《机械工程测试技术》实验指导书.

1、机械工程测试技术实验指导书山东大学机械工程学院实验中心2008年2月目录实验一 信号分析实验 2实验二 传感器的标定实验 8实验三 测试装置特性实验 15实验四 静态应力应变测试实验 23实验五 动态应力应变测试实验 33实验六 机械振动测试梁的固有频率测定实验 42实验七 传感器应用 - 转速测量实验 48实验八 扭转振动测量实验 38实验九 设计实验 50实验一信号分析一、实验目的1. 掌握信号时域参数的识别方法，学会从信号时域波形中观察和获取信号信息。2. 加深理解傅立叶变换的基本思想和物理意义，熟悉典型信号的频谱特征，掌握使用频谱分析提取测量信号特征的方法。3. 理解信号的合成原理，观

2、察和分析由多个频率、幅值和相位成一定关系的正弦波叠加的合成波形。4. 初步了解虚拟仪器的概念。二、实验原理1信号时域分析信号时域分析又称为波形分析或时域统计分析，它是通过信号的时域波形计算信号的均值、均方值、方差等统计参数。信号的时域分析很简单，用示波 器、万用表等普通仪器就可以进行分析。通过本实验熟悉时域参数的识别方法，能够从信号波形中观测和读取所需的信息，也就是具备读波形图的能力。2信号频谱分析信号频谱分析是采用傅里叶变换将时域信号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。频谱是构成信号的各频率分量的 集合，它完整地表示了信号的频率结构，即信号由哪些谐波组成

3、，各谐波分量 的幅值大小及初始相位，揭示了信号的频率信息。信号频谱X(f)代表了信号在不同频率分量成分的大小，能够提供比时域信号波形更直观，丰富的信息。工 程上习惯将计算结果用图形方式表示，以频率f为横坐标，X(f)的实部：；和虚部f为纵坐标画图，称为时频一虚频谱图；以频率 f为横坐标，X(f)的 幅值。和相位为纵坐标画图，则称为幅值相位谱。附：软件介绍机械工程测试实验程序是以LabVIEW为平台开发的虚拟仪器软件，程序包含了信号分析、信号合成、采样定理、窗函数、相关分析等子程序。程序可以 按照设定的信号类型、频率、相位等参数生成仿真信号，并可以对生成的信号进行频谱分析、信号合成、滤波等操作。

4、波形可以通过显示窗口中呈现出来（如图1-1所示）。图1-1波形显示缩放的操作坊法在显示窗口中的工具栏和函出勺，可以对窗口中的波形现实进行调整。1 仝拖动工具：用来对波形进行拖动;2旳缩放工具：来实现对波形的多种形式的缩放,此包括图1-2所示的选择项。矩形区域缩放：实现对选定区域放大;X轴缩放：对选区域沿横坐标放大;4L_ _Y轴缩放：对选区域沿纵坐标放大;图1-2SSI自适应缩放：将波形在XY轴上自动缩放至窗口大小。三. 实验内容1. 分析典型信号的幅值谱特性；2. 分析合成信号的频谱特点；四 . 实验仪器和设备1. 计算机 2. 机械工程测试实验软件五、实验步骤：一 、打开“机械工程测试实验

5、”程序，选择进入“信号分析”子程序。1. 设置一个周期信号的频率、幅值、相位等参数，调整信号显示缩放，分 析典型信号的幅值和频率，记录数据并填写表1-1 。2在非周期信号面板中选择不同的信号，设置相关参数，调整信号显示 缩放，观察记录不同信号的频谱，记录数据并填写表 1-2 。3观察噪声的频域特点。二、打开“信号合成”子程序，设置滤波器为 off ，设置白噪声幅值为 01. 设置信号 1 和信号 2为同频、不同相位的正弦波，观察验证合成信号 的幅值和相位。2. 两个频率接近、振幅不等的正弦信号迭加就会形成“拍振” 。设置信号1 和信号 2 为频率相近的正弦波，观察合成信号的特点，并记录数据和波

6、形填 写表 1-3 。3. 设置信号 1 和信号 2为不同类型信号，观察合成信号频谱的特点，能 够从频谱中看出合成信号的组成。实验报告姓名班级时间同组者一、实验目的、实验设备三、预习作业1简述信号分类2写出信号：方波、三角波、锯齿波、Sin( 3 t) x e(-at)的傅立叶级数展开式3推导下列公式 积化和差 AX sin( 31) X (3-sin(10 n t) 和差化积 AX sin( 3 it+ 1)+ A 2X sin( 3 2t+ 2)四、实验结果表1-1典型周期信号频谱数据信号正弦波三角波锯齿波方波频率幅值相位占空比：峰值频率幅值频率幅值频率幅值频率幅值123456表1-2非周

7、期确定性信号的频谱数据信号Ax sin( 31) x (3-sin(10 n t)Sin( 3 t) x e(-at)频率幅值峰值频率幅值频率幅值频率幅值1234表1-3 “拍振”数据及波形频率幅值信号1信号2合成信号合成信号波形总结周期信号、非周期确定性信号、非周期确定性信号和白噪声的频谱特点?实验二 传感器（电感式）性能测试实验一、实验目的：1、了解电涡流传感器测量位移的工作原理和特性。2、了解不同的被测体材料对电涡流传感器性能的影响。3、了解被测体的形状和尺寸对电涡流传感器位移特性的影响。4、掌握电涡流传感器的标定方法。二、实验仪器：CSY-2000传感器与检测技术实验台：涡流传感器，涡

8、流变换器，直流电源，测 微头，铁测片，铝测片，电压表。三、实验原理：如图（1）：涡流传感器测量原理图。渴漩变换器电压表测片_通过高频电流的线圈产生磁场，当有导电体接近时，因导电体涡流效应产生涡流损耗，而涡流损耗与导电体离线圈的距离有关，因此可以进行位移测量。涡流效应与金属导体本身的电阻率和磁导率有关，因此不同的材料就会有 不同的性能。电涡流传感器在实际应用中，由于被测体的形状、大小不同，会导致被测体上涡流效应的不充分，会减弱甚至不产生涡流效应，因此影响电涡流传感器 的静态特性，所以在实际测量中，往往必须针对具体的被测体进行静态特性标四、实验步骤：1、 观察涡流传感器的结构， 根据图2-2所示，

9、安装电涡流传感器和测微头。2、在测微头端部装上铁质金属圆片，作为电涡流传感器的被测体。模板图2-2电涡流传感器安装示意图3、 根据图2 -3所示，将电涡流传感器输出线接入实验模板上标有L的两端 插孔中，作为振荡器的一个元件。4、将实验模板输出端 Vo与数显单元输入端 Vi相接。数显表量程切换开关 选择电压20V档。5、用连结导线从主控台接入 15V直流电源接到模板上标有+15V的插孔中。接主控箱电源输出+15vDR0 曲 tCl涡流传感器Vo毛一Vi空一地接主控箱数显表图2-3电涡流传感器位移实验接线图6、开启主控箱电源开关，调节测微头使铁测片与传感器线圈端部接触，此时电压表读数为 0，记下数

10、显表读数，然后每隔0.25mm读一个数，直到输出几乎不变为止（或线性严重破坏为止）。将结果记入表2 - 1。7、关断电源，将测微头复原，在测微头端部装上面积大铝测片，接通电源，调节传感器使之与铝测片接触，此时电压表读数为0。旋转测微头，改变传感器与被测体的距离，每隔0.25mm读电压表读数，记入数据表格2-1，直到线性严重破坏为止。8、关断电源，将测微头复原，在测微头端部装上面积小铝测片，接通电源，调节传感器使之与铝测片接触，此时电压表读数为0。旋转测微头，改变传感器与被测体的距离，每隔0.25mm读电压表读数，记入数据表格2-1，直到线性严重破坏为止。9、关闭电源，拆下连接导线、涡流传感器、

11、测微头，将实验模块放入实验台内。五、实验数据记录及处理:1、数据记录见下表：表2-1位移X(mm)00.250.500.751.001.251.501.752.00V 铁（V）V 铝（V）V铝小位移X(mm)2.252.502.753.003.253.503.754.004.25V 铁（V）V 铝（V）V铝小位移X(mm)4.504.755.005.255.505.756.006.256.50V 铁（V）V 铝（V）V铝小2、数据处理：以位移为横坐标，V铁（V铝）为纵坐标，在同一坐标系上作出V铁-X曲线，V铝-X曲线，V铝小-X曲线。如图2-4 :V铁(铝)(1) 从曲线上找出涡流传感器的线性

12、工作范围。线性工作范围为：X铁=至mmX铝=至mmX铝小= 至 m(2) 求线性范围的灵敏度 S铁，S铝。线性范围的灵敏度为：S铁=V/mm;S 铝=V/mmS铝小=V/mm(3) 用端点法作出拟和曲线，求出线性度 S L (仅限铁测片)。线性度S L(铁)=(4) 确定涡流传感器的最佳工作点(即用涡流传感器测振动时， 涡流传感器离被测体的最佳距离为多少涡流传感器的最佳工作点为：S铁=mmS 铝 = mmS铝小 = mm3、分析讨论(1)被测体材料对涡流传感器工作特性有何影响?答：(2)被测体材面积对涡流传感器工作特性有何影响?答：3）、电涡流传感器的量程与哪些因素有关，如果需要测量 5mm

13、的量程应如何设计传感器？（4）、用电涡流传感器进行非接触位移测量时，如何根据量程使用选用传 感器。5）、当被测体为非金属材料如何利用电涡流传感器进行测试？（ 6）、目前现有一个直径为 10mm 的电涡流传感器，需对一个轴直径为8mm 的振动进行测量？试说明具体的测试方法与操作步骤。实验三滤波器特性实验一、实验目的：1、掌握动态特性的含义及其测量方法。2、以RC滤波器为例掌握滤波器特性的测试方法。3、明确RC滤波器各有关参数的含义及确定方法。二、实验仪器：EGC-3230型数字信号发生器额， YE3790型高、低通组合滤波器，TD1914C交流毫伏表，导线若干。三、实验原理：如图：R1ex ci

14、-p eyC2 ex8 3-1.低通滤披器as-s.髙遁濾浪器1,Cl-(R2cy图A3 帝通戦器信号发生器滤波器交流毫伏表日日日日mu| aBsaei 直通/滤波图3-4、测试系统原理图图3-1、图3-2、图3-3分别为低通、高通、带通滤波器的原理图。如图3-4，信号发生器的输出接到滤波器的输入端，滤波器的输出端接交流毫伏表，当直通/滤波开关接通时，用毫伏表测量滤波器的输入电压，当直通/滤波开关断开时，用毫伏表测量滤波器的输出电压；确定输出电压和输入电压的比值与 输入信号频率的函数关系，即为滤波器的频率特性，从频率特性曲线上可以确 定滤波器的各个参数。四、实验步骤：1、选择低通滤波器，将理论

15、截至频率旋钮转到合适位置，并记下截至频 率值。2、 将毫伏表量程选择开关打在1V档。4、 将信号发生器的频率调到 20Hz,输出电压调到0V,信号发生器的输出 端接到低通滤波器的输入端，低通滤波器的输出端接到毫伏表上。5、接通电源，调节信号发生器的输出电压，用毫伏表测滤波器的输入电 压，使毫伏表的读数为 0.8V左右。6、逐级改变信号发生器的频率，在毫伏表上逐次读取各频率下滤波器的输入和输出电压。将数据填入表格3-1。7、 将信号发生器的频率调回 20H Z,输出电压调到0V,关闭电源。8、选择高通滤波器，将理论截至频率旋钮转到合适位置，并记下截至频 率值。信号发生器的输出端接到高通滤波器的输

16、入端，高通滤波器的 输出端接到毫伏表上。9、重复步骤 4、 5、 6。将数据填入表格 3-2 。10、将低通滤波器的输出接至高通滤波器的输入端，保持原低通滤波器、高通滤波器的截至频率不变，并记下截至频率值。信号发生器的输出 端接到低通滤波器的输入端，高通滤波器的输出端接到毫伏表上。11、重复步骤 4、 5、 6。将数据填入表格 3-3 。五、实验数据记录及处理：1、 数据记录见表格 3-1、 3-2、 3-3：2、数据处理：以输入频率为横坐标， 以输出 /输入幅值比为纵坐标， 分别作出三种滤波器的幅频特性曲线。见下图 3-5、 3-6、 3-7：3、分析讨论：（1）从低、高通滤波器特性曲线上找

17、出其相应的截止频率（在曲线上标 出），并与理论值比较。低通滤波器的上截止频率：测试值 fc2=理论值 fc 2=误差S 2=高通滤波器的上截止频率：测试值fc1 =理论值 fc 1 =误差31 =2）带通滤波器特性曲线上找出带通滤波器的上、下截止频率（在曲线上标出），确定带通滤波器的带宽、中心频率及倍频程选择性。带通滤波器的下截止频率测试值 fc1 =上截止频率测试值 fc2 =带通滤波器的带宽 B =中心频率f0 =倍频程选择性 =输入频率(Hz)输入幅值(V)输出幅值(V)输出、输入 幅值比20304060801002003004005006007008001000200030006000

18、8000输入频率(Hz)输入幅值(V)输出幅值(V)输出、输入 幅值比203040608010020030040050060070080010002000300060008000输入频率(Hz)输入幅值(V)输出幅值(V)输出、输入 幅值比203040608010020030040050060070080010002000300060008000，幅频特性0.90.80.7.60.50.40.30.2D.120 30 50100 200频率(Hz)500 1000 20005000 101T图3-5、低通滤波器幅频特性曲线训畐频持性10.90.8070.60.5.4030.20.11020 3

19、0 50100 200|II1|-hL -III-1- -111丄l_ n i k 4-U 1广 rrrI i i4 4k-II 1 IIjL 丄 iL11.-J -i-1iiT1 -11 亠 ll=i iili l I I il1 鼻1JL -1i_i1 -11 _ll1 匕1 L.i -iii_Jil4- -111i i4 4- 1J._-1-41 11 L4 4 4 i I 丄丄LJl丄1V1 1H11 1 11Hill 1i I 11111i1i1 1 .(-LL1AIL.-U-1J. J 11 LL1.JII1IIi1Il 1 111ili li i ii1iIIiiii1 11V1

20、 1iI1 1 11Hilli I 1III1i1i1 11H1 111Il 1 II11I1 1I 1 ii1i1ii1 1ih1 1i1Il i 1IIihi al i li1i1iiiK1 1H11 1 11Hm il l 1IIil1i1i1 11 1d11 1 1P|i1 1i 1 H111II1ii 1*1* ii*rTi i r * -l厂1* TT T IT = = r i=l- rrTiT T=i|DiiNii i ii1m IR I ilIiIiiiI I一八*1L厂十rTir t r - -i-rV TT TT iI-ir-iT亍ihi 1hiI i i1iii a1 i

21、 IIii1i1ii1 1-r*r+呻噜 耳 -ir1- 1巒 诂 i=- i=-i=+=1呻M1ni inii i i1iiI II i ii1lii1 1一 MAN.k44 4 k * -II-4- -t 4* -II- t-i-斗-1 4II1iip11 1 11i|ihi i11 ill11iiii1 1 1ii500 1000 20005000 10k图3-6、高通滤波器幅频特性曲线丄幅频持性0.90.8070.60.50.40L30.2wI-L丄丄L20 30 50100.11500 1000 2000图3-7、带通滤波器幅频特性曲线rTtnr频率rrtiir 呼)5000 10k

22、实验四 静态应力应变测试一、实验内容：1、单臂电桥、半桥、全桥性能测试及比较实验2、直流全桥的应用 - 电子秤实验二、实验目的：1、了解金属箔式应变片的应变效应，单臂电桥、半桥和全桥的工作原理和性能。2、比较单臂、半桥、全桥输出时的灵敏度和非线性度，了解其特点。3、了解应变直流全桥的应用及电路的标定。三、实验原理：电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应。描述电阻应变效应的关系式为： R/ R= K &式中 R/R为电阻丝电阻相对变化，K为应变灵敏系数 = 1/1为电阻丝长度相对变化金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件，通过 它转换被测部位受力

23、状态变化，电桥的作用完成电阻到电压的比例变化，电 桥的输出电压反映了相应的受力状态。对单臂电桥，只有一只应变片作为一个桥臂，其桥路输出电压Uoi= EK 14。不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边就构成了半桥桥路，电桥输 出灵敏度提高，非线性得到改善。当应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出 电压 UO2 = EK /2。全桥测量电路中，将受力性质相同的两应变片接入电桥对边，当应变片初始阻值：Ri = R2= R3= R4,其变化值 Ri= A R2= A R3= A R4时，其桥路输出 电压 U03= KE 。其输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差和温度误差 均得到改善。四、实验设备

24、：应变式传感器实验模板、应变式传感器电子秤、砝码、数显表、 15V 电源、 4V 电源、万用表（自备） 。五、实验步骤 ：1、根据图（ 41）应变式传感器（电子秤）已装于应变传感器模板上。传感器中各应变片已接入模板的左上方的R1、R2、R3、R4。加热丝也接于模板上，可用万用表进行测量判别，Ri= R2= R3= R4= 350Q，加热丝阻值为 50Q左右2、接入模板电源土 15V （从主控台引入），检查无误后，合上主控台电源开 关，3、将实验模板调节增益电位器 RW3 顺时针调节大致到中间位置，再进行差 动放大器调零，方法为将差放的正负输入端与地短接，输出端与主控台面板上数显表输入端 Vi相

25、连，调节实验模板上调零电位器 Rw4,使数显表显示为 零（数显表的切换开关打到 2V 档）。关闭主控箱电源（注意：当Rw3、 Rw4的位置一旦确定，就不能改变。一直到做完实验为止）图4 - 1应变式传感器安装示意图O O加热器电源输岀 Vz地II也RI4* 5 丄 +15?1| I 1-11-E Rwd +e应变传感器实验樓板图4- 2应变式传感器单臂电桥实验接线图4、如图4 2所示，将应变式传感器的其中一个电阻应变片Ri （即模板左上方的Ri）接入电桥作为一个桥臂与R5、R6、R7接成直流电桥（R5、R6、R7模块内已接好），接好电桥调零电位器 Rwi，接上桥路电源土 4V （从主控台引 入

26、）。检查接线无误后，合上主控台电源开关。 调节Rwi，使数显表显示为零。5、在电子称上放置一只砝码，读取数显表数值，依次增加砝码和读取相应的数显表值，直到 200g （或500 g ）砝码加完。记下实验结果填入表4 1,关闭电源，取出砝码。图4-3应变式传感器半桥实验接线图0 0加热器接主控箱 电源输出接数显表Vi地6、根据图4 3接线。Ri、R2为实验模板左上方的应变片，注意R2应和Ri受力状态相反，即将传感器中两片受力相反（一片受拉、一片受压）的电阻应变片作为电桥的相邻边。接通电源，接入桥路电源土4V，调节电桥调零电位器Rwi进行桥路调零，使数显表显示为零。7、在电子称上放置一只砝码，读取

27、数显表数值，依次增加砝码和读取相应的数显表值，直到 200g （或500 g）砝码加完。记下实验结果填入表 4 2, 关闭电源，取出砝码。（若实验时无数值显示说明 R2与Ri为相同受力状态 应变片，应更换另一个应变片。）接主控箱 电源输出接主控雀 接数显表 电源输出 V,地R3IClR2应变传感器实验模板RW2R3-1f R2 Ri 毋R47 i=i -eX R9RW3RioR17R19ZH h- -E 尺附 +E十图4 4全桥性能实验接线图8、根据图4 4接线。Ri、R2、R3、R4、为实验模板左上方的应变片，将受力性质相同的两应变片接入电桥对边组成全桥，接通电源，接入桥路电源土 4V ,调

28、节电桥调零电位器 Rwi进行桥路调零，使数显表显示为零。9、在电子称上放置一只砝码，读取数显表数值，依次增加砝码和读取相应的数显表值，直到 200g （或500 g）砝码加完。记下实验结果填入表4 3,关闭电源，取出砝码。六、实验数据记录及处理1、数据记录见下表表格4-1单臂测量时，输出电压与加负载重量值重量(g)电压(mv)表格4-2半桥测量时，输出电压与加负载重量值重量(g)电压(mv)表格4-3全桥测量时，输出电压与加负载重量值重量(g)电压(mv)2、数据处理在同一坐标系下画出单臂、半桥、全桥的重量与输出电压的关系曲线mV曲线。如图4-5V单臂、半桥、全桥012345 m(g)图4-5

29、 直流电桥性能曲线 m-V曲线(1) 根据图4-5曲线，计算系统灵敏度 S= U/ W( A U输出电压变化量, W重量变化量)S单臂=S半桥=S全桥=（2）根据图4-5曲线，计算系统非线性误差S fi = A m/yF.s X 100%式中 m为输出值（多次测量时为平均值）与拟合直线的最大偏差：yF，s满量程输出平均值，此处为 200g （或500g ）。S竹单臂=S fi半桥=S fi全桥=3、分析讨论（1）、根据单臂、半桥和全桥输出时的灵敏度和非线性度，从理论上进行分析比 较单臂、半桥、全桥的性能并阐述理由。（2）、单臂电桥时，作为桥臂电阻应变片应选用：（1 ）正（受拉）应变片（2）负（

30、受压）应变片（3）正、负应变片均可以。答案（）（3）、半桥测量时两片不同受力状态的电阻应变片接入电桥时，应放在：（1）对边（2）邻边。答案（）（4）、桥路（差动电桥）测量时存在非线性误差，是因为：（1）电桥测量原理上存在非线性（2）应变片应变效应是非线性的（3）调零值不是真正为零。 答案（）、全桥测量中，当两组对边（ R1、R3为对边）电阻值 R相同时，即 R1 =R3, R2= R4，而R1M R2时，是否可以组成全桥：（1）可以（2）不可以。答案（）（6）、某工程技术人员在进行材料拉力测试时在棒材上贴了两组应变片，如图4-6，如何利用这四片电阻应变片组成电桥，是否需要外加电阻。试画出桥 路

31、。图4-6应变式传感器受拉时传感器圆周面展开图(7) 、温度对应变片测试系统有何影响？金属箔式应变片温度影响有哪些消除方法？(8) 、试根据全桥测量电路及结果，设计一电子秤，要求托盘上放上不同砝码数显表能显示不同的重量。说明设计原理和步骤。实验五 动态应力应变测试一、实验目的：1、了解利用交流电桥测量动态应变参数的原理与方法。2、了解交流全桥在振动测量中的应用。三、实验原理：对于交流应变信号用交流电桥测量时，桥路输出的波形为一调制波，不 能直接显示其应变值，只有通过移相检波和滤波电路后才能得到变化的应变 信号，此信号可以从示波器或用交流电压表读得。对悬臂梁输入一正弦信号，使其振动，改变正弦信号

32、的幅值，悬臂梁的 振动位移发生变化，交流电桥的输出电压也发生变化，用涡流传感器测量悬 臂梁的振动位移，以振动位移为横坐标，电桥输出电压为纵坐标，做出交流 电桥的性能曲线。对悬臂梁输入一正弦信号，使其振动，改变正弦信号的频率，悬臂梁的 振动位移和频率都发生变化，交流电桥的输出电压也发生变化，以振动频率 为横坐标，振动位移为纵坐标，做出悬臂梁的振动曲线，确定悬臂梁的固有 频率。三、实验设备 ：CSY-2000 传感器与检测技术实验台：音频振荡器、低频振荡器、振动源、 应变式传感器实验模板、相敏检波器模板、涡流传感器，涡流放大模块，毫伏表（自备） ，双综示波器（自备） 、万用表（自备）四、实验步骤：

33、1、模块上的传感器不用，改为振动梁的应变片，即台面上的应变输出。2、将台面三源板上的应变插座用连接线插入应变传感器实验模板上。因振动梁上的四片应变片已组成全桥，引出线为四芯线，因此可直接接入实验模板面上已联成电桥的四个插孔上。接线时应注意连接线上每个插头的意义，对角线的阻值为 350 Q，若二组对角线阻值均为 350 Q则接法正确（万用表测量） 。3、 根据图 51，接好交流电桥调平衡电路及系统，R8、Rw1、C、 Rw2 为交 流电桥调平衡网络。检查接线无误后，合上主控台电源开关，将音频振荡器的频率调节到 1KHz左右，幅度调节到10Vp-p （频率可用数显表 Fin监测，幅度用示波器监测）

34、4、如图 5-2，将涡流传感器装入振动台（圆盘）上，并接好涡流放大模块，涡流放大模块的输出端接毫伏表，调节涡流传感器与振动台（圆盘）的位置，使其处于最佳工作点。 （振动台面为铝材料） 。5、将低频振荡器输出接入振动台激励源插孔，调低频输出幅度，将低频振荡器频率调至8Hz （低频输出端接入数显单元的 Fin，把数显表的切换开关打到频率档监测低频频率） ，使振动台（圆盘）明显感到振动。接音频振荡 器 T.vSKHzC加热器接宅悴箱电源输出示液謂*! LI LI I-E尺呐+E应变传感器实验模板R17R14R15R1?移相器相敏检泯裾低通滤波器V1 5 KHz (Li)VoVo0102J1OODAC

35、 DCVi接主控箱电源输出o9 o-15v丄 +15v图51应变片振动测量实验接线图6、固定低频振荡器频率钮旋位置不变，调节低频输出幅度，用毫伏表记录涡流传感器的输出电压值，用示波器读出幅值改变时电桥模块上低通滤波器输出Vo的电压峰峰值，填入表 5- 1。7、将低频信号的幅值和频率调至最小，关闭电源，卸掉涡流传感器、涡流放大模块后，开启电源。8、适当调节低频振荡器幅度和频率，使振动台明显振动，固定低频振荡器幅度钮旋位置不变，低频输出端接入数显单元的Fin，把数显表的切换开关打到频率档监测低频频率，调节低频频率，用示波器读出频率改变时低通滤波器输出 Vo的电压峰峰值，填入表 5 2。振动平台工作

36、平台图5 2涡流传感器振动测量安装图五、实验数据记录及处理1、数据记录见下表表5-1V涡流(V)Vo(p-p)振动位移(mm)表5-2f(Hz)Vo(p-p)振动位移(mm)2、数据处理(1)根据实验2的结果(涡流传感器的灵敏度，测量材料为铝)求出振动 位移，填入表格5-1中，做出交流全桥性能曲线(交流全桥输出电压与位移 的关系曲线)如图5-3，V全桥012345 X(mm)图5-3交流全桥性能曲线X-V曲线求出交流全桥的灵敏度 S= (2)根据交流全桥的灵敏度 S,求出悬臂梁在不同频率下的振动位移，填入表格5-2中，做出悬臂梁的振动位移与振动频率曲线，如图5-4。从曲线中得到悬臂梁的共振频率

37、为 HZ。X位移3、分析讨论1、在交流电桥测量中，对音频振荡器频率和被测梁振动频率之间有什么要求？2、请归纳直流电桥和交流电桥的特点?应变片小结：电阻应变式传感器从 1938年开始使用到目前，仍然是当前称重测力的主要 工具，电阻应变式传感器最高精度可达万分之一甚至更高，电阻应变片、丝， 除直接用以测量机械、仪器及工程结构等的应变外，主要是与种种形式的弹性 体相配合，组成各种传感器和测试系统。如称重、压力、扭矩、位移、加速度 等传感器，常见的应用场合如各种商用电子称、皮带称、吊钩称、高炉配料系 统、汽车衡、轨道衡等。附移相器和相敏检波器电路原理图-15V Q相敏衿波器图5-7相敏检波器的电路原理

38、图实验六梁的固有频率测定实验、实验目的1、了解构件正弦激振实验的基本方法。2、了解压电传感器测量振动的原理和方法。3、了解构件一阶固有频率的测定方法。1、实验仪器电磁CSY2000型传感器与检测技术实验台：振动台、低频信号发生器， 激振器，直流电源，压电传感器、检波、移相、低通滤波器模板、压电式传 感器实验模板。毫伏表，双踪示波器。三、实验原理具有粘性阻尼单自由度系统，强迫振动下的基本关系运动微分方程式mx(t) cx(t) kx(t)二 f (t) 对正弦激振法 f (t)二 F sin t 则有：mx(t) cx(t) kx(t)二 F sin t 该微分方程的稳定解为：x(t)二二sin

39、( t )F.其中M _ k，-2( 2 ?+ 2一 I国n丿2 =-arctg匕1- 2n丿Kc-n系统固有频率，-系统阻尼率mJ2km以 为参数得 - 和一 的关系分别如图6-1所示:从图可知，在川=伽 附近X出现峰值，当频率有微小2增减时，振幅X都有明显减小，这称共振现象。通过正弦激励法作出梁的X3曲线，振幅峰值较大的点即为梁的一阶固有频率。在共振点前后相位发生急剧变化，当阻尼率 ：=0时，理论上振幅 值等于无穷大。当增加时，振幅峰值明显减小。所以，可根据频响曲线按下式近似求得：2. n，其中=见图6-2 :压电式传感器由惯性质量块和受压的压电片等组成。（观察实验用压电加速度计结构）工作

40、时传感器感受与试件相同频率的振动，质量块便有正比于加 速度的交变力作用在晶片上，由于压电效应，压电晶片上产生正比于运动加速 度的表面电荷，经电荷放大器放大转换成电压信号输出。四、实验步骤：1、按图6-3连接测试系统图6-3梁的固有频率测试系统图低频信号发生器输出接振动源，压电加速度计的输出接电荷放大模块，电荷放 大模块的输出接毫伏表。压电放大模块电路图如图6-4。2、接通仪器电源，逐渐加大低频信号源的输出，使得毫伏表的输出电压约为10mv。3、由低向高逐渐改变信号发生器的频率（注意在各频率下，稍停一会儿，以。记入便构件进入稳定状态，并记下毫伏表相应的电压值（正比于振动幅值）表格6-1。a、频率

41、范围为 2HZ 20HZ。b、每次频率间隔，视电压变化而定，示值变化缓慢频率间隔可大，示值变化急剧时，应缩小间隔。c、 当f超过8HZ时，为便于读数，应将毫伏表电压档置于30mv档。d、在第一阶峰值处，要仔细扫频，找出振幅（电压）最大的频率，可 近似作为一阶的固有频率。11 接主控粗电源输出接低通滤波器图6-4 电荷放大模块接线图五、实验数据记录及处理：1、将实验数据填入表格 6-1。2、 作出梁的频响曲线。见图6-5 :3、由频响曲线确定梁的一阶固有频率为：)Hz ,表格6-1 :i-L-r 1-2TJL*-I *B r L B iulu 1IT J Iy-iiJ IJ_T 1r*L厂Hr-

42、l LI L d rTJL频率(Hz)23456 7 S 9 10 12 1416 lg 201 i _T春-I T激振频率f (HZ)2456789振幅X ( mv)激振频率f (HZ)10111213141516振幅X ( mv)激振频率f (HZ)17181920振幅X ( mv)图6-5 梁的频响曲线实验七 传感器应用 转速测量实验一、实验目的1、了解霍尔转速传感器的应用。2、了解磁电式测量转速的原理。3、了解光电转速传感器测量转速的原理及方法。4、比较各种转度测量的优缺点，提高学生综合运用知识解决实际问题的 能力。二、实验仪器CSY 2000 型传感器与检测技术实验台：霍尔转速传感器

43、、磁电式速度 传感器、光电转速传感器、直流源 5V 、转动源 2 24V 、转动源单元、数 显单元的转速显示部分。三、实验原理1、 对于霍尔传感器，利用霍尔效应表达式：Uh= KhIB，当被测圆盘上装 上 N 只磁性体时，圆盘每转一周磁场就变化 N 次。每转一周霍尔电势就同频 率相应变化，输出电势通过放大、整形和计数电路就可以测量被测旋转物的转速。2、 对于磁电传感器，基于电磁感应原理， N 匝线圈所在磁场的磁通变化 时，线圈中感应电势发生变化， 因此当转盘上嵌入 N 个磁棒时，每转一周线圈 感应电势产生 N 次的变化，通过放大、整形和计数等电路即可以测量转速。3、对于光电式转速传感器有反射型

44、和透射型二种，本实验装置是透射型 的，传感器端部有发光管和光电池，发光管发出的光源在转盘上反射后由光电 池接受转换成电信号，由于转盘上有相间的 16 个间隔，转动时将获得与转速 及黑白间隔数有关的脉冲，将电脉计数处理即可得到转速值。四、实验步骤1、电机转盘平台根据图7 - 1，将霍尔转速传感器装于传感器支架上，探头对准反射面内 的磁钢。支持架工作平台2*3mm电机霍尔.磁电光电图5-4霍尔、光电、磁电转速传感器安装示意图2、 将5V直流源加于霍尔转速传感器的电源端（1号接线端）。3、 将霍尔转速传感器输出端（2号接线端）插入数显单元 Fin端，3号接线 端接地。4、将转速调节中的+ 2V 24V转速电源接入三源板的转动电源插孔中。合 上主控箱电开关，使转速电机带动转盘旋转。5、将数显单元上的开关拨到转速档。调节电压（每隔2V ）,使转动速度变化，用电压表记录电压值，观察数显表转速显示的变化，并记录电压值和转速值。6、关闭电源，根据图 7 1,将磁电转速传感器装于传感器支架上，探头对 准反射面内的磁钢。7、 启动电源，重复步骤 2, 3, 4, 5。8、关闭电源，根据图 7 1,将光电转速