机械工程测试技术基础-机械测试大作业

..精品精品.精品HarbinInstituteofTechnology课程大作业说明书课程名称：机械工程测试技术基础 设计题目：测试技术与仪器大作业 院系： 班级： 设计者： 学号： 指导教师： 设计时间： 2014/05/06哈尔滨工业大学..精品精品.精品题目一信号的分析与系统特性题目：写出下列信号中的一种信号的数学表达通式，求取其信号的幅频谱图（单边谱和双边谱）和相频谱图，若将此信号输入给特性为传递函数为的系统，试讨论信号参数的取值，使得输出信号的失真小。名称、、波形图三角波0.005，0.010.015，0.02等T0tT0/2AT0tT0/2A0教师指定作业要求（1）要求学生利用第1章所学知识，求解信号的幅频谱和相频谱，并画图表示出来。（2）分析其频率成分分布情况。教师可以设定信号周期及幅值，每个学生的取值不同，避免重复。（3）利用第2章所学内容，画出表中所给出的系统的伯德图，教师设定时间常数或阻尼比和固有频率的取值，每个同学取值不同，避免重复。（4）对比2、3图分析将2所分析的信号作为输入，输入给3所分析的系统，求解其输出的表达式，并且讨论信号的失真情况（幅值失真与相位失真）若想减小失真，应如何调整系统的参数。..精品精品.精品解：求解周期性三角波的傅里叶函数。在一个周期中，三角波可以表示为：x常值分量a余弦分量幅值：a正弦分量幅值：b相频谱：φ所以x取：A=则：ω所以x（1）利用matlab画出三角波函数的幅频谱如下：双边谱：单边谱：..精品精品.精品-利用matlab画出三角波函数的相频谱如下：（2）由信号的傅里叶级数形式及其频谱图可以看出，三角波是由一系列正弦波叠加而成，正弦波的频率由到3，5……，其幅值由8Aπ2,到8A9（3）当时，利用matlab画出的bode图如下：当，利用matlab画出的bode图如下：（在这里，假定ωn=40不变，改变阻尼比..精品精品.精品(4)当时，对于该输入信号可以对每一项单独计算系统输出相应，然后相加即可。由前知：x对于每一个频率成分，一阶系统的响应为：式中，，由于T0=2π对于，=，3，5…，即ω=1,3,5，⋯。，A=8AA'π2,8AA'9Aw0.10.50.7077.9607.1556.53230.8510.4930.37950.2860.1190.087（°)w0.10.50.707..精品精品.精品-5.7106-26.5651-35.26033-16.700-56.3099-64.75735-26.5651-68.1986-74.2046当，对于该输入信号可以对每一项单独计算系统输出相应，然后相加即可。对于每一个频率成分，二阶系统的响应为：，是系统在阻尼比为时（）做有阻尼振荡时的圆频率 当时，利用matlab中simulink进行仿真得到如下输出响应：由结果知：为了实现近似不失真，要求。下图绘制出了在不同的时间常数下一阶系统对于不同的ω下幅值和相位被放大和滞后的变化趋势。..精品精品.精品当时，利用matlab中simulink进行仿真利用仿真数据，得到如下输出响应：由结果知：为了实现近似不失真，阻尼比，输入信号中不可忽视的最高频率应小于，以使A(w)=A尽量接近。下图绘制出了在不同的ωn下二阶系统对于不同的ω..精品精品.精品参考文献邵东向.李良主编机械工程材料测试基础.哈尔滨工业大学出版社.2003年..精品精品.精品题目二传感器综合运用题目：如图所示的工件，根据图中所示测量要求，选用适合的传感器，设计相应的测量方案。2）工件如图所示，要求测量出工件的刚度值，在力F的作用下头部将产生偏角（约3度）。力的大小为300N，选择力传感器，及位移传感器，设计测量方案。作业提示：高精度的角度测量比较难，可以转换为线位移测量。FθFθ作业要求（1）学生选题可以多人选一题，但是要求独立完成作业内容。同一测量对象，可以有多种测量方法，可以用不同传感器。（2）根据被测物理量选用适合的传感器系列；例如尺寸量测量传感器，电阻应变式传感器，电感式传感器，电容传感器，磁电传感器、CCD图像传感器等等。（3）分析所给任务的测量精度，并根据精度指标初选适合该精度的传感器系列；测量精度一般根据被测量的公差带利用的是误差不等式来确定，例如公差带达到10时测量精度一般应达到公差带的1/5，即小于2。满足此精度的传感器有电阻应变式传感器，电感式传感器等，但考虑精度的同时还要考虑量程等其它方面的因素，参考第3章传感器的选用原则一节。（4）测量方法是确定成败的，好的测量方法可以充分发挥传感器的性能。学生要根据被测量的特点及题目要求，综合考虑测量方便，适合于批量测量的特点，确定合理的测量方案，并画出测量方案简图，可以配必要的文字说明。..精品精品.精品·设计说明书测试要求根据题目的测试要求，传感器需要测量两个物理量：①施加在头部的作用力F（300N左右）；②头部在力F下的角度变形。由于高精度的角度测量比较难，可将其转换为线位移测量。根据刚度公式：K=可得测量工件的刚度。式中：K为工件的刚度；F为施加在工件上的作用力；y为在力F作用下的位移；根据上式，测定刚度的方式有两种，一种是在恒力的作用下测定工件头部的变形量；一种是在一定变形量的作用下测定力的大小。对于后种方法，需要控制工件的位移量一定，这是比较困难的。对于前种方法，给工件施加一定大小的力是比较容易做到的，只需要测定该力的作用下位移的大小即可。因此，采用第一种测定刚度的方法。传感器的选用2.1测力传感器-根据参考文献1的表3-1知，测力传感器包括机械式的弹性压力计，电磁及光电子式的电感、压磁和电阻应变片式的测力传感器。考虑到测量精度和测量成本，选择拉压力传感器。查询了一些拉压式传感器的特性，选择了下面一款传感器，其参数和外形尺寸如下图：..精品精品.精品2.2位移传感器在头部的力作用下，头部发生的角度位移约为3度，因此头部对应的线位移为：ε=根据测试系统的位移大小，我们应该近尽量使测量器件工作在线形区域内，测试量程应该稍大一些。根据参考文献1的表3-1，可以采用电感式位移传感器或者电容式传感器。查询了一些传感器的特性，选择了下面一款传感器，其参数和外如下图：..精品精品.精品控制系统为了保证施加的力为300N,采用力传感器测量施力测头所施加给工件的力，并将其反馈给控制器，根据反馈在对施加的力进行调节，相关的伺服控制系统如下：夹具设计及工件测量设置为了便于批量的测量，因此我们需要设计一套专用夹具装置来进行工件的夹持，同时，对测量方法进行设计。由于我们在测量时多