《机械工程测试技术》实验指导书Word下载.docx
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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
,可以对窗口中的波形现实进行调整。
1
拖动工具:
用来对波形进行拖动;
2
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;
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。
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”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
二、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(ωt)×
e(-at)的傅立叶级数展开式
3推导下列公式
(1)积化和差A×
sin(ωt)×
(3-sin(10πt))
(2)和差化积A1×
sin(ω1t+φ1)+A2×
sin(ω2t+φ2)
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
2
3
4
5
6
表1-2非周期确定性信号的频谱数据
A×
Sin(ωt)×
e(-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。
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定。
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。
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。
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,调节传感器使之与铝测片接触,此时电压表读数为0。
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
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)
(v)
16
15
14
13
12
11
10
9
8
7
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mm;
(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δL(仅限铁测片)。
线性度δL(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:
δ铁0=mm
δ铝0=mm
δ铝小0=mm
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
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:
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:
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δ2=
高通滤波器的上截止频率:
测试值fc1=
理论值fc’1=
误差δ1=
(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=
表格3-1:
低通滤波器
理论截至频率
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
表格3-2:
高通滤波器
表格3-3:
带通滤波器
图3-5、低通滤波器幅频特性曲线
图3-6、高通滤波器幅频特性曲线
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。
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:
ΔR/R=Kε式中ΔR/R为电阻丝电阻相对变化,K为应变灵敏系数,ε=Δl/l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
Uo1=EKε/4。
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=EKε/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:
R1=R2=R3=R4,其变化值ΔR1=ΔR2=ΔR3=ΔR4时,其桥路输出电压U03=KEε。
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)。
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,R1=R2=R3=R4=350Ω,加热丝阻值为50Ω左右
2、接入模板电源±
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)。
图4-1应变式传感器安装示意图
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R1(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RW1,接上桥路电源±
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RW1,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。
图4-3应变式传感器半桥实验接线图
6、根据图4-3接线。
R1、R2为实验模板左上方的应变片,注意R2应和R1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±
4V,调节电桥调零电位器RW1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,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4-2,关闭电源,取出砝码。
(若实验时无数值显示说明R2与R1为相同受力状态应变片,应更换另一个应变片。
)
图4-4全桥性能实验接线图
8、根据图4-4接线。
R1、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±
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500g)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
表格4-3全桥测量时,输出电压与加负载重量值
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m—V曲线。
如图4-5
V单臂、半桥、全桥
012345m(g)
图4-5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=ΔU/ΔW(ΔU输出电压变化量,ΔW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δf1=Δm/yF..S×
100%式中Δm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)。
δf1单臂=
δf1半桥=
δf1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(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。
(5)、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R1≠R2时,是否可以组成全桥:
(1)可以
(2)不可以。
(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。
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)、