用origin8.0分析受迫振动.doc

东南大学本科生大学物理课程论文竞赛 用Origin8.0分析处理受迫振动贲越 （09011408）（东南大学 计算机科学与工程学院,南京 210096） 摘要 ： 使用的Origin8.0软件处理和分析受迫振动实验中的数据，并且进行作图，以求得到更加准确的实验结果。关键词： Origin 8.0 ;受迫振动Analyse Forced Vibration by Using Origin 8.0Ben Yue(09011408) (Department of Computer Science and Engineering, Southeast University, Nanjing 210096 ) Abstract: Analyse the data of the physical experimentReaearch of Foced Vibration through Origin 8.0,and then plot ,to find the result with more accuracy. Key Words: Origin 8.0;forced vibration； 物体在周期性外力的持续性作用下进行的振动称为受迫振动。在受迫振动的研究这一实验中，通过测量摆轮振动的周期和幅度，频闪法测相位差和测量阻尼系数对受迫振动进行了初步基本的研究。但是在作图过程中，由于人工作图误差较大，对实验结果带来了一定的影响，故选择采用在半导体热敏电阻的电阻温度特性实验中使用的origin软件重新作图，希望得到更加准确的结果。1实验原理1.1 受迫振动 摆轮的受迫振动包含了两个分振动。第一项为阻尼振动，随时间的推移而趋于消失，它反映了受迫振动的暂态行为，与驱动力无关。第二项表示与驱动力频率相同且振幅为0的周期振动。可见，摆轮的受迫振动在开始时比较复杂，不久后达到稳定状态。这时受迫振动变为简谐振动，有。而和由下列两式决定：1.2共振由极限条件可得出，当驱动力矩的角频率为时，受迫振动的振幅达到极大值产生共振，共振时的角频率，振幅，相位差。 由上式可以看出，阻尼系数越小，共振频率越接近系统的固有频率，共振振幅也越大，振动的角位移的相位滞后于驱动力矩的相位越接近于/2。2 电磁阻尼为0时，摆轮振幅和振动频率的对应关系2.1 实验步骤 1. 将电机有机玻璃转盘白线转到水平位置，以使摆轮白线居中。 2. 按下电源开关，阅读屏幕所显示的按键说明。 3. 按 “确认” 键，进入系统模式选择，选中“联网模式”，确认。系统进入“实验步骤”菜单，选中“自由振荡”，确认。系统进入自由振动（阻尼0）待测状态。 4. 用手将摆轮拨转接近半圈（接近180度），松手，摆轮作自由振动，紧接按 “p”或“q”键，系统进入自动测量状态（测量显示为开，自动测量范围为16050度）。待自动测量结束（测量显示为关），按“u”键,选中回查，确认。系统进入数据查询状态。 5. 按 “p”或“q”键，查询记录数据。2.2实验数据 2.3作图由数据利用origin8.0作图步骤如下： 打开 Origin 软件，用选择菜单命令“File”“Open Excel”选择上面保存的Excel文件，在弹出的打开Excel 工作簿单选框中选择“Open as Excel Workbook”将Origin 工作表中的数据与Excel 工作簿数据源关联起来。 点击界面左下角的“Scatter”图标，出现“Select Data for Plotting”对话框。选中Excel 工作簿中的“振幅”列，然后单击该对话框中的图标X；选中Excel 工作簿中的“周期”列，然后单击该对话框中的图标Y。最后单击“Plot”按钮，即可把数据点以散点图的形式绘制在二维坐标平面上。得到散点图如下： 选择菜单命令“Analysis”“Fit Linear”，进行拟合，其拟合直线在散点图上绘出，同时拟合结果在结果记录“Results Log”窗口（位于界面右下角）中给出。得到拟合直线如下：拟合结果在结果记录“Results Log”如下3 测定阻尼振动的振幅比值，求阻尼系数 3.1 实验步骤 1.将系统返回“实验步骤”菜单，选中“阻尼振荡”，确认。系统进入“阻尼选择”菜单，选中“阻尼1” ，确认。系统进入阻尼振动（阻尼1）待测状态。 2.重复自由振动过程4、5。 摆轮振幅 1561020.4250.054144940.4270.054132860.4280.054121790.4260.054112730.4280.054 平均值0.054 3.2 实验数据 已经10T=15.724s 3.3 实验小结 用逐差法处理数据，得平均值的阻尼系数为0.054.4 幅频特性4.1实验过程1. 将系统返回“实验步骤”菜单，选中“强迫振荡”，确认。系统进入受迫振动待测状态，按 “p”或“q”键，打开电机，摆轮作受迫振动。2. 等待摆轮周期与电机周期基本一致（相差0.002s以内，或振幅持续1分钟以上振幅无变化），按“t”键选中周期，再按“p”或“q”键，将计时由一个周期变为十个周期，以提高测量精度。按“t”键选中测量，再按“p”或“q”键，系统进入受迫振动自动测量状态（测量显示为开）。3. 待自动测量结束（测量显示为关），记录相关数据（强迫力周期电位器刻度值、摆轮周期及振幅）。再按住闪光灯按钮，利用视觉暂留，从电机度盘上测量记录相位差。（闪光灯按钮和电源按钮靠得较近，不要按成电源按钮！）4. 选中周期，按“p”或“q”键，将计时由十个周期退回一个周期，以便观察。微调强迫力周期电位器，改变电机转速，重复24过程。测出另一组数据。5. 反复重复24过程，直到测出完整的幅频曲线和相频曲线。4.2实验数据 阻尼开关位置 阻尼1其中,由2.3可得=-6.64221*0.00001*+1.57879，代入表格，可得如下数据：4.3作图 4.3.1 幅频特性曲线 如2.3作图步骤，可得-关系散点图如下：（红色点误差较大，所以将之mask）Smoothing之后，得到如下平滑曲线：接下来按照实验原理，利用该图线求时对应的以及的值。已知=107.48，则利用以下方式在origin 8.0中求所需求值：打开Classic Script Window，输入以下代码：/ - Begin -/ Get size of active data plotget %c -e npts;/ Get x dataset name of active data plot%a = xof(%c);/ Change the value below to desired constant value for yyconst = 107.48;/ Loop over all points in active data plotfor(i = 1; i npts; i+) / If exact y=const occurs at the point, then report that if( %ci = yconst) type Y = $(yconst) found in data at X = $(%ai); / Else check if Y=0 line is crossed between two points in data else if( (%ci - yconst) * (%ci+1 - yconst) 0 ) / Assume linearity between the two points / Compute slope and intercept xx1 = %ai; xx2 = %ai+1; yy1 = %ci - yconst; yy2 = %ci+1 - yconst; dslp = (yy2 - yy1) / (xx2 - xx1); dintcpt = (yy1 * xx2 - yy2 * xx1) / (xx2 - xx1); / Now compute x for y = const using above slope and intercept xx = (dintcpt * -1) / dslp; type Y = $(yconst) found by linear interpolation at X = $(xx); / - End -;然后得到以下数据：即=0.98577=1.01281再根据之前实验可得的=-6.64221*0.00001*+1.57879，可得=107.48时，=1.571650953=（1.01281-0.98577） =0.02704所以 =0.02704*计算得=0.10810119又因为=2，可得0.054051。与测定阻尼振动的振幅比值求得的的值（0.054）相比，准确度非常高。而与手工作图所得的数据相比，（如下图