测试技术试验指导书

吉林工程技术师范学院

测试技术试验指导书

主编：孙艳红张晓奇

主审：周广文

机电工程学院

2009年5月

目录

前言.................................................................1

试验I典型信号虚拟发生器.............................................4

试验2典型信号的频谱分析.............................................6

试验3周期信号波形的合成和分解.......................................9

试验4典型信号的相关分析和功率谱分析................................11

试验5信号的调制与解调.............................................14

试验6巴特沃斯滤波器................................................18

试验7信号采样定理..................................................21

试验8测试系统静态性能测量与系统标定..............................24

试验9测试系统动态性能测量.........................................26

试验10金属箔式应变计性能——应变电桥.............................28

试验11电涡流开关物体检测..........................................30

试验12光电传感器转速测量..........................................33

试验13霍尔传感器速度测量..........................................35

试验14力传感器称重................................................37

试验15典型信号的虚拟仿真信号发生器的设计.........................39

试验16典型信号的自相关分析仪的设计...............................41

试验17典型信号的频谱分析仪的设计..................................43

试验18某工程信号的综合分析系统....................................45

、八.、一

刖S

测试技术是具有试验性质的测量技术，与计算机技术、自动限制技术、通信

技术构成完整的信息技术学科，主要探讨各种物理量的测量原理和测量信号的分

析处理方法,是进行各种科学试验探讨和生产过程参数检测等必不行少的手段。

随着现代信息技术的不断发展，机械工程测试作为一门与之亲密相关的课程，其

重要性是不言而喻的，这是一门以算法为核心的理论性、工程好用性均较强的课

程。但由于目前关于信号处理的有关书籍大都是只讲解算法和推导过程,而与工

程实际联系很少，这使得书中所涉及的有关概念比较抽象，再加上教学方法和手

段的单一以及试验条件的限制，长期以来使该课程始终处于“难教难学”的一种

境地，学生很难把竹中所讲的数学函数与实际的波形联系起来,给学习带来了很

大的困难,大大降低了学生的学习主动性,影响了本课程的教学效果。因此，如何

有效的理论联系实际，亮高教学质量和教学效果始终以来是该课程教学中思索和

探究的问题。而计算机仿真技术的发展对机械工程测试的教学带来了新的思路,

尤其是将虚拟仪器引入教学过程具有重要的意义，为该课程试验教学的改革供应

了强有力的支持。

一.虚拟仪器与LabVIEW软件简介

虚拟仪器是1986年美国国家仪器公司(NationalInstrument,即NI公司)首

先提出的,是指通过程序编制将通用计算机与数量有限的功能板卡相结合所构成

的功能敏捷、模块化、操作便利且可视化的软件系统。用户可以依据自己的习惯

利用虚拟仪器系统来完成相应的限制、数据分析、存储和显示等操作。LabVIEW

(LaboratoryVirtualInstrumentEngineeringWorkBench)是NI公司开发

的、采纳图形化程序语言一一G语言，通过各功能图标间的逻辑连接实现程序功

能的图形化程序设计软件,是虚拟仪器的主要支持技术之一。该软件供应了敏捷

强大的函数库，在数据处理限制方面有动态连接库、共享库、数字信号处理和产

生、频谱分析、滤波、平滑窗口、概率统计等VI。LabVIEW.也供应了大量的通过

ActiveX等与外部代码或软件进行连接的功能。例如可以与C/C++、VC、VB>Matlab

等软件相连。

二.LabVIEW在机械工程测试试验教学中的应用

机械工程测试课程的主要教学内容包括信号时域波形的统计分析•、频域的频

谱和功率谱分析、时差域的相关分析等信号分析方法和信号的滤波、采样、截断、

调制与解调等信号的调理方法，以及信号发生、存储、显示等协助设计。试验项

目可分为验证性试验和综合性、设计性试验。

2.1验证性虚拟试验系统设计

机械工程测试课程的验证性试验是针对基础理论的模拟再现而设置的试验

项目，涵盖了典型信号发生器、信号表述及分析处理的各种基本的方式方法。本

文针对上述试验要求设计了一套满意机械工程测试课程特点的虚拟测试试验系

统，其结构如图1所示，该试验系统充分体现了虚拟仪器技术在机械工程测试试

验教学中的巨大优势。

虚拟测试试验系统

信

信

信

号

号

号

调

发

分

理

生

析

器

统

波

相

频

功

自

形

计

谱

互

率

相

分

分

分

关

谱

关

析

析

析

分

分

分

析

析

析

图1虚拟测试试验系统总体结构图

2.2LabVIEW在综合性、设计性虚拟测试试验中的应用

综合性、设计性试验主要体现机械工程测试技术的工程实际应用价值，依据

实际测试信号的特点由学生综合运用所学的测试学问，自行设计完成对信号的分

析处理.，来提取反映被测对象状态和特征的明确信息。LabVTEW在综合性、设计

性虚拟试验项目中的应用更加广泛，在娴熟驾驭LabVIEW软件运用技巧的前提

下，学生可以以工程实际应用为例，自主设计工程实际测试信号采集和处理系统,

从而综合考查学生对机械工程测试技术的驾驭程度和运用实力。

试验1典型信号虚拟发生器

一.试验要求

在理论学习的基础上，通过本试验熟识正弦波、方波、三角波、锯齿波和随

机信号等几种典型信号的波形和参数特征，熟识信号的时域波形变更趋势。

二.试验原理提示

本试验利用虚拟试验平台来仿真生成正弦波、方波、三角波、锯齿波和随机

信号几种典型信号波形，试验结果利用虚拟示波器用时域波形方式在计算机上显

示出来，也可以通过打印机打印出来。同时可以随机变换信号的参数，视察信号

的幅值、频率、相位等主要信息，并分析采样频率和采样点数等对信号波形的影

响。

三.试验仪器和设备

计算机1台，虚拟试验平台1套，打印机1台。

四.试验步骤及内容

1.打开虚拟试验三台中的“信号分析”脚本，进行信号仿真试验。

3

P

2

二

d

专

2.选择信号类型，输入相应的信号频率、相位、幅值和采样频率、采样点

数等信息，点击工具栏上的“运行”按钮，分析和视察信号波形，可以依据须要

更改波形显示方式，如数字量描述、模拟量描述、线性、颜色显示等。

3.重复试验2步骤，更换不用试验参数，视察性能参数对信号波形的影响。

4.重复试验2步骤，选择不同信号进行分析和性能比较。

五.试验结果

试验过程中，将试验结果记录在下表:

信号类型波形主要参数采样参数

六.试验报告要求

1.简述试验目的和原理。

2.分别整理出四种信号的波形及相应的特性参数，进行波形比较和分析。

试验2典型信号频谱分析

试验要求

1.在理论学习的基础上，通过本试验熟识典型信号的波形和频谱特征，并能

够从信号频谱中读取所需的信息。

2.了解信号频谱分析的基本方法及仪器设备。

二.试验原理提示

I.典型信号及其频谱分析的作用

正弦波、方波、三角波和锯齿波和指数信号是实际工程测试中常见的典型信

号，这些信号时域、频域之间的关系很明确，并且都具有肯定的特性，通过对这

些典型信号的频谱进行分析,对驾驭信号的特性,熟识信号的分析方法大有好处,

并且这些典型信号也口］以作为实际_L程信号分析时的参照资料。本试验利用虚拟

仪器平台可以很便利的对上述典型信号作频谱分析。

2.频谱分析的方法及设备

信号的频谱可分为幅值谱、相位谱、实频谱、虚频谱等等。对信号作频谱分

析的设备主要是频谱分析仪，它把信号按数学关系作为频率的函数显示出来，其

工作方式有模拟式和数字式二种。模拟式频谱分析仪以模拟滤波器为基础，从信

号中选出各个频率成分的量值；数字式频谱分析仪以数字滤波器或快速傅立叶变

换为基础，实现信号的时-频关系转换分析。

傅立叶变换是信号频谱分析中常用的一个工具，它把一些困难的信号分解为

无穷多个相互之间具有肯定关系的正弦信号之和，并通过对各个正弦信号的探讨

来了解困难信号的频率成分和幅值。

信号频谱分析是采纳傅立叶变换将时域信号K⑴变换为频域信号X⑴，从而

帮助人们从另一个角度来了解信号的特征。时域信号x⑴的傅氏变换为：

X5=广式加华次成

式中：X⑴为信号的频域表示，x⑴为信号的时域表示，f为频率。

本试验利用虚拟频谱分析仪来对信号进行频谱分析。由虚拟信号发生器产

生一个典型波形的电压信号，用频谱分析仪对该信号进行频谱分析，得到频谱特

性数据。分析结果用图形在计算机上显示出来，也可以通过打印机打印出来。

三.试验仪器和设备

计算机若干台，虚以试验平台1套，打印机1台。

四.试验步骤及内容

1.打开虚拟试验平台中的”典型信号频谱分析“脚本，进行信号频谱分析试验。

典型信号频谱分析仪

信号时域波形

信号选择

目三角波

□1—______

信号频率（也）来样频率（Hz）

-

采样点数幅值（V）

初相角（度）

a

p

n

二

I

d

J

2.点击”波形选择”按钮，选择信号，点击“O”运行按钮，分析和视察信

号波形和幅值谱以及实频谱和虚频谱特性。

3.重复试验2步骤，更换不用试验参数，视察性能参数对信号频谱的影响。

4.重复试验步骤2,完成各种典型信号的频谱分析。

五.试验结果

试验过程中，将试验结果记录在下表:

信号类型波形主要参数采样参数

六.试验报告要求

1.简述试验目的和原理。

2.按试验步骤整理出四种信号的时域和幅值谱特性图形，说明各信号频谱

的特点C

3.将分析结果与理论分析进行比照，说明实际分析结果与理论分析之间的

差异，并简要分析产生误差的缘由。

试验3周期信号波形的合成和分解

试验目的

1.加深了解信号分析手段之一的傅立叶变换的基本思想和物理意义。

2.视察和分析由两个频率、幅值成肯定关系的周期信号波形叠加的合成波形。

3.通过本试验熟识信号的合成原理，了解信号频谱的含义。

二.试验原理提示

按付立叶分析的原理，任何周期信号都可以月一组三角函数

{sin(27rnfbt),cos(2兀nfbt)}的组合表示：

x(t)=ao/2+ai*sin(2兀fbt)+bi*cos(27i%t)+a2*sin(47i%t)+b2*cos(4兀fbt)+

也就是说，我们可以用一组正弦波和余弦波来合成随意形态的周期信号。因

此，本试验以正弦波为例开展信号合成试验。

三.试睑仪器和设备

计算机若干台，虚拟试验平台1套,打印机1台

四.试睑步骤及内容

1.启动"正弦信号合成”试验脚本，进行该试验。

2.在“正弦信号合成”试验中分别输入两信号的频率和幅值，然后点击按

钮，视察两信号合成以后的波形变更，以及相关的频谱特性。

3.然后在两正弦信号的窗函数框中选择所需窗函数，视察加窗信号合成以后

的频谱变更。

4.随意变更两信号的频率、幅值以及窗函数，视察合成信号的时域波形及频

谱波形的变更。

5.重复以上试验步骤，选择不同信号进行分析和性能比较。

五.试验结果

试验过程中，将试脸结果记录在下表:

信号波形主要参数

信号1

信号2

合成信号

六.试验报告要求

1.简述试验目的及原理。

2.按试验步骤绘出某一参数下叠加合成的正弦波波形图，以及频谱图。

3.绘出某一参数下加窗处理后叠加合成的正弦波频谱图。

4.分析信号加窗的目的和作用。

七.思索题

1.幅值和频率本波形的叠加合成有何影响？

2.不同窗函数对信号合成的影响。

试验4典型信号的相关分析和功率谱分析

试验要求

1.在理论学习的基础上，通过本试验熟识信号的相关分析和功率谱函数的形

式。

2.巩固自相关函数的性质。

二.试验原理提示

相关分析：

相关是指客观事物变更量之间的相依关系，在统计学中是用相关系数来描述

两个变量x,y之间的相关性的，即：

多一西一｛用(工-出力理。-〃了］严,

式中：

Pxy是两个随机变量之积的数学期望，称之为协方差或相关性，表征了X、y

之间的关联程度；

枭、与分别为随机变量x、y的均方差，是随机变量波动量平方的数学期望。

假如所探讨的随机变量x,y是与时间有关的函数，即x(t)与y(t),这时可以引入

一个与时间T有关的量p.xy(T)＞称为相关系数，并有：

-汇)成

p*)=—区-------------r

［「一⑷力12y⑷成户

式中假定x(t)、y(。是不含直流重量(信号均值为零)的能量信号。分母部分是

一个常量，分子部分是时移工的函数，反映了二个信号在时移中的相关性，称为

相关函数。因此相关函数定义为：

勺(汇)=或R尸⑹=。＞(£)武”工)成

假如x(t)=y(t),则称

凡9）=勺⑴

为自相关函数,即：

段（7）=「x（Z）x（Z-T）dt

功率谱分析一一自相关分析的傅立叶变更。

本试验利用虚拟仪器来仿真生成信号及其自相关函数、功率谱函数，结果用

图形在计算机上显示出来，也可以通过打印机打印出来。

三.试验仪器和设备

计算机若干台，虚以试验平台1套，打印机1台。

四.试验步骤及内容

1.打开”自谱与自相关”脚本，进行仿真试验C

相关分析仪

信号参数信号波形

1-

信号频率（Hz）采样频率（Hz）e5

pO.

n

—卵-二0-

喂

与5

采样点数幅值（八

~乖-

Time

相位（度）信号自相关函数

T

p

n

二

自相关函数参数p

l

专

幅值平方（V）

IIIIIII

512.51517.52022.525

ITime

2.输入相应的信号频率、相位、幅值和采样频率、采样点数等信息，点击

“o”运行按钮，分析和视察信号自相关函数波形和功率谱函数波形。

3.重复试验2步骤，选择不同信号进行分析和性能比较。

五.试验结果

试验过程中，将试验结果记录在下表:

信号类型波形主要参数采样参数

六.试验报告要求

1.简述试验目的和原理。

2.绘制正弦波信号自相关函数曲线和功率谱函数曲线。

试验5信号的调制与解调

试验要求

1.在理论学习的基础上，通过本试验熟识调制和解调过程。

2、巩固调制和解调原理。

试验原理提示

调制：将一个高频信号（载波）与测试信号相乘，使载波信号的幅值随着测

试信号的变更而变更。

测试信号---->调制器-------►调幅波

Xm(t)Xm(f)

解调即调幅波再一次与载波相乘，经滤波所得。

调幅波

本试验利用虚拟状验平台上搭建的调制解调器来对信号进行复原处理，分

析结果用图形在计算机上显示出来，也可以通过打印机打印出来。

三.试验仪器和设备

计算机若干台，虚以试验平台1套，打印机1台。

四.试验步骤及内容

1.打开“调制与解调原理试验”脚本，进行仿真试验。

2.输入相应的低频和高频信号频率、幅值、相位和采样频率、采样点数以及

低截止频率等信息，分析和视察信号波形。

8

oG.g

二

081I

d

oa.，

02

五.试验结果

试验过程中，将试验结果记录在下表:

信号类型调制信号载波信号调幅波解调波形复原波形

主要参数

波形

频谱

六.试验报告要求

1.简述试验目的和原理。

2.绘制各阶段信号波形图。

试验6滤波器

一.试验目的

1.通过试验加深了解滤波在信号分析中的作用。

2.通过试验驾驭四种滤波器类型及各自的滤波特性。

二、试验原理提示

滤波器是一种选频装置，可以使信号中特定的频率成分通过，而极大地衰减

其它频率成分。在测试装置中，利用滤波器的这种选频作用，可以滤除干扰噪声

或进行频谱分析。

依据滤波器的选频作用分为：

1）低通滤波器

从。〜£频率之间，幅频特性平直，它可以使信号中低于£的频率成分几乎

不受衰减地通过，而高于£的频率成分受到极大地衰减9

2）高通滤波潜

与低通滤波相反，从频率工〜力，其幅频特性平直。它使信号中高于的

频率成分几乎不受衰减地通过，而低于£的频率成分将受到极大地衰减。

3）带通滤波器

它的通频带在工〜工，之间。它使信号中高于£而低于£的频率成分可以不

受衰减地通过，而其它成分受到衰减。

4）带阻滤波器

与带通滤波相反，阻带在频率£〜方之间。它使信号中高于£而低于£，的

频率成分受到衰减，其余频率成分的信号几乎不受衰减地通过。

带阻滤波器

三.试验仪器和设备

计算机若干台，虚次试验平台1套。

四.试验步骤及内容

1.打开”巴特沃斯滤波器”试验脚本，进行信号滤波分析试验。

数字谑波器

FrequencyResolution

Numberof

ExponentialAverages

UnitUnderTestmodeHI

HRfl1xerspeclflcaxior

PhaseResponse

To>ol^cy

r^Butter*orth

TypeOrder

:彳Bandpa。9F-

j

LoverFcUpperFc

J500.00

:旭00k

>BtippleSBAtteauati•1

3g8

STOP

X-Scal«

・LinearLogu-ithnic^

2.点击信号类型通道，选择滤波器类型，设置调整“高截止频率”和“低

截止频率”两个按钮，分析和视察信号的原有波形以及经过流波以后的波形。

3.重复试验2步骤，选择多种滤波器类型进行试验。

五.试验结果

将试验结果记录于下表中。

滤波器类型截止频率波形幅频谱相频谱滤波后波形

低通

高通

带通

带阻

连续信号

采样信号

离散信号

六.试验报告要求

1.简述试验目的和原理。

2.依据试验步骤整理试验结果，绘制相应波形曲线，并分析其结果。

试验8测试系统的静态性能测量与标定

一、试验要求

1、驾驭测试系统性能的静态评价指标；

2、了解系统静态性能的测量与标定方法。

二、试验原理

(1)灵敏度

当测试装置的输入x有一增量引起输出y发生相应的变更时，定义

S二△y/△x为该测试系统的灵敏度。

(2)非线性度

标定曲线与拟合直线的偏离程度就是非线性度。若在标称(全量程)输出范

围A内，标定曲线偏离拟合直线的最大偏差为B,则定义非线性度为

非线性度=(B/A)xlOO%

(3)回程误差

实际测试装置在输入量由小增大和由大减小的测试过程中，对应于同一个输

入量往往有不同的输出量。在同样的测试条件下，若在全量程输出范围内，对于

同一个输入量所得到的两个数值不同的输出量之间差值最大者为Mnax,则定义回

程误差为

回程误差=(hg/A)xlOO%

三.试验仪器和设备

计算机若干台，虚拟试验平台1套。

四.试验步骤及内容

1.打开“静态标定”试验脚本，进行试验。

2.选择标定次数，设置标定力值，进程等参数。

3.起先作图，视察曲线，并记录静态参数数值，绘制曲线。

五.试验结果

试验过程中，将试脸结果记录在下表:

标定次数波形灵敏度回程误差线性误差

六.试验报告要求

1.简述试验目的和原理。

2.依据试验步骤整理试验结果，绘制相应波形曲线，并分析其结果。

试验9测试装置动态性能分析与测量

一、试验要求

1、驾驭测试系统性能的动态评价指标及各种评价方法；

2、了解系统动态性能的分析方法。

二、试验原理

1、对一阶、二阶系统分别进行频率特性分析及各种激励信号作用下频率响

应分析。

2、实现不失真测量的条件

设有一个测试系统，其输出与输入x㈤满意关系

y(t)=AoX(t-to)

对上式做傅里叶变爽，则有为/皿/〈3人测试系统的输出波形不失真,

则其幅频特性和相频特性应分别满意

A(3)=AQ=常数0(3)=-3

A13)不等于常数时所引起的失真称为幅值失真，6(3)与3之间的非

线性关系所引起的失真称为相位失真。

三.试验仪器和设备

计算机若干台，虚拟试验平台1套。

四.试验步骤及内容

I.打开”无失真测试试验”试验脚本，进行试验。

一阶系统I二阶系统「

面有频率（fn=3n/2n）

（20Hz

阻尼叱（七）

而上1

频晌闻喊钝图也响应国数

幅

相频

e摩位酥雨嘀就

的

福图

实

麻领「单位阶跃晌应

乃

魁斯

「任意单位亦励的响应

'■"""上|激励类型|正丁浓一三］

Brfe

响中）盾.专激励频率丁

2.选择系统阶次，设置参数，选择分析类型，视察曲线，并分析结果。

3.起先作图，视察曲线，并记录静态参数数值，绘制曲线。

五.试验结果

试验过程中，将试脸结果记录在下表：

系统特性参数值Bode图Nyquist图随意激励响应

六.试验报告要求

1.简述试验目的和原理。

2.依据试验步骤整理试验结果，绘制相应波形曲线，并分析其结果。

试验10金属箔式应变计性能——应变电桥

一、试验要求

1、视察了解箔式应变片的结构及粘贴方式；

2、测试应变梁变形的应变输出：

3、比较各种桥路间的输出关系。

二、试验原理

本试验说明箔式应变片及其直流电桥的原理和工作状况。

应变片是最常见的测力传感元件。当用应变片测试时，应变片要坚固地粘贴

在测试体表面，测件受力发生变形，应变片的敏感栅伴同变形，其电阻值也随之

发生变更，通过测量电路，转换成电信号输出显示。

电桥电路是最常见的非电量测量电路中的一种，当电桥平衡时，桥路对着电

阻乘机相等，电桥输出为零,在桥臂四个电阻中，电阻的相对变更率分别为dRi/Ri,

dR2/R2,dR3/R3,dR〃R4,当运用一个应变片时，;吆,称为单臂半桥；当运

一居

用二个应变片时，»=吗,称为双臂半桥；当运用四个应变片组成两个差

号

动对工作时，2氏=萼，则称为全桥。

三、试验设备

直流稳压电源、应变式传感器试验模块、贴于主机工作台悬臂梁上的箔式应

变计、螺旋测微仪、数字电压表。

四、试验步骤

1、连接主机与模块电路电源连接线，差动放大器增益置于最大位置（顺时针

方向究竟），差动放大器输入端对地用试验线短路。输出端接电压表

2V档。开启主机电源，用调零电位器调整差动放大器输出电压为零，然后拔掉

试验线，调零后模块上的“增益”、“调零”电位器均不应变动。

2、视察帖于悬臂梁根部的应变计的位置和方向，按图将所需试验器件连接成

测试桥路，图中电阻分别为模块上的固定阻值标准电阻，图中每两个节之间可理

解为一根试验连线，留意连接方式，勿使直流激励电源短路。

将螺旋测微仪装于梁前端永久磁钢上，并调整测微仪使悬臂梁基本处于水平

位置。

3、确认接线无误后，开启主机，并预热数分钟，使电路工作趋于稳定。调整

模块上的WD电位器，使桥路输出为零。

4、用螺旋测微仪带动悬臂梁分别向上和向下位移各5mm,每位移1mm记录

一个输出电压值，并记录在下表。

位移mm

电压V

依据表中所测数据在坐标图上作出V-X曲线，计算灵敏度S=dV/dXo

5、在完成的试验基础上，依次将图中的固定电阻，换接应变计组成半桥、全

桥。重复试验步骤，完成测试试验。

6、在同一坐标上描出曲线，比较三种电桥的灵敏度，并做定性分析。

五.试验报告要求

1.简述试验目的和原理。

2.依据试验步骤整理试验结果，绘制相应波形曲线，并分析其结果。

试验11电涡流开关物体检测

一.试验目的

1.通过本试验熟识电涡流传感器的工作原理。

2.通过本试验了解和驾驭采纳LDG-12-A型电涡流传感渊进行铁磁性物体检

测试验的原理和方法。

二.试验原理

电涡流传感器是一种非接触式传感器，一般由探头、延长电缆、前置器构成

基本的工作系统（如图所示）。前置器中高频振荡电流通过延长电缆流入探头线

圈，在探头头部的线圈中产生交变的磁场。假如在这一交变磁场的有效范围内没

有金属材料靠近，则这一磁场能量会全部损失；当有被测金属体靠近这一磁场，

则在此金属表面产生感应电流，电磁学上称之为电涡流，与此同时该电涡流场也

产生一个方向与头部线圈方向相反的交变磁场，由于其反作用，使头部线圈高频

电流的幅度和相位得到变更（线圈的有效阻抗），这一变更与金属体磁导率、电

导率、线圈的几何形态、儿何尺寸、电流频率以及头部线圈到金属导体表面的距

离等参数有关。通常假定金属导体材质匀称且性能是线性和各项同性，则线圈和

金属导体系统的物理性质可由金属导体的电导率6、磁导率4、尺寸因子工、头部

体线圈与金属导体表面的距离D、电流强度I和频率0参数来描述。则线圈特征

阻抗可用Z=F（T,6,D,I,3）函数来表示。通常我们能做到限制T,6,1,0这几个

参数在肯定范围内不变，则线圈的特征阻抗Z就成为距离D的单值函数，虽然

它整个函数是一非线性的，其函数特征为“S”型曲线，但可以选取它近似为线性

的一段。于此，通过前置器电子线路的处理.，将线圈阻抗Z的变更，即头部体

线圈与金属导体的距离D的变更转化成电压或电流的变更。输出信号的大小随

探头到被测体表面之间的间距而变更，电涡流传感器就是依据这一原理实现龙金属

物体的位移、振动等参数的测量。

被测体

其工作过程是，当被测金属与探头之间的距离发生变更时。则探头中线圈

的Q值发生变更，Q值的变更引起振荡电压幅度的变更，这个随距离变更的振

荡电压经过检波、滤波、放大归一处理转化成电压（电流）变更。最终完成机械

位移（间隙）转换成电压（电流）。

由上所述，电涡流传感器工作系统中被测体可看作传感器的一半，即一个电

涡流位移传感器的性能与被测体有关。

三.试验仪器和设备

1.输送线试验台契（LCSX-12-A）1套

2.电涡流传感器（LDG-12-A）1套

3.数据采集仪（LDAQ-EPP2）1套

4.开关电源（LDY-A）1套

5.传感器支架（LZJ-A）若干

6.铁性试件若干

7.个人计算机n台

四.试验步骤及内容

1.铁磁性物体检测试验结构示意图如图所示，将电涡流传感器接入输送线

模块对应通道。

2.启动主机，运行限制主程序，开启数据采集仪电源，

3.假如计数值不为零，则点击其中的“复位啜钮将计数器清零，然后点击“起

先''按钮进行物件计数试验。

4.分别在输送线上放置铁块与塑料块，细致视察输出波形的跳变和物件计

数量间的关系，记录和分析试验结果。

五.试验报告要求

简述试验目的和原埋，分析并整埋试验测量结果。

六.思索题

1.该试验还可以采纳其它哪些传感器进行？

2.调整传感器的位置（与被测物体的距离）后，输出信号有何变更？与其工

作原理相符吗？

试验12光电传感器转速测量

试验目的

1.通过本试验了解和驾驭采纳光电传感器测量的原理和方法。

2.通过本试验了解和驾驭转速测量的基本方法。

二.试验原理

干脆测量电机转速的方法许多，可以采纳各种光电传感器，也可以采纳霍尔

元件。本试验采纳光电传感曙来测量电机的转速。

由于光电测量方法敏捷多样，可测参数众多，一般状况下又具有非接触、高

精度、高辨别率、高牢靠性和相应快等优点，加之激光光源、光栅、光学码盘、

CCD器件、光导纤维等的相继出现和胜利应用，使得光电传感器在检测和限制

领域得到了广泛的应用。光电传感器在工业上的应用可归纳为汲取式、遮光式、

反射式、辐射式四种基本形式。

三.试验仪器和设备

1.计算机n台

2.虚拟试验平台1套

3.并口数据采集仪(LDAQ-EPP2)1台

4.开关电源(LDY-A)1台

5.光电转速传感器(LHYF-12-A)1套

6.转子/振动试验台(LZS-A)/(LZD-A)1台

四.试验步骤及内容

1.光电传感器转速测量试验结构示意图如图所示，按图示结构连接试验

设备，其中光电转速传感器接入数据采集仪5通道。

2.启动主机，运行限制主程序，开启数据采集仪电源，起先测试。

3.在电机转子侧面上贴上反光纸，将光电传感器探头对准反光纸，调整传

感器后面的灵敏度旋钮至传感器对反光纸敏感，对其它部位不敏感，然后启动试

验台，调整转速旋钮使电机达到某一稳定转速。

4.设定合适的门限值，点击面板中的“开关”按钮进行测量，视察并记录测量

的转速值，调整传感器的位置，同时视察检测到的转速波形和传感器位置之诃的

关系，并分析由此带来的测量误差。

5.调整电机转速至另一稳定转速，再次进行测量。

五.试验报告要求

1.简述试验目的和原理，依据试验原理和要求整理试验设计原理图。

2.依据试验步骤分析并整理转速测量结果。

六.思索题

1.转速测量还可以采纳其它那些传感器进行？

2.采纳光电传感器测量转速的精度如何，怎样保证测量的精确性？

试验13霍尔传感器传输速度测量

一.试验目的

1.通过本试验熟识霍尔传感器的工作原理。

2.通过本试验了解和驾驭采纳LHG-5-A型霍尔传感器进行转速测量试验

原理和方法。

二.试验原理

霍尔传感器是利用霍尔效应来工作的一类传感器的总称。霍尔效应的产生是

由于运动电荷受磁场中洛伦兹力作用的结果。霍尔元件具有对磁场敏感，结构简

洁、体积小、频响宽、动态范围大（输出电势的变更大）、无活动部件、运用寿命

长等优点，因此在测量技术、自动化技术等方面有着广泛的应用。

利用霍尔输出正比于限制电流和磁感应强度乘积的关系，可分别使其中一个

量保持不变，另一个量作为变量；或两者都作为变量。因此，霍尔元件大致可分

为三种类型的应用。例如，当保持元件的限制电流恒定，而使元件所感受的磁场

因元件与磁场的相对位置、角度的变更而变更时.，元件的输出正比于磁感应强度,

这方面的应用有测量恒定和交变磁场的高斯计等。当元件的限制电流和磁感应强

度都作为变量时，元件的输出与两者乘积成正比，这方面的应用有乘法器、功率

计等。

霍尔元件也可以用来测量旋转体转速。利用霍尔元件测量转速的方案许多。

其一是将永久磁铁装在旋转体上，霍尔元件装在永久磁铁旁，相隔1mm左右。

当永久磁铁通过霍尔元件时，霍尔元件输出一个电脉冲（如图23.1所示）。由林冲

信号的频率便可得到转速值。其二是将永久磁铁装在靠近带齿旋转体的侧面，磁

铁N极与S极的距离等于齿距。霍尔元件粘贴在磁极的端面。齿轮每转过一个

齿，霍尔元件便输出一个电脉冲，测定脉冲信号的频率便可得到转速值。本试验

利用LHG-5-A型霍尔传感器采纳第一种方案来进行速度测量。

三.试验仪器和设备

1.输送线试验台架(LCSX-12-A)I套

2.霍尔传感器(LHG-5-A)1套

3.数据采集仪(IDAQ-F.PP2)1套

4.开关电源(LDY-A)1套

5.传感器支架(LZJ-A)1套

6.个人计算机n台

四.试验步骤及内容

1.输送线传输速度测量试验结构如图23.2麻示，将LHG-5-A型霍尔传感器

接入输送线模块对应通道。

2.启动主机，运行限制主程序，开启数据采集仪电源，起先测试。

3.点击“起先”按钮运行，假如显示波形没有出现近似矩形波，并且相关的

速度测量是无效的，请调整脉冲计数门限，直到出现正常的波形为止。

试验14力传感器称重

一.试验目的

通过本试验了解和驾驭力传感器的测量原理和方法。

力传感器工作原理简介

电阻应变计是利用物体线性长度发生变形时其阻值会发生变更的原理制成

的，其电阻丝一般用康铜材料，它具有高稳定性及良好的温度、蠕变补偿性能。

测量电路普遍采纳惠斯通电桥（如图所示），利用的是欧姆定律，测试输出量是

电压差。

口能

—JIMI

本试验采纳的电阻应变计采纳的是惠斯通全桥电路，当物料加到载物台后，

4个应变片会发生变形，产生电压输出，经采样后送到计算机由DRVI快速可重

组虚拟仪器平台软件处理。因为电桥在生产时有一些误差，不行能保证每一个电

桥的电阻阻值和斜率保持一样。所以，传感器在运用之前必须要经过线性校正，

这是由于计算机得到的是经过采样后的数字量，与真实质量之间是一种线性关

系，须要由标定来得到这个关系。

在试验中采纳的力，'专感器是LYB-5-A型应变力传感器具有精度高、复现性好

的特点。其外形见图。须要特殊强调的是：由于力传感器的过载实力有限（150%）,

所以，在实际运用过程中应尽量避开用力压传感器的头部或冲击传感器。否则，

极易导致传感器因过载而损坏！

三.试验仪器和设备

I.DRVI可重组虚拟试验开发平台1套

2.数据采集仪（LDAQ-EPP2）1套

3.开关电源（LDY-A）1套

4.称重台1个

四.试验步骤及内容

1.将称重台的传感器输出线与试验台上对应的接口相连。

2.首先进行传感密的标定：用标准祛码测定K,b值，取两个点（即分别用

两个不同的秩码），计算出K,b的值作为标定结果。详细操作过程为：点击面

板上的“运行”按钮，在载物台上放置一个标准祛码100克（或其他大小），然后

输入“100（或其他值）”到“试载参数xl”输入框中，然后点击“标定1”按钮记录

下第一点的值；变更法码的质量，比如300质量的祛码，输入“300倒”试我参数

x2”输入框中，然后点击“标定2”按钮记录下其次点的值；再点击“标定结果”按钮,

得到Kb标定值。

3.标定完毕，即可进行物体测量。将所测物体放在载物台上，然后点击“实

测质量”按钮，得到被测物体质量值。再变更质量块的大小，视察和分析计算结

果。

五.留意事项

1.LYB-5-A型传感器的称重或测量不超过2Kg的力（平稳，不含过强冲击）。

2.在客户端标定过程中，必需保持客户端与服务器端同步。

3.不要冲击传感器或在其上施加过大的力，以免因过载而损坏传感器。

六.试验报告要求

1.依据试验内容整理试验结果，并分析和说明其检测原理

2.在客户端标定过程中，必需保持客户端与服务器端同步。

七.思索题

1.分析测量误差。

2.应用于称重的传感器还有那些？简述其工作原理。

试验15信号发生器设计

一、试验要求

要求学生可从方波、三角波、锯齿波、余弦波等几种典型信号中选择其一进

行设计试验。

1写出试验方案；

2、前面板布置合理，美观大方；

3、后面板程序设计正确、简洁；

4、写出试验步骤；

（**必需经指导老师答疑通过以上试验方案，方可进行试验）