiàn)對波形的多種形式的縮放，此包括圖1-2所示的選擇項。矩形區(qū)域縮放：實現(xiàn)對選定區(qū)域放大； X軸縮放：對選區(qū)域沿橫坐標放大； Y軸縮放：對選區(qū)域沿縱坐標放大； 圖1-2自適應縮放：將波形在XY軸上自動縮放至窗口大小。三.實驗內容1. 分析典型信號的幅值譜特性；2. 分析合成信號的頻譜特點； 四. 實驗儀器和設備1. 計算機 2. 機械工程測試實驗軟件 五、實驗步驟：一 、打開“機械工程測試實驗”程序，選擇進入“信號分析”子程序。1.設置一個周期信號的頻

5、率、幅值、相位等參數，調整信號顯示縮放，分析典型信號的幅值和頻率，記錄數據并填寫表1-1。2在非周期信號面板中選擇不同的信號，設置相關參數，調整信號顯示縮放，觀察記錄不同信號的頻譜，記錄數據并填寫表1-2。3觀察噪聲的頻域特點。二、打開“信號合成”子程序，設置濾波器為off，設置白噪聲幅值為01. 設置信號1和信號2為同頻、不同相位的正弦波，觀察驗證合成信號的幅值和相位。2. 兩個頻率接近、振幅不等的正弦信號迭加就會形成“拍振”。設置信號1和信號2為頻率相近的正弦波，觀察合成信號的特點，并記錄數據和波形填寫表1-3。3. 設置信號1和信號2為不同類型信號，觀察合成信號頻譜的特點，能夠從頻譜中看

6、出合成信號的組成。實驗報告姓名 班級 時間 同組者 一、實驗目的二、實驗設備三、預習作業(yè)1 簡述信號分類2寫出信號：方波、三角波、鋸齒波、Sin(t)×e(-at)的傅立葉級數展開式3推導下列公式(1)積化和差 A×sin(t)×(3-sin(10t) (2)和差化積 A1×sin(1t+1)+ A2×sin(2t+2)四、實驗結果表1-1典型周期信號頻譜數據信號正弦波三角波鋸齒波方波頻率幅值相位 占空比：峰值頻率幅值頻率幅值頻率幅值頻率幅值123456表1-2 非周期確定性信號的頻譜數據信號A×sin(t)×(3-sin(

7、10t) Sin(t)×e(-at)頻率幅值峰值頻率幅值頻率幅值頻率幅值1234 表1-3 “拍振”數據及波形頻率幅值信號1信號2合成信號合成信號波形總結周期信號、非周期確定性信號、非周期確定性信號和白噪聲的頻譜特點？實驗二 傳感器（電感式）性能測試實驗一、 實驗目的：1、 了解電渦流傳感器測量位移的工作原理和特性。2、 了解不同的被測體材料對電渦流傳感器性能的影響。3、 了解被測體的形狀和尺寸對電渦流傳感器位移特性的影響。4、 掌握電渦流傳感器的標定方法。二、 實驗儀器：CSY-2000傳感器與檢測技術實驗臺：渦流傳感器，渦流變換器，直流電源，測微頭，鐵測片，鋁測片，電壓表。三、

8、實驗原理：如圖（1）：渦流傳感器測量原理圖。通過高頻電流的線圈產生磁場，當有導電體接近時，因導電體渦流效應產生渦流損耗，而渦流損耗與導電體離線圈的距離有關，因此可以進行位移測量。渦流效應與金屬導體本身的電阻率和磁導率有關，因此不同的材料就會有不同的性能。電渦流傳感器在實際應用中，由于被測體的形狀、大小不同，會導致被測體上渦流效應的不充分，會減弱甚至不產生渦流效應，因此影響電渦流傳感器的靜態(tài)特性，所以在實際測量中，往往必須針對具體的被測體進行靜態(tài)特性標定。四、 實驗步驟：1、觀察渦流傳感器的結構，根據圖22所示，安裝電渦流傳感器和測微頭。2、在測微頭端部裝上鐵質金屬圓片，作為電渦流傳感器的被測體

9、。圖2-2 電渦流傳感器安裝示意圖3、根據圖23所示，將電渦流傳感器輸出線接入實驗模板上標有L的兩端插孔中，作為振蕩器的一個元件。4、將實驗模板輸出端Vo與數顯單元輸入端Vi相接。數顯表量程切換開關選擇電壓20V檔。5、用連結導線從主控臺接入15V直流電源接到模板上標有15V的插孔中。圖23電渦流傳感器位移實驗接線圖6、開啟主控箱電源開關，調節(jié)測微頭使鐵測片與傳感器線圈端部接觸，此時電壓表讀數為0，記下數顯表讀數，然后每隔0.25mm讀一個數，直到輸出幾乎不變?yōu)橹梗ɑ蚓€性嚴重破壞為止）。將結果記入表21。7、關斷電源，將測微頭復原，在測微頭端部裝上面積大鋁測片，接通電源，調節(jié)傳感器使之與鋁測片

10、接觸，此時電壓表讀數為0。旋轉測微頭，改變傳感器與被測體的距離，每隔0.25mm讀電壓表讀數，記入數據表格2-1，直到線性嚴重破壞為止。8、關斷電源，將測微頭復原，在測微頭端部裝上面積小鋁測片，接通電源，調節(jié)傳感器使之與鋁測片接觸，此時電壓表讀數為0。旋轉測微頭，改變傳感器與被測體的距離，每隔0.25mm讀電壓表讀數，記入數據表格2-1，直到線性嚴重破壞為止。9、關閉電源，拆下連接導線、渦流傳感器、測微頭，將實驗模塊放入實驗臺內。五、 實驗數據記錄及處理：1、 數據記錄見下表：表2-1位移X(mm)00.250.500.751.001.251.501.752.00V鐵（V）V鋁（V）V鋁小位移

11、X(mm)2.252.502.753.003.253.503.754.004.25V鐵（V）V鋁（V）V鋁小位移X(mm)4.504.755.005.255.505.756.006.256.50V鐵（V）V鋁（V）V鋁小2、 數據處理：以位移為橫坐標，V鐵（V鋁）為縱坐標，在同一坐標系上作出V鐵-X曲線，V鋁-X曲線，V鋁小-X曲線。如圖2-4：V鐵（鋁） （v）16151413121110987654321 0 1 2 3 4 5 X(mm)圖2-4 V鐵（鋁）-X曲線（1） 從曲線上找出渦流傳感器的線性工作范圍。線性工作范圍為：X鐵 = 至 mm； X鋁 = 至 mm；X鋁小= 至 mm；

12、（2） 求線性范圍的靈敏度S鐵，S鋁。線性范圍的靈敏度為：S鐵 = V/mm ；S鋁 = V/mmS鋁小= V/mm（3） 用端點法作出擬和曲線，求出線性度L（僅限鐵測片）。線性度L(鐵) = （4） 確定渦流傳感器的最佳工作點（即用渦流傳感器測振動時，渦流傳感器離被測體的最佳距離為多少渦流傳感器的最佳工作點為：鐵0 = mm 鋁0 = mm 鋁小0 = mm3、 分析討論（1） 被測體材料對渦流傳感器工作特性有何影響？答：（2） 被測體材面積對渦流傳感器工作特性有何影響？答：（3）、電渦流傳感器的量程與哪些因素有關，如果需要測量±5mm的量程應如何設計傳感器？（4）、用電渦流傳感器

13、進行非接觸位移測量時，如何根據量程使用選用傳感器。（5）、當被測體為非金屬材料如何利用電渦流傳感器進行測試？（6）、目前現(xiàn)有一個直徑為10mm的電渦流傳感器，需對一個軸直徑為8mm的振動進行測量？試說明具體的測試方法與操作步驟。實驗三 濾波器特性實驗一、實驗目的：1、 掌握動態(tài)特性的含義及其測量方法。2、 以RC濾波器為例掌握濾波器特性的測試方法。3、 明確RC濾波器各有關參數的含義及確定方法。二、實驗儀器：EGC-3230型數字信號發(fā)生器額，YE3790型高、低通組合濾波器，TD1914C交流毫伏表，導線若干。三、實驗原理：如圖：圖3-4、測試系統(tǒng)原理圖圖3-1、圖3-2、圖3-3分別為低通

14、、高通、帶通濾波器的原理圖。如圖3-4，信號發(fā)生器的輸出接到濾波器的輸入端，濾波器的輸出端接交流毫伏表，當直通/濾波開關接通時，用毫伏表測量濾波器的輸入電壓，當直通/濾波開關斷開時，用毫伏表測量濾波器的輸出電壓；確定輸出電壓和輸入電壓的比值與輸入信號頻率的函數關系，即為濾波器的頻率特性，從頻率特性曲線上可以確定濾波器的各個參數。四、實驗步驟：1、選擇低通濾波器，將理論截至頻率旋鈕轉到合適位置，并記下截至頻率值。2、將毫伏表量程選擇開關打在1V檔。4、 將信號發(fā)生器的頻率調到20Hz，輸出電壓調到0V，信號發(fā)生器的輸出端接到低通濾波器的輸入端，低通濾波器的輸出端接到毫伏表上。5、 接通電源，調節(jié)

15、信號發(fā)生器的輸出電壓，用毫伏表測濾波器的輸入電壓，使毫伏表的讀數為0.8V左右。6、 逐級改變信號發(fā)生器的頻率，在毫伏表上逐次讀取各頻率下濾波器的輸入和輸出電壓。將數據填入表格3-1。7、 將信號發(fā)生器的頻率調回20HZ，輸出電壓調到0V，關閉電源。8、 選擇高通濾波器，將理論截至頻率旋鈕轉到合適位置，并記下截至頻率值。信號發(fā)生器的輸出端接到高通濾波器的輸入端，高通濾波器的輸出端接到毫伏表上。9、 重復步驟4、5、6。將數據填入表格3-2。10、 將低通濾波器的輸出接至高通濾波器的輸入端，保持原低通濾波器、高通濾波器的截至頻率不變，并記下截至頻率值。信號發(fā)生器的輸出端接到低通濾波器的輸入端，高

16、通濾波器的輸出端接到毫伏表上。11、重復步驟4、5、6。將數據填入表格3-3。五、實驗數據記錄及處理：1、 數據記錄見表格3-1、3-2、3-3：2、數據處理：以輸入頻率為橫坐標，以輸出/輸入幅值比為縱坐標，分別作出三種濾波器的幅頻特性曲線。見下圖3-5、3-6、3-7：3、分析討論：（1）從低、高通濾波器特性曲線上找出其相應的截止頻率（在曲線上標出），并與理論值比較。低通濾波器的上截止頻率：測試值fc2=理論值fc2=誤差2=高通濾波器的上截止頻率：測試值fc1 =理論值fc1 =誤差1 =（2）帶通濾波器特性曲線上找出帶通濾波器的上、下截止頻率（在曲線上標出），確定帶通濾波器的帶寬、中心頻

17、率及倍頻程選擇性。帶通濾波器的下截止頻率測試值fc1 =上截止頻率測試值fc2 =帶通濾波器的帶寬 B =中心頻率 f0 =倍頻程選擇性 =表格3-1：低通濾波器理論截至頻率 輸入頻率(Hz)輸入幅值(V)輸出幅值(V)輸出、輸入幅值比203040608010020030040050060070080010002000300060008000表格3-2：高通濾波器理論截至頻率 輸入頻率(Hz)輸入幅值(V)輸出幅值(V)輸出、輸入幅值比203040608010020030040050060070080010002000300060008000表格3-3：帶通濾波器理論截至頻率 輸入頻率(Hz)

18、輸入幅值(V)輸出幅值(V)輸出、輸入幅值比203040608010020030040050060070080010002000300060008000圖3-5、 低通濾波器幅頻特性曲線圖3-6、 高通濾波器幅頻特性曲線圖3-7、 帶通濾波器幅頻特性曲線實驗四 靜態(tài)應力應變測試一、 實驗內容：1、 單臂電橋、半橋、全橋性能測試及比較實驗2、 直流全橋的應用-電子秤實驗二、 實驗目的：1、了解金屬箔式應變片的應變效應，單臂電橋、半橋和全橋的工作原理和性能。2、比較單臂、半橋、全橋輸出時的靈敏度和非線性度，了解其特點。3、了解應變直流全橋的應用及電路的標定。三、實驗原理：電阻絲在外力作用下發(fā)生機械

19、變形時，其電阻值發(fā)生變化，這就是電阻應變效應。描述電阻應變效應的關系式為：RRK 式中RR為電阻絲電阻相對變化， K為應變靈敏系數,=l/l為電阻絲長度相對變化金屬箔式應變片就是通過光刻、腐蝕等工藝制成的應變敏感元件，通過它轉換被測部位受力狀態(tài)變化，電橋的作用完成電阻到電壓的比例變化，電橋的輸出電壓反映了相應的受力狀態(tài)。對單臂電橋，只有一只應變片作為一個橋臂，其橋路輸出電壓 Uo1= EK/4。不同受力方向的兩只應變片接入電橋作為鄰邊就構成了半橋橋路，電橋輸出靈敏度提高，非線性得到改善。當應變片阻值和應變量相同時，其橋路輸出電壓UO2EK2。全橋測量電路中，將受力性質相同的兩應變片接入電橋對邊

20、，當應變片初始阻值：R1R2R3R4，其變化值R1R2R3R4時，其橋路輸出電壓U03KE。其輸出靈敏度比半橋又提高了一倍，非線性誤差和溫度誤差均得到改善。四、實驗設備：應變式傳感器實驗模板、應變式傳感器電子秤、砝碼、數顯表、±15V電源、±4V電源、萬用表（自備）。五、實驗步驟：1、根據圖（41）應變式傳感器（電子秤）已裝于應變傳感器模板上。傳感器中各應變片已接入模板的左上方的R1、R2、R3、R4。加熱絲也接于模板上，可用萬用表進行測量判別，R1R2R3R4350，加熱絲阻值為50左右2、接入模板電源±15V（從主控臺引入），檢查無誤后，合上主控臺電源開關，3

21、、將實驗模板調節(jié)增益電位器RW3順時針調節(jié)大致到中間位置，再進行差動放大器調零，方法為將差放的正負輸入端與地短接，輸出端與主控臺面板上數顯表輸入端Vi相連，調節(jié)實驗模板上調零電位器RW4，使數顯表顯示為零（數顯表的切換開關打到2V檔）。關閉主控箱電源（注意：當Rw3、Rw4的位置一旦確定，就不能改變。一直到做完實驗為止）。圖41 應變式傳感器安裝示意圖圖42應變式傳感器單臂電橋實驗接線圖4、如圖42所示，將應變式傳感器的其中一個電阻應變片R1（即模板左上方的R1）接入電橋作為一個橋臂與R5、R6、R7接成直流電橋（R5、R6、R7模塊內已接好），接好電橋調零電位器RW1，接上橋路電源±

22、;4V（從主控臺引入）。檢查接線無誤后，合上主控臺電源開關。調節(jié)RW1，使數顯表顯示為零。5、在電子稱上放置一只砝碼，讀取數顯表數值，依次增加砝碼和讀取相應的數顯表值，直到200g（或500 g）砝碼加完。記下實驗結果填入表41，關閉電源，取出砝碼。圖43應變式傳感器半橋實驗接線圖6、根據圖43接線。R1、R2為實驗模板左上方的應變片，注意R2應和R1受力狀態(tài)相反，即將傳感器中兩片受力相反（一片受拉、一片受壓）的電阻應變片作為電橋的相鄰邊。接通電源，接入橋路電源±4V，調節(jié)電橋調零電位器RW1進行橋路調零，使數顯表顯示為零。7、在電子稱上放置一只砝碼，讀取數顯表數值，依次增加砝碼和讀

23、取相應的數顯表值，直到200g（或500 g）砝碼加完。記下實驗結果填入表42，關閉電源，取出砝碼。（若實驗時無數值顯示說明R2與R1為相同受力狀態(tài)應變片，應更換另一個應變片。）圖44全橋性能實驗接線圖8、根據圖44接線。R1、R2、R3、R4、為實驗模板左上方的應變片，將受力性質相同的兩應變片接入電橋對邊組成全橋，接通電源，接入橋路電源±4V，調節(jié)電橋調零電位器RW1進行橋路調零，使數顯表顯示為零。9、在電子稱上放置一只砝碼，讀取數顯表數值，依次增加砝碼和讀取相應的數顯表值，直到200g（或500 g）砝碼加完。記下實驗結果填入表43，關閉電源，取出砝碼。六、實驗數據記錄及處理1、

24、數據記錄見下表表格4-1 單臂測量時，輸出電壓與加負載重量值重量(g)電壓(mv)表格4-2 半橋測量時，輸出電壓與加負載重量值重量(g)電壓(mv)表格4-3 全橋測量時，輸出電壓與加負載重量值重量(g)電壓(mv)2、數據處理在同一坐標系下畫出單臂、半橋、全橋的重量與輸出電壓的關系曲線mV曲線。如圖4-5V單臂、半橋、全橋 （v）16151413121110987654321 0 1 2 3 4 5 m(g)圖4-5 直流電橋性能曲線 m-V曲線（1）根據圖4-5曲線，計算系統(tǒng)靈敏度SU/W（U輸出電壓變化量，W重量變化量）S單臂= S半橋= S全橋= （2）根據圖4-5曲線，計算系統(tǒng)非線

25、性誤差f1=m/yF.S ×100式中m為輸出值（多次測量時為平均值）與擬合直線的最大偏差：yF·S滿量程輸出平均值，此處為200g（或500g）。f1單臂= f1半橋= f1全橋= 3、分析討論(1)、根據單臂、半橋和全橋輸出時的靈敏度和非線性度，從理論上進行分析比較單臂、半橋、全橋的性能并闡述理由。 (2)、 單臂電橋時，作為橋臂電阻應變片應選用：（1）正（受拉）應變片（2）負（受壓）應變片（3）正、負應變片均可以。 答案（ ）(3)、半橋測量時兩片不同受力狀態(tài)的電阻應變片接入電橋時，應放在：（1）對邊（2）鄰邊。答案（ ）(4)、橋路（差動電橋）測量時存在非線性誤差，

26、是因為：（1）電橋測量原理上存在非線性（2）應變片應變效應是非線性的（3）調零值不是真正為零。答案（ ）(5)、全橋測量中，當兩組對邊（R1、R3為對邊）電阻值R相同時，即R1R3，R2R4，而R1R2時，是否可以組成全橋：（1）可以（2）不可以。答案（ ）(6)、某工程技術人員在進行材料拉力測試時在棒材上貼了兩組應變片，如圖4-6，如何利用這四片電阻應變片組成電橋，是否需要外加電阻。試畫出橋路。FFR1R3R2R1R2R3R4R4FF圖46應變式傳感器受拉時傳感器圓周面展開圖(7)、溫度對應變片測試系統(tǒng)有何影響？金屬箔式應變片溫度影響有哪些消除方法？(8)、試根據全橋測量電路及結果，設計一電

27、子秤，要求托盤上放上不同砝碼數顯表能顯示不同的重量。說明設計原理和步驟。實驗五 動態(tài)應力應變測試一、實驗目的：1、了解利用交流電橋測量動態(tài)應變參數的原理與方法。2、了解交流全橋在振動測量中的應用。三、 實驗原理：對于交流應變信號用交流電橋測量時，橋路輸出的波形為一調制波，不能直接顯示其應變值，只有通過移相檢波和濾波電路后才能得到變化的應變信號，此信號可以從示波器或用交流電壓表讀得。對懸臂梁輸入一正弦信號，使其振動，改變正弦信號的幅值，懸臂梁的振動位移發(fā)生變化，交流電橋的輸出電壓也發(fā)生變化，用渦流傳感器測量懸臂梁的振動位移，以振動位移為橫坐標，電橋輸出電壓為縱坐標，做出交流電橋的性能曲線。對懸臂

28、梁輸入一正弦信號，使其振動，改變正弦信號的頻率，懸臂梁的振動位移和頻率都發(fā)生變化，交流電橋的輸出電壓也發(fā)生變化，以振動頻率為橫坐標，振動位移為縱坐標，做出懸臂梁的振動曲線，確定懸臂梁的固有頻率。三、實驗設備：CSY-2000傳感器與檢測技術實驗臺：音頻振蕩器、低頻振蕩器、振動源、應變式傳感器實驗模板、相敏檢波器模板、渦流傳感器，渦流放大模塊，毫伏表（自備），雙綜示波器（自備）、萬用表（自備）四、實驗步驟：1、 模塊上的傳感器不用，改為振動梁的應變片，即臺面上的應變輸出。2、 將臺面三源板上的應變插座用連接線插入應變傳感器實驗模板上。因振動梁上的四片應變片已組成全橋，引出線為四芯線，因此可直接接

29、入實驗模板面上已聯(lián)成電橋的四個插孔上。接線時應注意連接線上每個插頭的意義，對角線的阻值為350，若二組對角線阻值均為350則接法正確（萬用表測量）。3、 根據圖51，接好交流電橋調平衡電路及系統(tǒng)，R8、Rw1、C、Rw2為交流電橋調平衡網絡。檢查接線無誤后，合上主控臺電源開關，將音頻振蕩器的頻率調節(jié)到1KHz左右，幅度調節(jié)到10Vp-p（頻率可用數顯表Fin監(jiān)測，幅度用示波器監(jiān)測）4、 如圖5-2，將渦流傳感器裝入振動臺（圓盤）上，并接好渦流放大模塊，渦流放大模塊的輸出端接毫伏表，調節(jié)渦流傳感器與振動臺（圓盤）的位置，使其處于最佳工作點。（振動臺面為鋁材料）。5、 將低頻振蕩器輸出接入振動臺激

30、勵源插孔，調低頻輸出幅度，將低頻振蕩器頻率調至8Hz（低頻輸出端接入數顯單元的Fin，把數顯表的切換開關打到頻率檔監(jiān)測低頻頻率），使振動臺（圓盤）明顯感到振動。圖51應變片振動測量實驗接線圖6、 固定低頻振蕩器頻率鈕旋位置不變，調節(jié)低頻輸出幅度，用毫伏表記錄渦流傳感器的輸出電壓值，用示波器讀出幅值改變時電橋模塊上低通濾波器輸出Vo的電壓峰峰值，填入表51。7、 將低頻信號的幅值和頻率調至最小，關閉電源，卸掉渦流傳感器、渦流放大模塊后，開啟電源。8、 適當調節(jié)低頻振蕩器幅度和頻率，使振動臺明顯振動，固定低頻振蕩器幅度鈕旋位置不變，低頻輸出端接入數顯單元的Fin，把數顯表的切換開關打到頻率檔監(jiān)測低

31、頻頻率，調節(jié)低頻頻率，用示波器讀出頻率改變時低通濾波器輸出Vo的電壓峰峰值，填入表52。圖52渦流傳感器振動測量安裝圖五、實驗數據記錄及處理1、數據記錄見下表表5-1V渦流(V)Vo(p-p)振動位移(mm)表5-2f(Hz) Vo(p-p)振動位移(mm)2、 數據處理（1）根據實驗2的結果（渦流傳感器的靈敏度，測量材料為鋁）求出振動位移，填入表格5-1中，做出交流全橋性能曲線（交流全橋輸出電壓與位移的關系曲線）如圖5-3，V全橋 （v）16151413121110987654321 0 1 2 3 4 5 X(mm)圖5-3 交流全橋性能曲線 X-V曲線求出交流全橋的靈敏度S= （2）根據

32、交流全橋的靈敏度S，求出懸臂梁在不同頻率下的振動位移，填入表格5-2中，做出懸臂梁的振動位移與振動頻率曲線，如圖5-4。從曲線中得到懸臂梁的共振頻率為 HZ。X位移 （mm）16151413121110987654321 0 1 2 3 4 5 6 7 8 10 12 f(Hz)圖5-4 直流電橋性能曲線 m-V曲線3、分析討論1、 在交流電橋測量中，對音頻振蕩器頻率和被測梁振動頻率之間有什么要求？2、 請歸納直流電橋和交流電橋的特點？小結： 電阻應變式傳感器從1938年開始使用到目前，仍然是當前稱重測力的主要工具，電阻應變式傳感器最高精度可達萬分之一甚至更高，電阻應變片、絲，除直接用以測量機

33、械、儀器及工程結構等的應變外，主要是與種種形式的彈性體相配合，組成各種傳感器和測試系統(tǒng)。如稱重、壓力、扭矩、位移、加速度等傳感器，常見的應用場合如各種商用電子稱、皮帶稱、吊鉤稱、高爐配料系統(tǒng)、汽車衡、軌道衡等。附移相器和相敏檢波器電路原理圖圖56移相器電路原理圖圖57相敏檢波器的電路原理圖實驗六 梁的固有頻率測定實驗一、實驗目的1、了解構件正弦激振實驗的基本方法。2、了解壓電傳感器測量振動的原理和方法。3、了解構件一階固有頻率的測定方法。二、實驗儀器CSY2000型傳感器與檢測技術實驗臺：振動臺、低頻信號發(fā)生器，電磁激振器，直流電源，壓電傳感器、檢波、移相、低通濾波器模板、壓電式傳感器實驗模板

34、。毫伏表，雙蹤示波器。三、實驗原理具有粘性阻尼單自由度系統(tǒng)，強迫振動下的基本關系運動微分方程式對正弦激振法 則有： 該微分方程的穩(wěn)定解為：其中， 系統(tǒng)固有頻率， 系統(tǒng)阻尼率以為參數得和的關系分別如圖6-1所示：圖6-1 單自由度系統(tǒng)特性曲線圖從圖可知，在附近X出現(xiàn)峰值，當頻率有微小增減時，振幅X都有明顯減小，這稱共振現(xiàn)象。通過正弦激勵法作出梁的X曲線，振幅峰值較大的點即為梁的一階固有頻率。在共振點前后相位發(fā)生急劇變化，當阻尼率時，理論上振幅值等于無窮大。當增加時，振幅峰值明顯減小。所以，可根據頻響曲線按下式近似求得：，其中見圖6-2：圖6-2 阻尼比求法壓電式傳感器由慣性質量塊和受壓的壓電片等

35、組成。（觀察實驗用壓電加速度計結構）工作時傳感器感受與試件相同頻率的振動，質量塊便有正比于加速度的交變力作用在晶片上，由于壓電效應，壓電晶片上產生正比于運動加速度的表面電荷，經電荷放大器放大轉換成電壓信號輸出。四、實驗步驟：1、按圖6-3連接測試系統(tǒng)圖6-3 梁的固有頻率測試系統(tǒng)圖低頻信號發(fā)生器輸出接振動源，壓電加速度計的輸出接電荷放大模塊，電荷放大模塊的輸出接毫伏表。壓電放大模塊電路圖如圖6-4。2、接通儀器電源，逐漸加大低頻信號源的輸出，使得毫伏表的輸出電壓約為10mv。3、由低向高逐漸改變信號發(fā)生器的頻率（注意在各頻率下，稍停一會兒，以便構件進入穩(wěn)定狀態(tài)，并記下毫伏表相應的電壓值（正比于

36、振動幅值）。記入表格6-1。a、頻率范圍為2HZ20HZ。b、每次頻率間隔，視電壓變化而定，示值變化緩慢頻率間隔可大，示值變化急劇時，應縮小間隔。c、當f超過8HZ時，為便于讀數，應將毫伏表電壓檔置于30mv檔。d、在第一階峰值處，要仔細掃頻，找出振幅（電壓）最大的頻率，可近似作為一階的固有頻率。圖6-4 電荷放大模塊接線圖五、實驗數據記錄及處理：1、將實驗數據填入表格6-1。2、作出梁的頻響曲線。見圖6-5：3、由頻響曲線確定梁的一階固有頻率為： f1=（ ）Hz , 表格6-1： 激振頻率f (HZ)2456789振幅X（mv）激振頻率f (HZ)10111213141516振幅X（mv）

37、激振頻率f (HZ)17181920振幅X（mv）圖6-5 梁的頻響曲線實驗七 傳感器應用-轉速測量實驗一、實驗目的1、 了解霍爾轉速傳感器的應用。2、 了解磁電式測量轉速的原理。3、 了解光電轉速傳感器測量轉速的原理及方法。4、 比較各種轉度測量的優(yōu)缺點，提高學生綜合運用知識解決實際問題的能力。二、實驗儀器CSY2000型傳感器與檢測技術實驗臺：霍爾轉速傳感器、磁電式速度傳感器、光電轉速傳感器、直流源5V、轉動源224V、轉動源單元、數顯單元的轉速顯示部分。三、實驗原理1、對于霍爾傳感器，利用霍爾效應表達式：UHKHIB，當被測圓盤上裝上N只磁性體時，圓盤每轉一周磁場就變化N次。每轉一周霍爾

38、電勢就同頻率相應變化，輸出電勢通過放大、整形和計數電路就可以測量被測旋轉物的轉速。2、對于磁電傳感器，基于電磁感應原理，N匝線圈所在磁場的磁通變化時，線圈中感應電勢發(fā)生變化，因此當轉盤上嵌入N個磁棒時，每轉一周線圈感應電勢產生N次的變化，通過放大、整形和計數等電路即可以測量轉速。3、對于光電式轉速傳感器有反射型和透射型二種，本實驗裝置是透射型的，傳感器端部有發(fā)光管和光電池，發(fā)光管發(fā)出的光源在轉盤上反射后由光電池接受轉換成電信號，由于轉盤上有相間的16個間隔，轉動時將獲得與轉速及黑白間隔數有關的脈沖，將電脈計數處理即可得到轉速值。四、實驗步驟1、 根據圖71，將霍爾轉速傳感器裝于傳感器支架上，探

39、頭對準反射面內的磁鋼。圖54霍爾、光電、磁電轉速傳感器安裝示意圖2、 將5V直流源加于霍爾轉速傳感器的電源端（1號接線端）。3、 將霍爾轉速傳感器輸出端（2號接線端）插入數顯單元Fin端，3號接線端接地。4、 將轉速調節(jié)中的2V24V轉速電源接入三源板的轉動電源插孔中。合上主控箱電開關，使轉速電機帶動轉盤旋轉。5、 將數顯單元上的開關撥到轉速檔。調節(jié)電壓（每隔2V），使轉動速度變化，用電壓表記錄電壓值，觀察數顯表轉速顯示的變化，并記錄電壓值和轉速值。6、 關閉電源，根據圖71，將磁電轉速傳感器裝于傳感器支架上，探頭對準反射面內的磁鋼。7、 啟動電源，重復步驟2，3，4，5。8、 關閉電源，根據

40、圖71，將光電轉速傳感器裝于傳感器支架上 9、 啟動電源，重復步驟2，3，4，5。四、數據記錄及處理1、數據記錄見表格7-1電壓(V) 24681012141618202224轉速rpm（霍爾）轉速rpm（磁電）轉速rpm（光電）2、數據處理。在同一坐標系中，做出三種轉速傳感器的轉速性能曲線，見圖7-2。并比較他們的測速范圍和靈敏度。霍爾傳感器的測速范圍： 靈敏度為： 磁電傳感器的測速范圍： 靈敏度為： 光電傳感器的測速范圍： 靈敏度為： 3、分析討論1、 利用霍爾元件測轉速，在測量上有否限制？2、 本實驗裝置上用了十二只磁鋼，能否用一只磁鋼？3、為什么說磁電式轉速傳感器不能測很低速的轉動？4

41、、實驗中用了多種傳感器測量轉速，試分析比較一下哪種方法最簡單、方便。5、工程實際中除上述測速方法外，還有其他測速方法，請選擇適合轉速測量的傳感器，并敘述測速的原理和方法。N轉速100 （rpm）16151413121110987654321 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 V(v)圖7-2 轉速傳感器的轉速性能曲線實驗八 扭轉振動的測量一、實驗目的1、了解IMDU的結構、功能和扭轉振動測量原理，掌握扭轉振動及其測量方法2 觀察方波信號作用下單圓盤轉子的扭轉振動和測量結果。3 了解機電傳動中的伺服控制技術的應用，掌握通過伺服控制減小扭轉振動的方法。二、實驗原理

42、扭轉振動是指旋轉軸的扭矩隨時間變化而產生的旋轉振動，是重要的一種振動形式。測量轉軸的扭振也就是測量轉軸的扭角和角速度差，有2種方法較為常見：1、將傳感器(應變片等)直接裝在軸上，通過軸的扭轉應變來測量扭振。2、利用裝在軸上的碼盤、齒輪等結構，通過非接觸式光、電、磁等傳感器產生相應的脈沖信號。光柵式編碼器就是常用的傳感器，編碼器每轉動一定角度，就產生一個脈沖，通過測得兩脈沖的間隔時間，就可獲得兩脈沖的間隔的平均角速度，進而獲得扭角和角速度差。三、實驗設備工業(yè)機電驅動單元（IMDU）四、實驗步驟1. 按照IMDU手冊描述進行安裝和連線，如圖8-1所示. 2. 打開IMDU上的電源開關。3. 打開M

43、atlab。在Matlab主窗口中使用"Browse for folder"按鈕或者在"Command Window"中用"cd"命令 來進入計算機中IMDU目錄的" Exp06 -Torsion "子目錄。4. 在Matlab主窗口的 "Current Directory"面板中雙擊" imdu_torsion_pos_cntrl.mdl "來打開Simulink 模塊如圖8-2所示。 a 帶有扭轉單元的IMDU b 聯(lián)接扭轉元件 c 數據采集卡的連線圖8-1 扭轉振動實驗的硬件安裝圖8-2 單自由度扭轉位置控制實驗Simulink模塊5. 運行Matlab文件" d_torsion.m "。這一步為實驗用的Simulink文件設置所有必需的模型、控制與配置參數。6. 在imdu_torsion_pos_cntrl Simulink 窗口中，點擊WinCon菜單選擇Build。這一步完成以后在Matlab命令提示窗口會出現(xiàn)成功完成的報告