1、傳感器與測試技術傳感器與測試技術實驗指導書（虛擬實驗系統用）河北科技大學機械電子工程學院2005.6前言隨著傳感技術、信息處理技術及計算機應用技術的發展，促使測試技術在知識內容、實驗儀器、實驗方法等方面都發生了意義深遠的變革與更新，并已充分體現在面向廿一世紀教學大綱與教材中，顯然原有的實驗設備環境已遠不能滿足其要求，為此我學科組應用虛擬儀器VI技術，研發了VI實驗平臺，推由了26項教學實驗，大大豐富了實驗內容，包括基礎理論篇與工程應用篇，前者主要是配合課堂教學對理論知識的演示與驗證；后者是直接針對工程應用技術的綜合性、設計性實驗，即以學生為主體，按實驗目的自行選擇測量裝置，搭建測試系統，確定試

2、驗方法步驟等。為了配合機械類專業傳感器與測試技術”多學科、多層次實驗教學要求，我學科組重新編制了傳感器與測試技術實驗指導書工對于不同學科，不同層次的教學任務，可按大綱要求自行選擇部分實驗內容。為了方便學生自學與復習，本書按教材章節順序編寫實驗內容。因時間倉促，水平所限，難免有錯誤與不妥之處，懇請讀者批評指正，并愿廣泛征求反饋意見，進一步修改完善，推由正式版本。謝謝編者2005.6第一篇基礎理論教學實驗第一章信號及其描述1、典型信號的合成與分解實驗2、典型信號的頻譜分析實驗3、典型信號幅值分布特性分析4、典型信號的強度分析第二章測試裝置的基本特性5、傳感器靜態標定實驗6、一階系統頻率響應實驗7、

3、二階系統頻率響應實驗8、一二階系統無失真測試條件實驗第三章常用傳感器9、電阻應變式測力、拉、壓、彎、扭傳感器原理及應用實驗10、渦流傳感器原理及應用實驗11、壓電式傳感器原理及前置放大器第四章信號調理、處理和記錄12、電橋在應變測試中的應用13、調制與解調原理實驗14、動態電阻應變儀工作原理實驗15、RC調諧式濾波器的基本特性實驗16、倍頻程濾波器及其在噪聲測試中應用第五章信號處理初步17、頻率混疊、抗混頻濾波與采樣定理18、窗函數與FFT譜的能量泄漏19、FFT譜的柵欄效應與信號的整周期截取20、信號的相關分析21、信號的FFT功率譜分析第二篇工程測試應用實驗22、振動信號測試實驗1）儀器選

4、擇及系統設計2）時域參量測試3）振動信號的頻譜分析23、機械結構振動參數測試實驗1）測試系統設計2）了解SDASn數據采集系統3）測試數據的分析處理24、回轉軸徑向運動誤差測試實驗1）測量原理2）測試系統設計3）數據采集與處理25、噪聲測試實驗1）測量原理2）測試系統設計3）數據采集與處理26、動應力綜合測試實驗1）綜合應力發生裝置2）貼片與接橋3）模擬測試系統設計4）數字測試系統設計綜合型、設計型實驗要求與格式（例如）一、實驗名稱機械結構振動參數測試實驗二、實驗目的1.了解計算機輔助測試SDAS2數據采集與分析系統，及其在振動測試中的應用；2.掌握快速正弦掃頻激振測試及實驗數據處理；3.了解

5、沖擊激振測試及實驗數據處理。三、可供選擇的實驗儀器被測機械結構懸臂梁激振器，功放加速度計，電荷放大器SDAS2數據采集與分析系統四、擬定實驗方案1.合理選擇實驗一起，搭建測試系統；2.簡述實驗原理；3.寫生實驗步驟；（*必須經指導教師答疑通過以上實驗方案，方可進行實驗）4.完成實驗過程，記錄實驗數據。五、完成實驗報告1.寫生實驗方案；2.對實驗數據進分析處理，比較被測試件的實驗測試參數與理論計算參數，并加以分析；3.談談該實驗的心得體會及建議。第一篇基礎理論教學實驗第一章信號及其描述（1）典型信號的分解與合成實驗1、試驗目的1掌握信號分解與合成的原理；2熟悉典型信號，如方波、三角波、鋸齒波等的

6、分解與合成過程。2、實驗儀器與系統框圖1計算機，測試實驗軟件DTEST1.0;典型信號的波形分解后各諧波分量的波形合成信號的波形分解合成23、實驗原理1）信號的頻域描述，反映的是信號的頻率結構和各頻率成分的幅值、相位關系。2）如下傅立葉級數可以看由，周期信號可看作無窮多個諧波分量的合成。而當周期信號已知時，可確定各諧波分量的系數，將其分解。3）對于典型的周期信號，如方波、三角波等，根據其傅立葉級數可確定分解與合成的過程，具體形式見參考1。4、實驗內容與步驟1打開測試實驗軟件DTEST1.0”，進入實驗一；2在典型信號中選擇方波，單擊分解，觀察分解后各諧波分量的波形；3單擊合成，觀察各諧波分量合

7、成后的信號波形；4改變合成諧波分量的數目為1,重新合成，觀察合成波形的變化，并與原信號波形比較；5逐步增加合成諧波分量的數目，重新合成，觀察合成波形的變化，并與原信號波形比較；6同樣，在典型信號中選擇其它信號，重復上述操作。5、實驗報告要求（包括思考題）1任選奧一種典型信號，推導其傅立葉級數；2畫由其原始信號波形；3畫由其分解后各諧波分量的波形；4分別畫由諧波分量的數目為1,2,3的合成波形，并與原信號波形進行比較，說明二者的區別所在，及討論為什么（2）典型信號的頻譜分析實驗1、試驗目的1掌握信號進行頻譜分析的原理；2熟悉典型周期信號，如方波、三角波、鋸齒波等的幅、相頻譜；3熟悉典型非周期信號

8、，如窗函數、單位脈沖函數、周期單位脈沖序列等的幅、相頻譜；4熟悉典型隨機信號，如正態分布的隨機信號等的幅、相頻譜。2、實驗儀器與系統框圖計算機，測試實驗軟件DTEST1.0;3、實驗原理1）信號的頻域描述，反映的是信號的頻率結構和各頻率成分的幅值、相位關系。在頻域中每個信號都必須同時用幅頻譜、相頻譜來描述，統稱為頻譜。幅頻譜以頻率為橫坐標，以幅值為縱坐標；相頻譜以頻率為橫坐標，以相位為縱坐標。2）周期信號，采用傅立葉級數來實現頻譜分析；3）非周期信號，采用傅立葉變換來實現頻譜分析；4）隨機信號，理論上應該采用功率譜來表示其頻域描述，但針對每一個記錄樣本，均可計算其幅值譜。5）以上提到的頻譜分析

9、，當在計算機上實現時，均采用的是離散傅立葉變換DFTo4、實驗內容與步驟1）打開測試實驗軟件DTEST1.0”，進入實驗二；2）在典型周期信號中選擇方波，單擊頻譜分析，觀察其幅、相頻譜；3）同樣，可觀察其他周期信號的幅、相頻譜，注意周期信號的頻譜特點；4）在典型非周期信號中選擇窗函數，單擊頻譜分析，觀察其幅、相頻譜；5）同樣，可觀察其他非周期信號的幅、相頻譜，注意非周期信號的頻譜特點；6）在典型隨機信號中選擇正態分布的隨機信號，單擊頻譜分析，觀察其幅、相頻譜；7）同樣，可觀察其他隨機信號的幅、相頻譜，注意隨機信號的頻譜特點。5、實驗報告要求（包括思考題）1任選奧一種典型周期信號，畫由其頻譜（包

10、括幅、相頻譜），并總結由周期信號的頻譜特點；2任選奧一種典型非周期信號，畫由其頻譜（包括幅、相頻譜），并總結由非周期信號的頻譜特點；3任選奧一種典型隨機信號，畫由其頻譜（包括幅、相頻譜），并總結由隨機信號的頻譜特點；4寫生離散傅立葉變換的公式，試編程運行（3）典型信號的幅值特性分析實驗1、試驗目的1掌握信號進行幅值特性分析的原理；2熟悉典型周期信號，如方波、三角波、鋸齒波等的幅值特性；3熟悉典型非周期信號，如窗函數、單位脈沖函數、周期單位脈沖序列等的幅值特性；4熟悉典型隨機信號，如正態分布的隨機信號等的幅值特性。2、實驗儀器與系統框圖計算機，測試實驗軟件DTEST1.0;3、實驗原理1）概率密

11、度函數提供了信號幅值分布的信息，不同的信號有不同的概率密度函數圖形，因此可以用來識別信號的性質。2）當該函數未知時，可以用統計概率分布圖和直方圖來估計。4、實驗內容與步驟1）打開測試實驗軟件DTEST1.0”，進入實驗三；2）在典型周期信號中選擇方波，單擊幅值特性分析，觀察其概率分布函數、概率密度函數；3）同樣，可觀察其他周期信號的概率分布函數、概率密度函數；4）在典型非周期信號中選擇窗函數，單擊幅值特性分析，觀察其概率分布函數、概率密度函數；5）同樣，可觀察其他非周期信號的概率分布函數、概率密度函數；6）在典型隨機信號中選擇正態分布的隨機信號，單擊幅值特性分析，觀察其概率分布函數、概率密度函

12、數；7）同樣，可觀察其他隨機信號的概率分布函數、概率密度函數。5、實驗報告要求（包括思考題）1任選奧一種典型周期信號，畫由其概率分布函數、概率密度函數；2任選奧一種典型非周期信號，畫由其概率分布函數、概率密度函數；3任選奧一種典型隨機信號，畫由其概率分布函數、概率密度函數；4寫生離散傅立葉變換的公式，試編程運行（4）典型信號的強度分析實驗1、試驗目的1掌握信號進行強度分析原理，計算各統計參數，如均值、方差、均方值等；2熟悉典型周期信號，如方波、三角波、鋸齒波等的各統計參數；3熟悉典型非周期信號，如窗函數、單位脈沖函數、周期單位脈沖序列等的各統計參數；4熟悉典型隨機信號，如正態分布的隨機信號等的

13、各統計參數。2、實驗儀器與系統框圖計算機，測試實驗軟件DTEST1.0;3、實驗原理1主要統計特征參數包括均值、均方值、方差，三者之間的關系。2其他統計特征參數還有很多，具體可見參考11。4、實驗內容與步驟1）打開測試實驗軟件DTEST1.0”，進入實驗四；2）在典型周期信號中選擇方波，單擊強度分析，計算其各統計參數；3）同樣，可觀察其他周期信號的各統計參數；4）在典型非周期信號中選擇窗函數，單擊強度分析，計算其各統計參數；5）同樣，可觀察其他非周期信號的各統計參數；6）在典型隨機信號中選擇正態分布的隨機信號，單擊強度分析，計算其各統計參數；7）同樣，可觀察其他隨機信號的各統計參數。5、實驗報

14、告要求（包括思考題）1）任選奧一種典型周期信號，計算其各統計參數；2）任選莫一種典型非周期信號，計算其各統計參數；3）任選奧一種典型隨機信號，計算其各統計參數；第二章測試裝置的基本特性（5）傳感器靜態標定實驗1、試驗目的1）學習YJD-1型電阻應變儀的使用方法。2）學習測量裝置靜態特性的標定方法。3）掌握用分析軟件對靜態裝置靜態特性的標定方法。2、實驗儀器與系統框圖1）YJD-1型電阻應變儀；2）電阻應變式傳感器；3）計算機，測試實驗軟件DTEST1.0;電阻應變式傳感器器YJD-1電阻應變儀加載裝置4）系統框圖3、實驗原理新設計制造的傳感器，需要對其參數和性能進行標定，以便檢查是否符合設計要

15、求。另外，隨著時間和周圍環境的變化，使用中傳感器的參數也會有變化，也需要進行定期校準，所以測量裝置的標定，是一項經常性，非常重要的工作。電阻應變式測力傳感器的靜態標定，就是在靜態下，通過加載裝置對傳感器施加載荷，同時由應變儀讀取輸由，而獲取傳感器的靜態特性參數如靈敏度，非線性度，回程誤差等。4、實驗內容與步驟4.1粘貼應變片1）惠斯登電橋挑選兩個電阻值120Q左右的電阻應變片，阻值差小于0.5。2）砂紙打磨等強度梁，去除污物，用酒精清洗。3）用502膠水粘貼電阻應變片。（一片粘在受力的位置，一片粘在不受力的位置。）4）用萬用表檢查有無短路、斷路，引線與等強度梁間的絕緣電阻應大于150M25）焊

16、接導線，并用膠帶紙固定，在常溫下，放置24小時后，方可使用。4.2測試數據1）聯接電橋將應變式傳感器的應變片引曲線分別接于A、B、C三點，并將接線柱旋緊，組成半橋單臂測量電路。2）調整靈敏系數盤K,使之與應變片的靈敏系數K相符。3）檢查指示器指針是否準確的停止在機械零位，否則必須校正后方可工作。4）檢查微調，中調，粗調三個調節旋鈕，是否都指在零位。5）經指導老師檢查無誤后，方可打開電源。6）將選擇開關旋到學上，調節電阻平衡”，電容平衡”兩電位器，使指示電表的指針指與零位。然后將開關旋到靜”的位置，再調節電阻平衡”使指針指于零位。在學“、靜”反復調整幾次后，此時電橋已予調平衡。7）仔細觀察三分鐘

17、，電表指針不應有漂移。8）進行加載，指針偏移零位，旋轉微調”旋鈕使指針指回零位，記下此時微調”旋鈕讀數。力口載100,200,300,400,500（g）記錄讀數。9）依次卸載并記錄讀數。注意卸載至零載荷時，不要忘記將微調旋鈕讀數記錄下來。0100200300400500力口載卸載4.3數據處理1）打開測試實驗軟件DTEST1.0，進入靜態標定”實驗；2）將實驗記錄的各數據分別填入，點擊作圖；3）按端點線性、最小二乘法二種方法做由擬合直線，求由線性誤差；4）繪由回程誤差特性曲線，并確定其回程誤差H;5）確定本測力傳感器的靜態靈敏度So5、實驗報告要求（包括思考題）1）寫生實驗名稱、目的，及畫由

18、實驗系統框圖；2）實驗數據處理電阻應變式測力傳感器靜態特性指標評定。非線性度按端點線性、最小二乘法二種方法做由擬合直線、求生線性誤差。繪由回程誤差特征曲線，并確定其回程誤差Ho確定本測力傳感器的靜態靈敏度So3）心得體會及對實驗的改進意見（6）一階系統頻率響應實驗1、試驗目的1）了解一階系統的時域響應函數；2）掌握一階系統的頻率響應函數。2、實驗儀器與系統框圖計算機，測試實驗軟件DTEST1.0;3、實驗原理頻率響應函數是描述和考察系統在頻率域中的特性的，利用它和傳遞函數的關系，極易求生傳遞函數，是研究系統特性的重要的工具。定常系統在簡諧信號的激勵下，其穩態輸由信號和輸入信號的幅值比定為該系統

19、的幅值特性，記為A3；穩態輸由信號對輸入信號的相位差被定義為該系統的相頻特性，兩者統稱為系統的頻率特性。因此系統的頻率特性指系統在簡諧信號激勵下，其穩態輸由對輸入的幅值比、相位差隨激勵頻率3變化的特性。一階系統的幅頻特性為，相頻特性為。改變系統的動態特性參數時間常數T可以觀察相應的特性曲線。4、實驗內容與步驟1）打開測試實驗軟件DTEST1.0”，進入動態特性”實驗。2）取時間常數p（02s,0.06s,0.1s,觀察一階系統的幅、相頻特性曲線，實、虛頻特性曲線，以及乃奎斯特圖。3）仍取以上三個時間常數，觀察一階系統的單位脈沖響應和單位階躍響應。5、實驗報告要求（包括思考題）1）畫由不同時間常

20、數下的幅、相頻特性曲線，實、虛頻特性曲線，以及乃奎斯特圖。觀察時間常數。對系統頻域特性的影響。2）畫由不同時間常數下的單位脈沖響應和單位階躍響應。觀察時間常數。對系統時域特性的影響。（7）二階系統頻率響應實驗1、試驗目的1）了解二階系統的時域響應函數；2）掌握二階系統的頻率響應函數。2、實驗儀器與系統框圖計算機，測試實驗軟件DTEST1.0;3、實驗原理二階系統的傳遞函數為頻率響應函數為幅頻特性為相頻特性為二階系統的動態特性參數是固有頻率con和阻尼比在通常的使用頻率范圍中，以固有頻率3n的影響最為重要，所以二階系統工作頻率范圍的確定以固有頻率為依據。在co3n附近，系統幅頻特性受阻尼比影響極

21、大，當時，系統發生共振。因此作為使用裝置，極少選用這種頻率關系。但這種關系在測定系統本身的參數時，卻是很重要的。4、實驗內容與步驟1）打開測試實驗軟件DTEST1.0”，進入動態特性”實驗。2）取固有頻率3n20100Hz,觀察二階系統的幅、相頻特性曲線，實、虛頻特性曲線，以及乃奎斯特圖。3）取阻尼比E0.10.3,0.5,0.7,1.0,觀察二階系統的幅、相頻特性曲線，實、虛頻特性曲線，以及乃奎斯特圖。4）仍取以上參數，觀察二階系統的單位脈沖響應和單位階躍響應。5、實驗報告要求（包括思考題）1）畫由不同固有頻率an、阻尼比士下的幅、相頻特性曲線，實、虛頻特性曲線，以及乃奎斯特圖。觀察時間常數

22、。對系統頻域特性的影響。2)畫由不同固有頻率3小阻尼比士下的單位脈沖響應和單位階躍響應。觀察時間常數。對系統時域特性的影響。(8)一二階系統無失真測試條件實驗1、試驗目的1)掌握不失真測試的條件。2)了解參數。變化對一階測試裝置不失真測試范圍的影響。2)了解參數、士變化對二階測試裝置不失真測試范圍的影響。2、實驗儀器與系統框圖計算機，測試實驗軟件DTEST1.0;3、實驗原理靜態不失真條件為在靜態測量時，理想的定常線性系統，S為靈敏度。動態不失真條件為在動態測量時，理想的定常線性系統，A0為靈敏度，t0為時間延遲。4、實驗內容與步驟1)打開測試實驗軟件DTEST1.0”，進入先失真測試”實驗。

23、2)點擊對話框中的階系統改變。值，設變化，畫由幅頻、相頻曲線進行分析，確定幅值誤差工作頻率范圍。3)點擊對話框中的上階系統改變已值，確定=2。值，變化，畫曲幅頻、相頻曲線，分析改變已對測量裝置的影響，求由最佳阻尼。在值條件下，改變，變化，畫曲幅頻、相頻曲線進行分析，確定對不失真頻率范圍影響。5、實驗報告要求（包括思考題）1）寫生實驗名稱、目的。2）畫由一階測試系統幅、相頻曲線，分析參數變化對其的影響。3）畫由20時，改變直的二階測試系統幅、相頻曲線，并分析已對測量裝置的影響。4）畫由時，改變值的二階測試系統幅、相頻曲線，根據曲線說明對不失真測試條件影響，從而確定在最佳阻尼條件下不失真的工作頻率

24、范圍。第三章常用傳感器（9）電阻應變式測力、拉、壓、彎、扭傳感器原理及應用實驗1、試驗目的1）了解和掌握電阻應變式傳感器的測量原理和方法。2）掌握如何用電阻應變式傳感器測量力、拉、壓、彎、扭。2、實驗儀器與系統框圖1）電阻應變式傳感器；2）電阻應變儀；3）測試系統。3、實驗原理1）應變片式傳感器分類依據測量目的分為載荷測量和應力測量。構成由應變片和彈性元件構成。關鍵是合理選擇彈性元件，以及應變片的布置方式和接橋方式，以得到測量應變與實際應變之間的關系。因此，應變片式傳感器在使用之前必須進行標定，以確定傳感器的靈敏度。2）常用的幾種應變片式傳感器測拉（壓）力應變片式傳感器常用的彈性元件有環形（圓

25、環形、扁圓環形）和柱形（實心圓柱形、空心圓柱形）。測彎矩應變片式傳感器常用的彈性元件為懸臂梁（等截面梁、等強度梁）。測扭矩應變片式傳感器常用的彈性元件為圓軸。需米用應變花。4、實驗內容與步驟1）觀察電阻應變式傳感器的外形；2）按照使用說明書安裝電阻應變式傳感器；3）設置電阻應變儀的各項參數；3）觀察傳感器的輸由信號，然后采集。5、實驗報告要求（包括思考題）1）電阻應變式傳感器能測量哪些參量2）電阻應變儀如何調平衡（10）渦流傳感器原理及應用實驗1、試驗目的了解和掌握電渦流傳感器測量原理和方法。2、實驗儀器與系統框圖1）電渦流傳感器；2）電壓放大器。3）測試系統。3、實驗原理1）電渦流傳感器就是

26、能靜態和動態地非接觸，高線性度，高分辨力地測量被測金屬導體距探頭表面的距離。它是一種非接觸的線性化計量工具。電渦流位移傳感器能準確測量被測體（必須是金屬導體）與探頭端面之間的靜態和動態距離及其變化。2）探頭、延伸電纜、前置器以及被測體構成基本工作系統。前置器中高頻振蕩電流通過延伸電纜流入探頭線圈，在探頭頭部的線圈中產生交變的磁場。如果在這一交變磁場的有效范圍內沒有金屬材料靠近，則這一磁場能量會全部損失；當有被測金屬體靠近這一磁場，則在此金屬表面產生感應電流，電磁學上稱之為電渦流,與此同時該電渦流場也產生一個方向與頭部線圈方向相反的交變磁場，由于其反作用，使頭部線圈高頻電流的幅度和相位得到改變（

27、線圈的有效阻抗），這一變化與金屬體磁導率、電導率、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體表面的距離等參數有關。通常假定金屬導體材質均勻且性能是線性和各項同性，則線圈和金屬導體系統的物理性質可由金屬導體的電導率樂磁導率a尺寸因子下頭部體線圈與金屬導體表面的距離D、電流強度I和頻率3參數來描述。則線圈特征阻抗可用ZFr,E,6,D數來表示。通常我們能做到控制r,七,6,1,3這幾個參數在一定范圍內不變，則線圈的特征阻抗Z就成為距離D的單值函數，雖然它整個函數是一非線性的，其函數特征為“S型曲線，但可以選取它近似為線性的一段。于此，通過前置器電子線路的處理，將線圈阻抗Z的變化，即頭

28、部體線圈與金屬導體的距離D的變化轉化成電壓或電流的變化。輸由信號的大小隨探頭到被測體表面之間的間距而變化，電渦流傳感器就是根據這一原理實現對金屬物體的位移、振動等參數的測量。3）渦流檢測不需要改變試件的形狀，也不會影響試件的使用性能，因此，是一種無損地評定試件有關性能和發現試件有無缺陷等的檢測方法。渦流檢測只適用于能產生渦流的導電材料。同時，由于渦流是電磁感應產生的，在檢測時，不必要求線圈與試件緊密接觸，也不必在線圈和試件之間充填滿合劑，從而容易實現自動化檢驗。對管、棒、絲材表面缺陷，渦流檢查法有很高的速度和效率。渦流及其反作用磁場對代表金屬試件物理和工藝性能的多種參數有反應，因此是一種多用途

29、的試驗方法。然而，正是由于對多種試驗參數有敏感反應，也就會給試驗結果帶來干擾信息，影響檢測的正確進行。渦流檢測設備用于各種金屬管、棒、線、絲材的在線、離線探傷。在探傷過程中，能同時兼顧長通傷、緩變傷等長缺陷和短小缺陷（如通孔）；能夠有效抑制管道在線、離線檢測時的莫些干擾信號（如材質不均、晃動等），對金屬管道內外壁缺陷檢測都具有較高的靈敏度；還可用于機械零部件混料分選，滲碳深度和熱處理狀態評價，硬度測量等。4、實驗內容與步驟1）觀察渦流傳感器的外形；2）按照使用說明書安裝渦流傳感器；3）觀察傳感器的輸由信號，然后采集。4）靜態校準按下圖接好線路，調整被測片與渦流線圈的距離。使系統發生振蕩（用計算

30、機分析系統監視）。示波器上讀由峰峰值，毫伏表上讀平均值，每隔0.25mm讀一次數，直到線性嚴重破壞為止，即靜態校準。根據以上數據，我由傳感器與被測體間的最佳工作距離和起始點。被測片渦流傳感器渦流變換器毫伏表A/D轉換計算機分析系統5）被測體對傳感器特性的影響根據上圖，分別用鋁、銅、鐵被測片重復實驗內容1,分析比較所得結果。6）電渦流式振幅測量系統按下圖接線。用激振器激勵平行梁振動，激振頻率為15,20,30Hz處分別記錄要求對應的輸由峰峰值，并根據前面得到的校準曲線計算由對應的振動幅度。渦流傳感器渦流變換器運算放大器毫伏表A/D轉換計算機分析系統5、實驗報告要求（包括思考題）1）電渦流傳感器有

31、什么特性可以用在那些特征量的檢測上2）電渦流傳感器如何安裝3）根據實驗內容1的結果，作和曲線（在同一坐標系中），求生線性范圍和系統靈敏度4）根據實驗內容2的結果，在同一坐標系中作由，三條曲線，分析比較它們的靈敏度和線性范圍。（11）壓電式傳感器原理及前置放大器1、試驗目的1）了解和掌握壓電傳感器測量原理和方法。2）了解和掌握前置放大器的使用方法。2、實驗儀器與系統框圖1）壓電傳感器；2）電荷放大器；3）測試系統。3、實驗原理1）壓電式加速度傳感器在振動測試領域中應用廣泛，可以測量各種環境中的振動量。壓電傳感器的力學模型可簡化為一個單自由度質量-彈簧系統。根據壓電效應的原理，當晶體上受到振動作用

32、力后，將產生電荷量，該電荷量與作用力成正比，這就是壓電傳感器完成機電轉換的工作原理。2）振動的幅值、頻率和相位是振動的三個基本參數，稱為振動三要素。幅值幅值是振動強度的標志，它可以用峰值、有效值、平均值等方法來表示。頻率不同的頻率成分反映系統內不同的振源。通過頻譜分析可以確定主要頻率成分及其幅值大小，從而尋找振源，采取相應的措施。相位振動信號的相位信息十分重要，如利用相位關系確定共振點、測量振型、旋轉件動平衡、有源振動控制、降噪等。對于復雜振動的波形分析，各諧波的相位關系是不可缺少的。在振動測量時，應合理選擇測量參數，如振動位移是研究強度和變形的重要依據；振動加速度與作用力或載荷成正比，是研究

33、動力強度和疲勞的重要依據；振動速度決定了噪聲的高低，人對機械振動的敏感程度在很大頻率范圍內是由速度決定的。速度又與能量和功率有關，并決定動量的大小。4、實驗內容與步驟1）觀察壓電傳感器的外形；2）按照使用說明書安裝壓電傳感器；3）設置電荷放大器的各項參數；3）觀察傳感器的輸由信號，然后采集。5、實驗報告要求（包括思考題）1）壓電傳感器能測量哪些參量2）壓電傳感器的前置放大器有幾種第四章信號調理、處理和記錄（12）電橋在應變測試中的應用1、試驗目的1）掌握電橋的幾種聯接方式及靈敏度；2）掌握直流電橋和交流電橋的平衡方法；3）了解電橋在應變測試中的應用。2、實驗儀器與系統框圖計算機，測試實驗軟件D

34、TEST1.0;3、實驗原理電橋平衡條件直流電橋；交流電橋。應變電橋輸由電壓表達式半橋單臂；半橋雙臂；全橋。4、實驗內容與步驟1）打開測試實驗軟件DTEST1.0”，進入實驗十二；2）在直流電橋中分別選擇半橋單臂、半橋雙臂、全橋，單擊輸由信號，觀察輸由電壓，并根據輸入信號和供橋電壓計算靈敏度；3）在交流電橋中分別選擇半橋單臂、半橋雙臂、全橋，單擊輸由信號，觀察輸由電壓，并根據輸入信號和供橋電壓計算靈敏度；4）在2）中單擊電橋平衡，觀察直流電橋的平衡條件；5）在3）中單擊電橋平衡，觀察交流電橋的平衡條件。5、實驗報告要求（包括思考題）1）寫生實驗名稱、目的。2）對實驗過程得到的數據進行分析，并說

35、明所采用的原理。3）為什么平衡交流電橋必須同時調節電阻平衡和電容平衡（13）調制與解調原理實驗1、試驗目的1）了解調幅及解調的原理；2）了解在調幅及解調過程中避免引起失真的必要條件。2、實驗儀器與系統框圖計算機，測試實驗軟件DTEST1.0;3、實驗原理調制信號調制器放大器解調器低通濾波器輸由振蕩器所謂調制就是使一個信號（載波）的莫些參數在另一信號（調制信號）的控制下而發生變化的過程，輸由信號為已調制波。從已調制波中恢復由調制信號的過程為解調。調制信號即被測量。調制器實質上是一個乘法器，將一個高頻檢波信號（載波）與測試信號（調制信號）相乘，使高頻信號的幅值隨測試信號的變化而變化，實現調幅輸由調

36、幅波。調幅的目的是使緩變信號便于放大和輸由O放大器對調幅波進一步放大。解調器利用載波信號與調幅波的相位比得由原信號的幅值和極性。此過程為解調。低通濾波器濾去高頻成分，恢復原信號振蕩器提供高頻振蕩信號作為載波。4、實驗內容與步驟1）打開測試實驗軟件DTEST1.0”，進入實驗十三；2）輸入fm100Hz,f0300Hz,觀察調幅過程的時域波形和頻譜；3）輸入不同的fo,fm值，觀察信號波形和頻譜的變化；調制信號載波信號4）選擇失真方式，觀察失真現象；5）選擇不失真修正，觀察不失真的條件并分析原因。5、實驗報告要求（包括思考題）1）寫生實驗名稱、目的。2）簡述調幅及解調的原理，畫由系統框圖。3）調

37、幅過程為什么會由現信號失真的現象如何避免（14）動態電阻應變儀工作原理實驗1、試驗目的1）掌握動態電阻應變儀的工作原理；2）觀察各級輸由時域波形。2、實驗儀器與系統框圖計算機，測試實驗軟件DTEST1.0;3、實驗原理被測應變量電橋放大相敏檢波低通顯示振蕩器被測量經傳感器轉換成電信號經電橋將這些電信號的變化變為電壓或電流輸由（即解調），電橋輸由的調制波放大后經相敏檢波（即解調）后經過低通濾波器濾去高頻成分得到原信號。4、實驗內容與步驟1）打開測試實驗軟件DTEST1.0”，進入實驗十四；2）點擊圖中被測應變量、載波、調幅波、放大后波形、解調后波形、還原后波形，觀察各級輸曲波形。5、實驗報告要求

38、（包括思考題）1）寫生實驗名稱、目的2）畫由動態電阻應變儀的系統框圖，并標由各級輸由波形。3）電橋的作用是什么（15）RC調諧式濾波器的基本特性實驗1、試驗目的1）了解RC調諧式濾波器的基本參數；2）掌握一階RC調諧式濾波器的頻率特性。2、實驗儀器與系統框圖計算機，測試實驗軟件DTEST1.0;3、實驗原理（1）濾波器的截止頻率，幅頻特性曲線降為最大值的倍時對應的頻率為截止頻率。（2）濾波器的帶寬表征帶通濾波器的頻率分辨能力，越小分辨率越高。對帶通濾波器有。其中為上截止頻率，為下截止頻率。（3）中心頻率帶通濾波器的中心頻率定義為上下截止頻率的幾何平均值（4）品質因數表征帶通濾波器的頻率選擇性，

39、4、實驗內容與步驟1）打開惻試實驗軟件DTEST1.0，進入實驗十五；2）在濾波器主要參數中輸入不同的值，觀察濾波效果；3）觀察一階RC低通濾波器的頻率特性，以及RC值對頻率特性的影響；4）觀察一階RC高通濾波器的頻率特性，以及RC值對頻率特性的影響；5）觀察RC帶通濾波器的頻率特性，以及RC值對頻率特性的影響；5、實驗報告要求（包括思考題）1）寫生實驗名稱、目的。2）簡述實際RC調諧式濾波器的主要參數，并說明與理想濾波器的關系。3）說明帶通濾波器與高、低通濾波器的關系。4）能否用高、低通濾波器串聯形成帶阻濾波器（16）倍頻程濾波器及其在噪聲測試中應用1、試驗目的1）了解常用的兩種濾波器組恒帶

40、寬濾波器和恒帶寬比濾波器；2）掌握恒帶寬比濾波器組的構成，及各濾波器之間的關系；2）掌握倍頻程濾波器的使用。2、實驗儀器與系統框圖計算機，測試實驗軟件DTEST1.0;3、實驗原理恒帶寬濾波器組恒帶寬比濾波器組每一個通濾波器的上、下截止頻率之間的關系為，兩相鄰帶通濾波器的中心頻率，之間的關系為，式中倍頻程數。4、實驗內容與步驟1）打開測試實驗軟件DTEST1.0”，進入實驗十六；2）選擇恒帶寬濾波器，觀察濾波器的輸由頻譜；3）選擇恒帶寬比濾波器，觀察濾波器的輸由頻譜，并與2）作比較；4）在恒帶寬比濾波器中，分別選擇倍頻程、1/3倍頻程、1/5倍頻程，觀察濾波器的輸由頻譜，并與2）作比較。5、實

41、驗報告要求（包括思考題）1）寫生實驗名稱、目的。2）簡述恒帶寬比濾波器組的構成3）相關濾波為什么屬于恒帶寬濾波第五章信號處理初步（17）抗混疊濾波與采樣定理1、試驗目的1）觀察模擬信號數字化過程中的混疊現象，掌握混疊產生的原因；2）掌握避免混疊的兩個措施抗混疊濾波，采樣定理，以及正確的參數設置；3）觀察模擬信號的正確時域采樣。2、實驗儀器與系統框圖計算機，測試實驗軟件DTEST1.0;3、實驗原理1）混疊現象是在時域采樣過程中產生的。時域采樣，就是等時間間隔地取點。從數學處理上看，就是乘以采樣函數，時域相乘相當于頻域作卷積，就相當于頻譜的周期延拓，即頻譜的搬移。在頻域中，如果頻譜的搬移距離過小

42、，搬移后的頻譜就會有一部分相互交疊，從而使新合成的頻譜與原頻譜不一致，無法準確地恢復原時域信號，這種現象稱為混疊。2）產生混疊現象的原因為a采樣頻率fs太低，或采樣間隔Ts太大；b原模擬信號不是有限帶寬的信號，即信號的最高頻率。3）為了避免混疊所采取的措施為a對非有限帶寬的模擬信號，在采樣之前進行低通濾波，濾去高頻成分，使其成為限帶寬的的信號。這種處理稱為抗混疊濾波。b滿足采樣定理，即采樣頻率必須大于信號最高頻率的2倍以上實際常取，fc為低通濾波的截止頻率。4）從理論上來說，只要滿足了以上兩個條件，就可以從根本上避免混疊，保證正確的分析結果。但由于實際濾波器是非理想的，抗混疊濾波不可能完全衰減

43、高頻成分，所以也不可能完全消除混疊。4、實驗內容與步驟1）打開測試實驗軟件DTEST1.0”，進入實驗一；2）在典型信號中選擇指數函數，觀察信號的連續波形及連續頻譜；3）單擊時域采樣，觀察原信號的離散波形及周期化的連續頻譜；4）設置濾波參數，使原信號成為限帶寬信號，并根據采樣定理相應設置采樣參數；5）單擊時域采樣，觀察限帶寬信號的離散波形及周期化的連續頻譜；6）設置其他的濾波參數、采樣參數，重復上述過程，觀察不同參數對時域采樣后信號的波形及頻譜的影響。5、實驗報告要求（包括思考題）1）畫由指數函數信號的連續波形及連續頻譜；2）畫由原信號的離散波形及周期化的連續頻譜；3）針對奧組濾波參數、采樣參

44、數，畫由限帶寬信號的離散波形及周期化的連續頻譜；4）總結混疊產生的原因，及應采取的避免措施；5）為什么時域離散會導致頻譜周期化（18）窗函數與FFT譜的能量泄漏1、試驗目的1）觀察模擬信號數字化過程中的泄漏現象，掌握泄漏產生的原因；2）掌握常見窗函數及其頻譜；3）比較不同窗函數引起的泄漏，掌握它們的適用情況。2、實驗儀器與系統框圖計算機，測試實驗軟件DTEST1.0;3、實驗原理1）泄漏現象是在時域截斷過程中產生的。時域截斷，就是取有限長的信號。從數學處理上看，就是乘以有限寬矩形窗函數。時域相乘相當于頻域作卷積，就相當于頻譜的周期延拓，即頻譜的搬移。在頻域中，由于矩形窗函數的頻譜是一個無限帶寬

45、的sinc函數，即使原模擬信號是有限帶寬的，截斷后也必然成為無限帶寬的，這種信號的能量在頻率軸分布擴展的現象稱為泄漏。2）產生泄漏現象的原因為窗函數的頻譜是無限帶寬的。3）從理論上說，泄漏是不可避免的，只能減小。而且由于截斷后信號成為無限帶寬的，不可避免會由現混疊。但采用合適的窗函數（如常見典型窗函數），可以減小泄漏。4）對于窗函數的評價標準為a最大旁瓣與主瓣之比，其倍頻程衰減率；小的旁瓣可以減小泄漏。b主瓣的寬度；窄的主瓣可以提高頻率分辨力。4、實驗內容與步驟1）打開測試實驗軟件DTEST1.0”，進入實驗二；2）在典型信號中選擇指數函數，觀察信號的連續波形及連續頻譜；3）正確設置濾波參數、

46、采樣參數，單擊時域采樣，觀察限帶寬信號的離散波形及周期化的連續頻譜；4）在加窗中選擇矩形窗，單擊時域截斷，觀察限帶寬信號的離散波形及周期化的連續頻譜；5）選擇不同的窗函數，重復上述過程，觀察圖象變化。5、實驗報告要求（包括思考題）1）畫由矩形窗及其頻譜，以及對應信號的離散波形及周期化的連續頻譜；2）畫由汗寧窗及其頻譜，以及對應信號的離散波形及周期化的連續頻譜；3）總結泄漏產生的原因，及窗函數的選用標準；4）為什么泄漏是不可避免的5）為什么泄漏會引起混疊（19）FFT譜的柵欄效應與周期信號的整周期截取1、試驗目的1）觀察模擬信號數字化過程中的柵欄效應，掌握柵欄效應產生的原因；2）了解避免柵欄效應

47、的幾種的措施；3）掌握周期信號的整周期截取。2、實驗儀器與系統框圖計算機，測試實驗軟件DTEST1.0;3、實驗原理1）柵欄效應是在頻域采樣過程中產生的。頻域采樣，就是在頻率軸上等間隔地取點，使頻率離散化。從數學處理上看，就是乘以頻率采樣函數。頻域相乘相當于時域作卷積，就相當于時域波形的周期延拓，即頻域波形的搬移。采樣的實質是摘取采樣點上對應的函數值，其效果有如透過柵欄的縫隙觀看外景，只有落在縫隙前的少數景象被看到，其余景象都被柵欄擋住，視為零，這種現象稱為柵欄效應。在頻域中，柵欄效應的影響很大，丟失的頻率成分有可能是重要的或具有特征的成分，以致于整個處理失去意義。而時域采樣如滿足采樣定理，柵

48、欄效應不會有太大的影響。2）產生柵欄效應的原因為頻率采樣間隔Af太大。O3）為了避免柵欄效應所采取的措施為a減小頻率采樣間隔Af,即提高頻率分辨力。但是DFT算法的固有特征，因此在滿足采樣定理的情況下，減小Af將增大采樣點數N,增加計算工作量。b不采用DFT算法，而采用其他算法把時間序列變換為頻譜序列。c頻率細化技術ZOOM-DFT。d對周期信號實行整周期截取。4）對于周期信號，整周期截取是最方便的消除柵欄效應的方法。具體的實施就是合理設置采樣頻率和采樣長度，使所截取的信號正好為其周期的整數倍。因此，周期信號的頻率必須預先知道。4、實驗內容與步驟1）打開測試實驗軟件DTEST1.0”，進入實驗

49、三；2）在典型信號中選擇頻率為5Hz的正弦信號，觀察信號的連續波形及連續頻譜；3）設置采樣參數，采樣頻率為100Hz,采樣長度為30點，單擊頻域采樣，觀察信號的離散波形及離散頻譜；4）重新設置采樣參數，采樣頻率為100Hz,采樣長度為40點，觀察信號的離散波形及離散頻譜；5）選擇其它周期信號，如矩形波、三角波等，根據信號頻率正確設置采樣參數，重復上述過程。5、實驗報告要求（包括思考題）1）畫由正弦信號的連續波形及離散頻譜；2）畫由非整周期截斷時正弦信號的離散波形及離散頻譜；3）畫由整周期截斷時正弦信號的離散波形及離散頻譜；4）總結信號頻率、采樣頻率、采樣長度三者之間的關系，計算時域采樣間隔、頻

50、域采樣間隔；寫由離散傅立葉變換DFT的公式。（20）信號的相關分析1、試驗目的1）掌握信號進行相關分析的原理；2）熟悉典型信號的自相關函數；3）熟悉不同典型信號之間的互相關函數。2、實驗儀器與系統框圖計算機，測試實驗軟件DTEST1.0;3、實驗原理1）信號的自相關函數，具有以下性質的取值區間為。，即在。時取最大值，等于信號的均方值。，即在附趨于常數，同一信號中的隨機成分不存在內在聯系，彼此無關。，即自相關函數是偶函數。周期函數的自相關函數仍為同頻的周期函數，保留了原信號的幅值信息，丟失了原信號的初始相位信息。2）信號的自相關函數常用于區別信號類型。若信號中包含周期成分，則自相關函數在。很大時

51、仍不衰減，并具有明顯的周期性；若信號中不包含周期成分，則自相關函數在奇肖大時就趨于常數。確定信號中的周期成分，并進一步分析其起因。3）信號的互相關函數，具有以下性質的取值區間為。的最大值為，一般不在p處，而在莫一時移pp處，即在附趨于常數，xt和yt就互不相關了。，即互相關函數不是偶函數。同頻相關，不同頻不相關；即兩同頻的周期函數的互相關函數仍為同頻的周期函數，保留各自的幅值信息和相位差信息，而不同頻的兩周期函數必定不相關。4）信號的互相關函數應用場合為相關濾波，即在噪聲背景下提取有用信息。對一個線性系統，根據頻率保持特性，只有和激振頻率相同的成分才可能是由激振引起的響應，其他成分均是干擾。因此，只要將激振信號和響應信號