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機(jī)械工程測(cè)試技術(shù) 實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書 主編 文成 副主編 彭浩，周傳德 重慶科技學(xué)院機(jī)械電子工程實(shí)驗(yàn)室 2008年6月20日 實(shí)驗(yàn)?zāi)夸? 實(shí)驗(yàn)一 電橋和差特性實(shí)驗(yàn) 3 實(shí)驗(yàn)二 電子稱定標(biāo)實(shí)驗(yàn) 6 實(shí)驗(yàn)三 電容式傳感器的位移特性實(shí)驗(yàn) 8 實(shí)驗(yàn)四 測(cè)速實(shí)驗(yàn) 10 實(shí)驗(yàn)五 電渦流傳感器的位移特性實(shí)驗(yàn) 14 實(shí)驗(yàn)六 光纖傳感器位移特性實(shí)驗(yàn) 16 實(shí)驗(yàn)七 用“李薩如圖形法”測(cè)量簡(jiǎn)諧振動(dòng)的頻率 18 實(shí)驗(yàn)八 機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)固有頻率的測(cè)量 21 實(shí)驗(yàn)九 單自由度系統(tǒng)強(qiáng)迫振動(dòng)的幅頻特性 25 實(shí)驗(yàn)十 單自由度系統(tǒng)自由衰減振動(dòng)及 28 實(shí)驗(yàn)十一 主動(dòng)隔振實(shí)驗(yàn) 31 實(shí)驗(yàn)十二 被動(dòng)隔振實(shí)驗(yàn) 34 實(shí)驗(yàn)十三 振動(dòng)信號(hào)分析實(shí)驗(yàn) 37 實(shí)驗(yàn)十四 用“雙蹤示波法”測(cè)量傳感器的靈敏度 40 實(shí)驗(yàn)十五 兩自由度系統(tǒng)固有頻率測(cè)試 43 實(shí)驗(yàn)十六 變時(shí)基錘擊法簡(jiǎn)支梁模態(tài)測(cè)試 47 實(shí)驗(yàn)十七 轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速測(cè)量 55 實(shí)驗(yàn)十八 滑動(dòng)軸承油膜渦動(dòng)和油膜振蕩 58 實(shí)驗(yàn)十九 轉(zhuǎn)子啟停機(jī)三維彩色譜陣分析 62 實(shí)驗(yàn)二十 轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn) 64 實(shí)驗(yàn)二十一 轉(zhuǎn)子啟停機(jī)轉(zhuǎn)速譜陣 72 實(shí)驗(yàn)二十二 轉(zhuǎn)子階次譜陣分析 75 實(shí)驗(yàn)二十三 軸承故障診斷分析 78 實(shí)驗(yàn)二十四 齒輪故障診斷分析 81 THSRZ-1型傳感器系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)介 84 ZK-4VIC型虛擬測(cè)試振動(dòng)與控制實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)介 86 INV1601T 型振動(dòng)與控制實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)介 89 INV1612型多功能柔性轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)簡(jiǎn)介 93 DH3817動(dòng)靜態(tài)應(yīng)變測(cè)試系統(tǒng)簡(jiǎn)介 98 DH5920動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀簡(jiǎn)介 99 虛擬儀器LabVIEW及振動(dòng)噪音數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)簡(jiǎn)介 100 QPZZ-II旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)分析及故障模擬試驗(yàn)平臺(tái)系統(tǒng)簡(jiǎn)介 101 實(shí)驗(yàn)一 電橋和差特性實(shí)驗(yàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1、了解金屬箔式應(yīng)變片的應(yīng)變效應(yīng)。 2、比較單臂電橋、半橋與全橋測(cè)量電路的工作原理和性能，從而驗(yàn)證電橋的和差特性。 二、實(shí)驗(yàn)儀器 THSRZ-1傳感器實(shí)驗(yàn)臺(tái)，應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K、托盤、砝碼、數(shù)顯電壓表、15V、4V電源、萬用表（自備）。 三、實(shí)驗(yàn)原理 電阻絲在外力作用下發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻值發(fā)生變化，這就是電阻應(yīng)變效應(yīng)，描述電阻應(yīng)變效應(yīng)的關(guān)系式為：，式中為電阻絲電阻相對(duì)變化，K為應(yīng)變靈敏系數(shù)，為電阻絲長(zhǎng)度相對(duì)變化。金屬箔式應(yīng)變片就是通過光刻、腐蝕等工藝制成的應(yīng)變敏感組件，如圖1-1所示，四個(gè)金屬箔應(yīng)變片分別貼在彈性體的上下兩側(cè)，彈性體受到壓力發(fā)生形變，應(yīng)變片隨彈性體形變被拉伸，或被壓縮。將這些電阻應(yīng)變片連接成電橋，通過電橋的作用完成電阻到電壓的比例變化。設(shè)E為電橋電源電壓，則電橋輸出與各橋臂應(yīng)變有如下關(guān)系： 圖1-1 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟 1、應(yīng)變傳感器上的各應(yīng)變片已分別接到圖1-2所示的應(yīng)變傳感器模塊左上方的R1、R2、R3、R4上，可用萬用表測(cè)量判別，R1=R2=R3=R4=350Ω。 圖1-2 2、差動(dòng)放大器調(diào)零。從主控臺(tái)接入15V電源，檢查無誤后，合上主控臺(tái)電源開關(guān)，將差動(dòng)放大器的輸入端Ui短接并與地短接，輸出端Uo2接數(shù)顯電壓表（選擇2V檔）。將電位器Rw3調(diào)到增益最大位置（順時(shí)針轉(zhuǎn)到底），調(diào)節(jié)電位器Rw4使電壓表顯示為0V。關(guān)閉主控臺(tái)電源。（Rw3、Rw4的位置確定后不能改動(dòng)） 3、按圖1-2連線，將應(yīng)變式傳感器的其中一個(gè)應(yīng)變電阻（如R1）接入電橋與R5、R6、R7構(gòu)成一個(gè)單臂直流電橋。 4、加托盤后電橋調(diào)零。電橋輸出接到差動(dòng)放大器的輸入端Ui，檢查接線無誤后，合上主控臺(tái)電源開關(guān)，預(yù)熱五分鐘，調(diào)節(jié)Rw1使電壓表顯示為零。 5、在應(yīng)變傳感器托盤上放置一只砝碼，讀取數(shù)顯表數(shù)值，依次增加砝碼和讀取相應(yīng)的數(shù)顯表值，直到200g砝碼加完，記下實(shí)驗(yàn)結(jié)果，填入表1-1，關(guān)閉電源。 表1-1 重量(g) 單臂電橋 (mV) 半橋(mV) 全橋 (mV) 6、按圖1-3接線，將受力相反（一片受拉，一片受壓）的兩只應(yīng)變片接入電橋的鄰邊，構(gòu)成一個(gè)半橋電路。重復(fù)步驟4和步驟5，記下實(shí)驗(yàn)結(jié)果，填入表1-1，關(guān)閉電源。 圖1-3 7、按圖1-4接線，將受力相反（一片受拉，一片受壓）的兩對(duì)應(yīng)變片分別接入電橋的鄰邊，構(gòu)成一個(gè)全橋電路。重復(fù)步驟4和步驟5，記下實(shí)驗(yàn)結(jié)果，填入表1-1，關(guān)閉電源。 圖1-4 五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告 1、根據(jù)表1-1分別計(jì)算單臂電橋、半橋和全橋連接時(shí)系統(tǒng)靈敏度S＝ΔU/ΔW（ΔU輸出電壓變化量，ΔW重量變化量）和非線性誤差δf=Δm/yF..S 100％，式中Δm為輸出值（多次測(cè)量時(shí)為平均值）與擬合直線的最大偏差；yFS為滿量程（200g）輸出平均值。 2、比較單臂、半橋、全橋測(cè)量電路的靈敏度和非線性度，得出相應(yīng)的結(jié)論。 實(shí)驗(yàn)二 電子稱定標(biāo)實(shí)驗(yàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1、了解直流全橋的應(yīng)用及電路的定標(biāo)方法。 2、學(xué)會(huì)繪制標(biāo)定曲線。 二、實(shí)驗(yàn)儀器 THSRZ-1傳感器實(shí)驗(yàn)臺(tái)，應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K、托盤、砝碼、數(shù)顯電壓表、15V電源、4V電源、萬用表（自備）。 三、實(shí)驗(yàn)原理 電子稱實(shí)驗(yàn)原理同實(shí)驗(yàn)一的全橋測(cè)量原理，通過調(diào)節(jié)放大電路對(duì)電橋輸出的放大倍數(shù)使電路輸出電壓值為重量的對(duì)應(yīng)值，電壓量綱（V）改為重量量綱（g）即成一臺(tái)比較原始的電子稱。 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟 1、應(yīng)變傳感器上的各應(yīng)變片已分別接到圖2-1所示的應(yīng)變傳感器模塊左上方的R1、R2、R3、R4上，可用萬用表測(cè)量判別，R1=R2=R3=R4=350Ω。 圖2-1 2、差動(dòng)放大器調(diào)零。從主控臺(tái)接入15V電源，檢查無誤后，合上主控臺(tái)電源開關(guān)，將差動(dòng)放大器的輸入端Ui短接并與地短接，輸出端Uo2接數(shù)顯電壓表（選擇2V檔）。將電位器Rw3調(diào)到增益最大位置（順時(shí)針轉(zhuǎn)到底），調(diào)節(jié)電位器Rw4使電壓表顯示為0V。關(guān)閉主控臺(tái)電源。（Rw3、Rw4的位置確定后不能改動(dòng)） 3、按圖2-2接線，將受力相反（一片受拉，一片受壓）的兩對(duì)應(yīng)變片分別接入電橋的鄰邊，構(gòu)成一個(gè)全橋電路。 圖2-2 4、將10只砝碼置于傳感器的托盤上，調(diào)節(jié)電位器Rw3（滿量程時(shí)的增益），使數(shù)顯電壓表顯示為0.200V（2V檔測(cè)量）。 5、拿去托盤上所有砝碼，觀察數(shù)顯電壓表是否顯示為0.000V，若不為零，再次將差動(dòng)放大器調(diào)零和加托盤后電橋調(diào)零。 6、重復(fù)4、5步驟，直到精確為止，把電壓量綱V改為重量量綱Kg即可以稱重。 7、將砝碼依次放到托盤上并讀取相應(yīng)的數(shù)顯表值，直到200g砝碼加完，計(jì)下實(shí)驗(yàn)結(jié)果，填入表2-1。 8、去除砝碼，托盤上加一個(gè)未知的重物（不要超過1Kg），記錄電壓表的讀數(shù)。 表2-1 重量(g) 電壓(V) 五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告 1、根據(jù)計(jì)入表2-1的實(shí)驗(yàn)資料，在方格紙上繪制標(biāo)定曲線，分析標(biāo)定結(jié)果。 2、計(jì)算靈敏度L=ΔU/ΔW和非線性誤差δf ，并求出未知的重物的重量。 3、簡(jiǎn)述標(biāo)定方法，并對(duì)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析。 實(shí)驗(yàn)三 電容式傳感器的位移特性實(shí)驗(yàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 了解電容傳感器的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)。 二、實(shí)驗(yàn)儀器 THSRZ-1傳感器實(shí)驗(yàn)臺(tái)，電容傳感器、電容傳感器模塊、測(cè)微頭、數(shù)顯直流電壓表、直流穩(wěn)壓電源、絕緣護(hù)套。 三、實(shí)驗(yàn)原理 電容式傳感器是指能將被測(cè)物理量的變化轉(zhuǎn)換為電容量變化的一種傳感器它實(shí)質(zhì)上是具有一個(gè)可變參數(shù)的電容器。利用平板電容器原理： 式中，S為極板面積，d為極板間距離，ε0真空介電常數(shù)，εr介質(zhì)相對(duì)介電常數(shù)，由此可以看出當(dāng)被測(cè)物理量使S、d或εr發(fā)生變化時(shí)，電容量C隨之發(fā)生改變，如果保持其中兩個(gè)參數(shù)不變而僅改變另一參數(shù)，就可以將該參數(shù)的變化單值地轉(zhuǎn)換為電容量的變化。所以電容傳感器可以分為三種類型：改變極間距離的變間隙式，改變極板面積的變面積式和改變介質(zhì)電常數(shù)的變介電常數(shù)式。這里采用變面積式，如圖3-1兩只平板電容器共享一個(gè)下極板，當(dāng)下極板隨被測(cè)物體移動(dòng)時(shí)，兩只電容器上下極板的有效面積一只增大，一只減小，將三個(gè)極板用導(dǎo)線引出，形成差動(dòng)電容輸出。 圖3-1 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟 1、按圖3-2將電容傳感器安裝在電容傳感器模塊上，傳感器引線插入實(shí)驗(yàn)?zāi)K插座中。 2、將電容傳感器模塊的輸出UO接到數(shù)顯直流電壓表。 3、接入15V電源，合上主控臺(tái)電源開關(guān)，將電容傳感器調(diào)至中間位置，調(diào)節(jié)Rw，使得數(shù)顯直流電壓表顯示為0（選擇2V檔）。（Rw確定后不能改動(dòng)） 圖3-2 4、旋動(dòng)測(cè)微頭推進(jìn)電容傳感器的共享極板（下極板），每隔0.2mm記下位移量X與輸出電壓值V的變化，填入下表3-1。 表3-1 X(mm) V(mV) 五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告 根據(jù)表3-1的數(shù)據(jù)計(jì)算電容傳感器的系統(tǒng)靈敏度S和非線性誤差δf 。 實(shí)驗(yàn)四 測(cè)速實(shí)驗(yàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 了解霍爾組件的應(yīng)用—測(cè)量轉(zhuǎn)速，磁電式傳感器的原理及測(cè)速應(yīng)用，光纖位移傳感器用于測(cè)轉(zhuǎn)速的方法，光電轉(zhuǎn)速傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)速的原理及方法。 二、實(shí)驗(yàn)儀器 THSRZ-1傳感器實(shí)驗(yàn)臺(tái)，霍爾傳感器、磁電感應(yīng)傳感器、光纖位移傳感器模塊、Y型光纖傳感器、光電傳感器、+5V、2～24V直流電源、轉(zhuǎn)動(dòng)源、頻率/轉(zhuǎn)速表、直流穩(wěn)壓電源、數(shù)顯直流電壓表，示波器。 三、實(shí)驗(yàn)原理 1、霍爾測(cè)速的原理 利用霍爾效應(yīng)表達(dá)式：UH＝KHIB，霍爾測(cè)速的原理如圖4-1所示。當(dāng)被測(cè)圓盤上裝上N只磁性體時(shí)，轉(zhuǎn)盤每轉(zhuǎn)一周磁場(chǎng)變化N次，每轉(zhuǎn)一周霍爾電勢(shì)就同頻率相應(yīng)變化，輸出電勢(shì)通過放大、整形和計(jì)數(shù)電路就可以測(cè)出被測(cè)旋轉(zhuǎn)物的轉(zhuǎn)速。設(shè)霍爾電勢(shì)的頻率為f，則被測(cè)轉(zhuǎn)速為： 圖4-1 2、磁電測(cè)速原理 磁電感應(yīng)式傳感器是以電磁感應(yīng)原理為基礎(chǔ)，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，線圈兩端的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)正比于線圈所包圍的磁通對(duì)時(shí)間的變化率，即 其中W是線圈匝數(shù)，Φ線圈所包圍的磁通量。若線圈相對(duì)磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)速度為v或角速度w，則上式可改為e=-WBlv或者e=-WBSw，l為每匝線圈的平均長(zhǎng)度；B線圈所在磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度；S每匝線圈的平均截面積。 3、光纖測(cè)速原理 利用光纖位移傳感器探頭對(duì)旋轉(zhuǎn)被測(cè)物反射光的明顯變化產(chǎn)生電脈沖，經(jīng)電路處理即可測(cè)量轉(zhuǎn)速。 4、光電轉(zhuǎn)速原理 光電式轉(zhuǎn)速傳感器有反射型和透射型二種，本實(shí)驗(yàn)裝置是透射型的，傳感器端部有發(fā)光管和光電池，發(fā)光管發(fā)出的光源通過轉(zhuǎn)盤上的孔透射到光電管上，并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，由于轉(zhuǎn)盤上有等間距的6個(gè)透射孔，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)將獲得與轉(zhuǎn)速及透射孔數(shù)有關(guān)的脈沖，將電脈計(jì)數(shù)處理即可得到轉(zhuǎn)速值。 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟 1、霍爾測(cè)速內(nèi)容與步驟 （1）安裝根據(jù)圖4-2，將霍爾傳感器安裝于傳感器支架上，且霍爾組件正對(duì)著轉(zhuǎn)盤上的磁鋼。 圖4-2 （2）將+5V電源接到三源板上“霍爾”輸出的電源端，“霍爾”輸出接到頻率/轉(zhuǎn)速表（切換到測(cè)轉(zhuǎn)速位置）?！?～24V”直流穩(wěn)壓電源接到“轉(zhuǎn)動(dòng)源”的“轉(zhuǎn)動(dòng)電源”輸入端。 （3）合上主控臺(tái)電源，調(diào)節(jié)2～24V輸出，可以觀察到轉(zhuǎn)動(dòng)源轉(zhuǎn)速的變化，在表4-1記錄下驅(qū)動(dòng)電壓V1和轉(zhuǎn)速RPM數(shù)據(jù)。通過示波器來觀察測(cè)霍爾組件輸出的脈沖波形。 表4-1 V1（V） RPM 2、磁電測(cè)速內(nèi)容與步驟 （1）按圖4-3安裝磁電感應(yīng)式傳感器。傳感器底部距離轉(zhuǎn)動(dòng)源4～5mm（目測(cè)），“轉(zhuǎn)動(dòng)電源”接到2～24V直流電源輸出（注意正負(fù)極，否則燒壞電機(jī)）。磁電式傳感器的兩根輸出線接到頻率/轉(zhuǎn)速表。 圖4-3 （2）調(diào)節(jié)2～24V電壓調(diào)節(jié)旋鈕，改變轉(zhuǎn)動(dòng)源的轉(zhuǎn)速，并記下相應(yīng)的頻率/轉(zhuǎn)速表讀數(shù)。在表4-2記錄下驅(qū)動(dòng)電壓V2和轉(zhuǎn)速RPM數(shù)據(jù)。通過示波器來觀察測(cè)霍爾組件輸出脈沖波形。 表4-2 V2（V） RPM 3、光纖測(cè)速內(nèi)容與步驟 （1）將光纖傳感器按圖4-3安裝在傳感器支架上，使光纖探頭對(duì)準(zhǔn)轉(zhuǎn)動(dòng)盤邊緣的反射點(diǎn)，探頭距離反射點(diǎn)1mm左右（在光纖傳感器的線性區(qū)域內(nèi)）。 2．用手撥動(dòng)一下轉(zhuǎn)盤，使探頭避開反射面（避免產(chǎn)生暗電流），接好實(shí)驗(yàn)?zāi)K15V電源，模塊輸出Uo接到直流電壓表輸入。調(diào)節(jié)Rw使直流電壓表顯示為零。（Rw確定后不能改動(dòng)） 3．將模塊輸出Uo接到頻率/轉(zhuǎn)速表的輸入“fin”。 4．將2~24V直流電源先調(diào)到最小，接到三源板的“轉(zhuǎn)動(dòng)電源”輸入端，合上主控臺(tái)電源開關(guān)，逐步增大2~24V輸出，用直流電壓表監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)源的驅(qū)動(dòng)電壓，并記下相應(yīng)的頻率/轉(zhuǎn)速表讀數(shù)。在表4-3記錄下驅(qū)動(dòng)電壓V3和轉(zhuǎn)速RPM數(shù)據(jù)。 表4-3 V3（V） RPM 4、光電測(cè)速內(nèi)容與步驟 （1）光電傳感器已安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)源上，如圖4-4所示。2~24V電壓輸出接到 圖4-4 三源板的“轉(zhuǎn)動(dòng)電源”輸入，并將2～24V輸出調(diào)節(jié)到最小，+5V電源接到三源板“光電”輸出的電源端，光電輸出接到頻率/轉(zhuǎn)速表的“fin”。 （2）合上主控制臺(tái)電源開關(guān)，逐漸增大2～24V輸出，使轉(zhuǎn)動(dòng)源轉(zhuǎn)速加快，觀測(cè)頻率/轉(zhuǎn)速表的顯示。在表4-4記錄下驅(qū)動(dòng)電壓V4和轉(zhuǎn)速RPM數(shù)據(jù)。通過示波器來觀察測(cè)霍爾組件輸出的脈沖波形。 表4-2 V4（V） RPM 五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告 1、分析霍爾組件產(chǎn)生脈沖的原理，并根據(jù)記錄的驅(qū)動(dòng)電壓和轉(zhuǎn)速，作V1-RPM曲線。 2、分析磁電式傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)速原理，并根據(jù)記錄的驅(qū)動(dòng)電壓和轉(zhuǎn)速，作V2-RPM曲線。 3、分析光纖傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)速原理，根據(jù)記錄的驅(qū)動(dòng)電壓和轉(zhuǎn)速，作V3-RPM曲線。 4、分析光電式傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)速原理，并根據(jù)測(cè)的驅(qū)動(dòng)電壓和轉(zhuǎn)速，作V4-RPM曲線。 5、對(duì)這4種測(cè)速方法進(jìn)行對(duì)比。 實(shí)驗(yàn)五 電渦流傳感器的位移特性實(shí)驗(yàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 了解電渦流傳感器測(cè)量位移的工作原理和特性。 二、實(shí)驗(yàn)儀器 THSRZ-1傳感器實(shí)驗(yàn)臺(tái)，電渦流傳感器、鐵圓盤、電渦流傳感器模塊、測(cè)微頭、直流穩(wěn)壓電源、數(shù)顯直流電壓表、測(cè)微頭。 三、實(shí)驗(yàn)原理 如圖5-1所示，通過高頻電流的線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，當(dāng)有導(dǎo)電體接近時(shí)，因?qū)щ婓w渦流效應(yīng)產(chǎn)生渦流損耗，而渦流損耗與導(dǎo)電體離線圈的距離有關(guān)，因此可以進(jìn)行位移測(cè)量。 圖5-1 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟 1、按下圖5-2安裝電渦流傳感器。 圖5-2 2、在測(cè)微頭端部裝上鐵質(zhì)金屬圓盤，作為電渦流傳感器的被測(cè)體。調(diào)節(jié)測(cè)微頭，使鐵質(zhì)金屬圓盤的平面貼到電渦流傳感器的探測(cè)端，固定測(cè)微頭。 3、傳感器連接按圖5-3，將電渦流傳感器連接線接到模塊上標(biāo)有“”的兩端，實(shí)驗(yàn)范本輸出端Uo與數(shù)顯單元輸入端Ui相接。數(shù)顯表量程切換開關(guān)選擇電壓20V檔，模塊電源用連接導(dǎo)線從主控臺(tái)接入+15V電源。 圖5-3 4、合上主控臺(tái)電源開關(guān)，記下數(shù)顯表讀數(shù)，然后每隔0.2mm讀一個(gè)數(shù)，直到輸出幾乎不變?yōu)橹?。將結(jié)果列入表5-1。 表5-1 X（mm） UO(V) 五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告 1、根據(jù)表5-1數(shù)據(jù)，畫出U－X曲線。 2、根據(jù)曲線找出線性區(qū)域及進(jìn)行正、負(fù)位移測(cè)量時(shí)的最佳工作點(diǎn)，并計(jì)算量程為1mm、3 mm及5mm時(shí)的靈敏度和線性度（可以用端點(diǎn)法或其它擬合直線）。 實(shí)驗(yàn)六 光纖傳感器位移特性實(shí)驗(yàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 了解反射式光纖位移傳感器的原理與應(yīng)用。 二、實(shí)驗(yàn)儀器 THSRZ-1傳感器實(shí)驗(yàn)臺(tái)，光纖位移傳感器模塊、Y型光纖傳感器、測(cè)微頭、反射面、直流電源、數(shù)顯電壓表。 三、實(shí)驗(yàn)原理 反射式光纖位移傳感器是一種傳輸型光纖傳感器。其原理如圖6-1所示。光纖采用Ｙ型結(jié)構(gòu)，兩束光纖一端合并在一起組成光纖探頭，另一端分為兩支，分別作為光源光纖和接收光纖。光從光源耦合到光源光纖，通過光纖傳輸，射向反射面，再被反射到接收光纖，最后由光電轉(zhuǎn)換器接收，轉(zhuǎn)換器接收到的光源與反射體表面的性質(zhì)及反射體到光纖探頭距離有關(guān)。當(dāng)反射表面位置確定后，接收到的反射光光強(qiáng)隨光纖探頭到反射體的距離的變化而變化。顯然，當(dāng)光纖探頭緊貼反射面時(shí)，接收器接收到的光強(qiáng)為零。隨著光纖探頭離反射面距離的增加，接收到的光強(qiáng)逐漸增加，到達(dá)最大值點(diǎn)后又隨兩者的距離增加而減小。反射式光纖位移傳感器是一種非接觸式測(cè)量，具有探頭小，響應(yīng)速度快，測(cè)量線性化（在小位移范圍內(nèi)）等優(yōu)點(diǎn)，可在小位移范圍內(nèi)進(jìn)行高速位移檢測(cè)。 圖6-1 圖6-2 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟 1、光纖傳感器的安裝如圖6-2所示，將Y型光纖安裝在光纖位移傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K上。探頭對(duì)準(zhǔn)鍍鉻反射板，調(diào)節(jié)光纖探頭端面與反射面平行，距離適中；固定測(cè)微頭。接通電源預(yù)熱數(shù)分鐘。 2、將測(cè)微頭起始位置調(diào)到14cm處，手動(dòng)使反射面與光纖探頭端面緊密接觸，固定測(cè)微頭。 3、實(shí)驗(yàn)?zāi)K從主控臺(tái)接入15V電源，合上主控臺(tái)電源。 4、將模塊輸出“Uo”接到直流電壓表（20V檔），仔細(xì)調(diào)節(jié)電位器Rw使電壓表顯示為零。 5、旋動(dòng)測(cè)微器，使反射面與光纖探頭端面距離增大，每隔0.1mm讀出一次輸出電壓U值，填入表6-1。 表7-1 X（mm） Uo(V) 五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告 1、根據(jù)所得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，確定光纖位移傳感器大致的線性范圍，并給出其靈敏度和非線性誤差。 2、分析實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生誤差的原因。 實(shí)驗(yàn)七 用“李薩如圖形法”測(cè)量簡(jiǎn)諧振動(dòng)的頻率 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1、了解李薩如圖形的物理意義規(guī)律和特點(diǎn)。 2、學(xué)會(huì)用“李薩如圖形法”測(cè)量簡(jiǎn)諧振動(dòng)的頻率。 二、實(shí)驗(yàn)儀器 ZK-4VIC振動(dòng)與控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)，調(diào)速電機(jī)（激振器），壓電式加速度傳感器，ZK-4JCZ型激振測(cè)振儀，虛擬式測(cè)試儀器庫(kù)。 三、實(shí)驗(yàn)原理 互相垂直、頻率不同的兩振動(dòng)的合成，其合成振動(dòng)波形比較復(fù)雜，在一般情況下，圖形是不穩(wěn)定的。但當(dāng)兩個(gè)振動(dòng)的頻率為整數(shù)比時(shí)，即可合成穩(wěn)定的圖形，稱為李薩如圖形。李薩如圖形的形成如圖7-1(a)所示，在圖7-1(a)中，沿X、Y兩個(gè)方向?qū)烧駝?dòng)信號(hào)作兩對(duì)邊框，每對(duì)邊框各有nx和ny兩個(gè)切點(diǎn)，nx與ny之比就等于兩個(gè)振動(dòng)周期Tx、Ty之比，即：ny/nx=Ty/Tx=fx/fy。所以。只要示波器熒光屏上出現(xiàn)了穩(wěn)定圖形，就可根據(jù)李薩如圖形的規(guī)律求出待測(cè)頻率f。 圖7-1 1、時(shí)， 振動(dòng)方程： 1）當(dāng)， 則：，圖形為過原點(diǎn)的直線； 2）當(dāng)， 則：，圖形為過原點(diǎn)的直線； 3）當(dāng)， 則：，圖形為以X、Y軸為對(duì)稱軸的橢圓； 4）當(dāng)為其它任意值時(shí)，得到的圖形是形狀各不相同的橢圓。 2、時(shí)， 合成振動(dòng)波形不再是橢圓，而是更為復(fù)雜的圖形。但是，只要是一個(gè)有理數(shù)，總能形成一個(gè)穩(wěn)定的圖形。例如，時(shí)，圖為“8”形，這表明，當(dāng)Y軸變化了一個(gè)正峰和一個(gè)負(fù)峰，則X軸變化了兩個(gè)正峰和兩個(gè)負(fù)峰。時(shí)，圖形為“”形，這表明，當(dāng)Y軸變化了兩個(gè)正峰和兩個(gè)負(fù)峰，則X軸變化了一個(gè)正峰和一個(gè)負(fù)峰。 李薩如圖形的原理可以直觀地同圖解法來證明。由圖7-1(a)可以看出：當(dāng)時(shí)，示波器上的圖形是一斜橢圓；當(dāng)由0變到時(shí)，圖形則由一根斜直線經(jīng)斜橢圓變?yōu)檎龣E圓；當(dāng)繼續(xù)增加，則又變?yōu)樾睓E圓，但橢圓的長(zhǎng)軸所在象限由I、Ⅲ象限變?yōu)棰?、Ⅳ象限；?dāng)增至?xí)r，圖形又變?yōu)樾敝本€。當(dāng)再增加時(shí)，則又變?yōu)樾睓E圓。這一變化過程如圖7-1(b)所示。 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟 1、實(shí)驗(yàn)安裝如圖7-2所示，將調(diào)速電機(jī)安裝在簡(jiǎn)支梁上。用調(diào)速電機(jī)對(duì)簡(jiǎn)支梁系統(tǒng)施加一個(gè)頻率未知的激擾力，電機(jī)轉(zhuǎn)速（系統(tǒng)強(qiáng)迫振動(dòng)頻率）可用調(diào)壓器來改變。在測(cè)量系統(tǒng)振動(dòng)頻率的過程中不要改變電機(jī)轉(zhuǎn)速。 2、將傳感器測(cè)得的振動(dòng)信號(hào)經(jīng)放大后接入示波器的Y軸，并將激振信號(hào)源產(chǎn)生的一頻率已知的周期信號(hào)輸入到示波器的X軸。 3、調(diào)整周期信號(hào)的頻率，使示波器的屏幕上出現(xiàn)一直線或橢（正）圓，此時(shí)，激振信號(hào)源顯示的頻率即為簡(jiǎn)支梁系統(tǒng)強(qiáng)迫振動(dòng)的頻率。 4、將周期信號(hào)頻率變?yōu)?，觀察示波器屏幕上的圖形。 圖7-2 五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告 1、測(cè)試結(jié)果 表7-1 簡(jiǎn) 諧 振 動(dòng) 頻 率 （Hz） 周期信號(hào)頻率 圖 形 2、觀察并分析周期信號(hào)頻率為、、時(shí)示波器屏幕上的圖形，看有什么規(guī)律和特點(diǎn)。 實(shí)驗(yàn)八 機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)固有頻率的測(cè)量 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1、了解共振前后李薩如圖形的變化規(guī)律和特點(diǎn)。 2、學(xué)會(huì)用“共振相位判別法”測(cè)量機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率。 二、實(shí)驗(yàn)儀器 ZK-4VIC振動(dòng)與控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)，電動(dòng)式激振器，壓電式加速度傳感器，ZK-4JCZ型激振測(cè)振儀，虛擬式測(cè)試儀器庫(kù)。 三、實(shí)驗(yàn)原理 用簡(jiǎn)諧力激振，造成系統(tǒng)共振，以尋找系統(tǒng)的固有頻率，是一種常用的方法。這種方法可以根據(jù)振動(dòng)量的幅值共振來判定共振頻率。但在阻尼較大的情況下，用不同的幅值共振方法測(cè)得的共振頻率略有差別，而且用幅值變化來判定共振頻率有時(shí)不夠敏感。 相位判別法是根據(jù)共振時(shí)的特殊相位值以及共振前后的相位變化規(guī)律所提出來的一種共振判別法。在簡(jiǎn)諧力激振的情況下，用相位法來判定共振是一種較為敏感的方法，而且共振時(shí)的頻率就是系統(tǒng)的無阻尼固有頻率，可以排除阻尼因素的影響。 以下對(duì)這三種方法分別加以說明： 1、用位移判別共振 設(shè)激振信號(hào)為F，振動(dòng)體位移、速度、加速度信號(hào)為、、： 測(cè)量位移拾振時(shí)，測(cè)振儀上所反映的是振動(dòng)體的位移信號(hào)。將位移信號(hào)輸入虛擬示波器的“Y軸（2通道），激振信號(hào)輸入“X”軸（1通道），此時(shí)兩信號(hào)分別為： 將示波器置于“X-Y”顯示檔位上，以上兩信號(hào)在屏幕上顯示出一個(gè)橢圓圖象。共振時(shí)，（為系統(tǒng)共振角頻率），即X軸信號(hào)與Y軸信號(hào)的相位差為，根據(jù)李薩如圖形原理知，屏幕上的圖象將是一個(gè)正橢圓。當(dāng)略大于或略小于時(shí)，圖象都將由正橢圓變?yōu)樾睓E圓，并且其軸所在象限也將發(fā)生變化。其變化過程如圖8-1所示。圖象由斜橢圓變?yōu)檎龣E圓時(shí)的頻率就是振動(dòng)體的固有頻率。 欠共振 共 振 過共振 圖8-1 用位移判別共振的李薩如圖形 2、用速度判別共振 測(cè)量速度時(shí)，測(cè)振儀所反映的是振動(dòng)體的速度信號(hào)。將速度信號(hào)輸入示波器Y軸（2通道），激振信號(hào)輸入示波器X軸（1通道），此時(shí)，示波器的X軸與Y軸的信號(hào)分別為： 上述信號(hào)使示波器的屏幕上顯示一橢圓圖象。共振時(shí)，，因此，X軸信號(hào)與Y軸信號(hào)的信號(hào)相位差為0。根據(jù)李薩如圖形原理知，屏幕上的圖象應(yīng)是一條直線。當(dāng)略大于或略小于時(shí)，圖象都將由直線變?yōu)闄E圓，并且軸所在象限不發(fā)生變化。其變化過程如圖8-2所示。因此，圖象由橢圓變?yōu)橹本€時(shí)的頻率就是振動(dòng)體的固有頻率。 欠共振 共 振 過共振 圖8-2 3、用加速度判別共振 測(cè)量加速度時(shí)，測(cè)振儀上所反映的是振動(dòng)體的加速度信號(hào)。將振動(dòng)加速度信號(hào)輸入示波器Y軸（2通道），激振信號(hào)輸入示波器X軸（1通道），此時(shí)，示波器的X軸與Y軸的信號(hào)分別為： 上述信號(hào)使示波器的屏幕上顯示一橢圓圖象。共振時(shí)，，X軸信號(hào)與Y軸信號(hào)的信號(hào)相位差為。根據(jù)李薩如圖形原理，屏幕上的圖象將是一個(gè)正橢圓。當(dāng)略大于或略小于時(shí)，圖象都將由正橢圓變?yōu)樾睓E圓，并且其軸所在象限也將發(fā)生變化。其變化過程如圖8-3所示。因此，圖象變?yōu)檎龣E圓時(shí)的頻率就是振動(dòng)體的固有頻率。 欠共振 共 振 過共振 圖8-3 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟 1、激振器與傳感器按圖8-4所示安裝，激振信號(hào)源輸出端接電動(dòng)式激振器，用激振器對(duì)簡(jiǎn)支梁激振。 2、將激振信號(hào)源輸出端接入虛擬式示波器的X軸，速度傳感器輸出的信號(hào)經(jīng)測(cè)振儀接入示波器的Y軸。 3、開啟激振信號(hào)源的電源開關(guān)，對(duì)系統(tǒng)施加交變正弦激振力，使系統(tǒng)產(chǎn)生振動(dòng)，調(diào)整信號(hào)源的輸出調(diào)節(jié)開關(guān)便可改變振幅大小。調(diào)整信號(hào)源的輸出調(diào)節(jié)開關(guān)時(shí)注意不要過載。 4、激振頻率由低到高逐漸增加，同時(shí)，用測(cè)振儀的x、v、a檔測(cè)振，觀察示波器屏幕上的圖象，根據(jù)“共振相位判別法”的原理，分別用位移、速度、加速度、判別共振，從而確定共振頻率。 圖8-4 五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告 1、將用x、v、a檔判別共振的結(jié)果圖分別繪出來。 2、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論原理是否相符合？ 3、在位移，速度，加速度測(cè)試中兩路信號(hào)的相位差的范圍是多少？ 實(shí)驗(yàn)九 單自由度系統(tǒng)強(qiáng)迫振動(dòng)的幅頻特性 固有頻率和阻尼的測(cè)量 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1、學(xué)會(huì)用測(cè)量單自由度系統(tǒng)強(qiáng)迫振動(dòng)的幅頻特性曲線。 2、學(xué)會(huì)根據(jù)幅頻特性曲線確定系統(tǒng)的固有頻率和阻尼比。 二、實(shí)驗(yàn)儀器 ZK-4VIC振動(dòng)與控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)，電動(dòng)式激振器，壓電式加速度傳感器，ZK-4JCZ型激振測(cè)振儀，虛擬式測(cè)試儀器庫(kù)。 三、實(shí)驗(yàn)原理 單自由度系統(tǒng)的力學(xué)模型如圖9-1所示。在正弦激振力的作用下系統(tǒng) 圖9-1 作簡(jiǎn)諧強(qiáng)迫振動(dòng)，設(shè)激振力F的幅值B、圓頻率（頻率），系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)微分方程式為： 或 式中：——系統(tǒng)固有圓頻率 ——阻尼系數(shù) ——阻尼比 ——激振力 方程的特解，即強(qiáng)迫振動(dòng)為： 式中：A——強(qiáng)迫振動(dòng)振幅 ——初相位 A為系統(tǒng)的幅頻特性： 幅頻特性曲線如圖9-2所示： 圖9-2 圖中，Amax為系統(tǒng)共振時(shí)的振幅；為系統(tǒng)固有頻率，、為半功率點(diǎn)頻率。振幅為Amax時(shí)的頻率叫共振頻率。在有阻尼的情況下，共振頻率為： 當(dāng)阻尼較小時(shí)，，故以固有頻率作為共振頻率。在小阻尼情況下可得 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟 1、實(shí)驗(yàn)裝置如圖9-3所示，將加速度傳感器置于簡(jiǎn)支梁上，其輸出端接測(cè)振儀，用以測(cè)量簡(jiǎn)支梁的振動(dòng)幅值。 2、將電動(dòng)式激振器接入激振信號(hào)源輸出端，開啟激振信號(hào)源的電源開關(guān)，對(duì)簡(jiǎn)支梁系統(tǒng)施加交變正弦激振力，使系統(tǒng)產(chǎn)生正弦振動(dòng)。 3、調(diào)整激振信號(hào)源輸出信號(hào)的頻率，并從測(cè)振儀上讀出各頻率及其對(duì)應(yīng)的幅值，填入表9-1。 4、利用虛擬式示波器找出Amax值，然后用虛擬式FFT分析儀作該幅值信號(hào)的頻譜，求出共振頻率，這里從而求出系統(tǒng)固有頻率。 5、求出幅值0.707Amax，然后在FFT分析儀的頻譜中找到對(duì)稱于的兩個(gè)頻率和，從而算出阻尼比。 圖9-3 五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告 1、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 表9-1 頻率（Hz） 振動(dòng)幅值（μm） 2、根據(jù)表9-1中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制系統(tǒng)強(qiáng)迫振動(dòng)的幅頻特性曲線。 3、確定系統(tǒng)固有頻率（幅頻特性曲線共振峰的上最高點(diǎn)對(duì)應(yīng)的頻率近似等于系統(tǒng)固有頻率）。 4、確定阻尼比。按圖9-2所示計(jì)算0.707Amax，然后在幅頻特性曲線上確定、，利用阻尼比公式計(jì)算出阻尼比。 實(shí)驗(yàn)十 單自由度系統(tǒng)自由衰減振動(dòng)及 固有頻率和阻尼比的測(cè)量 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1、了解單自由度自由衰減振動(dòng)的有關(guān)概念。 2、學(xué)會(huì)用虛擬記憶示波器記錄單自由度系統(tǒng)自由衰減振動(dòng)的波形。 3、學(xué)會(huì)根據(jù)自由衰減振動(dòng)波形確定系統(tǒng)的固有頻率和阻尼比。 二、實(shí)驗(yàn)儀器 ZK-4VIC振動(dòng)與控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)，集中質(zhì)量，手錘（激振器），壓電式加速度傳感器，ZK-4JCZ型激振測(cè)振儀，虛擬式測(cè)試儀器庫(kù)。 三、實(shí)驗(yàn)原理 單自由度系統(tǒng)的力學(xué)模型如圖10-1所示。給系統(tǒng)（質(zhì)量M）一初始擾 圖10-1 動(dòng)，系統(tǒng)作自由衰減振動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)微分方程式為： 或 式中：——系統(tǒng)固有圓頻率 ——阻尼比 小阻尼時(shí)，方程的解為： 式中：——振動(dòng)振幅 ——初相位 ——衰減振動(dòng)圓頻率， 設(shè)初始條件：時(shí)，，則 的圖形如圖10-2所示。 圖10-2 此波形有如下特點(diǎn)： 1．振動(dòng)周期大于無阻尼自由振動(dòng)周期T，即。 固有頻率 2．振幅按幾何級(jí)數(shù)衰減 用相隔個(gè)周期的兩個(gè)振幅之比來計(jì)算對(duì)數(shù)減幅系數(shù)： 從而可得： 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟 1、實(shí)驗(yàn)裝置如圖10-3所示，用錘敲擊簡(jiǎn)支梁使其產(chǎn)生自由衰減振動(dòng)。 圖10-3 2、記錄單自由度自由衰減振動(dòng)波形。將加速度傳感器所測(cè)振動(dòng)經(jīng)測(cè)振儀轉(zhuǎn)換為位移信號(hào)后，送入虛擬式記憶示波器顯示和記錄。 3、繪出振動(dòng)波形圖波峰與波谷的兩根包絡(luò)線（參照?qǐng)D10-2），然后設(shè)定，并讀出個(gè)波經(jīng)歷的時(shí)間t，量出相距個(gè)周期的兩振幅的雙振幅、之值，計(jì)算阻尼比和固有頻率。 五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告 1、繪出單自由度自由衰減振動(dòng)波形圖。 2、根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)按公式計(jì)算出固有頻率和阻尼比，計(jì)算結(jié)果填入下表。 表10-1 相隔周期 i 時(shí)間t 周期T1 阻尼比 固有頻率 實(shí)驗(yàn)十一 主動(dòng)隔振實(shí)驗(yàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1、建立主動(dòng)隔振的概念。 2、掌握主動(dòng)隔振的基本方法。 3、學(xué)會(huì)測(cè)量主動(dòng)隔振系數(shù)和隔振效率。 二、實(shí)驗(yàn)儀器 ZK-4VIC振動(dòng)與控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)，調(diào)速電機(jī)（激振器），空氣隔振器，壓電式加速度傳感器，ZK-4JCZ型激振測(cè)振儀，虛擬式測(cè)試儀器庫(kù)。 三、實(shí)驗(yàn)原理 在廠礦中，運(yùn)行中的機(jī)器是很大的振源，它通過機(jī)腳、支座傳至基礎(chǔ)或基座。主動(dòng)隔振就是隔離振源，使振源的振動(dòng)經(jīng)過減振后再傳遞出去，從而減小振源振動(dòng)對(duì)周圍環(huán)境和設(shè)備的影響。主動(dòng)隔振又稱為積極隔振或動(dòng)力隔振。主動(dòng)隔振的力學(xué)模型如圖11-1所示，設(shè)備的質(zhì)量為m，減振器的剛度為k、阻尼系數(shù)為c。 圖11-1 隔振的效果通常用隔振系數(shù)和隔振效率E來衡量。隔振系數(shù)定義式為 由上式可知，測(cè)量主動(dòng)隔振的隔振系數(shù)涉及到動(dòng)載荷的測(cè)量，測(cè)試較復(fù)雜，要精確測(cè)量很困難。在工程實(shí)際中，測(cè)量主動(dòng)隔振系數(shù)常用間接方法： 通過基礎(chǔ)隔振前、后的振幅值A(chǔ)1、A2計(jì)算隔振系數(shù)： 當(dāng)已安裝了隔振器再測(cè)量隔振前基礎(chǔ)的振動(dòng)時(shí)，為避免拆掉隔振器的麻煩（有的不允許再拆），可采用墊剛性物塊辦法，將隔振器“脫離”，然后測(cè)基礎(chǔ)振動(dòng)。這種方法帶來的誤差不是太大，本實(shí)驗(yàn)也采用了這一方法。 隔振效率E定義式為： 當(dāng)頻率比時(shí)，，即，隔振器沒起隔振作用。當(dāng)頻率比時(shí)，即，隔振器起到了隔振作用。當(dāng)頻率比趨于1時(shí)，即時(shí)，振動(dòng)幅值很大，這一現(xiàn)象叫共振。共振時(shí)，被隔離體系不可能正常工作。為共振區(qū)，消除共振必須減小或增加5%的頻率，所以無論阻尼大小，只有當(dāng)時(shí)，隔振器才發(fā)生作用，隔振系數(shù)的值才小于1。因此，要達(dá)到主動(dòng)隔振目的，彈性支承固有頻率的選擇必須滿足時(shí)，當(dāng)時(shí)隨著頻率比的不斷增大，隔振系數(shù)值越來越小，即隔振效果越來越好。但也不宜過大，因?yàn)榇笠馕吨粽裱b置要設(shè)計(jì)得很柔軟，靜撓度要很大，相應(yīng)地體積要做得很大，并且安裝的穩(wěn)定性也差，容易搖晃。另一方面，后，值的變化并不明顯，這表明即使彈性支承設(shè)計(jì)得更軟，也不能指望隔振效果有顯著的改善。故實(shí)際中一般采用，相應(yīng)的隔振效率E可達(dá)到（80～90）%以上。 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟 1、實(shí)驗(yàn)裝置如圖11-2所示。 2、松開隔振裝置上平臺(tái)的四顆螺帽使隔振器起作用。然后開支偏心調(diào)速電機(jī)，當(dāng)偏心電機(jī)的轉(zhuǎn)頻等于系統(tǒng)的固有頻率時(shí)：隔振裝置產(chǎn)生共振。此時(shí)傳給基礎(chǔ)的振A2較大，隔振裝置末起作用。當(dāng)偏心電機(jī)的轉(zhuǎn)頻大于系統(tǒng)的固有頻率時(shí)，隔振裝置起到了隔振作用。此時(shí)傳給基礎(chǔ)的振幅值A(chǔ)2較小。 3、鎖緊隔振裝置上平臺(tái)的螺帽，使隔振器不起作用，再測(cè)量出隔振前基礎(chǔ)的振幅值A(chǔ)1。 4、調(diào)節(jié)電壓值，測(cè)量出隔振前和隔振后在不同電壓值時(shí)的振幅值A(chǔ)1和A2填入表12-1中。注意調(diào)壓器電壓一般在50～100V范圍內(nèi)調(diào)節(jié)使用。 圖11-3 五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告 1、實(shí)驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)： 表11-1 調(diào)壓器電壓伏值（V） 隔振前基礎(chǔ)幅值 隔振后基礎(chǔ)幅值 2、根據(jù)間接方法，計(jì)算出隔振系數(shù)和隔振效率E。 實(shí)驗(yàn)十二 被動(dòng)隔振實(shí)驗(yàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1、建立被動(dòng)隔振的概念。 2、掌握被動(dòng)隔振的基本方法。 3、學(xué)會(huì)測(cè)量、計(jì)算被動(dòng)隔振系數(shù)和隔振效率。 二、實(shí)驗(yàn)儀器 ZK-4VIC振動(dòng)與控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)，空氣隔振器，電動(dòng)式激振器，壓電式加速度傳感器，ZK-4JCZ型激振測(cè)振儀，虛擬式測(cè)試儀器庫(kù)。 三、實(shí)驗(yàn)原理 振動(dòng)隔離是消除與減小振動(dòng)危害的重要途徑之一。在廠礦，振源通常是振動(dòng)較大的機(jī)器設(shè)備，振源的振動(dòng)通過地基傳至周圍環(huán)境和儀器設(shè)備。對(duì)于精密儀器和設(shè)備，為了使外界振動(dòng)盡可能少地傳到系統(tǒng)中來，就需將它與地基隔離開來，稱為被動(dòng)隔振或消積隔振。 被動(dòng)隔振是為了防止周圍環(huán)境的振動(dòng)通過機(jī)腳、支座傳至需要保護(hù)的精密儀器和設(shè)備，故又稱為防護(hù)隔振，其目的在于隔離或減小振動(dòng)的傳遞，也就是隔離響應(yīng)，使精密儀器和設(shè)備不受基座運(yùn)動(dòng)而引起的振動(dòng)的影響。 被動(dòng)隔振的力學(xué)模型如圖12-1所示，被隔振的設(shè)備置于減振器上，將設(shè)備與振動(dòng)的地基隔離開。設(shè)備的質(zhì)量為m，減振器的剛度為k、阻尼系數(shù)為c。 圖12-1 被動(dòng)隔振的振源是地基。被動(dòng)隔振的效果可用隔振系數(shù)或隔振效率來衡量。其定義式為： 若振源為地基的垂直簡(jiǎn)諧振動(dòng)，由振動(dòng)理論可知： 式中： 當(dāng)頻率比時(shí)，，即，隔振器沒起隔振作用。當(dāng)頻率比時(shí)，即，隔振器起到了隔振作用。當(dāng)頻率比趨于1時(shí)，即時(shí)，振動(dòng)幅值很大，這一現(xiàn)象叫共振。共振時(shí)，被隔離體系不可能正常工作。為共振區(qū)，要避開共振區(qū)應(yīng)使頻率增加或減小5%，所以無論阻尼大小，只有當(dāng)時(shí)，隔振器才發(fā)生作用，隔振系數(shù)的值才小于1。因此，要達(dá)到隔振目的，彈性支承固有頻率的選擇必須滿足。 當(dāng)時(shí)，隨著頻率比的不斷增大，隔振系數(shù)值越來越小，即隔振效果越來越好。但也不宜過大，因?yàn)榇笠馕吨粽裱b置要設(shè)計(jì)得很柔軟，靜撓度要很大，相應(yīng)地體積要做得很大，并且安裝的穩(wěn)定也差，容易搖晃。另一方面，后，值的變化并不明顯，這表明即使彈性支承設(shè)計(jì)得更軟，也不指望隔振效果有顯著的改善。故實(shí)際中一般采用，相應(yīng)的隔振效率E可達(dá)到（80～90）%以上。 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟 1、實(shí)驗(yàn)裝置如圖12-2所示。將傳感器I、Ⅱ分別置于簡(jiǎn)支梁和質(zhì)量塊上，用來測(cè)量簡(jiǎn)支梁振幅A1和質(zhì)量塊振幅A2。并將傳感器I、Ⅱ的輸出分別接入測(cè)振儀的1、2通道。 2、激振信號(hào)源輸出正弦信號(hào)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)式激振器，對(duì)簡(jiǎn)支梁激振。將激振頻率由低向高調(diào)節(jié)，分別測(cè)出簡(jiǎn)支梁振幅A1和質(zhì)量塊振幅A2，將數(shù)據(jù)記錄在表12-1中。當(dāng)剛出現(xiàn)時(shí)，說明剛滿足，這時(shí)的激振頻率就是隔振器能起到隔振作用的最低頻率。 圖12-2 五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告 1、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。用共振法測(cè)出隔振系統(tǒng)固有頻率 表12-1 激振頻率 f1(Hz) 頻率比 λ=f1/fo 振幅A1 振幅A2 隔振系數(shù) η=A2/A1 隔振效率 E=(1-η)100% 2、根據(jù)表12-1繪出E-λ隔振特性曲線。 圖12-3 實(shí)驗(yàn)十三 振動(dòng)信號(hào)分析實(shí)驗(yàn) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1、了解采用QLV型虛擬儀器的結(jié)構(gòu)原理和組建振動(dòng)信號(hào)分析實(shí)驗(yàn)的方法。 2、學(xué)會(huì)用虛擬式波形顯示器和數(shù)據(jù)記錄儀對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，顯示波形和數(shù)據(jù)記錄。 3、學(xué)會(huì)用虛擬式FFT分析儀對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行信號(hào)分析，掌握常用的振動(dòng)信號(hào)分析方法。 二、實(shí)驗(yàn)儀器 ZK-4VIC振動(dòng)與控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)，電動(dòng)式激振器，壓電式加速度傳感器，ZK-4JCZ型激振測(cè)振儀，虛擬式測(cè)試儀器庫(kù)。 三、實(shí)驗(yàn)原理 對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分析，通常需完成數(shù)據(jù)采集，信號(hào)時(shí)域分析，幅值域分析和頻譜分析。本實(shí)驗(yàn)采用速度傳感器對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。將傳感器拾取的信號(hào)輸入至PC機(jī)總線槽上的A/D卡，該A/D卡用PC機(jī)中的虛擬動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀控制，完成對(duì)振動(dòng)信號(hào)的采集和處理。實(shí)驗(yàn)裝置示意圖如圖13-1所示。以下對(duì)這一分析原理作一簡(jiǎn)介。 圖13-1 1、數(shù)據(jù)采集 本儀器數(shù)據(jù)采集主要是振動(dòng)信號(hào)經(jīng)A/D進(jìn)行采樣。A/D采樣的目的是對(duì)被分析的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行時(shí)間離散和幅值量化。A/D采樣遵循的基本定理是采樣定理。下面對(duì)這一定理作一描述。 采樣是從固定的時(shí)間間隔依次抽取連續(xù)信號(hào)不同時(shí)刻瞬時(shí)幅值的過程，稱為采樣間隔，為采樣頻率。對(duì)一個(gè)截止頻率為的頻限信號(hào)的無限持續(xù)時(shí)間歷程進(jìn)行采樣的過程，就是用一個(gè)脈沖序列（抽樣函數(shù)）對(duì)連續(xù)時(shí)間歷程進(jìn)行脈沖調(diào)制的過程，得到采樣的時(shí)間系列為： 式中： 稱為采樣周期， 兩邊分別取傅里葉變換得 據(jù)函數(shù)的卷積特性，信號(hào)采樣后的頻譜為信號(hào)采樣前的頻譜的周期性延拓。當(dāng)時(shí)，只有反復(fù)，沒有重疊；當(dāng)時(shí)，在反復(fù)中出現(xiàn)重疊，譜形發(fā)生畸變。 為了避免了出現(xiàn)頻域的混疊，采樣頻率與信號(hào)截上頻率之間必須滿足 這個(gè)不等式就是采樣定理。在具體采樣過程中還應(yīng)該盡量作到： （1）采樣前，須進(jìn)行抗混濾波，去掉不需要的高頻成份。 （2）通常選用采樣頻率大于信號(hào)截止頻率5~10倍。 2、振動(dòng)信號(hào)的時(shí)域分析 假設(shè)采樣所得原始數(shù)據(jù)序列為 （1）均值： （2）均方值： （3）方差： 此外還可進(jìn)行概率密度函數(shù)估計(jì)，自相關(guān)函數(shù)估計(jì)。 3、振動(dòng)信號(hào)的頻域分析 對(duì)振動(dòng)信號(hào)作自功率譜密度函數(shù)估計(jì)的步驟如下。 （1） 根據(jù)需要選擇合適的窗函數(shù)，如漢明窗、海寧窗等。 （2） 對(duì)原始數(shù)據(jù)序列進(jìn)行使其均值為零的零均值化處理。 （3） 確定添加零的個(gè)數(shù)，使?jié)M足。 （4） 對(duì)數(shù)據(jù)系列進(jìn)行加窗處理，即將與譜窗函數(shù)相乘。 （5） 用快速傅里葉變換（FFT）計(jì)算： 其對(duì)應(yīng)的離散頻率值為 （6）自功率譜密度函數(shù)為： 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟 1、將加速度傳感器置振動(dòng)體上，運(yùn)行虛擬式波形顯示與記錄儀。動(dòng)態(tài)示波時(shí)，先調(diào)整好采樣頻率。若需要進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄，應(yīng)選擇好記錄長(zhǎng)度之后方可進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄。記錄完后用存盤文件名進(jìn)行存盤，以備虛擬式FFT分析儀調(diào)用。 2、運(yùn)行虛擬式FFT分析儀。首先打開已經(jīng)存盤的數(shù)據(jù)文件，方可進(jìn)行振動(dòng)信號(hào)的時(shí)域分析，幅值域分析和頻譜分析。 五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告 1、將數(shù)據(jù)以二進(jìn)制文件存盤，供后續(xù)分析儀器調(diào)用。 2、把分析結(jié)果生成位圖文件或由打印機(jī)輸出，供寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告調(diào)用。 3、可對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行精細(xì)分析，如作數(shù)字濾波、頻譜細(xì)化分析、解調(diào)分析等。 實(shí)驗(yàn)十四 用“雙蹤示波法”測(cè)量傳感器的靈敏度 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1、理解傳感器標(biāo)定值的概念。 2、學(xué)習(xí)用“雙蹤示波比較法”測(cè)試未知傳感器靈敏度值。 二、實(shí)驗(yàn)儀器 INV1601B 型振動(dòng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀、INV1601T 型振動(dòng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)、加速度傳感器、速度傳感器、接觸式激振器，INV1601 型DASP 軟件。 三、實(shí)驗(yàn)原理 雙蹤示波比較法是采用雙蹤示波，同時(shí)觀察兩個(gè)通道的信號(hào)波形，其中一個(gè)通道是已知傳感器靈敏度值的參考信號(hào)，另一通道是未知傳感器靈敏度值的待測(cè)信號(hào)，實(shí)驗(yàn)通過對(duì)兩路波形的幅值比較來確定待測(cè)傳感器的靈敏度。 用光標(biāo)讀取已知靈敏度為S CH0 的傳感器參考信號(hào)峰峰值A(chǔ) 0 mv，信號(hào)輸出增益K E 0 倍；再讀取待測(cè)傳感器信號(hào)的峰峰值A(chǔ) mv，信號(hào)輸出增益KE 倍。 則DASP 參數(shù)設(shè)置表中的標(biāo)定值K 為： 由于兩個(gè)傳感器設(shè)置在同一個(gè)位置，實(shí)測(cè)振動(dòng)量應(yīng)相等。即： 也可寫做： 其中K 和K0 表示為兩個(gè)傳感器的標(biāo)定值。如果兩種傳感器的輸出類型不一樣，可根據(jù)加速度、速度和位移之間的微積分關(guān)系： 轉(zhuǎn)換成相同的物理量。 通過測(cè)量電壓量0 A 和A ，就可以確定出未知傳感器的標(biāo)定值，從而再通過標(biāo)定值計(jì)算公式可以算出未知傳感器的靈敏度SCH 。 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟 1、安裝儀器：將傳感器安裝在梁的中部，上下對(duì)齊，如安裝示意圖14-1所示，把已知靈敏度值的壓電加速度傳感器安裝在梁的下面，接入INV1601B 型實(shí)驗(yàn)儀第一通道的壓電加速度傳感器輸入端，待測(cè)標(biāo)定值的速度傳感器安裝在梁的上面，接入INV1601B 型實(shí)驗(yàn)儀第二通道的速度傳感器輸入端。 圖14-1 2、 打開INV1601B 型實(shí)驗(yàn)儀的電源開關(guān)。INV1601B 型實(shí)驗(yàn)儀的設(shè)置：第一通道為加速度“a ((m / s2)”檔，第二通道為速度“v ((mm / s)”。 3、 開機(jī)進(jìn)入INV1601 型DASP 軟件的主界面，按“雙通道”，進(jìn)入雙通道軟件進(jìn)行波形示波。 4、 在采樣參數(shù)設(shè)置菜單下輸入標(biāo)定值K 和工程單位m/s2 ,設(shè)置采樣頻率為2000Hz，程控倍數(shù)1倍。 5、 調(diào)節(jié)INV1601B 型實(shí)驗(yàn)儀頻率旋鈕到40Hz 左右，使梁產(chǎn)生共振。 6、 使用虛擬儀器庫(kù)中的“幅值計(jì)”，讀取當(dāng)前兩通道振動(dòng)的最大值。把光標(biāo)移到第一通道一個(gè)波峰處，讀取已知靈敏度值傳感器信號(hào)的幅值A(chǔ)01 ，把光標(biāo)移到第一通道一個(gè)波谷處，讀取已知靈敏度值傳感器信號(hào)的幅值A(chǔ)02 ，記錄峰峰值A(chǔ)0 ；把光標(biāo)移到第二通道一個(gè)波峰處，讀取未知靈敏度值傳感器信號(hào)的幅值A(chǔ)1 ，把光標(biāo)移到第二通道一個(gè)波谷處，讀取未知靈敏度值傳感器信號(hào)的幅值A(chǔ)2 ，記錄未知靈敏度值傳感器信號(hào)的峰峰值A(chǔ) 。 7、 重復(fù)步驟5、6，多做幾次并記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。按公式： 計(jì)算待測(cè)傳感器的靈敏度SCH ，取平均值，其中INV1601B 型實(shí)驗(yàn)儀的輸出增益： 加速度：KE = 10 (mV/pc) ； 速度： KE =1 。 五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告 1、將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理結(jié)果填入表14-1中。 表14-1 2、分析實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生誤差的原因。 實(shí)驗(yàn)十五 兩自由度系統(tǒng)固有頻率測(cè)試 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1、學(xué)習(xí)建立兩自由度模型。 2、學(xué)習(xí)兩自由度參數(shù)和振動(dòng)型的計(jì)算與測(cè)試。 二、實(shí)驗(yàn)儀器 INV1601B 型振動(dòng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀，INV1601T 型振動(dòng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)，非接觸式激振器，電渦流傳感器，二自由度鋼絲--質(zhì)量系統(tǒng)，配重塊，INV1601 型DASP 軟件。 三、實(shí)驗(yàn)原理 自由度指的是描述振動(dòng)系統(tǒng)的位置或形狀所需要的獨(dú)立坐標(biāo)個(gè)數(shù)。位于空間的一個(gè)獨(dú)立部件（剛體），如果不考慮其轉(zhuǎn)動(dòng)，則需x、y、z 三個(gè)獨(dú)立坐標(biāo)值才能確切描述其位于既定坐標(biāo)系中的絕對(duì)位置，我們說它的自由度為三個(gè)；一旦兩個(gè)或多個(gè)部件通過一定的連接形式（如鉸鏈、彈簧、導(dǎo)軌等）組成一個(gè)系統(tǒng)，由于在運(yùn)動(dòng)的過程中系統(tǒng)內(nèi)部的各個(gè)部件間的相對(duì)位置會(huì)不斷的發(fā)生變化，這樣就需要多個(gè)獨(dú)立約束才能確切描述系統(tǒng)每一時(shí)刻處于空間的絕對(duì)位置。需要幾個(gè)獨(dú)立約束我們就稱其具有幾個(gè)自由度。不要將空間的坐標(biāo)軸個(gè)數(shù)與空間中的系統(tǒng)的自由度混淆起來。 如圖15-1所示在三維空間（笛卡爾空間）中，有一彈簧—質(zhì)量系統(tǒng)，設(shè)t=0 時(shí)，兩個(gè)彈簧恰處于平衡位置。 圖15-1 該三維空間有且只有三個(gè)獨(dú)立坐標(biāo)軸x、y、z，而該空間中的圖示系統(tǒng)，假設(shè)質(zhì)塊在y 向、z 向不會(huì)發(fā)生位置上的改變，若清楚描述系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)情況，則必須需要x1、x2（x1、x2 為質(zhì)量塊相對(duì)于平衡位置的位移量）兩個(gè)獨(dú)立變量，缺一不可。有些書上也稱獨(dú)立變量為獨(dú)立坐標(biāo)。故該系統(tǒng)的自由度為兩個(gè)。