《机械工程测试技术》实验指导书Word格式.docx
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1凹拖动工具:
用来对波形进行拖动;
2
宿放工具:
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。
:
实现对选定区域放大;
X轴缩放:
对选区域沿横坐标放大;
4—1»
申
™Y轴缩放:
对选区域沿纵坐标放大;
图1-2
自适应缩放:
将波形在
XY轴上自动缩放至窗口大小。
.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
五、实验步骤:
2.机械工程测试实验软件
一、打开“机械工程测试实验”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0
1.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(3t)xe(-at)的傅立叶级数展开式
3推导下列公式
⑴积化和差AXsin(31)X(3-sin(10nt))⑵和差化积AXsin(3it+©
1)+A2Xsin(32t+©
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
1
3
4
5
6
表1-2非周期确定性信号的频谱数据
Axsin(31)x(3-sin(10nt))
Sin(3t)xe(-at)
表1-3“拍振”数据及波形
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。
涡流变换器电压表
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,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。
1.
LI1
LJ
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。
Ore
C1
IT
+15v
接主控ffi数显表Vi地
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,
9、关闭电源,拆下连接导线、涡流传感器、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)
0.25
0.50
0.75
1.00
1.25
1.50
1.75
2.00
V铁(V)
V铝(V)
V铝小
2.25
2.50
2.75
3.00
3.25
3.50
3.75
4.00
4.25
位移
4.50
4.75
5.00
5.25
5.50
5.75
6.00
6.25
6.50
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)
012345X(mm)
图2-4V铁(铝)---X曲线
(1)从曲线上找出涡流传感器的线性工作范围。
线性工作范围为:
X铁=至mm
X铝=至mm
X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/mm
S铝小=V/mm
(3)用端点法作出拟和曲线,求出线性度3L(仅限铁测片)。
线性度3L(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:
3铁°
=mm
3铝°
=mm
3铝小°
3、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?
3)、电涡流传感器的量程与哪些因素有关,如果需要测量±
5mm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
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。
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。
如图:
R1
C2
ex
R2
«
y
S3-1.
图3—2、高通滤波器
Cl
rw
E3-3.帶通滤彼鹉
交流毫伏表
B0000E
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20HZ,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:
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32=
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
输出、输入幅值比
20
30
40
60
80
100
200
300
400
500
600
700
800
1000
2000
3000
6000
8000
09
0.6
07
06050.40.302
0.1
0「幅频特性
i1-_r_i_mtIr
IIIIIIIII[1
i"
■*i-"
r"
i"
rttIr
10203050100
幅频特性
D90.S
I-
0.E0.5
0.4
0.302
IJ-
41—丄
L二■-<
L」JJ._
T
「~l
1"
T1"
ITTIIIIIIIr-i=t-r=1i+
500L0O02000
图3-5、低通滤波器幅频特性曲线
L1JL11_
j幅频特性
D9□.Sa?
0.60.5
0.3
0.20.1100200
图3-6、
II
丄JL-IJ■丄
刃010002W
高通滤波器幅频特性曲线
L._l_L丄Jl1L_=
IIHIlliII
L_1_IL丄JIH
I--1
L_1
JL』」丄丄
IIIII
丄丄」丄丄
rvrnr频率rr11j-(Hz)500010k
L_1_丄」J1_
500010k
+-
I
」1_
L_1_丄」」丄-
11feh1iiiI
1V1|i1V||Il
niiiikiii
|i111i1111
11111111
11111I11
■
[111II11II1
1HkhItl>
1
i
iiiiiiiiii
1i1iIi11l>
iiiiiiiI
l1lll1kI
—1■
■|irirtttr
il*ihiiihii
~l厂iTT~1fT
1iiini1i1
~l1r1T17"
T
IIiIiiii1
n
■|■LFTTTF■■
II11H1IIIIII
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'
T■™■■■*尸■TTTiT™
lllllilll
11PI:
1<
■I:
l>
1iiP111
111111P1
11kiiII11
Ii
111qI11Ii
203050LQO200
呼)
5QQ10002000500020*
图3-7、
带通滤波器幅频特性曲线
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,其变化值厶Ri=AR2=AR3=AR4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:
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(4-1)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50
Q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)
固定摞越/加热逖
图4-1应变式传感器安装示意图
7TT却舁
K4OBO
Flo^e
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R1)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)。
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500g)砝码加完。
记下实验结果填入表4—1,
关闭电源,取出砝码。
)0
irtW
图4-3应变式传感器半桥实验接线图
电偉输出Vi地
\\[L
=字应变传感器实验模板
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,读取数显表数值
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