1、機(jī)械工程測試技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書山東大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心2008年2月目錄實(shí)驗(yàn)一 信號分析實(shí)驗(yàn)2實(shí)驗(yàn)二 傳感器的標(biāo)定實(shí)驗(yàn)8實(shí)驗(yàn)三 測試裝置特性實(shí)驗(yàn)15實(shí)驗(yàn)四 靜態(tài)應(yīng)力應(yīng)變測試實(shí)驗(yàn)23實(shí)驗(yàn)五 動態(tài)應(yīng)力應(yīng)變測試實(shí)驗(yàn)33實(shí)驗(yàn)六 機(jī)械振動測試梁的固有頻率測定實(shí)驗(yàn)42實(shí)驗(yàn)七 傳感器應(yīng)用-轉(zhuǎn)速測量實(shí)驗(yàn)48實(shí)驗(yàn)八 扭轉(zhuǎn)振動測量實(shí)驗(yàn) 38實(shí)驗(yàn)九 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)50實(shí)驗(yàn)一 信號分析一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.掌握信號時(shí)域參數(shù)的識別方法，學(xué)會從信號時(shí)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(gè)頻率、幅

2、值和相位成一定關(guān)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(shí)驗(yàn)原理1信號時(shí)域分析信號時(shí)域分析又稱為波形分析或時(shí)域統(tǒng)計(jì)分析，它是通過信號的時(shí)域波形計(jì)算信號的均值、均方值、方差等統(tǒng)計(jì)參數(shù)。信號的時(shí)域分析很簡單，用示波器、萬用表等普通儀器就可以進(jìn)行分析。通過本實(shí)驗(yàn)熟悉時(shí)域參數(shù)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(shí)域信號x(t)變換為頻域信號X(f)，從而幫助人們從另一個(gè)角度來了解信號的特征。頻譜是構(gòu)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(jié)構(gòu)，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(shí)域信號波形更直觀，豐富的信息。工程上習(xí)慣將計(jì)算結(jié)果用圖形方式表示，以頻率f為橫坐標(biāo)，X(f)的實(shí)部和虛部 為縱坐標(biāo)畫圖，稱為時(shí)頻虛頻譜圖；以頻率f為橫坐標(biāo)，X(f)的幅值。和相位 為縱坐標(biāo)畫圖，則稱為幅值相位譜。附：軟件介紹機(jī)械工程測試實(shí)驗(yàn)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(shù)、相關(guān)分析等子程序。程序可以按照設(shè)定的信號類型、頻率、相位等參數(shù)生成仿真信號，并可以對生成的信號進(jìn)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(shí)進(jìn)行調(diào)整。1 拖動工具：用來對波形進(jìn)行拖動；2 縮放工具：來實(shí)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(xiàng)。矩形區(qū)域縮放：實(shí)現(xiàn)對選定區(qū)域放大； X軸縮放：對選區(qū)域沿橫坐標(biāo)放大； Y軸縮放：對選區(qū)域沿縱坐標(biāo)放大； 圖1-2自適應(yīng)縮放：將波形在XY軸上自動縮放至窗口大小。三.實(shí)驗(yàn)內(nèi)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(diǎn)； 四. 實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備1. 計(jì)算機(jī) 2. 機(jī)械工程測試實(shí)驗(yàn)軟件 五、實(shí)驗(yàn)步驟：一 、打開“機(jī)械工程測試實(shí)驗(yàn)”程序，選擇進(jìn)入“信號分析”子程序。1.設(shè)置一個(gè)周期信號的頻

5、率、幅值、相位等參數(shù)，調(diào)整信號顯示縮放，分析典型信號的幅值和頻率，記錄數(shù)據(jù)并填寫表1-1。2在非周期信號面板中選擇不同的信號，設(shè)置相關(guān)參數(shù)，調(diào)整信號顯示縮放，觀察記錄不同信號的頻譜，記錄數(shù)據(jù)并填寫表1-2。3觀察噪聲的頻域特點(diǎn)。二、打開“信號合成”子程序，設(shè)置濾波器為off，設(shè)置白噪聲幅值為01. 設(shè)置信號1和信號2為同頻、不同相位的正弦波，觀察驗(yàn)證合成信號的幅值和相位。2. 兩個(gè)頻率接近、振幅不等的正弦信號迭加就會形成“拍振”。設(shè)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(diǎn)，并記錄數(shù)據(jù)和波形填寫表1-3。3. 設(shè)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(diǎn)，能夠從頻譜中看

6、出合成信號的組成。實(shí)驗(yàn)報(bào)告姓名 班級 時(shí)間 同組者 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康亩?shí)驗(yàn)設(shè)備三、預(yù)習(xí)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(shù)展開式3推導(dǎo)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(shí)驗(yàn)結(jié)果表1-1典型周期信號頻譜數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(jié)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(diǎn)？實(shí)驗(yàn)二 傳感器（電感式）性能測試實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、 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(biāo)定方法。二、 實(shí)驗(yàn)儀器：CSY-2000傳感器與檢測技術(shù)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(chǎn)生磁場，當(dāng)有導(dǎo)電體接近時(shí)，因?qū)щ婓w渦流效應(yīng)產(chǎn)生渦流損耗，而渦流損耗與導(dǎo)電體離線圈的距離有關(guān)，因此可以進(jìn)行位移測量。渦流效應(yīng)與金屬導(dǎo)體本身的電阻率和磁導(dǎo)率有關(guān)，因此不同的材料就會有不同的性能。電渦流傳感器在實(shí)際應(yīng)用中，由于被測體的形狀、大小不同，會導(dǎo)致被測體上渦流效應(yīng)的不充分，會減弱甚至不產(chǎn)生渦流效應(yīng)，因此影響電渦流傳感器的靜態(tài)特性，所以在實(shí)際測量中，往往必須針對具體的被測體進(jìn)行靜態(tài)特性標(biāo)定。四、 實(shí)驗(yàn)步驟：1、觀察渦流傳感器的結(jié)構(gòu)，根據(jù)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(zhì)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(jù)圖23所示，將電渦流傳感器輸出線接入實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳蠘?biāo)有L的兩端插孔中，作為振蕩器的一個(gè)元件。4、將實(shí)驗(yàn)?zāi)０遢敵龆薞o與數(shù)顯單元輸入端Vi相接。數(shù)顯表量程切換開關(guān)選擇電壓20V檔。5、用連結(jié)導(dǎo)線從主控臺接入15V直流電源接到模板上標(biāo)有15V的插孔中。圖23電渦流傳感器位移實(shí)驗(yàn)接線圖6、開啟主控箱電源開關(guān)，調(diào)節(jié)測微頭使鐵測片與傳感器線圈端部接觸，此時(shí)電壓表讀數(shù)為0，記下數(shù)顯表讀數(shù)，然后每隔0.25mm讀一個(gè)數(shù)，直到輸出幾乎不變?yōu)橹梗ɑ蚓€性嚴(yán)重破壞為止）。將結(jié)果記入表21。7、關(guān)斷電源，將測微頭復(fù)原，在測微頭端部裝上面積大鋁測片，接通電源，調(diào)節(jié)傳感器使之與鋁測片

10、接觸，此時(shí)電壓表讀數(shù)為0。旋轉(zhuǎn)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(shù)，記入數(shù)據(jù)表格2-1，直到線性嚴(yán)重破壞為止。8、關(guān)斷電源，將測微頭復(fù)原，在測微頭端部裝上面積小鋁測片，接通電源，調(diào)節(jié)傳感器使之與鋁測片接觸，此時(shí)電壓表讀數(shù)為0。旋轉(zhuǎn)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(shù)，記入數(shù)據(jù)表格2-1，直到線性嚴(yán)重破壞為止。9、關(guān)閉電源，拆下連接導(dǎo)線、渦流傳感器、測微頭，將實(shí)驗(yàn)?zāi)K放入實(shí)驗(yàn)臺內(nèi)。五、 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及處理：1、 數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)處理：以位移為橫坐標(biāo)，V鐵（V鋁）為縱坐標(biāo)，在同一坐標(biāo)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(diǎn)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(diǎn)（即用渦流傳感器測振動時(shí)，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(diǎn)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(guān)，如果需要測量±5mm的量程應(yīng)如何設(shè)計(jì)傳感器？（4）、用電渦流傳感器

13、進(jìn)行非接觸位移測量時(shí)，如何根據(jù)量程使用選用傳感器。（5）、當(dāng)被測體為非金屬材料如何利用電渦流傳感器進(jìn)行測試？（6）、目前現(xiàn)有一個(gè)直徑為10mm的電渦流傳感器，需對一個(gè)軸直徑為8mm的振動進(jìn)行測量？試說明具體的測試方法與操作步驟。實(shí)驗(yàn)三 濾波器特性實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、 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(guān)參數(shù)的含義及確定方法。二、實(shí)驗(yàn)儀器：EGC-3230型數(shù)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(dǎo)線若干。三、實(shí)驗(yàn)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(dāng)直通/濾波開關(guān)接通時(shí)，用毫伏表測量濾波器的輸入電壓，當(dāng)直通/濾波開關(guān)斷開時(shí)，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(shù)關(guān)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(gè)參數(shù)。四、實(shí)驗(yàn)步驟：1、選擇低通濾波器，將理論截至頻率旋鈕轉(zhuǎn)到合適位置，并記下截至頻率值。2、將毫伏表量程選擇開關(guān)打在1V檔。4、 將信號發(fā)生器的頻率調(diào)到20Hz，輸出電壓調(diào)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(diào)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(shù)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(shù)據(jù)填入表格3-1。7、 將信號發(fā)生器的頻率調(diào)回20HZ，輸出電壓調(diào)到0V，關(guān)閉電源。8、 選擇高通濾波器，將理論截至頻率旋鈕轉(zhuǎn)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(fù)步驟4、5、6。將數(shù)據(jù)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(fù)步驟4、5、6。將數(shù)據(jù)填入表格3-3。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及處理：1、 數(shù)據(jù)記錄見表格3-1、3-2、3-3：2、數(shù)據(jù)處理：以輸入頻率為橫坐標(biāo)，以輸出/輸入幅值比為縱坐標(biāo)，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(yīng)的截止頻率（在曲線上標(biāo)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(biāo)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(shí)驗(yàn)四 靜態(tài)應(yīng)力應(yīng)變測試一、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1、 單臂電橋、半橋、全橋性能測試及比較實(shí)驗(yàn)2、 直流全橋的應(yīng)用-電子秤實(shí)驗(yàn)二、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、了解金屬箔式應(yīng)變片的應(yīng)變效應(yīng)，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(shí)的靈敏度和非線性度，了解其特點(diǎn)。3、了解應(yīng)變直流全橋的應(yīng)用及電路的標(biāo)定。三、實(shí)驗(yàn)原理：電阻絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械

19、變形時(shí)，其電阻值發(fā)生變化，這就是電阻應(yīng)變效應(yīng)。描述電阻應(yīng)變效應(yīng)的關(guān)系式為：RRK 式中RR為電阻絲電阻相對變化， K為應(yīng)變靈敏系數(shù),=l/l為電阻絲長度相對變化金屬箔式應(yīng)變片就是通過光刻、腐蝕等工藝制成的應(yīng)變敏感元件，通過它轉(zhuǎn)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(yīng)的受力狀態(tài)。對單臂電橋，只有一只應(yīng)變片作為一個(gè)橋臂，其橋路輸出電壓 Uo1= EK/4。不同受力方向的兩只應(yīng)變片接入電橋作為鄰邊就構(gòu)成了半橋橋路，電橋輸出靈敏度提高，非線性得到改善。當(dāng)應(yīng)變片阻值和應(yīng)變量相同時(shí)，其橋路輸出電壓UO2EK2。全橋測量電路中，將受力性質(zhì)相同的兩應(yīng)變片接入電橋?qū)?/p>

20、，當(dāng)應(yīng)變片初始阻值：R1R2R3R4，其變化值R1R2R3R4時(shí)，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(shí)驗(yàn)設(shè)備：應(yīng)變式傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０濉?yīng)變式傳感器電子秤、砝碼、數(shù)顯表、±15V電源、±4V電源、萬用表（自備）。五、實(shí)驗(yàn)步驟：1、根據(jù)圖（41）應(yīng)變式傳感器（電子秤）已裝于應(yīng)變傳感器模板上。傳感器中各應(yīng)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(jìn)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(guān)，3

21、、將實(shí)驗(yàn)?zāi)０逭{(diào)節(jié)增益電位器RW3順時(shí)針調(diào)節(jié)大致到中間位置，再進(jìn)行差動放大器調(diào)零，方法為將差放的正負(fù)輸入端與地短接，輸出端與主控臺面板上數(shù)顯表輸入端Vi相連，調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳险{(diào)零電位器RW4，使數(shù)顯表顯示為零（數(shù)顯表的切換開關(guān)打到2V檔）。關(guān)閉主控箱電源（注意：當(dāng)Rw3、Rw4的位置一旦確定，就不能改變。一直到做完實(shí)驗(yàn)為止）。圖41 應(yīng)變式傳感器安裝示意圖圖42應(yīng)變式傳感器單臂電橋?qū)嶒?yàn)接線圖4、如圖42所示，將應(yīng)變式傳感器的其中一個(gè)電阻應(yīng)變片R1（即模板左上方的R1）接入電橋作為一個(gè)橋臂與R5、R6、R7接成直流電橋（R5、R6、R7模塊內(nèi)已接好），接好電橋調(diào)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(guān)。調(diào)節(jié)RW1，使數(shù)顯表顯示為零。5、在電子稱上放置一只砝碼，讀取數(shù)顯表數(shù)值，依次增加砝碼和讀取相應(yīng)的數(shù)顯表值，直到200g（或500 g）砝碼加完。記下實(shí)驗(yàn)結(jié)果填入表41，關(guān)閉電源，取出砝碼。圖43應(yīng)變式傳感器半橋?qū)嶒?yàn)接線圖6、根據(jù)圖43接線。R1、R2為實(shí)驗(yàn)?zāi)０遄笊戏降膽?yīng)變片，注意R2應(yīng)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(yīng)變片作為電橋的相鄰邊。接通電源，接入橋路電源±4V，調(diào)節(jié)電橋調(diào)零電位器RW1進(jìn)行橋路調(diào)零，使數(shù)顯表顯示為零。7、在電子稱上放置一只砝碼，讀取數(shù)顯表數(shù)值，依次增加砝碼和讀

23、取相應(yīng)的數(shù)顯表值，直到200g（或500 g）砝碼加完。記下實(shí)驗(yàn)結(jié)果填入表42，關(guān)閉電源，取出砝碼。（若實(shí)驗(yàn)時(shí)無數(shù)值顯示說明R2與R1為相同受力狀態(tài)應(yīng)變片，應(yīng)更換另一個(gè)應(yīng)變片。）圖44全橋性能實(shí)驗(yàn)接線圖8、根據(jù)圖44接線。R1、R2、R3、R4、為實(shí)驗(yàn)?zāi)０遄笊戏降膽?yīng)變片，將受力性質(zhì)相同的兩應(yīng)變片接入電橋?qū)吔M成全橋，接通電源，接入橋路電源±4V，調(diào)節(jié)電橋調(diào)零電位器RW1進(jìn)行橋路調(diào)零，使數(shù)顯表顯示為零。9、在電子稱上放置一只砝碼，讀取數(shù)顯表數(shù)值，依次增加砝碼和讀取相應(yīng)的數(shù)顯表值，直到200g（或500 g）砝碼加完。記下實(shí)驗(yàn)結(jié)果填入表43，關(guān)閉電源，取出砝碼。六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及處理1、

24、數(shù)據(jù)記錄見下表表格4-1 單臂測量時(shí)，輸出電壓與加負(fù)載重量值重量(g)電壓(mv)表格4-2 半橋測量時(shí)，輸出電壓與加負(fù)載重量值重量(g)電壓(mv)表格4-3 全橋測量時(shí)，輸出電壓與加負(fù)載重量值重量(g)電壓(mv)2、數(shù)據(jù)處理在同一坐標(biāo)系下畫出單臂、半橋、全橋的重量與輸出電壓的關(guān)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(jù)圖4-5曲線，計(jì)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(jù)圖4-5曲線，計(jì)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(shí)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(jù)單臂、半橋和全橋輸出時(shí)的靈敏度和非線性度，從理論上進(jìn)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(shí)，作為橋臂電阻應(yīng)變片應(yīng)選用：（1）正（受拉）應(yīng)變片（2）負(fù)（受壓）應(yīng)變片（3）正、負(fù)應(yīng)變片均可以。 答案（ ）(3)、半橋測量時(shí)兩片不同受力狀態(tài)的電阻應(yīng)變片接入電橋時(shí)，應(yīng)放在：（1）對邊（2）鄰邊。答案（ ）(4)、橋路（差動電橋）測量時(shí)存在非線性誤差，

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

27、子秤，要求托盤上放上不同砝碼數(shù)顯表能顯示不同的重量。說明設(shè)計(jì)原理和步驟。實(shí)驗(yàn)五 動態(tài)應(yīng)力應(yīng)變測試一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、了解利用交流電橋測量動態(tài)應(yīng)變參數(shù)的原理與方法。2、了解交流全橋在振動測量中的應(yīng)用。三、 實(shí)驗(yàn)原理：對于交流應(yīng)變信號用交流電橋測量時(shí)，橋路輸出的波形為一調(diào)制波，不能直接顯示其應(yīng)變值，只有通過移相檢波和濾波電路后才能得到變化的應(yīng)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(biāo)，電橋輸出電壓為縱坐標(biāo)，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(biāo)，振動位移為縱坐標(biāo)，做出懸臂梁的振動曲線，確定懸臂梁的固有頻率。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備：CSY-2000傳感器與檢測技術(shù)實(shí)驗(yàn)臺：音頻振蕩器、低頻振蕩器、振動源、應(yīng)變式傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０濉⑾嗝魴z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(shí)驗(yàn)步驟：1、 模塊上的傳感器不用，改為振動梁的應(yīng)變片，即臺面上的應(yīng)變輸出。2、 將臺面三源板上的應(yīng)變插座用連接線插入應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０迳稀Ｒ蛘駝恿荷系乃钠瑧?yīng)變片已組成全橋，引出線為四芯線，因此可直接接

29、入實(shí)驗(yàn)?zāi)０迕嫔弦崖?lián)成電橋的四個(gè)插孔上。接線時(shí)應(yīng)注意連接線上每個(gè)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(jù)圖51，接好交流電橋調(diào)平衡電路及系統(tǒng)，R8、Rw1、C、Rw2為交流電橋調(diào)平衡網(wǎng)絡(luò)。檢查接線無誤后，合上主控臺電源開關(guān)，將音頻振蕩器的頻率調(diào)節(jié)到1KHz左右，幅度調(diào)節(jié)到10Vp-p（頻率可用數(shù)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(diào)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(diǎn)。（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(diào)低頻輸出幅度，將低頻振蕩器頻率調(diào)至8Hz（低頻輸出端接入數(shù)顯單元的Fin，把數(shù)顯表的切換開關(guān)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(yīng)變片振動測量實(shí)驗(yàn)接線圖6、 固定低頻振蕩器頻率鈕旋位置不變，調(diào)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(shí)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(diào)至最小，關(guān)閉電源，卸掉渦流傳感器、渦流放大模塊后，開啟電源。8、 適當(dāng)調(diào)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(shù)顯單元的Fin，把數(shù)顯表的切換開關(guān)打到頻率檔監(jiān)測低

31、頻頻率，調(diào)節(jié)低頻頻率，用示波器讀出頻率改變時(shí)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及處理1、數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)處理（1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)2的結(jié)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(guān)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(jù)

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(diǎn)？小結(jié)： 電阻應(yīng)變式傳感器從1938年開始使用到目前，仍然是當(dāng)前稱重測力的主要工具，電阻應(yīng)變式傳感器最高精度可達(dá)萬分之一甚至更高，電阻應(yīng)變片、絲，除直接用以測量機(jī)

33、械、儀器及工程結(jié)構(gòu)等的應(yīng)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(yīng)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(shí)驗(yàn)六 梁的固有頻率測定實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解構(gòu)件正弦激振實(shí)驗(yàn)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(gòu)件一階固有頻率的測定方法。二、實(shí)驗(yàn)儀器CSY2000型傳感器與檢測技術(shù)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)?zāi)０?/p>

34、。毫伏表，雙蹤示波器。三、實(shí)驗(yàn)原理具有粘性阻尼單自由度系統(tǒng)，強(qiáng)迫振動下的基本關(guān)系運(yùn)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(shù)得和的關(guān)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(dāng)頻率有微小增減時(shí)，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(diǎn)即為梁的一階固有頻率。在共振點(diǎn)前后相位發(fā)生急劇變化，當(dāng)阻尼率時(shí)，理論上振幅值等于無窮大。當(dāng)增加時(shí)，振幅峰值明顯減小。所以，可根據(jù)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(zhì)量塊和受壓的壓電片等

35、組成。（觀察實(shí)驗(yàn)用壓電加速度計(jì)結(jié)構(gòu)）工作時(shí)傳感器感受與試件相同頻率的振動，質(zhì)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(yīng)，壓電晶片上產(chǎn)生正比于運(yùn)動加速度的表面電荷，經(jīng)電荷放大器放大轉(zhuǎn)換成電壓信號輸出。四、實(shí)驗(yàn)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(jì)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(gòu)件進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，并記下毫伏表相應(yīng)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(shí)，應(yīng)縮小間隔。c、當(dāng)f超過8HZ時(shí)，為便于讀數(shù)，應(yīng)將毫伏表電壓檔置于30mv檔。d、在第一階峰值處，要仔細(xì)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及處理：1、將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)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(shí)驗(yàn)七 傳感器應(yīng)用-轉(zhuǎn)速測量實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 了解霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的應(yīng)用。2、 了解磁電式測量轉(zhuǎn)速的原理。3、 了解光電轉(zhuǎn)速傳感器測量轉(zhuǎn)速的原理及方法。4、 比較各種轉(zhuǎn)度測量的優(yōu)缺點(diǎn)，提高學(xué)生綜合運(yùn)用知識解決實(shí)際問題的能力。二、實(shí)驗(yàn)儀器CSY2000型傳感器與檢測技術(shù)實(shí)驗(yàn)臺：霍爾轉(zhuǎn)速傳感器、磁電式速度傳感器、光電轉(zhuǎn)速傳感器、直流源5V、轉(zhuǎn)動源224V、轉(zhuǎn)動源單元、數(shù)顯單元的轉(zhuǎn)速顯示部分。三、實(shí)驗(yàn)原理1、對于霍爾傳感器，利用霍爾效應(yīng)表達(dá)式：UHKHIB，當(dāng)被測圓盤上裝上N只磁性體時(shí)，圓盤每轉(zhuǎn)一周磁場就變化N次。每轉(zhuǎn)一周霍爾

38、電勢就同頻率相應(yīng)變化，輸出電勢通過放大、整形和計(jì)數(shù)電路就可以測量被測旋轉(zhuǎn)物的轉(zhuǎn)速。2、對于磁電傳感器，基于電磁感應(yīng)原理，N匝線圈所在磁場的磁通變化時(shí)，線圈中感應(yīng)電勢發(fā)生變化，因此當(dāng)轉(zhuǎn)盤上嵌入N個(gè)磁棒時(shí)，每轉(zhuǎn)一周線圈感應(yīng)電勢產(chǎn)生N次的變化，通過放大、整形和計(jì)數(shù)等電路即可以測量轉(zhuǎn)速。3、對于光電式轉(zhuǎn)速傳感器有反射型和透射型二種，本實(shí)驗(yàn)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(zhuǎn)盤上反射后由光電池接受轉(zhuǎn)換成電信號，由于轉(zhuǎn)盤上有相間的16個(gè)間隔，轉(zhuǎn)動時(shí)將獲得與轉(zhuǎn)速及黑白間隔數(shù)有關(guān)的脈沖，將電脈計(jì)數(shù)處理即可得到轉(zhuǎn)速值。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、 根據(jù)圖71，將霍爾轉(zhuǎn)速傳感器裝于傳感器支架上，探

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

40、圖71，將光電轉(zhuǎn)速傳感器裝于傳感器支架上 9、 啟動電源，重復(fù)步驟2，3，4，5。四、數(shù)據(jù)記錄及處理1、數(shù)據(jù)記錄見表格7-1電壓(V) 24681012141618202224轉(zhuǎn)速rpm（霍爾）轉(zhuǎn)速rpm（磁電）轉(zhuǎn)速rpm（光電）2、數(shù)據(jù)處理。在同一坐標(biāo)系中，做出三種轉(zhuǎn)速傳感器的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速，在測量上有否限制？2、 本實(shí)驗(yàn)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(zhuǎn)速傳感器不能測很低速的轉(zhuǎn)動？4

41、、實(shí)驗(yàn)中用了多種傳感器測量轉(zhuǎn)速，試分析比較一下哪種方法最簡單、方便。5、工程實(shí)際中除上述測速方法外，還有其他測速方法，請選擇適合轉(zhuǎn)速測量的傳感器，并敘述測速的原理和方法。N轉(zhuǎn)速100 （rpm）16151413121110987654321 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 V(v)圖7-2 轉(zhuǎn)速傳感器的轉(zhuǎn)速性能曲線實(shí)驗(yàn)八 扭轉(zhuǎn)振動的測量一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解IMDU的結(jié)構(gòu)、功能和扭轉(zhuǎn)振動測量原理，掌握扭轉(zhuǎn)振動及其測量方法2 觀察方波信號作用下單圓盤轉(zhuǎn)子的扭轉(zhuǎn)振動和測量結(jié)果。3 了解機(jī)電傳動中的伺服控制技術(shù)的應(yīng)用，掌握通過伺服控制減小扭轉(zhuǎn)振動的方法。二、實(shí)驗(yàn)原理

42、扭轉(zhuǎn)振動是指旋轉(zhuǎn)軸的扭矩隨時(shí)間變化而產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)振動，是重要的一種振動形式。測量轉(zhuǎn)軸的扭振也就是測量轉(zhuǎn)軸的扭角和角速度差，有2種方法較為常見：1、將傳感器(應(yīng)變片等)直接裝在軸上，通過軸的扭轉(zhuǎn)應(yīng)變來測量扭振。2、利用裝在軸上的碼盤、齒輪等結(jié)構(gòu)，通過非接觸式光、電、磁等傳感器產(chǎn)生相應(yīng)的脈沖信號。光柵式編碼器就是常用的傳感器，編碼器每轉(zhuǎn)動一定角度，就產(chǎn)生一個(gè)脈沖，通過測得兩脈沖的間隔時(shí)間，就可獲得兩脈沖的間隔的平均角速度，進(jìn)而獲得扭角和角速度差。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備工業(yè)機(jī)電驅(qū)動單元（IMDU）四、實(shí)驗(yàn)步驟1. 按照IMDU手冊描述進(jìn)行安裝和連線，如圖8-1所示. 2. 打開IMDU上的電源開關(guān)。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(jìn)入計(jì)算機(jī)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(zhuǎn)單元的IMDU b 聯(lián)接扭轉(zhuǎn)元件 c 數(shù)據(jù)采集卡的連線圖8-1 扭轉(zhuǎn)振動實(shí)驗(yàn)的硬件安裝圖8-2 單自由度扭轉(zhuǎn)位置控制實(shí)驗(yàn)Simulink模塊5. 運(yùn)行Matlab文件" d_torsion.m "。這一步為實(shí)驗(yàn)用的Simulink文件設(shè)置所有必需的模型、控制與配置參數(shù)。6. 在imdu_torsion_pos_cntrl Simulink 窗口中，點(diǎn)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(bào)告