labview测试实验指导书

1、吉林工程技术师范学院测试技术实验指导书主编：孙艳红 张晓奇主审：周广文机电工程学院2009年5月42目 录前 言.1实验1典型信号虚拟发生器4实验2典型信号的频谱分析6实验3周期信号波形的合成和分解9实验4 典型信号的相关分析和功率谱分析.11实验5 信号的调制与解调.14实验6 巴特沃斯滤波器.18实验7 信号采样定理.21实验8 测试系统静态性能测量与系统标定.24实验9 测试系统动态性能测量. 26实验10 金属箔式应变计性能应变电桥28实验11 电涡流开关物体检测.30实验12 光电传感器转速测量.33实验13 霍尔传感器速度测量.35实验14 力传感器称重.37实验15 典型信号的虚

2、拟仿真信号发生器的设计.39实验16 典型信号的自相关分析仪的设计.41实验17 典型信号的频谱分析仪的设计.43实验18 某工程信号的综合分析系统.45前言测试技术是具有实验性质的测量技术,与计算机技术、自动控制技术、通信技术构成完整的信息技术学科，主要研究各种物理量的测量原理和测量信号的分析处理方法,是进行各种科学实验研究和生产过程参数检测等必不可少的手段。随着现代信息技术的不断发展,机械工程测试作为一门与之密切相关的课程,其重要性是不言而喻的，这是一门以算法为核心的理论性、工程实用性均较强的课程。但由于目前关于信号处理的有关书籍大都是只讲解算法和推导过程,而与工程实际联系很少,这使得书中

3、所涉及的有关概念比较抽象,再加上教学方法和手段的单一以及实验条件的限制,长期以来使该课程一直处于“难教难学”的一种境地，学生很难把书中所讲的数学函数与实际的波形联系起来,给学习带来了很大的困难,大大降低了学生的学习积极性,影响了本课程的教学效果。因此, 如何有效的理论联系实际,提高教学质量和教学效果一直以来是该课程教学中思考和探索的问题。而计算机仿真技术的发展对机械工程测试的教学带来了新的思路,尤其是将虚拟仪器引入教学过程具有重要的意义,为该课程实验教学的改革提供了强有力的支持。一.虚拟仪器与labview软件简介虚拟仪器是1986年美国国家仪器公司(national instrument,即

4、ni公司)首先提出的,是指通过程序编制将通用计算机与数量有限的功能板卡相结合所构成的功能灵活、模块化、操作方便且可视化的软件系统。用户可以根据自己的习惯利用虚拟仪器系统来完成相应的控制、数据分析、存储和显示等操作。labview（ laboratory virtual instrument engineering work bench）是ni公司开发的、采用图形化程序语言g语言, 通过各功能图标间的逻辑连接实现程序功能的图形化程序设计软件,是虚拟仪器的主要支持技术之一。该软件提供了灵活强大的函数库，在数据处理控制方面有动态连接库、共享库、数字信号处理和产生、频谱分析、滤波、平滑窗口、概率统计等

5、vi。labview也提供了大量的通过activex等与外部代码或软件进行连接的功能。例如可以与c/c+、vc、vb、matlab等软件相连。二.labview在机械工程测试实验教学中的应用机械工程测试课程的主要教学内容包括信号时域波形的统计分析、频域的频谱和功率谱分析、时差域的相关分析等信号分析方法和信号的滤波、采样、截断、调制与解调等信号的调理方法，以及信号发生、存储、显示等辅助设计。实验项目可分为验证性实验和综合性、设计性实验。2.1验证性虚拟实验系统设计机械工程测试课程的验证性实验是针对基础理论的模拟再现而设置的实验项目，涵盖了典型信号发生器、信号表述及分析处理的各种基本的方式方法。本

6、文针对上述实验要求设计了一套满足机械工程测试课程特点的虚拟测试实验系统，其结构如图1所示，该实验系统充分体现了虚拟仪器技术在机械工程测试实验教学中的巨大优势。虚拟测试实验系统信号分析时域分析信号发生器频域分析信号调理时差域分析自相关分析频谱分析功率谱分析互相关分析信号滤波调制与解调信号采样截断与泄漏统计分析波形分析图1虚拟测试实验系统总体结构图2.2 labview在综合性、设计性虚拟测试实验中的应用综合性、设计性实验主要体现机械工程测试技术的工程实际应用价值，按照实际测试信号的特点由学生综合运用所学的测试知识，自行设计完成对信号的分析处理，来提取反映被测对象状态和特征的明确信息。labvie

7、w在综合性、设计性虚拟实验项目中的应用更加广泛，在熟练掌握labview软件运用技巧的前提下，学生可以以工程实际应用为例，自主设计工程实际测试信号采集和处理系统，从而综合考查学生对机械工程测试技术的掌握程度和运用能力。实验1 典型信号虚拟发生器一. 实验要求 在理论学习的基础上，通过本实验熟悉正弦波、方波、三角波、锯齿波和随机信号等几种典型信号的波形和参数特征，熟悉信号的时域波形变化趋势。二. 实验原理提示 本实验利用虚拟实验平台来仿真生成正弦波、方波、三角波、锯齿波和随机信号几种典型信号波形，实验结果利用虚拟示波器用时域波形方式在计算机上显示出来，也可以通过打印机打印出来。同时可以随机变换信

8、号的参数，观察信号的幅值、频率、相位等主要信息，并分析采样频率和采样点数等对信号波形的影响。三. 实验仪器和设备 计算机1台，虚拟实验平台 1套，打印机 1台。四. 实验步骤及内容 1. 打开虚拟实验平台中的信号分析脚本，进行信号仿真实验。 2. 选择信号类型，输入相应的信号频率、相位、幅值和采样频率、采样点数等信息，点击工具栏上的“运行”按钮，分析和观察信号波形，可以根据需要更改波形显示方式，如数字量描述、模拟量描述、线性、颜色显示等。 3.重复实验2步骤，更换不用实验参数，观察性能参数对信号波形的影响。4. 重复实验2步骤，选择不同信号进行分析和性能比较。五.实验结果实验过程中，将实验结果

9、记录在下表：信号类型波形主要参数采样参数六. 实验报告要求 1. 简述实验目的和原理。 2. 分别整理出四种信号的波形及相应的特性参数，进行波形比较和分析。实验2 典型信号频谱分析一. 实验要求 1.在理论学习的基础上，通过本实验熟悉典型信号的波形和频谱特征，并能够从信号频谱中读取所需的信息。 2.了解信号频谱分析的基本方法及仪器设备。二. 实验原理提示 1.典型信号及其频谱分析的作用 正弦波、方波、三角波和锯齿波和指数信号是实际工程测试中常见的典型信号，这些信号时域、频域之间的关系很明确，并且都具有一定的特性，通过对这些典型信号的频谱进行分析，对掌握信号的特性，熟悉信号的分析方法大有益处，并

10、且这些典型信号也可以作为实际工程信号分析时的参照资料。本实验利用虚拟仪器平台可以很方便的对上述典型信号作频谱分析。 2.频谱分析的方法及设备 信号的频谱可分为幅值谱、相位谱、实频谱、虚频谱等等。对信号作频谱分析的设备主要是频谱分析仪，它把信号按数学关系作为频率的函数显示出来，其工作方式有模拟式和数字式二种。模拟式频谱分析仪以模拟滤波器为基础，从信号中选出各个频率成分的量值；数字式频谱分析仪以数字滤波器或快速傅立叶变换为基础，实现信号的时-频关系转换分析。 傅立叶变换是信号频谱分析中常用的一个工具，它把一些复杂的信号分解为无穷多个相互之间具有一定关系的正弦信号之和，并通过对各个正弦信号的研究来了

11、解复杂信号的频率成分和幅值。 信号频谱分析是采用傅立叶变换将时域信号x(t)变换为频域信号x(f)，从而帮助人们从另一个角度来了解信号的特征。时域信号x(t)的傅氏变换为： 式中：x(f)为信号的频域表示，x(t)为信号的时域表示，f为频率。 本实验利用虚拟频谱分析仪来对信号进行频谱分析。由虚拟信号发生器产生一个典型波形的电压信号，用频谱分析仪对该信号进行频谱分析，得到频谱特性数据。分析结果用图形在计算机上显示出来，也可以通过打印机打印出来。三. 实验仪器和设备 计算机若干台，虚拟实验平台 1套，打印机 1台。四. 实验步骤及内容 1. 打开虚拟实验平台中的典型信号频谱分析脚本，进行信号频谱分

12、析实验。 2. 点击波形选择按钮，选择信号，点击“ ”运行按钮，分析和观察信号波形和幅值谱以及实频谱和虚频谱特性。3.重复实验2步骤，更换不用实验参数，观察性能参数对信号频谱的影响。4.重复实验步骤2，完成各种典型信号的频谱分析。五.实验结果实验过程中，将实验结果记录在下表：信号类型波形主要参数采样参数六. 实验报告要求 1. 简述实验目的和原理。 2. 按实验步骤整理出四种信号的时域和幅值谱特性图形，说明各信号频谱的特点。 3. 将分析结果与理论分析进行对照，说明实际分析结果与理论分析之间的差异，并简要分析产生误差的原因。实验3 周期信号波形的合成和分解一. 实验目的 1. 加深了解信号分析

13、手段之一的傅立叶变换的基本思想和物理意义。 2. 观察和分析由两个频率、幅值成一定关系的周期信号波形叠加的合成波形。 3. 通过本实验熟悉信号的合成原理，了解信号频谱的含义。二. 实验原理提示 按付立叶分析的原理，任何周期信号都可以用一组三角函数sin(2nf0t),cos(2nf0t)的组合表示： x(t)= a0/2+a1*sin(2f0t)+b1*cos(2f0t)+a2*sin(4f0t)+b2*cos(4f0t)+.也就是说，我们可以用一组正弦波和余弦波来合成任意形状的周期信号。因此，本实验以正弦波为例开展信号合成实验。三. 实验仪器和设备 计算机若干台,虚拟实验平台 1套,打印机1

14、台四. 实验步骤及内容 1.启动正弦信号合成实验脚本，进行该实验。 2.在正弦信号合成实验中分别输入两信号的频率和幅值，然后点击按钮，观察两信号合成以后的波形变化，以及相关的频谱特性。 3.然后在两正弦信号的窗函数框中选择所需窗函数，观察加窗信号合成以后的频谱变化。 4.任意改变两信号的频率、幅值以及窗函数，观察合成信号的时域波形及频谱波形的变化。5.重复以上实验步骤，选择不同信号进行分析和性能比较。五.实验结果实验过程中，将实验结果记录在下表：信号波形主要参数信号1信号2合成信号六. 实验报告要求 1. 简述实验目的及原理。 2. 按实验步骤绘出某一参数下叠加合成的正弦波波形图，以及频谱图。

15、 3. 绘出某一参数下加窗处理后叠加合成的正弦波频谱图。 4.分析信号加窗的目的和作用。七. 思考题 1.幅值和频率对波形的叠加合成有何影响？2.不同窗函数对信号合成的影响。实验4 典型信号的相关分析和功率谱分析一. 实验要求 1.在理论学习的基础上，通过本实验熟悉信号的相关分析和功率谱函数的形式。2.巩固自相关函数的性质。二. 实验原理提示相关分析：相关是指客观事物变化量之间的相依关系，在统计学中是用相关系数来描述两个变量x，y之间的相关性的，即： 式中：xy是两个随机变量之积的数学期望，称之为协方差或相关性，表征了x、y之间的关联程度；x、y分别为随机变量x、y的均方差，是随机变量波动量平

16、方的数学期望。 如果所研究的随机变量x, y是与时间有关的函数，即x(t)与y(t)，这时可以引入一个与时间有关的量xy()，称为相关系数，并有： 式中假定x(t)、y(t)是不含直流分量(信号均值为零)的能量信号。分母部分是一个常量，分子部分是时移的函数，反映了二个信号在时移中的相关性，称为相关函数。因此相关函数定义为： 或 如果 x(t)=y(t)，则称 为自相关函数，即： 功率谱分析自相关分析的傅立叶变化。 本实验利用虚拟仪器来仿真生成信号及其自相关函数、功率谱函数，结果用图形在计算机上显示出来，也可以通过打印机打印出来。三. 实验仪器和设备 计算机若干台，虚拟实验平台 1套，打印机 1

17、台。四. 实验步骤及内容 1. 打开自谱与自相关脚本，进行仿真实验。 2. 输入相应的信号频率、相位、幅值和采样频率、采样点数等信息，点击“ ”运行按钮，分析和观察信号自相关函数波形和功率谱函数波形。 3.重复实验2步骤，选择不同信号进行分析和性能比较。五.实验结果实验过程中，将实验结果记录在下表：信号类型波形主要参数采样参数六. 实验报告要求 1. 简述实验目的和原理。 2.绘制正弦波信号自相关函数曲线和功率谱函数曲线。实验5 信号的调制与解调一. 实验要求 1.在理论学习的基础上，通过本实验熟悉调制和解调过程。2、巩固调制和解调原理。二. 实验原理提示调制：将一个高频信号（载波）与测试信号

18、相乘，使载波信号的幅值随着测试信号的变化而变化。调制器 测试信号调幅波 载波 z（t） z（f）1/21/2 0 t 0 f x（t）x（f） 0 t f xm（t） xm（f）低通滤波乘法器解调即调幅波再一次与载波相乘，经滤波所得。调幅波 测试信号 载波xm（f） z（f） 1/21/2-f0 f0 -f0 f0xm（f）*z（f） -2f0 0 2f0 本实验利用虚拟实验平台上搭建的调制解调器来对信号进行复原处理。分析结果用图形在计算机上显示出来，也可以通过打印机打印出来。三. 实验仪器和设备 计算机若干台，虚拟实验平台 1套，打印机 1台。四. 实验步骤及内容 1. 打开调制与解调原理实

19、验脚本，进行仿真实验。2. 输入相应的低频和高频信号频率、幅值、相位和采样频率、采样点数以及低截止频率等信息，分析和观察信号波形。五.实验结果实验过程中，将实验结果记录在下表：信号类型调制信号载波信号调幅波解调波形复原波形主要参数波形频谱六. 实验报告要求 1. 简述实验目的和原理。 2.绘制各阶段信号波形图。实验6 滤波器一. 实验目的 1.通过实验加深了解滤波在信号分析中的作用。2.通过实验掌握四种滤波器类型及各自的滤波特性。二、实验原理提示滤波器是一种选频装置，可以使信号中特定的频率成分通过，而极大地衰减其它频率成分。在测试装置中，利用滤波器的这种选频作用，可以滤除干扰噪声或进行频谱分析

20、。根据滤波器的选频作用分为：1) 低通滤波器从0f2频率之间，幅频特性平直，它可以使信号中低于f2的频率成分几乎不受衰减地通过，而高于f2的频率成分受到极大地衰减。2) 高通滤波器与低通滤波相反，从频率f1，其幅频特性平直。它使信号中高于f1的频率成分几乎不受衰减地通过，而低于f1的频率成分将受到极大地衰减。 3) 带通滤波器它的通频带在f1f2之间。它使信号中高于f1而低于f2的频率成分可以不受衰减地通过，而其它成分受到衰减。4) 带阻滤波器与带通滤波相反，阻带在频率f1f2之间。它使信号中高于f1而低于f2的频率成分受到衰减，其余频率成分的信号几乎不受衰减地通过。 三. 实验仪器和设备 计

21、算机若干台,虚拟实验平台 1套 。四. 实验步骤及内容 1. 打开巴特沃斯滤波器实验脚本，进行信号滤波分析实验。 2. 点击信号类型通道，选择滤波器类型，设置调节“高截止频率”和“低截止频率”两个按钮，分析和观察信号的原有波形以及经过滤波以后的波形。3. 重复实验2步骤，选择多种滤波器类型进行实验。五. 实验结果 将实验结果记录于下表中。滤波器类型截止频率波形幅频谱相频谱滤波后波形低通高通带通带阻连续信号采样信号离散信号六. 实验报告要求 1. 简述实验目的和原理。 2. 根据实验步骤整理实验结果，绘制相应波形曲线，并分析其结果。实验8 测试系统的静态性能测量与标定一、实验要求1、掌握测试系统

22、性能的静态评价指标；2、了解系统静态性能的测量与标定方法。二、实验原理(1) 灵敏度 当测试装置的输入x有一增量x，引起输出y发生相应的变化y时，定义 s=y/x 为该测试系统的灵敏度。 (2) 非线性度 标定曲线与拟合直线的偏离程度就是非线性度。若在标称（全量程）输出范围a内，标定曲线偏离拟合直线的最大偏差为b，则定义非线性度为 非线性度=(b/a)100% (3) 回程误差 实际测试装置在输入量由小增大和由大减小的测试过程中，对应于同一个输入量往往有不同的输出量。在同样的测试条件下，若在全量程输出范围内，对于同一个输入量所得到的两个数值不同的输出量之间差值最大者为hmax，则定义回程误差为

23、 回程误差=(hmax/a)100% 三. 实验仪器和设备计算机若干台,虚拟实验平台 1套 。四. 实验步骤及内容 1. 打开静态标定实验脚本，进行实验。2.选择标定次数，设置标定力值，进程等参数。 3.开始作图，观察曲线，并记录静态参数数值，绘制曲线。五.实验结果实验过程中，将实验结果记录在下表： 标定次数波形灵敏度回程误差线性误差六. 实验报告要求 1. 简述实验目的和原理。 2. 根据实验步骤整理实验结果，绘制相应波形曲线，并分析其结果。实验9 测试装置动态性能分析与测量一、实验要求1、掌握测试系统性能的动态评价指标及各种评价方法；2、了解系统动态性能的分析方法。二、实验原理1、对一阶、

24、二阶系统分别进行频率特性分析及各种激励信号作用下频率响应分析。2、实现不失真测量的条件设有一个测试系统，其输出y(t)与输入x(t)满足关系 y(t)=a0x(t-t0) 对上式做傅里叶变换，则有y()=a0e-jt0x()，测试系统的输出波形不失真，则其幅频特性和相频特性应分别满足 a()=a0=常数 ()=-t0 a（）不等于常数时所引起的失真称为幅值失真，()与之间的非线性关系所引起的失真称为相位失真。 三. 实验仪器和设备计算机若干台,虚拟实验平台 1套 。四. 实验步骤及内容 1. 打开无失真测试实验实验脚本，进行实验。 2.选择系统阶次，设置参数，选择分析类型，观察曲线，并分析结果

25、。 3.开始作图，观察曲线，并记录静态参数数值，绘制曲线。五.实验结果实验过程中，将实验结果记录在下表：系统特性参数值bode图nyquist图任意激励响应六. 实验报告要求 1. 简述实验目的和原理。 2. 根据实验步骤整理实验结果，绘制相应波形曲线，并分析其结果。实验10 金属箔式应变计性能应变电桥一、实验要求 1、观察了解箔式应变片的结构及粘贴方式； 2、测试应变梁变形的应变输出； 3、比较各种桥路间的输出关系。二、实验原理 本实验说明箔式应变片及其直流电桥的原理和工作情况。应变片是最常见的测力传感元件。当用应变片测试时，应变片要牢固地粘贴在测试体表面，测件受力发生变形，应变片的敏感栅随

26、同变形，其电阻值也随之发生变化，通过测量电路，转换成电信号输出显示。电桥电路是最常见的非电量测量电路中的一种，当电桥平衡时，桥路对臂电阻乘机相等，电桥输出为零，在桥臂四个电阻中，电阻的相对变化率分别为dr1/r1, dr2/r2 ,dr3/r3 ,dr4/r4,当使用一个应变片时，称为单臂半桥；当使用二个应变片时，称为双臂半桥；当使用四个应变片组成两个差动对工作时，则称为全桥。三、实验设备直流稳压电源、应变式传感器实验模块、贴于主机工作台悬臂梁上的箔式应变计、螺旋测微仪、数字电压表。四、实验步骤1、连接主机与模块电路电源连接线，差动放大器增益置于最大位置（顺时针方向到底），差动放大器+-输入端

27、对地用实验线短路。输出端接电压表2v档。开启主机电源，用调零电位器调整差动放大器输出电压为零，然后拔掉实验线，调零后模块上的“增益”、“调零”电位器均不应变动。v+4v-4vwdr2r3rr1+-2、观察帖于悬臂梁根部的应变计的位置和方向，按图将所需实验器件连接成测试桥路，图中电阻分别为模块上的固定阻值标准电阻，图中每两个节之间可理解为一根实验连线，注意连接方式，勿使直流激励电源短路。 将螺旋测微仪装于梁前端永久磁钢上，并调节测微仪使悬臂梁基本处于水平位置。3、确认接线无误后，开启主机，并预热数分钟，使电路工作趋于稳定。调节模块上的wd电位器，使桥路输出为零。4、用螺旋测微仪带动悬臂梁分别向上

28、和向下位移各5mm，每位移1mm记录一个输出电压值，并记录在下表。位移mm电压v根据表中所测数据在坐标图上作出v-x曲线，计算灵敏度s=dv/dx。5、在完成的实验基础上，依次将图中的固定电阻，换接应变计组成半桥、全桥。重复实验步骤，完成测试实验。6、在同一坐标上描出曲线，比较三种电桥的灵敏度，并做定性分析。五. 实验报告要求 1. 简述实验目的和原理。 2. 根据实验步骤整理实验结果，绘制相应波形曲线，并分析其结果。实验11 电涡流开关物体检测一. 实验目的1. 通过本实验熟悉电涡流传感器的工作原理。2. 通过本实验了解和掌握采用ldg-12-a型电涡流传感器进行铁磁性物体检测实验的原理和方

29、法。 二. 实验原理 电涡流传感器是一种非接触式传感器，一般由探头、延伸电缆、前置器构成基本的工作系统（如图所示）。前置器中高频振荡电流通过延伸电缆流入探头线圈，在探头头部的线圈中产生交变的磁场。如果在这一交变磁场的有效范围内没有金属材料靠近，则这一磁场能量会全部损失；当有被测金属体靠近这一磁场，则在此金属表面产生感应电流，电磁学上称之为电涡流，与此同时该电涡流场也产生一个方向与头部线圈方向相反的交变磁场，由于其反作用，使头部线圈高频电流的幅度和相位得到改变（线圈的有效阻抗），这一变化与金属体磁导率、电导率、线圈的几何形状、几何尺寸、电流频率以及头部线圈到金属导体表面的距离等参数有关。通常假定

30、金属导体材质均匀且性能是线性和各项同性，则线圈和金属导体系统的物理性质可由金属导体的电导率、磁导率、尺寸因子、头部体线圈与金属导体表面的距离d、电流强度i和频率参数来描述。则线圈特征阻抗可用z=f(, , , d, i, )函数来表示。通常我们能做到控制, , , i, 这几个参数在一定范围内不变，则线圈的特征阻抗z就成为距离d的单值函数，虽然它整个函数是一非线性的，其函数特征为“s”型曲线，但可以选取它近似为线性的一段。于此，通过前置器电子线路的处理，将线圈阻抗z的变化，即头部体线圈与金属导体的距离d的变化转化成电压或电流的变化。输出信号的大小随探头到被测体表面之间的间距而变化，电涡流传感器

31、就是根据这一原理实现对金属物体的位移、振动等参数的测量。 其工作过程是，当被测金属与探头之间的距离发生变化时。则探头中线圈的q值发生变化，q值的变化引起振荡电压幅度的变化，这个随距离变化的振荡电压经过检波、滤波、放大归一处理转化成电压（电流）变化。最终完成机械位移(间隙)转换成电压（电流）。 由上所述，电涡流传感器工作系统中被测体可看作传感器的一半，即一个电涡流位移传感器的性能与被测体有关。三. 实验仪器和设备1. 输送线实验台架（lcsx-12-a） 1套2. 电涡流传感器（ldg-12-a） 1套3. 数据采集仪（ldaq-epp2） 1套4. 开关电源（ldy-a） 1套5. 传感器支架

32、（lzj-a） 若干6. 铁性试件 若干7. 个人计算机 n台四. 实验步骤及内容 1. 铁磁性物体检测实验结构示意图如图所示，将电涡流传感器接入输送线模块对应通道。2.启动主机，运行控制主程序，开启数据采集仪电源，3. 如果计数值不为零，则点击其中的“复位”按钮将计数器清零，然后点击“开始”按钮进行物件计数实验。 4. 分别在输送线上放置铁块与塑料块，仔细观察输出波形的跳变和物件计数量间的关系，记录和分析实验结果。五. 实验报告要求简述实验目的和原理，分析并整理实验测量结果。六. 思考题1. 该实验还可以采用其它哪些传感器进行？2. 调整传感器的位置（与被测物体的距离）后，输出信号有何变化？

33、与其工作原理相符吗？ 实验12 光电传感器转速测量一. 实验目的1. 通过本实验了解和掌握采用光电传感器测量的原理和方法。2. 通过本实验了解和掌握转速测量的基本方法。二. 实验原理 直接测量电机转速的方法很多，可以采用各种光电传感器，也可以采用霍尔元件。本实验采用光电传感器来测量电机的转速。 由于光电测量方法灵活多样，可测参数众多，一般情况下又具有非接触、高精度、高分辨率、高可靠性和相应快等优点，加之激光光源、光栅、光学码盘、ccd器件、光导纤维等的相继出现和成功应用，使得光电传感器在检测和控制领域得到了广泛的应用。光电传感器在工业上的应用可归纳为吸收式、遮光式、反射式、辐射式四种基本形式。

34、三. 实验仪器和设备1. 计算机 n台2.虚拟实验平台 1套3. 并口数据采集仪（ldaq-epp2） 1台4. 开关电源（ldy-a） 1台5. 光电转速传感器（lhyf-12-a） 1套6. 转子/振动实验台（lzs-a）/(lzd-a) 1 台四. 实验步骤及内容1. 光电传感器转速测量实验结构示意图如图所示，按图示结构连接实验设备，其中光电转速传感器接入数据采集仪5通道。 2.启动主机，运行控制主程序，开启数据采集仪电源，开始测试。3. 在电机转子侧面上贴上反光纸，将光电传感器探头对准反光纸，调节传感器后面的灵敏度旋钮至传感器对反光纸敏感，对其它部位不敏感，然后启动实验台，调节转速旋钮

35、使电机达到某一稳定转速。 4. 设定合适的门限值，点击面板中的开关按钮进行测量，观察并记录测量的转速值，调整传感器的位置，同时观察检测到的转速波形和传感器位置之间的关系，并分析由此带来的测量误差。 5. 调节电机转速至另一稳定转速，再次进行测量。五. 实验报告要求1. 简述实验目的和原理，根据实验原理和要求整理实验设计原理图。2. 根据实验步骤分析并整理转速测量结果。六. 思考题1. 转速测量还可以采用其它那些传感器进行？2. 采用光电传感器测量转速的精度如何，怎样保证测量的准确性？实验13 霍尔传感器传输速度测量一. 实验目的1. 通过本实验熟悉霍尔传感器的工作原理。2. 通过本实验了解和掌

36、握采用lhg-5-a型霍尔传感器进行转速测量实验原理和方法。 二. 实验原理 霍尔传感器是利用霍尔效应来工作的一类传感器的总称。霍尔效应的产生是由于运动电荷受磁场中洛伦兹力作用的结果。霍尔元件具有对磁场敏感，结构简单、体积小、频响宽、动态范围大(输出电势的变化大)、无活动部件、使用寿命长等优点，因此在测量技术、自动化技术等方面有着广泛的应用。 利用霍尔输出正比于控制电流和磁感应强度乘积的关系，可分别使其中一个量保持不变，另一个量作为变量；或两者都作为变量。因此，霍尔元件大致可分为三种类型的应用。例如，当保持元件的控制电流恒定，而使元件所感受的磁场因元件与磁场的相对位置、角度的变化而变化时，元件

37、的输出正比于磁感应强度，这方面的应用有测量恒定和交变磁场的高斯计等。当元件的控制电流和磁感应强度都作为变量时，元件的输出与两者乘积成正比，这方面的应用有乘法器、功率计等。 霍尔元件也可以用来测量旋转体转速。利用霍尔元件测量转速的方案很多。其一是将永久磁铁装在旋转体上，霍尔元件装在永久磁铁旁，相隔lmm左右。当永久磁铁通过霍尔元件时，霍尔元件输出一个电脉冲(如图23.1所示)。由脉冲信号的频率便可得到转速值。其二是将永久磁铁装在靠近带齿旋转体的侧面，磁铁n极与s极的距离等于齿距。霍尔元件粘贴在磁极的端面。齿轮每转过一个齿，霍尔元件便输出一个电脉冲，测定脉冲信号的频率便可得到转速值。本实验利用lh

38、g-5-a型霍尔传感器采用第一种方案来进行速度测量。 三. 实验仪器和设备1. 输送线实验台架（lcsx-12-a） 1套2. 霍尔传感器（lhg-5-a） 1套3. 数据采集仪（ldaq-epp2） 1套4. 开关电源（ldy-a） 1套5. 传感器支架（lzj-a） 1套6. 个人计算机 n台四. 实验步骤及内容1. 输送线传输速度测量实验结构如图23.2所示，将lhg-5-a型霍尔传感器接入输送线模块对应通道。 2.启动主机，运行控制主程序，开启数据采集仪电源，开始测试。3. 点击“开始”按钮运行，如果显示波形没有出现近似矩形波，并且相关的速度测量是无效的，请调整脉冲计数门限，直到出现正

39、常的波形为止。实验14 力传感器称重一. 实验目的 通过本实验了解和掌握力传感器的测量原理和方法。二. 力传感器工作原理简介 电阻应变计是利用物体线性长度发生变形时其阻值会发生改变的原理制成的，其电阻丝一般用康铜材料，它具有高稳定性及良好的温度、蠕变补偿性能。测量电路普遍采用惠斯通电桥（如图所示），利用的是欧姆定律，测试输出量是电压差。 本实验采用的电阻应变计采用的是惠斯通全桥电路，当物料加到载物台后，4个应变片会发生变形，产生电压输出，经采样后送到计算机由drvi快速可重组虚拟仪器平台软件处理。因为电桥在生产时有一些误差，不可能保证每一个电桥的电阻阻值和斜率保持一致。所以，传感器在使用之前必

40、须要经过线性校正，这是由于计算机得到的是经过采样后的数字量，与真实质量之间是一种线性关系，需要由标定来得到这个关系。 在实验中采用的力传感器是lyb-5-a型应变力传感器具有精度高、复现性好的特点。其外形见图。需要特别强调的是：由于力传感器的过载能力有限（150%），所以，在实际使用过程中应尽量避免用力压传感器的头部或冲击传感器。否则，极易导致传感器因过载而损坏！ 三. 实验仪器和设备1. drvi可重组虚拟实验开发平台 1套2. 数据采集仪（ldaq-epp2） 1套3. 开关电源（ldy-a） 1套4. 称重台 1个四. 实验步骤及内容1. 将称重台的传感器输出线与实验台上对应的接口相连。

41、2. 首先进行传感器的标定：用标准砝码测定k，b值，取两个点（即分别用两个不同的砝码），计算出k，b的值作为标定结果。具体操作过程为：点击面板上的“运行”按钮，在载物台上放置一个标准砝码100克（或其他大小），然后输入“100（或其他值）”到“试载参数x1”输入框中，然后点击“标定1” 按钮记录下第一点的值；改变砝码的质量，比如300质量的砝码，输入“300”到“试载参数x2”输入框中，然后点击“标定2”按钮记录下第二点的值；再点击“标定结果”按钮，得到kb标定值。 3. 标定完毕，即可进行物体测量。将所测物体放在载物台上，然后点击“实测质量”按钮，得到被测物体质量值。再改变质量块的大小，观察

42、和分析计算结果。五. 注意事项1. lyb-5-a型传感器的称重或测量不超过2kg的力（平稳，不含过强冲击）。2. 在客户端标定过程中，必须保持客户端与服务器端同步。3. 不要冲击传感器或在其上施加过大的力，以免因过载而损坏传感器。六. 实验报告要求1. 根据实验内容整理实验结果，并分析和说明其检测原理。2. 在客户端标定过程中，必须保持客户端与服务器端同步。 七. 思考题1. 分析测量误差。2. 应用于称重的传感器还有那些？简述其工作原理。实验15 信号发生器设计一、实验要求要求学生可从方波、三角波、锯齿波、余弦波等几种典型信号中选择其一进行设计实验。1、写出实验方案；2、前面板布置合理，美观大方；3、后面板程序设计正确、简洁；4、写出实验步骤；（*必须经指导教师答疑通过以上实验方案，方可进行实验）5、完成实验过程，记录实验结果；6、完成实验报告，要求对实验结果进行分析，谈谈该实验的心得体会及建议。二、功能描述该仿真信号发生器可产生相应信号。指标如下：频率范围：0.1hz10khz，可选。初 相 位：001800，可选。幅 值：0.15.0v，可选。生成波形的总点数：8512，可选。三、设计提示可参照虚拟正弦波仿真信号发生器实验进行。具体如下：1、