测试技术试验指导书.docx

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测试技术试验指导书

《机械工程测试技术》

实验指导书

编者：

郑华文刘畅

昆明理工大学机电学院实验中心

2014年5月

说明和评分

1学生按照实验预约表进行实验；在实验前，需对理论教学中相关内容做做复习并对实验指导书进行预习，熟悉实验内容和要求后才能进入实验室进行实验。

在实验中，不允许大声喧哗和进行与实验不相关的事情。

2进入实验室后，应遵守实验室守则，学生自己应发挥主动性和独立性，按小组进行实验，在操作时应对实验仪器和设备的使用方法有所了解，避免盲目操作引起设备损坏，在动手操作时，应注意观察和记录。

3根据内容和要求进行试验，应掌握开关及的顺序和步骤：

1）不允许带负荷开机。

输出设备不允许有短路，输入设备量程处于最大，输出设备衰减应处于较小。

2）在实验系统上电以后，实验模块和实验箱，接入或拔出元件，不允许带电操作，在插拔前要确认不带电，插接完成后，才对实验模块和试验箱上电。

3）试验箱上元件的插拔所用连线，在插拔式用手拿住插头插拔，不允许直接拉线插拔。

4）实验中，按组进行试验，实验元件也需按组取用，不允许几组混用元件和设备。

4在实验过程中，在计算机上，按组建立相关实验文件，实验中的过程、数据、图表和实验结果，按组记录后，各位同学拷贝实验相关数据文件等，在实验报告中应有反应。

对实验中的现象和数据进行观察和记录。

实验评分标准：

1）实验成绩评分按实验实作和实验报告综合评分：

实验实作以学生在实验室中完成实验表现和实验结果记录文件评定，评定为合格和不合格；实验报告成绩：

按照学生完成实验报告的要求，对实验现象的观察、思考和实验结果的分析等情况评定成绩。

初评百分制评定。

2）综合实验成绩评定按百分制。

实验一、实验系统平台的认知和使用

一、实验目的

1）掌握用DRVI可重构实验平台的组成和功能；了解各实验模块的功能和使用，

2）基于DRVI可重构实验系统上用虚拟仪器完成测试信号信号的分析、处理和记录；

3）在实验系统平台上进行简单的使用

二、实验内容

一）快速可重组实验台

1）组成

1.计算机（DRVI4.5实验软件）；2.数据采集卡；3.功能模块；4.传感器实验箱

5.无损检测实验对象；6.悬臂梁检测实验对象

2、工作界面（见下图）

工程测试技术实验例

实验指导书例

虚拟仪器样例

实验平台上的三个模块

1）环境监测模块2）扩展模块3）转子实验模块

三、实验步骤

1）确认各模块连接正确后，打开计算机

2）按实验小组简历实验文件（实验人员日期）

3）讲实验中的相关屏幕内容拷贝文档中，整理后形成实验文件。

实验二测试技术中常用信号的分析

一、实验目的

1、采样定理的理解，掌握采样频率的确定方法

2、对测试技术中常用典型信号进行时域和频域分析分析

二、实验内容，

选择1）频率混叠和采样定理实验2）典型信号的时域波形分析实验3）典型信号的【频谱分析与应用实验4】滤波器作用实验

三、实验步骤

1、开机，建立本小组的实验文件；

2、运行DRVI主程序，依次可调入所需实验内容

3依次所要求的实验内容调入，双击后打开；

4运行实验文件，调整参数

5调整运行参数，运行软件，将不同的实验结果，图形拷贝到本实验组文件中；整理实验文件,并做好相关记录

四、实验要求

1）做好实验记录，将实验中的数据和图表，存在实验文件中

2）采样定理及频率混叠绘制信号波形和频谱曲线，说明采样频率的变化对信号时域和频域特性的影响，总结实验得出的主要结论。

3）拷贝典型信号的时域分析实验图表并作简单分析。

4）拷贝典型信号的频域分析实验运行图表及结论并对实验结果进行简单分析。

5）拷贝滤波器实验中实验运行图表及结论并对实验结果进行简单分析。

实验三、典型实验模块的简单应用

一、实验目的

1、通过本实验让学生了解环境监测中常用传感器的种类和用法。

2、使用无损检测模块完成对钢管的无损检测或者使用悬臂梁模块完成对悬臂梁的固有频率的测量。

二、实验内容

1、环境检测模块的使用

1）热电阻测温

2）K型热电偶温度测量

3）湿度传感器环境湿度测量

4）光传感器照度测量

5）声传感器噪声测量

6）CO2传感器CO2浓度测量

7）酒精传感器酒精浓度测量

2、无损检测模块的使用。

3、悬臂梁实验模块的使用。

三、实验步骤

1、环境检测模块

1）打开计算机，转换开关切换到相应模块。

2）打开DRVI4.5软件调入相应实验项目。

3）调整增益与调零电位器，进行检测。

4）拷贝数据到实验文件夹中。

5）复合实验数据。

2、无损检测模块

1）关闭综合实验台直流电源开关，将无损检测模块的霍尔传感器接入扩展模块的通道1中。

2）打开DRVI4.5软件调入相应实验项目。

3）将霍尔传感器放置于无损检测实验模块的中间位置，分别滑动霍尔传感器通过小孔与划痕位置观察两次的波形变换并将波形文件拷贝到实验文件夹中。

3、悬臂梁实验模块

1）关闭综合实验台直流电源开关，将加速度传感器输出信号接入扩展模块的通道1中。

2）打开DRVI4.5软件调入相应实验项目，运行实验程序。

3）使用激振锤敲击悬臂梁实验模块基座。

4）观察实验波形并拷贝波形文件到实验文件夹中。

四、实验报告要求

1、环境监测模块

实验数据与实验波形拷贝到实验文件夹中，并对3种传感器测量结果作分析。

2、无损检测模块

实验数据与实验波形拷贝到实验文件夹中，并对波形作简单分析。

3、悬臂梁实验模块

实验数据与实验波形拷贝到实验文件夹中，并对波形作简单分析。

实验四、传感器实验箱应变测量实验

一、实验目的

1、了解传感器实验箱的基本组成与构造以及传感器的功能。

2、了解金属箔式应变片的应变效应，半桥单臂双臂与全桥电桥的工作原理和性能。

3、学会在实验箱上使用应变放大测量系统进行称重实验。

二、实验内容

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：

=

式中

为电阻丝电阻相对变化，

为应变灵敏系数，

=

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。

对单臂电桥输出电压

。

图1-2，图1-3是压力传感器的测量电路，由两个部分组成。

前一部分是采用三个运放构成的仪表放大电路，后面的反相比例放大电路将仪表放大器的输出电压进一步放大。

R28是电桥的调零电阻，R42是整个放大电路的调零电阻，R29是前一级仪表放大器的运放增益调节电阻，R40后一级反相比例放大电路的调整运放增益。

仪表放大器因为输入阻抗高，共模抑制能力好而作为电桥的前置接口电路。

其增益可用下式表示：

（1-1）

图1-2仪表放大电路原理图

图1-3反相比例放大电路原理图

三、实验步骤

1）贴片：

粘贴电阻应变片（已完成）

2）组桥:

组成测量电桥电阻应变片按实验要求可组成半桥单臂、半桥双臂和全桥;

1.根据下图所示，传感器中各应变片上的R24、R25、R26、R27接线颜色分别为绿色、黑色、红色、蓝色，可用万用表测量同一种颜色的两端判别，R1=R2=R3=R4

350Ω。

桥臂安装示意图

2.电桥调零根据仪表放大电路原理图（图1-2所示），先将电路板上的R24、R26、R27接入350Ω电阻，再将应变式传感器的其中一个应变片黑色引线接到电路板上的R25，那么一个应变片与电路板上的R24、R26、R27构成单臂直流电桥。

全桥接线方法直接将所有应变片根据电桥上的标示全部接入实验箱电桥中。

检查接线无误后，接通电源。

使用万用表测量IN0与IN1之间的电压，调节电位器R28（100R电位器），使IN0与IN1之间的电压差为零，这一步我们称之为电桥调零。

用万用表电压档测量，调零电压尽量小，小于10mV。

3.将仪表放大电路的输出端接到反相比例放大电路的输入端，用万用表测反相比例放大电路的输出端电压。

根据图1-2仪表放大电路的增益计算公式（1-1），我们可以知道，前级由三运放组成的放大器中，由于R30已经固定，放大器的放大系数由R29（1K电位器）决定，当R29趋于0时，其放大系数最大。

这时放大器输出电压约为电源电压（其极性取决于IN0与IN1的电位差极性）。

为确定具体的放大系数和避免放大器的饱和输出，这里我们可以先将R29逆时针调节至顶，其阻值大约为1K欧。

因此前置放大器其放大系数约为201。

后级的反相比例放大电路其放大倍数由R40（100K电位器）决定，为确定反相比例放大器的具体的放大系数和避免反相比例放大器的饱和输出，此时我们将R40逆时针调切至顶。

其阻值大约为0欧，后级的放大倍数约为1。

由于引入了两级放大器，在调整时，增加了不确定性。

因此，在调节之初，我们先将前级的电位器调整到最大，后级的电位器调整至最小，固定两级的放大倍数。

4.直接使用万用表测量反相比例放大电路的输出端电压。

调节R42（10K电位器），使输出电压为零，我们称之为输出调零。

5.完成以上步骤后，整个电桥电路完成了初始调整工作。

可以进行下一步的称重实验，放置100g砝码到桥臂托盘上，看电压的变化量。

如果电压变化量非常小，那么先顺时针调节电位器R40，改变后级放大电路的增益（放大倍数）。

如果变化量在200mV左右即可。

请注意，当改变R40阻值时，R42的阻值也要再次调整，才能满足反相比例放大电路输出为零的要求。

如果调整R40的阻值，输出的电压变化量仍然满足不了要求，将R40顺时针调节至顶，再调节R29，使输出电压变化压到要求。

请注意，当改变R29阻值时，R42的阻值也要再次调整，才能满足反相比例放大电路输出为零的要求。

调好后R29，R40保持不变，方便跟后面的实验数据进行比较。

具体的调节思路：

先固定两级，如不满足要求，调节后级，仍不满足，固定后级至最大，调节前级。

注意：

在实验过程中，确保电桥输出的放大不允许超过+5v—5v的范围后，才能够接入信号输出端。

5.打开DRVI4.5软件调入相应实验项目，运行实验程序。

6.不放置砝码点击标定获取标定值1。

7.放置500g砝码点击标定获取标定值2。

8.点击“标定结果”按钮获取标定K、B值。

9.点击“实测质量”按钮获取实际测量结果，并将实验结果拷贝到实验文件夹中。

10逐渐增加电桥称重的重量，填入下表。

四、实验要求

1、独立完成实际接线组成电桥。

2、完成电桥调零以及增益放大调节。

3、完成记录数据表1-1、1-2，并将数据拷贝进入实验文件夹中。

质量（g）

输出电压（mV）

表1-1全桥测量测量时输出电压与对应砝码质量值

质量（g）

输出电压（mV）

表1-2半桥单臂测量时输出电压与对应砝码质量值

质量（g）

输出电压（mV）

表1-3半桥双臂测量时输出电压与对应砝码质量值

注意不同电桥输出电压的幅值，

实验五、传感器实验箱转速测量

一、实验目的

1、了解传感器实验箱的基本组成与构造以及传感器的功能。

2、了解透射式光电开关的原理和应用。

二、实验原理

光电开关可以看成一个光发射管和一个接收管组合体。

按图5-1分析，接收管类似于一个光敏三极管，当发射管和接收管之间无物体遮挡时，接收管导通，Vout端通过光敏三极管的发射集接地，Vout端电压趋于0V。

当发射管和接收管之间有物体遮挡时，接收管截止，Vout端通过上接电阻接到+5V，Vout端电压趋于5V。

可以利用光电开关的这种特性来进行零件计数，转盘测速等

三、实验步骤

1．按下图，在试验箱上用连接线搭建好电路，仔细检查连线，确保无误。

2）

光电开关测量电路

2.接通电源，用手轻轻旋转飞轮，测量输出的电压，当飞轮上面的小孔通过光电开关时，输出低电平（趋于0V），小孔转过去后输出高电平（趋于5V），如果电压不是这样变化的，调节飞轮的安装位置；

3）3.打开电机开关，电机带动小飞轮旋转。

调节速度旋钮，改变电机旋转速度。

4.将输出信号Vout接到信号输出的插孔上，通过BNC接头，接到采集仪，打开电脑的DRVI软件，选“开放式传感器-光电测速实验”

进行实验.

四、实验报告要求

1、简述实验原理，并将电路图拷贝到实验文件中，

2、根据改变的转速，见测量结果图插入到报告中，观察实验波形并对实验结果进行分析。

有余力的同学可完成霍尔元件转速测量，或其他传感器如光电传感器光敏二极管光敏三极管等传感器的测量实验，其接线图可参考传感器箱专用指导书

实验六、机械量振动测量实验

一、实验目的

1、学习常用机械量测振传感器及其配套仪器的使用方法。

2、熟悉简谐振动各基本参数的测量及其相互关系。

二、实验内容

1、用位移传感器测量振动位移

2、用压电加速度传感器测量振动加速度。

3、用电动式速度传感器测量振动速度。

三、实验原理

在振动测量中，振动信号的位移、速度、加速度幅值可用位移传感器、速度传感器或加速度传感器来进行测量。

设振动位移、速度、加速度分别为

、

、

，其幅值分别为

、

、

，

当

时，有

式中：

ω—振动角频率,

—初相角,则位移、速度、加速度的幅值关系为

由上式可知，振动信号的位移、速度、加速度的幅值之间有确定的关系，根据这种关系，只要用位移、速度或加速度传感器测出其中一种物理量的幅值，在测出振动频率后，就可计算出其它两个物理量的幅值，或者利用测试仪或动态分析仪中的微分、积分功能来进行测量。

四、测量过程与测试系统框图

实验设备及接线如图所示

1、安装激振器：

把激振器安装在支架上，将激振器和支架固定在实验台基座上，并保证激振器顶杆对简支梁有一定的预压力（不要超过激振杆上的红线标识），用专用连接线连接激振器和扫频信号源输出接口。

2、连接仪器和传感器

用磁铁把压电式加速度传感器和惯性式速度传感器分别安装在简支梁上（注意：

速度传感器不能倒置），用磁性表支架将非接触式电涡流位移传感器固定，传感器头与梁表面保留一定的间隙。

加速度传感器和位移传感器输出分别通过电荷放大器和变换器与采集器连接，而速度传感器输出直接接到采集器的测试通道。

3、仪器参数设置

打开采集器的电源开关，开计算机进入数采分析软件的主界面，设置采样频率、量程范围，输入加速度传感器、速度传感器和位移传感器的灵敏度；

输入方式：

ICP压电加速度ICP磁电速度传感器选AC，位移传感器选SIN_DC；

打开三个窗口，分别显示三个通道的时间信号。

4、采集并显示数据

调节扫频信号源的输出频率和信号幅值，使梁产生明显振动。

在三个窗口中读取当前振动的最大值（位移、速度、加速度）。

五、实验数据及测试结果

1实验数据

传感器类型

频率

位移

速度

加速度

位移

速度

加速度

2、根据位移幅值

，计算速度

、加速度

。

3、根据速度

，计算位移

、加速度

。

4、根据加速度

，计算位移

、速度

。

5、位移、速度、加速度幅值的实测值与计算值有无差别?

若有差别原因是什么?