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1、 《機(jī)械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)》 實(shí)驗(yàn)報(bào)告 丁 * * 20**0403*** 機(jī)自****班 20**年6月  目錄 實(shí)驗(yàn)一 3 1-1 濾波器幅頻特性的測試 3 1-2 光線示波器振動(dòng)子幅頻特性的測定 5 實(shí)驗(yàn)二 電阻應(yīng)變片的粘貼工藝及其標(biāo)定 9 2-1 電阻應(yīng)變片的粘貼工藝 9 2-2 電阻應(yīng)變片標(biāo)定 10 實(shí)驗(yàn)三 傳感器綜合測量系統(tǒng) 12 3-1 穩(wěn)態(tài)正弦激振 12 實(shí)驗(yàn)四 連續(xù)彈性體懸臂梁動(dòng)態(tài)特性參數(shù)的測試 17 4-1 穩(wěn)態(tài)正弦激振方式測試懸臂梁動(dòng)態(tài)特性測試 17 實(shí)驗(yàn)一 1-1 濾波器幅頻特性的測試 一．實(shí)

2、驗(yàn)?zāi)康? 1．了解無源和有源濾波器的工作原理及應(yīng)用。 2．掌握濾波器幅頻特性的測試方法。 二．實(shí)驗(yàn)原理 濾波器是一種選頻裝置，可以使某給定頻率范圍內(nèi)的信號(hào)通過而對(duì)該頻率范圍以外的信號(hào)極大地衰減。 1．RC無源低通濾波器 R C ui uo RC無源低通濾波器原理如圖1-1所示。這種濾波器是典型的一階RC低通濾波器，它的電路簡單，抗干擾性強(qiáng)，有較好的低頻性能，構(gòu)成的組件是標(biāo)準(zhǔn)電阻、電容，容易實(shí)現(xiàn)。其傳遞函數(shù)為 （1-1） 式中：τ=RC。 低通濾波器頻率特性為

3、 （1-2） 圖1-1 RC低通濾波器 其幅頻特性為 （1-3） 低通濾波器的截止頻率為 （1-4） 三．實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備 1．EE1641B1 型低頻函數(shù)信號(hào)發(fā)生器計(jì)數(shù)器/計(jì)數(shù)器 一臺(tái) 2．毫伏表 一臺(tái) 3．直流穩(wěn)壓電源 一臺(tái) 4．RC無源濾

4、波器接線板 一塊 四．實(shí)驗(yàn)步驟 1．將RC濾波器接線板低通濾波器部分的R值調(diào)到適當(dāng)?shù)奈恢谩⒌皖l信號(hào)發(fā)生器輸出端接入RC低通濾波器輸入端，雙路毫伏表中的一路接低通濾波器的輸入端，另一路接輸出端。 2．由信號(hào)發(fā)生器輸出一定幅度的正弦信號(hào)電壓。先檢查低頻信號(hào)發(fā)生器幅值調(diào)節(jié)旋鈕，使之在最?。鏁r(shí)針旋轉(zhuǎn)到底）位置，輸出信號(hào)頻率調(diào)到20Hz，然后逐漸調(diào)大信號(hào)電壓使監(jiān)測毫伏表指示約1伏，記下濾波器輸入和輸出的信號(hào)電壓值。 3．不斷由小到大改變?yōu)V波器輸入信號(hào)頻率，每改變一次信號(hào)頻率，待毫伏表讀數(shù)穩(wěn)定了以后讀取一組濾波器輸入和輸出信號(hào)電

5、壓值，記錄到原始數(shù)據(jù)記錄紙上。 信號(hào)發(fā)生器 有源低通濾波器線路板 毫伏表 毫伏表 直流穩(wěn)壓電源 4．將信號(hào)發(fā)生器幅值調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)到最小，按圖1-3連接測試系統(tǒng)?？紤]到有源低通濾波器具有放大作用，注意監(jiān)測濾波器輸出信號(hào)的毫伏表測量檔位要比監(jiān)測輸入信號(hào)的相應(yīng)加大。 圖1-3 5．重復(fù)實(shí)驗(yàn)步驟2、3。 五．實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理 電阻值：R=98Ω， 電容值：C=2μF 原始數(shù)據(jù)表格 頻率（Hz） 20 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1K 2K 3K 4K 5K 輸入(v) 1 1 1

6、 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 輸出(v) 0.95 0.94 0.91 0.9 0.85 0.81 0.78 0.72 0.7 0.68 0.62 0.4 0.26 0.2 0.15 Ln(頻率) 1.3 2 2.3 2.5 2.6 2.7 2.78 2.85 2.9 2.95 3 3.3 3.48 3.6 3.7 1．用對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙繪出RC無源低通濾波器和有源低通濾波器的幅頻特性曲線。 1-2 光線示波器振動(dòng)子幅頻特性的測定 一．實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1．了解光線示波器的基本

7、結(jié)構(gòu)、工作原理及其使用方法。 2．以光線示波器振動(dòng)子為例，了解二階測試系統(tǒng)幅頻特性的測試方法。 二．實(shí)驗(yàn)原理 光線示波器的振動(dòng)子是一個(gè)二階扭振系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)如圖1-4所示，其力學(xué)模型可表示為： MJ+Mc+MG=Mi 式中 MJ—轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性力矩。MJ=Jd2θ/dt2，其中J為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，θ為振動(dòng)子線圈的轉(zhuǎn)角； Mc—阻尼力矩。Mc=cdθ/dt，其中c為阻尼系數(shù)； MG——張絲的彈性反抗力矩。MG=Gθ，其中G為張絲的扭轉(zhuǎn)剛度； Mi—振動(dòng)子線圈的電磁力矩。Mi=KI，其中K為比例系數(shù)；I為輸入振動(dòng)子線圈的信號(hào)電流。 圖1-4 光線示波器工作原理 1

8、—光源 2—圓柱透鏡 3—光欄 4—振動(dòng)子 5—張絲 6—支承 7—反射鏡 8—線圈 9—磁極 10—彈簧 11—圓柱透鏡 12—感光紙及走紙機(jī)構(gòu) 當(dāng)振動(dòng)子輸入電流為I時(shí)，它的線圈就產(chǎn)生θ的轉(zhuǎn)角。因此，可得到振動(dòng)子轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的頻率響應(yīng)函數(shù)： （1-7） 式中 ω—輸入信號(hào)電流的角頻率； ωn—振動(dòng)子轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)固有頻率，； —振動(dòng)子轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)阻尼比，。 振動(dòng)子轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的幅頻特性為： （1-8） 對(duì)光線示波器幅頻特性的測定，首先要根據(jù)被測振動(dòng)子的要求

9、選擇合適的外接電阻，以保證振動(dòng)子具有最佳的阻尼比。用信號(hào)發(fā)生器以等幅值，不同頻率的正弦信號(hào)逐個(gè)輸入振動(dòng)子，便能在記錄紙上得到振動(dòng)子對(duì)各不同頻率正弦信號(hào)的響應(yīng)曲線。然后，根據(jù)響應(yīng)曲線量出不同頻率時(shí)響應(yīng)曲線幅值的大小，經(jīng)整理可繪得被測振動(dòng)子的幅頻特性曲線。 三．實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備 1．SC-16型光線示波器（內(nèi)裝FC6-1200型振動(dòng)子） 一臺(tái) 2．低頻信號(hào)發(fā)生器 一臺(tái) 3．毫伏表 一臺(tái) 四．實(shí)驗(yàn)步驟 1．學(xué)習(xí)光

10、線示波器的使用方法。 2．按圖1-5所示連接實(shí)驗(yàn)線路。 mv 光線示波 器振動(dòng)子 低頻信號(hào) 發(fā)生器 圖1-5 光線示波器振動(dòng)子幅頻特性實(shí)驗(yàn)接線圖 振動(dòng)子分為電磁阻尼和油阻尼兩種。對(duì)于電磁阻尼的振動(dòng)子為保證其阻尼率ζ≈0.707，應(yīng)選擇適當(dāng)阻值的電阻Rs或Rp。當(dāng)信號(hào)源內(nèi)阻Rm小于振動(dòng)子要求的外接電阻Ra時(shí)，振動(dòng)子輸入回路應(yīng)串接一個(gè)Rs=Ra-Rm的電阻。當(dāng)信號(hào)源內(nèi)阻大于振動(dòng)子要求的外接電阻時(shí)，振動(dòng)子輸入回路應(yīng)并接一個(gè)Rp電阻，其值等于Ra和Rm并聯(lián)阻值。對(duì)于油阻尼振動(dòng)子，不需要Rs和Rp。振動(dòng)子直接和低頻信號(hào)發(fā)生器相接。 3．將信號(hào)發(fā)生器的頻率調(diào)整到2

11、0Hz，再使輸出電壓的幅度U0為： U0≤IgmRg （1-9） 式中 Igm—被測振動(dòng)子的最大允許電流； Rg—被測振動(dòng)子的線圈內(nèi)阻。 例如：FC6-1200型振動(dòng)子，其Igm=5mA，Rg=20Ω，則應(yīng)先將信號(hào)發(fā)生器空載輸出電壓調(diào)整到100mV以下，以免損壞振動(dòng)子。 振動(dòng)子在接入信號(hào)發(fā)生器之前，還應(yīng)注意光線示波器中與被測振動(dòng)子相并聯(lián)的可調(diào)分流電阻的大小，應(yīng)使其阻值大于50Ω。 4．打開光線示波器電源開關(guān)，按下起輝按鈕，當(dāng)無信號(hào)輸入時(shí)，安裝好的振動(dòng)子應(yīng)在觀察屏的中間

12、位置顯示一光點(diǎn)。 5．將20Hz的正弦電壓信號(hào)輸入被測振動(dòng)子，便可從觀察屏上看到一條亮線，其長度與輸入信號(hào)的峰-峰值成正比，特別要注意控制電壓信號(hào)的大小，不要使亮線長度超出觀察屏，以免損壞振動(dòng)子。 6．改變信號(hào)發(fā)生器的輸出電壓幅度，使輸入到振動(dòng)子的信號(hào)電流發(fā)生變化，從觀察屏上讀取相應(yīng)亮線的長度，即可近似地求得被測振動(dòng)子的靜態(tài)定度曲線。 7．保持信號(hào)發(fā)生器輸出等幅值的正弦信號(hào)，改變其頻率由f/fn=0.1至f/fn=2。其中：f為振動(dòng)子輸入電壓的頻率；fn為振動(dòng)子的固有頻率。從觀察屏上讀得相應(yīng)頻率的亮線長度，即可繪出被測振動(dòng)子的幅頻特性曲線。 五．實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理 原始數(shù)據(jù)表格 f=15

13、Hz 輸入（mV） 10 15 20 25 30 35 輸出格數(shù) 10 13 18 22 26 30 fn=1200Hz , U=40mV=40*0.75=30格 f/fn 0.01 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 輸出格數(shù) 35 32 30 29 27 24 22 20 18 16 輸出/輸入 1.17 1.07 1.00 0.97 0.90 0.80 0.73 0.67 0.60 0.53 f/fn 1.0 1.1 1.2

14、1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1．8 輸出格數(shù) 14 13 12 11 10 9 8 7 6 輸出/輸入 0.47 0.43 0.40 0.37 0.33 0.30 0.27 0.23 0.20 1．作出被測振動(dòng)子的靜態(tài)定度曲線，并根據(jù)曲線求出其靈敏度和線性誤差。 靈敏度=（30-10）/（35-10）=0.75 線性誤差=△max/(Ymax-Ymin)*100％=0.5/(30-10)*100％=2.5％ 2．作出被測振動(dòng)子的幅頻特性曲線。  實(shí)驗(yàn)二 電阻應(yīng)變片

15、的粘貼工藝及其標(biāo)定 2-1 電阻應(yīng)變片的粘貼工藝 一．實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1．學(xué)習(xí)電阻應(yīng)變片的粘貼方法。 2．了解電阻應(yīng)變片的粘貼工藝對(duì)應(yīng)變片測量靈敏度的影響。 二．實(shí)驗(yàn)裝置 1．電阻應(yīng)變片 2．懸臂梁 3．工具 三．實(shí)驗(yàn)步驟 本實(shí)驗(yàn)是在懸臂梁的上、下兩個(gè)表面對(duì)稱位置各貼一片電阻應(yīng)變片。 1．準(zhǔn)備工作 （1）測點(diǎn)表面打光 為了使電阻應(yīng)變片能準(zhǔn)確地反映懸臂梁被測點(diǎn)的變形，必須使電阻應(yīng)變片和測點(diǎn)表面很好地結(jié)合，不發(fā)生任何滑移和阻礙變形的現(xiàn)象。為此，必須先用砂紙清除測點(diǎn)表面的油垢、鐵銹等，不允許有溝痕并使打磨條紋與電阻應(yīng)變片貼片方向成45，應(yīng)使表面粗糙度為Ra3.2左右，不應(yīng)過分

16、粗糙，也不應(yīng)過分光滑。然后，用酒精棉球?qū)y點(diǎn)附近基本擦干凈。 （2）劃基準(zhǔn)線 以測量點(diǎn)為中心用劃針劃十字線。 （3）清潔表面 用鑷子夾取棉花球，沾酒精等清洗溶液仔細(xì)擦洗測點(diǎn)表面，以棉花球不見污物為止。 2．貼片 （1）取片就位 待測點(diǎn)表面酒精晾干后，將502粘合劑均勻地涂在測點(diǎn)表面；用鑷子將電阻應(yīng)變片取出，對(duì)準(zhǔn)事先劃好的十字基準(zhǔn)線貼在測點(diǎn)上。 （2）擠壓 在電阻應(yīng)變片表面蓋上吸水紙，輕輕擠出余膠，使貼好的電阻應(yīng)變片平直且下面沒有氣泡。 （3）焊接導(dǎo)線 用膠帶紙將電阻應(yīng)變片的引線和懸臂梁絕緣。將四根長度和粗細(xì)一樣的導(dǎo)線分別焊接在貼于懸臂梁上、下表面的兩個(gè)電阻應(yīng)變片的四根引線

17、上，并將導(dǎo)線固定。 3．防護(hù) 為了保證電阻應(yīng)變片的工作性能長期穩(wěn)定，需要采取防護(hù)措施，以防機(jī)械外力、濕氣、水、酸、堿、油等因素的影響，例如在電阻應(yīng)變片上覆蓋環(huán)氧樹脂或蠟封。  2-2 電阻應(yīng)變片標(biāo)定 一．實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1．了解電阻應(yīng)變片靈敏系數(shù)的標(biāo)定方法。 2．掌握電阻應(yīng)變儀的使用方法。 二．實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備 1．YJ-5型靜態(tài)電阻應(yīng)變儀 一臺(tái) 2．已貼好電阻應(yīng)變片的懸臂梁 一臺(tái) 3．砝碼若干 三．實(shí)驗(yàn)原理 電阻應(yīng)變片的應(yīng)變效應(yīng)基本關(guān)系式為：，其中K為電阻應(yīng)變

18、片的靈敏系數(shù)，也就是當(dāng)電阻應(yīng)變片粘貼在被測試件上，在應(yīng)變片軸向的單向應(yīng)力作用下，應(yīng)變片電阻的相對(duì)變化與試件測點(diǎn)應(yīng)變片的應(yīng)變的比值。 靜態(tài)電阻應(yīng)變儀的測量電路分為半橋回路和全橋回路兩種。被測試件測點(diǎn)上的兩個(gè)電阻應(yīng)變片作為測量電路的兩個(gè)橋臂，參加測量和補(bǔ)償，電阻應(yīng)變儀內(nèi)部的兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)無感固定電阻作為另外兩個(gè)橋臂，這樣構(gòu)成的測量橋路為半橋回路；將被測試件測點(diǎn)上的四個(gè)電阻應(yīng)變片作為測量電路的四個(gè)橋臂，用以參加測量和補(bǔ)償，這樣構(gòu)成的橋路為全橋回路，在一般測量中多采用半橋測量，本實(shí)驗(yàn)即采用半橋測量。 標(biāo)定時(shí)，將電阻應(yīng)變儀的靈敏系數(shù)調(diào)節(jié)為KT，此時(shí) KTε測=Kε K=KT

19、 (2-1) 式中 K—被測電阻應(yīng)變片靈敏系數(shù)； KT—電阻應(yīng)變儀調(diào)定的靈敏系數(shù)，本實(shí)驗(yàn)為2； ε測—ε儀器讀數(shù)/A，半橋測量時(shí)A=2，全橋測量時(shí)A=4； ε—通過計(jì)算得出的理論應(yīng)變值。 四．實(shí)驗(yàn)步驟 1．在未接通電源之前將靜態(tài)電阻應(yīng)變儀的表頭、微調(diào)、中調(diào)、大調(diào)刻度盤指針都調(diào)整到零點(diǎn)。將電阻應(yīng)變儀靈敏系數(shù)調(diào)整為2。 2．將儀器附帶的標(biāo)準(zhǔn)電阻與靜態(tài)電阻應(yīng)變儀連接，組成電橋。K 3．打開靜態(tài)電阻應(yīng)變儀電源開關(guān)并旋轉(zhuǎn)到“BD”位置，預(yù)熱一分鐘，轉(zhuǎn)動(dòng)微調(diào)刻度盤觀察指示儀表指針有無偏轉(zhuǎn)，如有說明儀器能正常工作。 4．將開關(guān)旋鈕轉(zhuǎn)到“阻”上，用螺

20、絲刀調(diào)節(jié)“電阻平衡”電位器，使儀表指示為零；然后再將開關(guān)旋鈕轉(zhuǎn)到“容”上，調(diào)節(jié)“電容平衡”電位器，使儀表指示為零。如此反復(fù)調(diào)整幾次后，電橋即已預(yù)調(diào)平衡。 1． 將開關(guān)旋鈕置于“BD”上，拆下標(biāo)準(zhǔn)電阻，通過連接導(dǎo)線換接貼在懸臂梁上的 兩個(gè)電阻應(yīng)變片，組成測量半橋回路。 2． 將開關(guān)旋鈕置于“阻”上，調(diào)節(jié)微、中調(diào)使指示儀表為零，記下此初始儀器讀 數(shù)。 3． 用砝碼給懸臂梁加載，每加載一個(gè)重量，記下一個(gè)儀器讀數(shù)。最后注意測量并 記錄懸臂梁的有關(guān)數(shù)據(jù)。 五．實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理 測量數(shù)據(jù)： L=13.5cm b=6cm h=0.6cm 1．計(jì)算出ε儀器讀數(shù)，ε儀器讀數(shù)等于加載一個(gè)重

21、量后的儀器讀數(shù)和沒加載時(shí)的初始儀器 讀數(shù)之差。 2．根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算出電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù)。 砝碼重量（Kg） 0 0.2 1.2 2.2 儀器讀數(shù)（με） -284 -277 -236 -196 ε儀器讀數(shù) = [(-196+236)+(-236+277)]/ 2 = 40.5 με m = F*L = m*g*l = 1*9.8*13.5*10 = 1323 N*m w = b*h2/6 = 60*62/6 = 360 mm3 E = 200*109 ε= 1323/(360*200*109*10-6) = 18.375 με ε測 = ε儀器讀數(shù)/2

22、 = 20.25με K = KT *ε測 /ε= 2*20.25/18.375 =2.2  實(shí)驗(yàn)三 傳感器綜合測量系統(tǒng) 3-1 穩(wěn)態(tài)正弦激振 一．實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1．了解常用傳感器的工作原理、傳感器信號(hào)的處理方式以及整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用； 2．根據(jù)被測參數(shù)或被測物理量的要求，正確選擇傳感器進(jìn)行有效測量； 3．比較各種測量手段之間的精度、測量效果。 二．實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備介紹 （一） CSY10型傳感器系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀，如圖3-1所示。包括實(shí)驗(yàn)工作臺(tái)、處理電路、信號(hào)與顯示三部分組成。 各種傳感器 信號(hào)與顯示部分 處理電路 測微桿

23、 圖3-1 CSY10型傳感器系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀 1．儀器頂端 左邊是一副平行式懸臂梁，右邊是圓盤式工作臺(tái)，二者均可由固定于上方的螺旋測微桿調(diào)節(jié)初始位置，并可在外界力的作用下產(chǎn)生振動(dòng)。其上固定的傳感器包括：電渦流傳感器、霍爾傳感器、光電傳感器、電阻應(yīng)變片、壓電式加速度傳感器、電容傳感器、光纖傳感器等。所有傳感器均安裝在儀器的頂端，與儀器內(nèi)部的測量電路相聯(lián)。 2．儀器上部面板 包括低頻振蕩器（1～30Hz輸出連續(xù)可調(diào)）、音頻振蕩器（0.4～10KHz輸出連續(xù)可調(diào)）、直流穩(wěn)壓電源(15V、2V～10V)、數(shù)字式電壓頻率表（3位半顯示，2V、20V、2KHz、20KHz）、指

24、針式直流毫伏表（500mV、50mV、5mV）。 3．儀器下部面板 處理電路包括：電橋、差動(dòng)放大器、光電變換器、電容變換器、電荷放大器、電壓放大器、渦流變換器、低通濾波器、溫度變換器等。 4．儀器注意事項(xiàng)： 1）儀器工作時(shí)需要良好接地，以減小干擾信號(hào)，并盡量遠(yuǎn)離電磁干擾源； 2）在確認(rèn)接地?zé)o誤的情況下開啟主電源，避免電源短路情況的發(fā)生； 3）加熱時(shí)，15V電源不能直接接入應(yīng)變片、熱敏電阻、熱電偶； 4）實(shí)驗(yàn)開始前，請先將連接線接好，檢查正確后再開啟副電源； 5）本實(shí)驗(yàn)儀器正常工作溫度為0℃～40℃，注意防塵，以保證實(shí)驗(yàn)線路接觸良好。 三．實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1．光電傳感器的應(yīng)用——

25、光電轉(zhuǎn)速測試 實(shí)驗(yàn)所需部件：CSY10型傳感器系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀中的光電傳感器、光電變換器、測速電機(jī)及轉(zhuǎn)盤、電壓/頻率表2KHz檔、示波器。 2．霍爾傳感器的應(yīng)用——電子秤 實(shí)驗(yàn)所需部件：CSY10型傳感器系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀中的霍爾式傳感器、直流穩(wěn)壓電源、差動(dòng)放大器、圓盤式工作臺(tái)、砝碼、電橋、電壓表。 3．電渦流傳感器的應(yīng)用——稱重 實(shí)驗(yàn)所需部件：CSY10型傳感器系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀中的渦流傳感器、渦流變換器、差動(dòng)放大器、電橋、電壓表、砝碼。 4．電容傳感器的應(yīng)用——位移測量 實(shí)驗(yàn)所需部件：電容傳感器、電容測微儀、微動(dòng)測量臺(tái)架、量塊、計(jì)算機(jī)。 5．電渦流傳感器的應(yīng)用——電機(jī)測速 實(shí)驗(yàn)所需部件：CSY

26、10型傳感器系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀中的渦流傳感器、渦流變換器、電壓/頻率表、測速電機(jī)及轉(zhuǎn)盤、示波器。 6．電容傳感器的應(yīng)用——特性測量 實(shí)驗(yàn)所需部件：CSY10型傳感器系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀中的電容傳感器、電容變換器、差動(dòng)放大器、低通濾波器、低頻振蕩器、電壓/頻率表、測微頭。 7．壓電加速度傳感器的應(yīng)用——?jiǎng)討B(tài)測量 實(shí)驗(yàn)所需部件：CSY10型傳感器系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀中的壓電加速度傳感器、電荷放大器、低頻振蕩器、激振器、電壓/頻率表、示波器。 8．電阻應(yīng)變片的應(yīng)用——三種橋路性能比較 實(shí)驗(yàn)所需部件：CSY10型傳感器系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀中的直流穩(wěn)壓電源（4V檔）、電橋、差動(dòng)放大器、箔式應(yīng)變片、電壓表、測微頭。 9．負(fù)荷傳感

27、器的應(yīng)用——稱重或力的測量 實(shí)驗(yàn)所需部件：負(fù)荷傳感器、電橋、放大器、砝碼。 10．光電編碼器的應(yīng)用——轉(zhuǎn)速或位移測量 實(shí)驗(yàn)所需部件：光電編碼器、直流穩(wěn)壓電源（5V檔）、示波器。 四．實(shí)驗(yàn)要求 1．熟悉相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)儀器組成、結(jié)構(gòu)、工作原理、測量方式等，并寫出預(yù)習(xí)報(bào)告； 2．根據(jù)給出的實(shí)驗(yàn)儀器，從實(shí)驗(yàn)內(nèi)容中選擇其中一項(xiàng)，即一種傳感器的多種用途或一種物理量的多種測量方法，如選擇轉(zhuǎn)速測量，包括1和5兩部分；如選擇電容傳感器，包括4和5兩部分，設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)框圖，分析實(shí)驗(yàn)原理，寫出實(shí)驗(yàn)步驟； 3．按照所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案完成實(shí)驗(yàn)，并記錄原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)； 4．根據(jù)原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出實(shí)驗(yàn)曲線，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果

28、。 五、實(shí)驗(yàn)操作說明 （三）CSY10型傳感器系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀中光電傳感器測速系統(tǒng) 1．光電傳感器“光電”端接光電變換器 端，V0端接示波器和電壓/頻率表2KHz； 2．安裝好光電傳感器位置，勿與轉(zhuǎn)盤盤面相擦； 3．開啟電源，打開電機(jī)開關(guān)，調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，用示波器觀察光電變換器V0端，并讀出波形頻率，與頻率表所示頻率比較； 4．電機(jī)轉(zhuǎn)速=方波頻率2； 5．將一較強(qiáng)光源照射儀器轉(zhuǎn)盤上方，觀察測試方波是否正常； 6．由此得出結(jié)論：光電開關(guān)受外界影響較小，工作可靠性較高。 （四）CSY10型傳感器系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀中霍爾傳感器的應(yīng)用——電子秤 1．移開測微頭，按圖3-18接好系統(tǒng)，使輸出為

29、零，系統(tǒng)靈敏度盡量大； 2．以圓盤式工作臺(tái)作為稱重平臺(tái)，逐次放上砝碼，依次記下表頭讀數(shù)，填入下表，并做出V-W曲線； W（g） 0 20 40 60 80 100 120 兩塊橡皮 V(v) 0 0.33 0.65 1.02 1.31 1.58 1.80 0.68 3．移走稱重砝碼，在平臺(tái)上另放置一未知重量之物品，根據(jù)表頭讀數(shù)從V-W曲線中求得其重量； 4．霍爾傳感器在稱重時(shí)只能工作在梯度磁場中，砝碼和被稱重物都不應(yīng)太重； 5．砝碼應(yīng)置于平臺(tái)的中間部分，避免平臺(tái)傾斜。 電壓表 差放 - + +2V WD R

30、 圖3-18 霍爾傳感器測量電路 （五）CSY10型傳感器系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀中電渦流傳感器的稱重測量 1．按照圖3-19接線，差動(dòng)增益為1，輸出接電壓表20V檔，將平面線圈安裝在線性工作范圍的起始點(diǎn)； 2．調(diào)整電橋WD，使系統(tǒng)輸出為零； 3．在平臺(tái)中間逐步加上砝碼，記錄V、W值，填入下表并做出V-W曲線，計(jì)算靈敏度； 4．取下砝碼，放置一未知重量之物品，從V-W標(biāo)定曲線中求得其重量。 W（g） 0 20 40 60 80 100 120 兩塊橡皮 V(v) -0.28 -0.59 -0.90 -1.26 -1.61 -2.00 -2

31、.42 -0.93 電渦流傳感器 變換器 WD -10V — + 差動(dòng)放大器 示波器 圖3-19 電渦流傳感器測量電路 數(shù)據(jù)處理： f1=45.90hz , n1=22.95r/s f2=84.10hz , n2=42.05r/s f3=60hz , n3=30r/s 霍爾元件電子稱：重物重量為41.2g 渦流傳感器電子稱：重物重量為42.3g  實(shí)驗(yàn)四 連續(xù)彈性體懸臂梁動(dòng)態(tài)特性參數(shù)的測試 梁振動(dòng)在工程問題中經(jīng)常遇到，如旋轉(zhuǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)子、葉片、飛行器、高層建

32、筑等等，往往以梁振動(dòng)為其主要的振動(dòng)形式。懸臂梁是一種一端固定一端自由的梁。它的結(jié)構(gòu)簡單，在工程實(shí)際中有較多的應(yīng)用。除用作工程構(gòu)件外，機(jī)械加工中的刀桿、測量傳感器中的彈性元件等，也都采用懸臂梁形式。本實(shí)驗(yàn)用“機(jī)械阻抗”或稱“頻率響應(yīng)“方法，測量懸臂梁的固有頻率、阻尼比和振型等動(dòng)態(tài)特性參數(shù)。由于在結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性的測試中，激勵(lì)方式通常有穩(wěn)態(tài)正弦激振、隨機(jī)激振和瞬態(tài)激振三類，所以實(shí)驗(yàn)可分別采用這三類方式進(jìn)行。實(shí)際實(shí)驗(yàn)只做穩(wěn)態(tài)正弦激振一類。 4-1 穩(wěn)態(tài)正弦激振方式測試懸臂梁動(dòng)態(tài)特性測試 一．實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1．掌握用穩(wěn)態(tài)正弦激振進(jìn)行機(jī)械阻抗測試的儀器組合及使用方法。 2．了解機(jī)械阻抗數(shù)據(jù)的分析處理方法

33、。 3．測出懸臂梁的固有頻率、阻尼比。 二．實(shí)驗(yàn)原理 穩(wěn)態(tài)正弦激振是對(duì)試件施加一個(gè)穩(wěn)定的單一頻率的正弦激振力，在試件達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，測定振動(dòng)響應(yīng)與正弦力的幅值比及相位差。幅值比為該激振頻率時(shí)的幅頻特性值，相位差為該激振頻率時(shí)的相頻特性值。為了測得整個(gè)頻率范圍內(nèi)的頻率響應(yīng)，必須無級(jí)或有級(jí)地改變正弦激振力的頻率，這一過程稱為頻率掃描或掃頻過程。頻率掃描可以用手動(dòng)或自動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)。在掃描過程中，必須采用足夠緩慢的掃描速度，以保證測試、分析儀器有足夠的響應(yīng)時(shí)間和使被測試件能夠處于穩(wěn)態(tài)振動(dòng)狀態(tài)。對(duì)于小阻尼系統(tǒng)，這點(diǎn)尤為重要。 正弦激振力一般由正弦信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生電信號(hào)，經(jīng)功率放大后送給激振器，激振器

34、便輸出一正弦力作用于試件。在特殊情況下，也可以選用電液或機(jī)械激振設(shè)備產(chǎn)生正弦力。對(duì)于激振力的幅值，可進(jìn)行恒力控制，其方法是采用高阻抗輸出的功率放大器，送恒定電流給激振器來實(shí)現(xiàn)恒力，或通過檢測到的力信號(hào)反饋到激振信號(hào)中，進(jìn)行“壓縮”控制實(shí)現(xiàn)恒力。 試件的振動(dòng)響應(yīng)，一般用測振傳感器及儀器測量。 本實(shí)驗(yàn)的儀器組合框圖如圖4-1所示。由低頻信號(hào)發(fā)生器、功率放大器和激振器組成正弦激振系統(tǒng)。用壓電式加速度計(jì)、阻抗變換器、六線測振儀來檢測試件的振動(dòng)響應(yīng)。六線測振儀中設(shè)有積分網(wǎng)絡(luò)，可將振動(dòng)的加速度信號(hào)轉(zhuǎn)換為速度信號(hào)或位移信號(hào)。 根據(jù)正弦信號(hào)的頻率、測振儀測得的電壓值，可以得出幅頻特性值。用整個(gè)頻率范圍內(nèi)

35、的特性值作出幅頻特性曲線，進(jìn)而估計(jì)出懸臂梁的固有頻率和阻尼比。 加速度計(jì) 懸臂梁 激振器 功率放大器 信號(hào)發(fā)生器 穩(wěn)壓電源 阻抗變換器 六線測振儀 圖4-1 穩(wěn)態(tài)正弦激振實(shí)驗(yàn)框圖 三．實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備 1．低頻信號(hào)發(fā)生器 一臺(tái) 2．功率放大器 一臺(tái) 3．激振器 一臺(tái) 4．懸臂梁

36、 一臺(tái) 5．壓電式加速度計(jì) 一個(gè) 6．阻抗變換器 一個(gè) 7．六線測振儀 一臺(tái) 四．實(shí)驗(yàn)步驟 1．按圖4-1組合好儀器，檢查接線無誤后，接通各儀器電源并調(diào)整好儀器，使懸臂梁輕微振動(dòng)。 2．保持激振力恒定，由低頻段向高頻段逐次改變信號(hào)發(fā)生器的頻率。每改變一次頻率，

37、一定要讓測試系統(tǒng)和懸臂梁都達(dá)到穩(wěn)態(tài)后方可讀取數(shù)據(jù)。發(fā)現(xiàn)懸臂梁產(chǎn)生共振時(shí)，應(yīng)在共振頻率附近多取幾個(gè)頻率點(diǎn)測試，即在共振頻率附近改變頻率的間隔盡可能取得小一些，以便能找到較準(zhǔn)確的共振頻率值。分別測出懸臂梁的位移、速度、加速度響應(yīng)共振頻率。 五．實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理 1．繪制懸臂梁的幅頻特性曲線。 2．根據(jù)所繪幅頻特性曲線，求出懸臂梁的固有頻率和阻尼比。 六．思考題 1．穩(wěn)態(tài)正弦激振的特點(diǎn)是什么？ 2．將測得的懸臂梁固有頻率與下式計(jì)算的fn值進(jìn)行比較。 （4-1） 式中 E—彈性模量； I—截面慣性矩； L—梁的長度； ρ—梁材料的密度

38、； S—截面積； A—振型常數(shù)，一階時(shí)為3.52，二階時(shí)為22.4。 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)： f(Hz) 20.001 20.900 22.046 22.975 23.943 24.900 26.190 26.502 27.142 27.630 28.110 U(mV) 19.5 23 30 36 45 53 76 82 98 112 139 f(Hz) 28.566 29.094 29.520 30.025 30.475 34.925 39.980 50.090 59.965 70.110 80.052 U(mV) 1

39、69 200 225 238 225 86 52 34 28 24 21 f(Hz) 90.030 100.25 110.04 120.19 130.40 135.34 139.78 142.25 143.15 144.11 144.88 U(mV) 18 17 15 12 8 4 2 1 1.9 2.1 3 f(Hz) 145.14 150.02 155.12 160.19 161.08 162.06 163.10 164.08 165.05 166.15 167.12 U(mV) 4 14 37 100 117 133 144 145 141 130 120 f(Hz) 170.20 174.98 180.26 190.12 200.07 209.97 220.12 240.00 260.36 280.11 U(mV) 92 67 52 41 37 35 32 29 26 25 數(shù)據(jù)結(jié)果： ωn = 30.144Hz ω1 = 28.5Hz ω2 = 31.5Hz 阻尼比： ζ=（ω2-ω1）/(2ωn) = 0.0498 理論計(jì)算值：fn=23.55Hz 19