现代测试技术实验指导书(2015年1月修订)

现现 代代 测测 试试 技技 术术 实实 验验 指指 导导 书书 物流工程学院物流工程学院 港机实验室编港机实验室编 武汉理工大学武汉理工大学 20142014 年年 9 9 月月 前前 言言 现代测试技术 课程是机械设计制造及其自动化 物流工程等专业的一 门实践性较强的专业基础必修课 通过本课程的实验教学 让学生在熟悉现代 测试技术理论的基础上掌握测试技术基本知识和实验技能及信号分析处理方法 培养和提高学生从事科学试验的实际动手能力 根据 现代测试技术 实验教学大纲内容的安排 特制定本实验教学指导 书 其内容包括信号分析实验 传感器原理实验 应变电桥输出特性与静态应 变测量实验和结构动态应力应变测量实验 本指导书由朱泽 宋强编写 其中实验一 实验四由朱泽编写 实验二 实验三由宋强编写 编者 2014 年 9 月 目目 录录 实验一 信号分析实验 1 实验二 传感器原理实验 13 实验三 应变电桥输出特性与静态应变测量实验 18 实验四 结构动态应力应变测量实验 23 实验一实验一 信号分析实验信号分析实验 一 实验目的和要求一 实验目的和要求 1 了解测试信号的分类和描述 学会信号的时域分析 频域分析和相关 分析 2 熟练掌握对周期信号与非周期信号进行频谱分析的步骤与作图方法 熟知其频谱特性 3 通过上机实验 学会应用信号分析软件进行信号分析处理 4 要求上机前仔细阅读实验指导书的有关内容及实验步骤 为顺利地完 成实验做好准备 二 实验设备二 实验设备 微型电子计算机若干台 配以应用信号分析软件进行信号分析处理 三 实验步骤三 实验步骤 1 1 典型信号及谱分析典型信号及谱分析 1 时域信号波形及其谱的观察 数据检索和列表查看 双击 打开信号分析软件 点击右侧操作菜单 在其下拉选项 中选择 选项 将会出现通道配置窗口 对于 AI1 01 通道 在该窗口 的 参数 列中 点击 类型 下的信号下拉选项 选择 随机 信号 如图 1 所示 图 1 随机信号的选择 信号类型设置好后 点击该随机信号右侧 幅值 参数下的数值 该选项即被激活 将其更改为 4000mv 最后点击通道配置窗口右下角的 按钮 予以保存 该软件在 模式下的菜单选项共 4 项 参数文件 存储规则 设置 测 量 如图 2 所示 单击最右侧的 出现如图 3 所示测量的界面 在该界面的 最右侧为信号通道的选择部分 如图 4 所示 被选中的通道前面会出现 系统默 认是 1 号机的 AI1 01 通道 也就是我们设置的随机信号 图 2 测量模式下的菜单栏 图 3 测量界面的内容图 图 4 模拟信号通道的列表 点击左上角的 工具 可进行信号的采集 我们要将采集的信号放到指定 的文件夹 在弹出的 新建工程 窗口中 如图 5 所示 可进行 文件存放位置 和 文件名 的设置 示例中将信号文件命名为 01 1 点击右下角的 按钮后 会弹出 新建测试 对话框 如图 6 所示 需要进行 文件名 设置 示例 将文件命名为 01 1 设置完成后 软件便开始进行信号的采集工作了 当信号采集约 10s 时 点击左上角的 按钮 停止对信号的采集 并自动保存 图 5 新建工程 对话框 图 6 新建测试 对话框 采集到的随机信号如图 7 所示 点击图形右下方的 可对图形进行 X 方向上 的放大 点击图形右下方的 可对图形进行 X 方向上的缩小 点击图形左上方的 可对图形进行 Y 方向上的放大 点击图形左上方的 可对图形进行 Y 方向 上的缩小 图 7 采集到的随机信号时域图 单击图形左侧图形参数的设置选项部分中 如图 8 所示 的 选项卡 在最下方的 栏 单击 全选 前的方框 在图形区域出现该时域信号的 统计信息 单击该统计信息可进行位置的移动 图 8 图形参数的设置选项图 2 信号的识别及变换 在 通道配置 中将第 AI1 5 通道的信号类型设置为脉冲信号 并对该脉冲信号的 周期设置为 10s 起始相位 90 0deg 占空比 0 1 各项参数的设置如图 9 所示 通过信 号的采集功能进行信号采集 存放采集信号的文件名可重新命名也可使用上题的文件名 示例采用后者方式 采集时长约 12s 的信号 相应操作步骤可参考第 1 题中的 相应步骤 图 9 脉冲信号的参数设置 单击左上角的 选项 进入信号分析模式 再单击工具栏中的 将会出现两张布局图 记录仪 图 时域信号图 和 FFT 图 傅里 叶变换图 单击 记录仪 图 该图即被选中 在图形右侧的通道选项卡 找到蓝紫 色的 01 1 文件夹并单击打开 将 AI1 01 通道前的 单击去掉对号 选中 AI1 05 通 道 如图 10 所示 此时 记录仪 图便会显示采集的信号 同样 选中 FFT 图 在图形右侧的通道选项卡 将蓝紫色的 01 1 文件夹中的 AI1 01 通道退选 并选中 AI1 05 通道 便可得到采集信号的傅里叶变换图 将鼠标放在 FFT 图的纵坐标位置 会出现 一条深蓝色的调节条 往上拖动调节条可进行图形位置的移动 拖动调节条得到类似图 11 的图形 图 10 选中采集信号通道 图 11 目标信号的 FFT 图 3 方波 a 将通道 AI1 7 的信号类型设置为方波 幅值设置为 3500mv 周期为 0 05s 其余参数保持默认值 在 模式下 单击测量菜单 在右侧的 通道选项菜单中选择第 AI1 7 通道 采集时长约 10s 的信号 点击信号图形右 下角的 按钮 直到获得较为清晰的图形为止 b 将通道 AI1 8 的信号类型设置为方波 幅值设置为 3500mv 周期为 0 05s 起始相位为 90 0deg 其余参数保持默认值 在 模式下 单 击 测量 菜单 在右侧的通道选项菜单中选择第 AI1 8 通道 采集时长约 10s 的信号 点击信号图形右下角的 按钮 直到获得较为清晰的图形 4 三角波 a 将通道 AI1 9 的信号类型设置为三角波 幅值设置为 5000mv 频率为 50Hz 其余参数保持默认值 在 模式下 单击测量菜单 在右侧的 通道选项菜单中选择第 AI1 9 通道 采集时长约 10s 的信号 点击信号图形右 下角的 按钮 直到获得较为清晰的图形 b 将通道 AI1 9 的信号类型仍设置为三角波 幅值设置为 5000mv 频率 为 50Hz 起始相位为 90 0deg 其余参数保持默认值 在 模式下 单击测量菜单 在右侧的通道选项菜单中选择第 AI1 9 通道 采集时长约 10s 的信号 点击信号图形右下角的 按钮 直到获得较为清晰的图形 5 将通道 AI1 10 的信号类型设置为 正弦定频 幅值设置为 5000mv 频率为 50Hz 其余参数保持默认值 在 模式下 单击测量菜单 在 右侧的通道选项菜单中选择第 AI1 10 通道 采集时长约 10s 的信号 点击信 号图形右下角的 按钮 直到获得较为清晰的图形 6 将通道 AI1 11 的信号类型设置为 脉冲 幅值设置为 4500mv 周期为 0 01s 占空比 0 1 其余参数保持默认值 在 模式下 单击测量菜单 在右侧的通 道选项菜单中选择第 AI1 11 通道 采集时长约 10s 的信号 点击信号图形右下角的 按钮 直到获得较为清晰的图形 在 模式下 点击 工具 将 记录仪 图形的信号选择为 采集信号所在文件夹下的 AI1 11 通道的信号进行显示 FFT 图形也选择 AI1 11 通道 的信号进行显示 为了使 FFT 图形显示明显 需对其谱线数设置为 3200 即按图 12 所示进行设置 图 12 谱线数设置 7 将通道 AI1 12 的信号类型设置为 自由衰减 衰减时间为 10s 其余参数保持默 认值 在 模式下 单击 测量 菜单 在右侧的通道选项菜单中选择第 AI1 12 通道 采集时长约 10s 的信号 点击信号图形右下角的 按钮 直到获得较为清 晰的图形 在 模式下 获得该信号相应的 FFT 图形 2 相关处理分析相关处理分析 1 将通道 AI1 1 的信号类型仍设置为 随机 幅值为 1000mv 在 模式 下 单击 测量 菜单 在右侧的通道选项菜单中选择第 AI1 1 通道 采集时长约 10s 的 信号 点击信号图形右下角的 按钮 直到获得较为清晰的图形 2 将通道 AI1 6 的信号类型设置为方波 幅值设置为 3500mv 周期为 0 05s 其余参 数保持默认值 在 模式下 单击 菜单 再单击 工 具 在出现的子菜单中选择 选项 在弹出的 相关分析设置 对话框的 输 入 部分的两侧均选择 AI1 6 通道 如图 13 所示 进行自相关分析 设置完成后单击 对话框右下角的 确定 保存设置 单击 测量 菜单 在右侧的通道选项菜单中选择 第 AI1 6 通道 信号类型为 方波 采集时长约 10s 的信号 点击信号图形左上角的 按钮 直到获得较为清晰的图形 图 13 输入参数设置 点击左上角的 模块 进入分析模块后 单击 菜单 在子菜 单中单击 再单击 窗口 图形窗口就会重新布置 单击图形窗 口中的 记录仪 图框 即被选中 选择 AI1 6 的信号进行显示 如图 14 单击图 形窗口中的 2D 图谱 图框 即被选中 选择或确认刚才所设置需要进行相关性分析 的信号进行显示 如图 15 出现自相关图形后 单击 菜单栏便可进行图 形状态显示的调整 点击信号图形左上角的 按钮 直到获得较为清晰的图形 图 14 通道设置 图 15 相关分析信号通道选择 3 将通道 AI1 8 的信号类型设置为 三角波 幅值为 5000mv 起始相位 0 0deg 频 率 50Hz 在 模式下 单击 菜单 再单击 工具 在 出现的子菜单中选择 选项 在弹出的 相关分析设置 对话框 输入 部 分的两通道均选择 AI1 8 通道 设置完成后单击对话框右下角的 确定 保存设置 单 击 测量 菜单 在右侧的通道选项菜单中选择第 AI1 8 通道 信号类型为 三角波 采集时长约 10s 的信号 点击信号图形左上角的 按钮 直到获得较为清晰的图 形 点击左上角的 模块 进入分析模块后 单击 菜单 在子菜 单中单击 再单击 窗口就会重新布置图形 单击图形窗口中的 记录仪 图框 即被选中 选择 AI1 8 的信号进行显示 单击图形窗口中的 2D 图 谱 图框 即被选中 选择刚才所设置的需要进行相关性分析的信号进行显示 出现 相关性图形后 单击 菜单栏便可进行图形显示状态的调整 点击图形左上 角和右下角的 调整按钮进行调整 直到获得较为清晰的图形 4 确认 AI1 9 通道的信号类型仍为 正弦定频 在 模式下 单击 菜单 再单击 工具 在出现的子菜单中选择 选项 在弹出的 相关分析设置 对话框 输入 部分的两通道均选择选择 AI1 9 通道 设置 完成后单击对话框右下角的 确定 以保存设置 单击 测量 菜单 在右侧的通道选 项菜单中选择第 AI1 9 通道 信号类型为 正弦定频 采集时长约 10s 的信号 点击 信号图形左上角的 按钮 直到获得较为清晰的图形 点击左上角的 模块 进入分析模块后 单击 菜单 在子菜 单中单击 再单击 窗口就会重新布置 单击图形窗口中的 记 录仪 图框 即被选中 选择 AI1 9 的信号进行显示 单击图形窗口中的 2D 图谱 图框 即被选中 选择刚才所设置需要进行相关性分析的信号进行显示 出现图形后 单击 菜单栏便可进行图形显示状态的调整 点击图形左上角和右下角的 调整按钮 直到获得较为清晰的图形 四 实验报告四 实验报告 1 实验目的和要求 2 实验设备 3 实验数据分析处理结果 根据所学习的信号分析基础知识 利用信号分析软件 上机完成一套信号 分析综合题 进一步巩固和加深理解各类不同信号的特点和分析方法 为今后 的学习打下基础 实验二实验二 传感器原理实验传感器原理实验 一 实验内容一 实验内容 1 常用传感器的构造及变换原理 2 电阻应变片粘贴工艺与质量检查 二 实验目的二 实验目的 1 通过传感器的演示 让同学们增强对传感器种类的感性认识 了解电阻 式 光电式 压电式 光纤式传感器的结构形式与作用 掌握常用传感器的工 作原理 并了解传感器与测试仪器配合使用的应用实验 2 掌握电阻应变片的粘贴工艺 三 仪器设备三 仪器设备 荷重传感器 拉压传感器 位移传感器 光电转速传感器 压电式加速度 传感器 电子称 测振仪 光电转速表 电阻应变片 代用试件 镊子 砂纸 丙酮 棉球 502 胶水 电吹风 万用表 兆欧表 四 传感器演示实验步骤四 传感器演示实验步骤 按被测物理量的不同 传感器可分为力传感器 位移传感器 速度传感器 加速度传感器等 1 力传感器 力传感器主要应用于测力和称重两个方面 荷重传感器 拉压传感器都是 属于力传感器 例如 在起重机的起升机构中装上测力传感器测量系统 一方 面可以指示起升载荷的重量 同时还可以在超载时发出信号 防止事故发生 在称重方面主要用于各类电子称 实现货物吨位计算 图 2 1 是电阻应变式压 式测力传感器的示意图 电阻应变式测力传感器是由弹性元件和应变片组成 测试时 弹性元件受 拉力和压力的作用产生应变 贴于其表面的应变片将弹性元件的应变转换成电 阻的变化 然后经电桥电路和应变仪转换为电压信号输出 1 球面加载头 2 上盖 3 压环 4 弹性元件 5 应变片 6 外壳 7 安装螺孔 8 导线插头 图 2 1 压式测力传感器 2 2 位移传感器 位移传感器有很多种类 主要介绍图 2 2 所示的差动变压器式位移传感器 它是电感式位移传感器中的一种典型结构型式 它利用线圈的互感作用将位移 转换成感应电动势的变化 以达到测量位移的目的 它的输出端可直接接到电 阻应变仪或数字电压表上 1 测头 2 测杆 3 铁芯 4 线圈架 5 线圈 6 屏蔽筒 7 回位弹簧 图 2 2 差动变压器式位移传感器 3 3 速度传感器 物体的运动速度可以分为线速度 移动速度 和角速度 旋转速度 测量物体的线速度和角速度的速度传感器的种类繁多 着重介绍测量转速的 光电式转速传感器 光电传感器的作用是将转速转换成光脉冲 再利用光电变化器将光脉冲 变换成电脉冲信号 一般是由光源和光敏感元件以及放大整形等电路组成 图 2 3 为反射式光电式转速传感器示意图 例如要测量电动机输出轴的转速 即可以采用数字式光电转速表来测量 它是由光电式转速传感器 测量电路 和数字显示部分组成 1 光源 2 3 4 透镜 5 半透明膜片 6 光电管 7 被测轴 8 光敏元件 图 2 3 反射式光电传感器 4 4 加速度传感器 加速度传感器可用于振动测量 压电式加速度传感器是利用压电材料 如石英晶体 压电陶瓷 的压电效应原理 将被测物体的振动加速度转换为 电信号 电压或电荷 输出的测振传感器 图 2 4 为压电式加速度传感器示意 图 1 压紧弹簧 2 质量块 3 压电片 4 引出线 图 2 4 压电加速度传感器 在起重运输机械中 司机室座椅舒适性的振动测量就采用了压电式加速 度传感器的测量系统 通过测振仪读出振动加速度的大小 从而了解座椅的舒 适情况 五 五 应变片粘贴实验步骤应变片粘贴实验步骤 1 应变片检查 电阻应变片是将应变变化转换成电阻变化的一种传感元件 虽然品种繁多 但结构基本相同 一般由基底 丝栅 覆盖层 引出线四部分组成 图 2 5 是 应变片的结构示意图 1 丝栅 2 覆盖层 3 引出线 4 基底 图 2 5 应变片结构示意图 首先用手拿应变片引出线检查丝栅是否平直连续 片内是否有气泡 霉斑 锈斑 引出线的焊接点是否有折断的危险 基底和覆盖层是否有破损 正确区 分基底和覆盖层 对于胶基应变片而言 引出线的焊接点有明显的凸出面为覆 盖层 2 试件表面处理 1 用砂纸将已初步处理过的代用试件抛光 并打出与贴片方向成 45 的网状斜线 以增加胶水的附着力 抛光面积应是所用应变片面积的 3 4 倍 2 用丙酮棉球清洗已抛光的试件 直至棉球上没有污迹为止 清洗后 禁止用手触摸和用嘴吹待贴试件表面 3 贴片 1 在试件待贴片处滴一滴 502 胶水 胶水应适量 不要过多 手拿 应变片的引出线 用基底面将胶水拖匀使之成为一簿层 同时也让基底面浸满 胶水 对准贴片方位将应变片迅速放好 再垫一张塑料纸并用拇指沿应变片纵 向稍加滚压 不要推压 即可 2 待胶水基本干后 从应变片尾部将塑料纸轻轻掀起 用左手手指压住 应变片的引出线根部 右手手指将引出线从试件表面拉起 让其脱离试件以免 造成短路现象 4 固化 502 胶水是吸收空气中微量水分而固化的 所以一般情况是在常温下让 其自然固化 若空气中潮气较大 可用电吹风对其进行加热 5 贴片质量检查 1 用兆欧表测量应变片与试件之间的绝缘电阻应打于 20M 否则应继 续固化 2 用眼检查片下应无气泡或未粘牢处 丝栅应无变形 否则应刮去 重贴 六 六 注意事项注意事项 1 不要让 502 胶水粘上手指 若不慎接触 应立即用丙酮或清水清洗 2 用电吹风进行加热时 温度不能过高 风口不要正对应变片 要不断 移动风口使其均匀受热 实验三实验三 应变电桥输出特性与静态应变应变电桥输出特性与静态应变 测量实验测量实验 一 一 实验内容实验内容 学会静态应变测量 验证应变电桥的输出特性 二 实验要求二 实验要求 掌握静态电阻应变仪的使用方法和静态应力应变测量方法 掌握不同布片 方位和不同桥路接法的应变电桥输出特性及应用 三 实验设备三 实验设备 YJ 5 静态电阻应变仪 标准砝码 图 3 1 所示已贴有应变片并焊有连接 导线的等强度梁 R0 R1 R2 R3 R2 R5 R3 R6 R4 R5 R6 R1 R4 图 3 1 等强度梁测试图 四 静态电阻应变仪四 静态电阻应变仪 1 静态电阻应变仪结构及原理 电阻应变仪是利用电阻应变片材料的电阻应变效应特性 将非电量的变化 转换成电量变化的测量仪器 应变测量的传感元件 应变片 是用极细的金属 电阻丝绕成 或用金属箔片印刷腐蚀而成 用粘贴剂将应变片牢固地贴在试 件上 当被测试件受到外力作用长度发生变化时 粘贴在试件上的应变片也相 应变化 应变片的电阻值也随着发生了 R 的变化 这样就把机械量 变形转 换电量 电阻值的变化 用灵敏的电阻测量仪器 电桥 测出电阻值的变化 R R 就可以换算出相应的应变 如果这电桥用应变来刻度 就可以直接 读出应变 完成了非电量的电测 YJR 5 静态电阻应变仪由电源 电压变换器 测量桥 放大器 有源滤 波器 A D 数字显示器等部分组成 图 3 2 为 YJR 5 静态电阻应变仪的原理 方框图 图 3 2 应变仪原理方框图 2 静态电阻应变仪操作方法 1 电源开关 2 量程开关 3 标定开关 4 指示表 7 放 大 器 有源滤波器A D 数字显示 测 量 桥 电压变换器电 源 1 3 4 2 5 6 5 平衡电位器 6 选择开关 7 幅调电位器 图 3 3 YJR 5 静态电阻应变仪前面板示意图 1 将前面板 图 3 3 上的电源 标定 量程等开关开关置按钮都按出 这时电源开关置关闭状态 标定开关置无标定状态 量程 X1 档 把选择开关 置 0 1 每一对应电桥接线板 2 接线柱 3 与平衡箱连接插口 4 平衡转换开关 5 电源插口 图 3 4 YJR 5 静态电阻应变仪后面板示意图 2 将后面板 图 3 4 上的 D1 D2 D3 三个接线柱用连接片连接起来 旋紧 把标准电阻接到 A B C 接线柱上 旋紧 按半桥测量法 再将后面 板上的平衡转换开关放在平衡 然后进行仪器的校准 要注意 仪器校准时 后面板上的接线板上不能接任何应变片和电阻 否则会影响仪器标定的精度 3 开启电源开关 把前面板选择开关转到 1 这时指示表显示的数字 就是电桥不平衡的分量 调节对应 1 的平衡电位器 使指示表显示为全 0 4 仪器的灵敏度调整 仪器平衡到 0 将标定开关按入 用幅调电位 器调节到 10000 应变片灵敏度系数 把标定开关按出 在实测中所显示的数 据不必再调整 5 仪器的前面板选择开关 1 10 与平衡电位器 1 10 是一一对应的 与 5 1 3 2 4 后面板的电桥接线板 1 10 测点也是一一对应的 6 半桥测量 把标准电阻从 A B C 接线柱上拆下来 因多点测量时 接线柱 A B C 不能接任何应变片 把应变片接到后面板 10 点接线板上去 AB 桥臂接一片测量片 BC 桥臂接一片补偿片 两片应变片于仪器内半桥组成 全桥 调节应变片所接点的对应的平衡电位器 调平衡后即可测量 全桥测量 把标准电阻从 A B C 接线柱上拆下来 取下 D1 D2 D3 的 三点连接片 把四片应变片组成的测量桥接到后面板接线板上去 AB BC CD DA 四桥臂均接测量片 调节平衡电位器 平衡后即可测量 五 实验步骤五 实验步骤 1 按图 3 5 中接桥方法 a 将等强度梁上的工作片 R1 R6 与补偿片 R0 用半桥接法接入应变仪的预调平衡箱 并将各桥路在未加载情况下调平衡 即置于零位 2 加上指定载荷 如 1Kg 2Kg 分别读出并记录各测点 R1 R6 的应变 值 1 6 3 卸掉载荷 分别读出并记录各测点的回零读数 0 4 各测点的实际应变值为加载读数 1 减去回零读数 0 5 按图 3 5 中接桥方法 b 将等强度梁上的工作片 R1 与补偿片 R0 用半 桥接法接入应变仪的预调平衡箱 并将各桥路在未加载情况下调平衡即置于零 位 6 重复步骤 2 4 7 分别按图 3 5 中接桥方法 c d 将等强度梁上的工作片用全桥接 法接入应变仪的预调平衡箱 并将各桥路在未加载情况下调平衡即置于零位 8 重复步骤 2 4 9 实验结束 拆除应变仪上的连接导线 关掉电源 10 图 3 5 中的 b c d 接桥方法所得测量结果也可以用电桥的输 出特性公式计算出来 将图3 5 中的接桥方法 a 所得测量数据代入 R5 D R2 A R1R4 B D A R6 R5 R仪 R仪 R1R0 B R5 D CA R1 B D R4 R2 C C R仪 A R1 B R仪 C R2 a b c d 公式 U 1 2 3 4 分别计算出 b c d 接桥 4 0KU 方法的应变值并与测量结果进行比较 图 3 5 静态测量接桥图 六 注意事项六 注意事项 1 要求应变片和补偿片的阻值尽量接近 仪器应放置在远离磁场源的地 方 2 全桥测量时 一定要拆下应变仪后面板 D 处的金属短接片 实验四实验四 结构动态应力应变结构动态应力应变 测量实验测量实验 一 实验目的和要求一 实验目的和要求 熟悉动态信号测试分析系统的使用方法 掌握动态应力应变测量方法以及 结构固有频率的确定 二 实验设备二 实验设备 悬臂振动梁 加载微型电机 DH5923 动态信号测试分析系统 计算机 1 动态信号测试分析系统的工作原理 DH5923 动态信号测试分析系统包含动态信号测试所需的信号调理器 应 变 振动等调理器 直流电压放大器 抗混滤波器 A D 转换器 缓冲存储 器以及采样控制和计算机通讯的全部硬件 并提供操作方便的控制软件及分析 软件 是以计算机为基础 智能化的动态信号测试分析系统 在动态应变测量中 应变值变化的速度很快 故一般都采用单电桥及偏位 读数显示 并配有计算机软件将信号波形记录保存下来 在动态信号测试分析 系统中 用电桥盒代替了仪表内的电桥 电桥盒是用四芯电缆把应变片接到仪 器上去的 应变片在电桥盒上的接法可采用半桥接法或全桥接法 如图 4 1 所 示 图 4 1 电桥盒接线图 1234 5678 R0 R0 R 1234 567 8 R1R2 R3 R4 R 2 动态信号测试分析系统的使用方法 1 将适调器的信号线插头与仪器可靠连接 用 1394 通讯电缆将计算机 1394 口和仪器可靠连接 2 根据测量要求 合理连接桥路 3 首先启动计算机 启动完后 打开仪器电源 注 与计算机相连的 仪器电源最后打开 直至采样指示灯和等待指示灯熄灭 最后计算机运行控 制软件 4 参照软件帮助文件 合理设置 桥路参数 满度值 桥压 上限频 率 输入方式必须设置为 DIF DC 平衡清零 5 设置采样速率 根据信号频率 合理选择采样速率 如只关心时域 波形 采样速率一般视被测信号频率的 20 50 倍 这样波形比较光滑 测量精 度会有所提高 采样速率越高所占用的存储空间越大 因此 采样时间较长时 更应合理选择采样速率 6 参照软件帮助文件完成采样 暂停 停止采样及信号处理等功能 三 实验步骤三 实验步骤 1 按测量要求在构件上贴好应变片 并焊接好与仪器连接的测量导线 此项可提前做好准备 2 在熟悉所用设备的操作方法后按图 4 2 所示将应变片及所用仪器连接 起来 图 4 2 测试系统连接图 3 按照第二节的 动态信号测试分析系统的使用方法 调试好仪器和计 算机软件 5 12 34 678 R1R2 动态信号 测试仪 计算机 软件 R1 R2 4 按压悬臂振动梁使其振动 进行采样 暂停 停止采样及信号处理等 功能 5 开动振动马达至高速后缓慢减速至梁发生共振 进行采样 暂停 停 止采样及信号处理等功能 6 实验结束 保存好记录曲线 整理好仪器设备 关掉电源 四 实验结果的整理四 实验结果的整理 以图 4 3 所示曲线为例 进行实验结果数据的整理 图 4 3 振动曲线示意图 1 最大动应力幅值的确定 已知h1 h2为振动曲线的波高 即为应变值 由 就可求出应变值的大小 E 式中 被测量信号在某瞬时的应变值 被测量信号在某瞬时的应力值 E为材料的弹性模量 通常E 0 21 N mm2 0 21 MPa 应变和应力的正负分别反映了应变和应力的方向 由 maxmax E 可得到结构在动态载荷作用下的最大动应力值 2 结构固有频率的确定 结构在周期性干扰力的作用下会产生强迫振动 而当干扰力的频率等于结 h1 h2 l l0 1 s 构的固有频率时 结构会产生共振 使变形剧烈增加 因此结构的固有频率十 分重要 在现实生活中我们要尽量地避免干扰力的频率与结构的频率接近而产 生危险的共振 从图 4 3 所示曲线求得 1s 钟 距离 l 内有多少个周期信号 l0距离 即 为周期 则每秒钟振动的周期数即为频率 T f 1 五 实验报告五 实验报告 1 填写实验目的和要求 2 实验设备 3 整理计算实验结果 六 思考题六 思考题 起重运输机械为什么要进行应力应变测量 其测量系统由哪几部分组成 实验一实验一 信号分析实验报告信号分析实验报告 班级 姓名 学号 实验日期 年 月 日 一 实验目的和要求 二 实验设备 三 实验数据分析处理结果 1 1 典型信号及谱分析典型信号及谱分析 1 时域信号波形及其谱的观察 数据检索和列表查看 在 通道配置 中将第 AI1 1 通道的信号类型设置为随机信号 采集约 10s 的随机信号 幅值为 4000mv 使用图形的统计功能 可以查看时域信 号的统计信息 单击该统计信息可进行位置的移动 问题 该信号的平均值为 mv 标准差为 均方根值为 2 信号的识别及变换 在 通道配置 中将第 AI1 5 通道的信号类型设置为脉冲信号 并对该脉 冲信号的周期设置为 10s 起始相位 90 0deg 占空比 0 1 通过信号的采集 功能进行信号采集 采集时长约 12s 的信号 问题 从结构形式上看 该信号 为 信号 获得该脉冲信号的 FFT 图 该信号为 信号 3 方波 将通道 AI1 7 的信号类型设置为方波 幅值设置为 3500mv 周期为 0 05s 其余参数保持默认值 采集时长约 10s 的方波信号 点击信号图形右 下角的 按钮 直到获得较为清晰的图形 该方波为 函数 将通道 AI1 8 的信号类型设置为方波 幅值设置为 3500mv 周期为 0 05s 起始相位为 90 0deg 其余参数保持默认值 采集时长约 10s 的方波信 号 点击信号图形右下角的 按钮 直到获得较为清晰的图形 该方波 为 函数 思考题 对于该题中的原方波信号 由偶函数变为奇函数至少需要改变 度相位角 4 三角波 将通道 AI1 9 的信号类型设置为三角波 幅值设置为 5000mv 频率为 50Hz 其余参数保持默认值 采集时长约 10s 的信号 点击信号图形右下角的 按钮 直到获得较为清晰的图形 该三角波为 函数 将通道 AI1 9 的信号类型仍设置为三角波 幅值设置为 5000mv 频率为 50Hz 起始相位为 90 0deg 其余参数保持默认值 采集时长约 10s 的信号 点击信号图形右下角的 按钮 直到获得较为清晰的图形 该方波为 函数 思考题 对于该题中的原三角波信号 由奇函数变为偶函数至少需要改变 度相位角 5 将通道 AI1 10 的信号类型设置为 正弦定频 幅值设置为 5000mv 频率为 50Hz 其余参数保持默认值 采集时长约 10s 的信号 点击 信号图形右下角的 按钮 直到获得较为清晰的图形 该信号为什么典 型信号 该信号频率为 Hz 若在起重机上进行振动测 试过程中 采集到具有该特征的信号 该信号通常是如何产生的 6 将通道 AI1 11 的信号类型设置为 脉冲 幅值设置为 4500mv 周期 为 0 01s 占空比 0 1 其余参数保持默认值 采集时长约 10s 的信号 点击 信号图形右下角的 按钮 直到获得较为清晰的图形 该信号为 信号 获得该信号相应的 FFT 谱图形 调整至清晰状态 问题 该 FFT 谱 为离散信号还是连续信号 7 将通道 AI1 12 的信号类型设置为 自由衰减 衰减时间为 10s 其 余参数保持默认值 采集时长约 10s 的信号 点击信号图形右下角的 按钮 直到获得较为清晰的图形 该信号的幅值变化特点是 获得相应的 FFT 图形 将其画入下表 它是离散谱吗 2 2 相关处理分析相关处理分析 1 将通道 AI1 1 的信号类型仍设置为 随机 幅值为 1