机械工程测试技术基础实验.docx

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机械工程测试技术基础实验

机械工程测试技术基础

实验指导书

机械工程实践教学中心

机电控制技术实验室

2004

目录

页数

实验一：

信号频谱分析实验………………………………………………………2

实验二：

系统频率响应特性实验…………………………………………………3

实验三：

电阻应变式力传感器实验………………………………………………4

实验四：

电涡流传感器实验……………………………………….………………5

本实验指导书由张海根老师编写

实验一信号频谱分析实验

一、实验目的

1）了解常用信号的频谱构成；

2）明确信号的时域特征与频域特征的相互关系。

3）熟悉数字频谱分析（FFT）方法。

二、实验原理

1）周期信号是由一个或几个，乃至无穷多个不同频率的谐波叠加而成的。

2）信号在时域变化快，反映到频域高频分量丰富。

3）数字频谱分析中，信号在时域上的截断会在频域上出现泄漏。

三、实验仪器

信号发生器，数字存储示波器。

四、实验内容

用示波器探头将信号发生器的输出连接到示波器的通道1（CH1），并将探头开关设定为X10。

按下[CH1]功能键显示通道1的操作菜单，用1号菜单操作键选择“直流”耦合。

用3号菜单操作键选择探头衰减系数为“10X”。

按下[AUTO]按钮，即可显示信号波形。

按下[MATH]数学运算功能键，显示[MATH]菜单，用1号菜单操作键选择“FFT”操作，用2号菜单操作键选择信源“CH1”，即可显示输入信号的频谱图。

按下[CURSOR]光标测量功能键，显示[CURSOR]菜单，用1号菜单操作键选择“手动”模式，用2号菜单操作键选择“时间”类型，用3号菜单操作键选择信源“FFT”，用水平和垂直[POSITION]旋钮分别移动两条垂直光标到待测的图形位置即可测量两个频率值及其差值。

若用2号菜单操作键选择“电压”类型，即可用水平和垂直[POSITION]旋钮分别移动两条水平光标到待测的图形位置测量两个幅值及其差值。

1）产生一确定幅值（峰峰值1-2V），确定频率（1Hz-1kHz）的正弦波，观察其频谱构成。

用上述方法测量各分量的频率与幅值。

2）产生一确定幅值（峰峰值1-2V），确定周期（1ms-1s），确定占空比（30%-70%）的矩形波，观察其频谱构成。

用上述方法测量各分量的频率与幅值。

3）产生一确定幅值（峰峰值1-2V），确定周期（1ms-1s）的三角波，观察其频谱构成。

用上述方法测量各分量的频率与幅值。

五、实验报告

1）分别记录上述几种波形以及相应的频谱图。

2）分别讨论信号的周期、占空比对频谱的影响。

3）讨论信号在时域变化的快慢与信号的频谱分布范围宽窄的关系。

实验二系统频率响应特性实验

一、实验目的

1）了解一阶低通滤波器的频率响应特性，讨论元件参数对系统性能的影响。

2）通过对滤波器频率响应特性的测试，掌握对系统频率响应特性的测试方法。

二、实验原理

实验原理如图1所示，信号发生器输出幅值恒定、频率可调的正弦波作为滤波器的输入信号ui，用数字存储示波器测量输出电压uo的幅值及uo与ui的相位差Ф。

RC一阶低通滤波器的幅频特性和相频特性分别为

式中

三、实验设备

信号发生器，数字存储示波器，滤波器电路板。

四、实验内容

1）按照图1连接实验电路，选择R=10kΩ，C=0.033μF。

2）由信号发生器输出幅值恒定为1V的正弦信号，改变信号频率f，使其分别为：

60，120，240，360，480，600，1000，2000（Hz）。

3）分别记录各个频率时的滤波器输出uo的幅值以及uo与ui的相位差Ф：

按下[MEASURE]自动测量功能键，显示[MEASURE]操作菜单，用菜单操作键选择“CH2”、“电压测量1/3”、“峰峰值”，即可测量幅值。

若选择“时间测量3/3”、“延迟1→2↑”，即可测量两波形的时间延迟数值。

五、实验报告

1）根据实验数据绘制RC一阶低通滤波器的幅频特性A（f）相频特性Ф（f）。

2）在实验曲线上确定截止频率fc并与理论计算值比较。

实验三电阻应变式力传感器实验

一、实验目的

1）了解应变片的使用和力传感器的制作方法。

2）熟悉电桥工作原理。

3）掌握传感器的静态标定和实际应用方法。

二、实验原理

实验原理如图2所示。

应变片R1—R4分别粘贴在测力环的内外两侧，当测力环受力产生机械变形时，应变片电阻值发生变化，粘在内侧的R1、R3阻值增大ΔR，粘在外侧的R2、R4阻值减小ΔR。

当选择R1=R2=R3=R4=R0（120Ω）时，电桥输出：

三、实验设备

直流稳压电源、测力环、微伏表、加载重块。

四、实验内容

1）按照图2连接电路。

2）每次加载1kg读取电压值，直到12kg。

3）每次卸载1kg读取电压值，直到载荷为零。

五、实验报告

1）根据记录数据画出载荷—电压关系曲线。

2）确定线性范围和灵敏度。

实验四电涡流传感器实验

一、实验目的

1）熟悉电涡流传感器静态标定方法。

2）掌握电涡流传感器的应用方法。

二、实验原理

电涡流传感器是基于高频磁场在金属表面的“涡流效应”而工作的。

传感器探头的线圈中通过高频交变电流后，被测金属表面产生电涡流。

金属材料、表面距离影响电涡流的大小，而电涡流大小影响线圈阻抗的大小。

阻抗的变化经前置器变换为电压输出。

三、实验设备

电涡流传感器，直流稳压电源，直流电压表，数字存储示波器，回转金属环。

四、实验内容

1）传感器静态标定：

分别测量铝、铁、铜三种金属环，用千分尺调节探头与金属环的距离，从0到2mm，每隔0.2mm读取一次电压值。

2）回转精度测量：

保持探头与钢环约1mm距离，回转钢环每隔45度读取一次电压值。

传感器已用45号钢标定，灵敏度为8mv/μm。

3）转速测量：

保持探头与带槽金属环约0.5mm距离，传感器输出连接数字存储示波器CH1。

启动电机转动金属环，按下示波器[AUTO]自动设置按钮，显示信号波形。

按下[MEASURE]自动测量按钮，显示自动测量菜单：

按下1号菜单操作键，选择信源“CH1”；

按下3号菜单操作键，选择“时间测量”；

在时间测量分页一中：

按下2号菜单操作键，选择“频率”，即可在屏幕下方读取频率显示值。

五、实验报告

1）根据记录数据分别画出三种材料的电压—位移曲线，指出大致的线性范围，求出灵敏度。

2）根据回转测量数据，求出最大径向误差。

3）求出转速值。

六、思考题

试举出电涡流传感器的其它应用实例。