机械工程测试技术.docx
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机械工程测试技术
机械工程测试技术
三级项目报告
项目名称：
动态测试系统的幅频特性
姓名：
指导教师：
日期：
2014年4月8日
摘要
给光线示波器振动子输入幅值不变的信号，当改变输入正弦信号的频率时，振动子输出的振幅则随之改变。
这种输入量与输出量的振幅之比Sn/So随输入信号频率f不同而变化的关系称为测量系统的幅频特性。
学习振动子幅频特性的检验方法，了解测量系统动态测量误差产生的原因，研究其规律掌握减小动态测量系统误差的一些基本措施。
关键字光线示波器幅频特性曲线振动子
目录
一实验目的……………………………………………………………4
二实验器材……………………………………………………………4
三实验原理……………………………………………………………4
四实验分析……………………………………………………………4
五实验步骤……………………………………………………………6
六实验数据记录表…………………………………………………7
七数据分析……………………………………………………………8
八误差分析……………………………………………………………9
九结论…………………………………………………………………9
十参考文献……………………………………………………………9
前言
测定光线示波器振动子的幅频特性曲线，学习振动子幅频特性的检验方法，了解测量系统动态测量误差产生的原因，研究其规律掌握减小动态测量系统误差的一些基本措施。
为了能得到更加准确的数据，我们进行了多次的测量，以保证数据的不偶然性。
项目达到了预期的效果，组员能够分工合作。
一：
实验目的
本项目是针对实际结构的变量测试开展，通过对具体所要测试机械装备的工作状态进行分析，了解要测试的对象，最终确定测试实验方案以及选择要采用的仪器。
通过此过程了解静态、动态信号的采集及数据分析处理过程，熟悉从传感器到计算机之间各仪器的连接、测试软件的使用和机械信号测试方法。
通过学习振动子幅频特性的检验方法，了解测量系统动态测量误差产生的原因，研究其规律掌握减小动态测量系统误差的一些基本措施。
二：
实验器材
SC-16光线示波器1台
XD-2低频信号发生器1台
ZX38A/11型电阻箱1台
FC6-400型振动子1支
10KΩ电阻1支
振动子螺丝刀1支
三：
实验原理
给光线示波器振动子输入幅值不变的信号，当改变输入正弦信号的频率时，振动子输出的振幅则随之改变。
这种输出量与输入量的振幅之比Sn/S0随输入信号频率f不同而变化的关系称为测量系统的幅频特性。
通过实验的测定得到的一组数据Sn/S0作为纵坐标点，输入信号频率fn与振动子的固有频率f0的比值fn/f0（二阶测量系统）作为横坐标点描出的曲线称为振动子幅频特性曲线。
四：
实验分析
光线示波器的振动子是一个二阶扭振系统，结构如下图所示，其力学模型可表示为：
MJ+Mc+MG=Mi
式中MJ—转动系统的转动惯性力矩。
MJ=Jd2θ/dt2，其中J为转动惯量，θ为振动子线圈的转角；
Mc—阻尼力矩。
Mc=cdθ/dt，其中c为阻尼系数；
MG—张丝的弹性反抗力矩。
MG=Gθ，其中G为张丝的扭转刚度；
Mi—振动子线圈的电磁力矩。
Mi=KI，其中K为比例系数；I为输入振动子线圈的信号电流。
图1光线示波器工作原理
1—光源2—圆柱透镜3—光栏4—振动子5—张丝6—支承
7—反射镜8—线圈9—磁极10—弹簧11—圆柱透镜12—感光纸及走纸机构
当振动子输入电流为I时，它的线圈就产生θ的转角。
因此，可得到振动子转动系统的频率响应函数：
式中ω—输入信号电流的角频率；
ωn—振动子转动系统的转动固有频率，
；
—振动子转动系统的转动阻尼比，
。
振动子转动系统的幅频特性为：
对幅频特性的测定，首先要根据被测振动子的要求选择合适的外接电阻，以保证振动子具有最佳的阻尼比。
用信号发生器以等幅值，不同频率的正弦信号逐个输入振动子，便能在记录纸上得到振动子对各不同频率正弦信号的响应曲线。
然后，根据响应曲线量出不同频率时响应曲线幅值的大小，经整理可绘得被测振动子的幅频特性曲线。
五：
实验步骤
1.熟悉SC-16光线示波器的使用
2了解FC6-400型振动子的技术参数
3.按指导书图示方法连接线路（图D-2）；
固有频率低的振动子通常是电磁阻尼的，为了达到最佳阻尼比，他对外电阻有一定的要求。
故使用这种振动子时，往往要求在电路中接入附加的串联电阻。
根据电阻的串,并联法。
图D-2所示的实验装置可简化成D-3的电路，图中
Ei-信号源
Ri-信号源内阻
RA-串联电阻
R-振动子所要求的外阻
RB-并联可调电阻
Rg-振动子的内阻
XD-2低频信号发生器衰减为“10”时，内阻就在1100Ω左右变化。
为了减少信号发生器的内阻对振动子外阻的影响，因此在线路中串入阻值一个比较大的电阻RA=10KΩ，这样对振动子的影响极小，故可以不予考虑。
改变外阻R就可以改变振动子的阻尼率γ。
同时考虑到RA，Ri的阻值很大，这样可以把外阻R当作RB来计算。
1.在不同的阻尼时，计算并联电阻RB数值。
选FC6-400型振动子的阻尼率的大小与外接电阻有关，对于2220号振动子，通过实验我们知道它的内阻Rg=520Ω。
当外阻R=28Ω时，阻尼率γ=0.7，根据公式
R=
–Rg（7-1）
令k=
（7-2）
则R=
–Rg（7-3）
k=1.4（R+Rg）=1.4（28+52）=112
振动子阻尼率γ与外电阻R的关系
γ=
*
=
*
=
根据上式改变R可以改变电阻率γ，同时考虑到RA,Ri的值很大，这样就可以把外阻R当作RB来计算。
RB的取值与相应的阻尼率γ值；
阻尼率γ
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
RB（Ω）
508
228
134.7
88
60
41.3
28
18
10.2
4
根据不同阻尼率所对应的并联电阻RB值和前面的接线图连好线路。
首先打开光线示波，振动子光点出现后再打开XD-2低频信号发生器，调整好幅值大小。
即信号发生器输出电压不变，而改变信号发生器输出信号的频率，分别为10,50,100,150,200,250,300,350,400,450,500,600HZ。
观察改变频率时光点变化情况，记录光点变化刻度。
2.改变RB值，使振动子分别为1,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9每改变一次阻尼率从重复5作一遍。
六：
实验数据记录表
阻尼率γ
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
RB（Ω）
508
228
134.7
88
60
41.3
28
18
10.2
4
频
率
（Hz）
1
23
22
18
16
14
12
9
7
5
2
50
23
22
21
18
16
12
9
8
5
3
100
28
26
22
18
16
12
9
7
4
2
150
30
26
22
18
16
12
9
7
4
2
200
34
30
24
18
15
12
8
7
4
2
250
42
34
26
20
14
11
8
5
4
2
300
54
38
26
18
14
9
7
5
4
2
350
78
42
26
18
14
9
6
4
3
2
400
74
38
24
16
12
8
6
4
3
2
450
48
30
20
14
10
8
5
4
3
2
500
30
22
16
12
8
6
4
3
2
1
600
17
14
10
8
6
4
3
2
2
1
七：
数据分析
测定得到的一组数据Sn/S0作为纵坐标点，输入信号频率fn与振动子的固有频率f0的比值fn/f0（二阶测量系统）作为横坐标点,根据hhhhdd实验数据绘出振动子幅频特性曲线
图中当阻尼率为0.7时，幅频特性曲线平直段最长，当频率为固有频率的0.4倍时，平直段结束。
八误差分析
1人为读数误差
2频率调节误差
3器材本身精度误差
4计算误差
九结论
实际的测试系统不能做到无限频带宽度上完全符合不失真测试条件，只能在一定的频段上，按一定的精度要求近似满足不失真测试条件。
保证实际的与理想的频率响应特性之差不超过允许误差的一段频率区域，称为测试系统的工作频率范围，是动态测试系统的重要动态特性指标之一。
分析幅频特性曲线可知，当阻尼率为0.7时，振动子的幅频特性曲线平直段最长，即可工作频带最宽，所以在测量之前对外电阻有一定的要求，要达到最佳阻尼比0.707。
而且在频率达到固有频率的0.4倍时，平直段结束，说明对不同的测试系统的工作频率也有一定的要求。
十参考文献
测试技术基础[M].清华大学出版社有限公司,2003.
机械工程测试技术[M].冶金工业出版社,1994.
孙双全.光线示波器在测量中应注意的问题[J].计量与测试技术,2010,37（10）:
29-29.
李震,杜润生,卢文祥.光线示波器振动子相频特性测试方法[J].实验技术与管理,1991,2:
017.
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