机专业测试技术试验指导书

1、实验一  信号的频域描述一、实验目的1、  用同时分析法观测50Hz非正弦周期信号的频谱，并与其傅利叶级数各项的频率与系数作比较。2、  观测基波和其各次谐波的合成。二、实验原理1、一个非正弦周期信号可以用一系列频率成整数倍的正弦函数来表示，其中与非正弦具有相同频率的成分称为基波或一次谐波，其它成分则根据其频率为基波频率的整数倍而被称为2、3、n次谐波，其幅度将随谐波次数的增加而减小，直至无穷小。2、不同频率的谐波可以合成一个非正弦周期波，反过来，一个非正弦周期波也可以分解为无限个不同频率的谐波成分。3、  一个非正弦周期函数可用傅利叶级数来表示，级数各

2、项系数之间的关系可用各个频谱来表示，不同的非正弦周期函数具有不同的频谱图，各种不同的波形及其傅利叶级数表达式如下表            1、  方波2、  全波 三、实验设备序号名称型号与规格数量备注1双踪示波器1自备2信号分解与合成电路1RTXH-1或RTXH-2面包箱或RTXH01四、预习要求在做实验之前必须认真复习教材中关于周期性信号傅利叶级数分解的有关内容。五、实验内容及步骤1、合上船型开关，示波器接50Hz非正弦信号的输出，通过调节波形选择开关

3、来看8种50Hz非正弦信号的波形。2、  调节波段开关，使其输出50 Hz的方波信号，调节幅值电位器，使其输出峰值为2V ，并将其接到信号分解实验模块的输入端，观测各次谐波的频率和幅值，并记录下来。      频率（Hz）fo3fo5fo7fo幅值 (V) 3、  将分解所得的基波和其它各奇次谐波分量接至加法器的相应输入端，观测加法器的输出波形，并描绘其图形。4、  调节波段开关，使其输出50 Hz的全波信号，调节幅值电位器，使其输出峰值为2V ，并将其接到信号分解实验模块的输入端，观测各次谐波的频率和幅

4、值，并记录下来。     频率（Hz）DC2fo4fo6fo幅值 (V)5、  将全波分解所得的直流分量和其它各偶次谐波分量接至加法器的相应输入端，观测加法器的输出波形，并描绘其图形。六、思考题1、  理论合成的波形与实验观测到的合成波形之间误差产生的原因。七、实验报告1、  根据实验所得的实验数据，在同一坐标纸上绘制方波及其分解后得到的基波和各奇次谐波的波形，并画出其频谱图。2、  将所得的基波和各次谐波的合成波形绘制坐标纸上，并比较一下合成的图形与原波形之间的误差。 3、  根据实验所得的实验数据，在

5、同一坐标纸上绘制全波及其分解后得的直流分量和各偶次谐波的波形，画出其频谱图。4、  将所得的直流分量和各次谐波的合成波形绘制在坐标纸上，并比较一下合成的图形与原波形之间的误差。 实验二 电阻式传感器试验一、实验目的：了解金属箔式应变片，单臂单桥的工作原理和工作情况。二、所需单元及部件：直流稳压电源、电桥、差动放大器、双平行梁测微头、一片应变片、F/V表、主、副电源。三、旋钮初始位置：直流稳压电源打倒±2V档，F/V表打到2V档，差动放大增益最大。四、实验步骤：1、了解所需单元、部件在实验仪上的所在位置，观察梁上的应变片，应变片为棕色衬底箔式结构小方薄片。上下二片梁的外表面各

6、贴二片受力应变片和一片补偿应变片，测微头在双平行梁前面的支座上，可以上、下、前、后、左、右调节。2、将差动放大器调零：用连线将差动放大器的正（）、负（）、地短接。将差动放大器的输出端与FV表的输入插口Vi 相连；开启主、副电源；调节差动放大器的增益到最大位置，然后调整差动放大器的调零旋钮使FV表显示为零，关闭主、副电源。3、根据图接线R1、R2、R3为电桥单元的固定电阻。R4为应变片；将稳压电源的切换开关置±4V档，FV表置20V档。调节测微头脱离双平行梁，开启主、副电源，调节电桥平衡网络中的W1，使FV表显示为零，然后将FV表置2V档，再调电桥W1（慢慢地调），使FV表显示为零。

7、图4、将测微头转动到10mm刻度附近，安装到双平等梁的自由端（与自由端磁钢吸合），调节测微头支柱的高度（梁的自由端跟随变化）使FV表显示最小，再旋动测微头，使FV表显示为零（细调零），这时的测微头刻度为零位的相应刻度。5、往下或往上旋动测微头，使梁的自由端产生位移记下FV表显示的值。建议每旋动测微头一周即X0.5mm记一个数值填入下表：位移（mm）电压（mv）6、根据所得结果计算灵敏度SVX（式中X为梁的自由端位移变化，V为相应FV表显示的电压相应变化）。7、实验完毕，关闭主、副电源，所有旋钮转到初始位置。五、注意事项：1、电桥上端虚线所示的四个电阻实际上并不存在，仅作为一标记，让学生组桥容易

8、。2、做此实验时应将低频振荡器的幅度关至最小，以减小其对直流电桥的影响。3、要求实验报告应根据纪录数据，在坐标纸上画出输入输出特性曲线，并分析传感器静态特性。实验三 差动变压器（电感式传感器）一、实验目的：了解差动变压器原理及工作情况。二、所需单元及部件：音频振荡器、测微头、示波器、主、副电源、差动变压器、振动平台。三、有关旋钮初始位置：音频振荡器之间，双线示波器第一通道灵敏度500mv/div ,第二通道灵敏度10mv/div，触发选择打到第一通道，主、副电源关闭。四、实验步骤：1、根据图2接线，将差动变压器、音频振荡器（必须LV输出）、双线示波器连接起来，组成一个测量线路。开启主、副电源，

9、将示波器探头分别接至差动变压器的输入端和输出端，观察差动变压器源边线圈音频振荡器激励信号峰峰值为2V。图22、转动测微头使测微头与振动平台吸合。再向上转动测微头mm，使振动平台往上位移。3、往下旋动测微头，使振动平台产生位移。每位移0.2mm，用示波器读出差动变压器输出端的峰峰值填入下表，根据所得数据计算灵敏度。（式中为电压变化，为相应振动平台的位移变化），作出关系曲线。（mm）5mm4.8mm4.6mm0.2mm0mm-0.2mm-4.8mm-5mmVo(p-p)五、思考：1、根据实验结果，指出线性范围。2、当差动变压器中磁棒的位置由上到下变化时，双线示波器观察到的波形相位会发生怎样的变化？

10、3、用测微头调节振动平台位置，使示波器上观察到的差动变压器的输出端信号为最小，这个最小电压称作什么？由于什么原因造成？4、要求实验报告应根据纪录数据，在坐标纸上画出输入输出特性曲线，并分析传感器静态特性。实验四 滤波器的特性一、实验目的1、  了解 RC无源和有源滤波器的种类、基本结构及特性2、  分析和对比无源和有源滤波器的滤波特性二、原理说明滤波器是对输入信号的频率具有选择性的一个二端口网络，它允许某些频率（通常是某个频带范围）的信号通过，而其它频率的信号受到衰减或抑制，这些网络可以由RLC元件或RC元件构成的无源滤波器，也可以由RC元件和有源器件构成的有源滤波器，滤波

11、器可分为低通滤波器（LPF）、高通滤波器（HPF）、带通滤波器（BPF）和带阻滤波器（BEF）四种1、  低通滤波器低通滤波器是指低频信号能通过而高频信号不能通过的滤波器，图1（a）、（b）即为典型的二阶无源和有源滤波器原理图图1 （a）无源低通滤波器 (b)有源低通滤波器2、  高通滤波器只要将低通滤波器滤波网络中的电阻、电容互换即可变成高通滤波器，如图2（a）、（b）所示,高通滤波器的性能与低通滤波器相反，其频率响应和低通滤波器是“镜像”关系。 图2 (a) 无源高通滤波器       &#

12、160;                (b) 有源高通滤波器3、  带阻滤波器带阻滤波器是在一定的频率范围内信号不能通过（或受到很大的衰减），而在其它范围内信号都能顺利通过。常用在抗干扰设备中。典型原理图为3（a）、(b)所示图3（a）无源带阻滤波器            (b) 有源带阻滤波器4、  带通滤波器这种滤波电路的

13、作用是只允许在一定通频带范围内的信号通过，而比通频带下限频率低或比上限频率高的信号都被阻断。典型电路的原理图如4(a)、(b)所示图4 (a) 无源带通滤波器                        (b) 有源带通滤波器三、实验设备序号名称型号与规格数量备注1函数信号发生器1RTXH-2扫频电源或自备2双踪示波器1自备3滤波器电路1RTXH-1或RTXH-2面

14、包箱或RTXH01四、实验内容及步骤（1）二阶低通滤波器无源低通滤波器首先计算其中心频率。实验电路如图1(a)所示，函数信号发生器输出端接二阶低通滤波器的输入端，调节信号发生器，令其输出为U1=1V的正弦波，改变频率，使其在中心频率左侧和右侧变化,并维持U1=1V不变，测量输出电压U2,记入表1-1(a)中。表 1-1（a）f(Hz)U2(V)、有源低通滤波器实验电路如图1(b)所示重复上面的实验步骤，记入表1-1(b)中表 1-1（b）f(Hz)U2(V)（2）二阶高通滤波器实验电路如图2（a）、（b）,重复上面 二阶低通滤波器的操作，并记录实验数据，数据表格自拟。（3）二阶带阻滤波器实验电路如图3（a）、（b）,重复上面 二阶低通滤波器的操作，并记录实验数据，数据表格自拟。（4）二阶带通滤波器实验电路如图4（a）、（b）,重复上面 二阶低通滤波器的操作，并记录实验数据，数据表格自拟。五、预习要求1、为使实验能顺利进行，做到心中有数，课前对教材的相关内容和实验原理、目的与要求、步骤和方法要作充分的预习。2、推导各类无源和有源滤波器的频率特性，并据此分别画出滤波器的幅频特性曲线。3、预期在方波激励下，各类