测试技术实验指导书2023年.docx

测试技术试验指导书狄长安 路建萍 张松晖 商飞编写孔德仁审定南 京 理 工大 学2 008 年 4 月实 验 报 告 要 求（1） 试验报告要求试验报告是一种工程技术文件，是试验争论的产物，报告中内容及书写质量的好坏，对试验价值的影响很大。书写质量不好会有损于试验的价值，学生完成教学试验写出的报告，尽管不是正式的工程技术文件，但会为学生将来进展工程试验、科学争论书写试验报告打下根底，仍至于养成一种习惯，因此应按工程实际要求学生：内容照实，数据牢靠；语言明确、简洁与文学作品不同；书写工整、标准；（2） 试验报告的根本内容试验题目试验名称不能随便更改，否则不能表达试验内容 引言试验意义、题目来源等内容试验目的：试验和书写试验报告的根底，紧紧围绕试验仪器和设备：必要时画出连接图试验方法试验方法：不是排列试验步骤，而是得到结果的过程试验结果试验结果：包括图表、数字、文字、表达式等对试验方法、结果的争论结论结论及分析：紧紧围绕试验目的写、试验现象参考资料附录试验中的图表等目录试验一试验二试验三试验四试验五试验六试验七试验八二阶系统幅频特性测试1热电偶动态参数测定×应变片粘贴及动态电阻应变仪的使用×压力测量系统静态标定及动态压力测量×电涡流传感器在位移测量中的应用×运动物体速度测量×机械构造特性测定×工程信号频谱分析×试验一 二阶系统幅频特性测试一、试验目的1. 标定二阶测量系统的幅频特性，把握测量系统频响特性的试验辨识标定方法；2. 学会信号发生器、示波器的使用。二、试验内容学会信号发生器、示波器的使用，生疏二阶测量系统的幅频特性，把握测量系统频响特性的试验辨识标定方法。三、试验仪器低频信号发生器、双通道示波器、试验板。四、试验原理及方法待标定的二阶系统位于试验板上，是一个由电感L，电容 C 和电阻 R 组成的无源电路网络，其线路如图1-1 所示。恰当地选取电路参数，便可构成二阶低通滤波器。其输入输出方程为：1d 2 uo +2 x d uo + u= uw 2d t 2nwd toinLC1其中 w n =w， x =1。 调整 R取值， 使 x =2RC2L2， 便可构成截止频率2pLCf=n =c2p的二阶巴特沃斯低通滤波器。试验板电路参数的值为R=0100 ，L»1.7mH，C»2.2 F。其准确值见试验板标示。RL低频信号发生器双通道示波器图 1-1 待标定系统线路图标定系统构成如图 1-2 所示。用信号发生器向被标定网络输入不同频率 f 的谐波信号u (t ) = Aiisin( 2p ft + qi) ，电路相应输出信号 uo(t ) = Aosin( 2p ft + qo) 。由双通道示波器同时监测输入、输出的幅度Ai 和Ao。具体标定内容包括两项：取 R =，分别在 f=0.5kH ，1kH，1.2kH ，1.5kH，1.75kH ，2kH，2.1kH ，2 L CZ2.2kH ，2.3kH ，2.4kH ，2.5kH ，2.6kHZZZZZZ，2.7kH ，3kH ，3.5kH ，4kH ，4.5kH的状况ZZZZZZZZZZA下，监测信号的峰-峰值 2Ai和 2A，保持 2AOI不变，记录 2AO的数据，猎取幅频特性 0 fAL Ci曲线。取 R线。RL+= 0 .6，频率f 仍以以上数值转变，监测记录信号的峰-峰值，猎取幅频特性曲uCiu0-图 1-2 标定系统五、试验步骤1. 依据图 1-2 连接好标定系统。请指导教师检查。2. 插好低频信号发生器的插头，将电压输出旋钮调至最小位置，然后翻开电源开关。按表列数据选择好输出信号频率。调整输出电压旋钮，使信号发生器输出电压；同时留意示波器中信号的峰-峰值 2A 在 1V 左右，并记住信号发生器输出电压值以后需保持此值不变。i3. 转变信号发生器输出信号的频率留意保持输出电压值不变，观看电路系统输出信号的峰-峰值 2A的变化，并记录下数据。O4. 转变R 值，重复上述步骤，取足表列的全部数据。留意：转变 R 值时，应将信号发生器断开电源，并思考一下，对不同的R 值，输入电压幅度A 是否肯定要一样？i5. 请指导教师检查数据和仪器，经认可后，关闭电源，拔下插头，卸除导线，整理现场， 归还仪器。六、试验数据处理和试验曲线绘制1. 原始数据记录，R W 2A VifkH Z2A VO2A VO2. 数据处理：试验数据按以下表处理：二阶 RLC 电路网络：L=，C=，固有频率 f =nR w xf/fnA /A0iA /A0i其中 fw=n =1, x =n2p2pLCRC2L3. 绘制试验曲线七、争论题1. 为什么输入的正弦电压的幅值都一样，但当频率不同时系统的输出却不一样？2. 从测量的角度来看，上述现象将会给测量工作带来什么问题？就典型二阶系统而言， 可以从哪些方面对此问题加以改善。3. 当R 转变时，此电路系统的频响特性的变化趋势如何？作为低通滤波器应用时，R 应在什么范围取值？八、试验报告要求1. 说明试验的目的、要求和使用的主要仪器设备包括型号和编号，并简要说明试验原理。2. 给出完整的试验记录：包括各仪器参数设置以及原始读数。3. 处理试验数据，绘出试验曲线。4. 阐述三个争论题；试验报告依据标准格式书写，清洁整齐，内容简明扼要。试验二 热电偶动态参数测定一、试验目的1 生疏热电偶测温的原理及测量系统构成；2 把握热电偶时间常数的测定方法。二、试验内容学会组建热电偶动态温度测量系统，把握热电偶时间常数的测量方法与数据处理方法， 并利用该系统对热电偶的时间常数进展测定。三、试验仪器设备每组：1.热电偶 1 支；2.恒温水浴一台；3.放大器一台；4.基于虚拟仪器的数据采集系统； 优盘。四、试验原理及方法热电偶是工业上最常用的一种接触式、能量转换型、瞬态温度传感器，具有信号易于传 输和变换、测温范围宽、测温上限高等特点。动态温度的测试精度与热电偶动态特性亲热相 关，为了使测量结果更具有科学意义，在测试前需要对热电偶的动态特性进展标定及分析， 以了解该热电偶是否能满足测试要求。试验系统组成如图 2-1 所示。热电偶放大器端子排PCI数 据采集系统图 2-1 动态温度测量系统组成图一般是将热电偶的动态特性看成一阶惯性环节，热电偶是一种一阶线性测量器件，它的工作状态可用微分方程d Tit+ T = T2-1d t来表示，其中 是热电偶的时间常数，可由试验测定， i 是待测温度随时间的变化规律， 为热电偶所指示的温度函数，也就是记录仪器得到的试验结果。如 过大，明显 id T存在动态误差。如用数值微分法求出d t，代入式2-1计算可得到修正的待测温度变化规律。本次试验承受直接将热电偶投掷于沸水中以此来产生温度阶跃。然后来确定时间常数。五、试验步骤1 依据图 2-1 组建试验系统；1 把一支热电偶放于而当地温度为 T0环境中肯定时间；2 用一个恒温水槽，使其中水温保持在 T不变T T0；3 将热电偶快速插到恒温水槽的热水中；4 记录波形；5 分析时间常数和动态误差。六、试验数据处理利用 2 种方法来获得时间常数t 。七、争论题针对测量曲线分析结果，给出热电偶动态特性的补偿方法。八、试验报告要求试验报告依据科技论文格式书写，清洁整齐，内容简明扼要。1、试验名称、关键词、摘要、前言、试验目的和意义、原理、试验现象和过程试验原理， 使用的主要仪器设备包括型号和编号。2、给出完整的试验步骤，记录：包括各仪器参数设置以及原始读数。3、处理试验数据，绘出试验曲线或给出试验结果。4、阐述争论题，给出试验结论。5、依据试验过程中存在的问题，争论存在的问题及缺乏。试验三 应变片的粘贴和动态应变仪的使用一、试验目的1. 学习电阻应变片的粘贴技术；2. 学习应变电桥的连接和动态应变仪的使用方法。二、试验内容生疏应变测量原理及测量系统的组建，学习电阻应变片的粘贴技术；学习应变电桥的布桥、连接和动态应变仪的使用方法，把握应变测量系统的标定方法。三、试验的仪器和器材1. 电阻应变片；2.万用电表；3.502 胶；4.丙酮酒精、棉花等清洗材料；5.电烙铁、镊子、砂纸、量具等应用工具；6.悬臂梁及砝码；7.动态应变仪；四、试验原理和方法将电阻应变片结实地粘贴在应变传感器的弹性敏感元件上，当被测物理量使弹性敏感元件变形时，电阻应变片也随之变形，并产生电阻变化。将电阻应变片接入电桥电路见图3-1，假设电桥初始平衡，则应变引起的电阻变化将使电桥失去平衡，产生输出电压U，它和各桥臂的应变片的应变e i 间存在以下关系EKU =(e- e412+ e- e)34其中E 为桥压，K 为应变片的灵敏系数。假设经电阻应变仪作信号变换后送到记录仪器，就能得到反映被测物理量变化规律的永久记录。怎样才能把电阻应变片结实地粘贴在试件上？ 应当怎样把应变片接入电桥才能得到最大的 输出，并尽量抑制不需要的输入？这是本次 试验中要学习的内容。五、试验步骤3-1 应变电桥电路一、电阻应变片的粘贴1. 用万用电表检查电阻应变片，选择阻值接近的四片应变片待用。图 2-2 贴片位置示意图2. 在悬臂梁上贴片位置用细砂纸打磨出45的穿插纹。然后，用棉球蘸丙酮或酒精擦净粘贴位置的油污留意：要单向擦拭！，直至棉球擦过后仍保持洁白为止。3.用笔画定贴片位置见图 2-2留意：画线过程中不要污染粘贴面，否则要需再次擦洗。4. 在应变片底面上涂一层胶水，再将应变片底面朝下平放在贴片部位，用一块聚四氟乙 烯薄膜盖在应变片上，用手指按住，挤出多余的胶水留意：不要使应变片移动或折皱用手指轻压 1 分钟再放开。5. 掀起聚四氟乙烯薄膜，作表观检查，看有无气泡、脱胶等现象，再用万用电表检查各应变片的电阻值是否正常。二、接线和搭桥1. 剥去导线两头塑料皮约 23 毫米，涂上焊锡。图 2-3 电桥盒2. 用胶布将导线固定在梁上，用电烙铁把应变片引出线和测量线焊牢，并用万且电表检查电路是否畅通。3. 将悬臂梁的固定端牢牢夹紧在夹具内。4. 参照电桥盒的连线图见图2-3，按表列状态连接好桥路，并固定好测量线。5. 将电桥盒另一端的插头插入应变仪本机的输入插座内。三、动态应变仪调整使用1. 将电源线、电源箱和应变仪本机连线、应变仪输出线、万用表引线全部接好，请教师检查线路。2. 翻开DY15 的电源开关，指示灯亮，电压表指示1212.5 伏。预热 5 分钟后。将万用表拨到测量直流电压 20V 档，接入应变仪输出线。3. 调整平衡。将衰减开关转到“100”，观看万用表和平衡指示表是否指零也就是电桥是否平衡，如不指零，旋转“电阻平衡”和“电容平衡”两只电位器，直到两只电表的指针均大致指零。然后，把衰减开关依次转到“30”，“10”，“3”和“1”，并进展平衡调整，假设都能到达根本平衡，则把输出开关转到“平衡 10”，精细调整“电阻平衡”和“电容平衡”，使输出表的“予、静”开关不管在“予”位置还是在“静”位置，使电表指针指零，电桥到达完全平衡。再将衰减开关扳回“100”。四、测量1. 在悬臂梁上加砝码，使悬臂梁产生弯曲变形。同时，观看万用表的读值，调整衰减开关，万用表读值在 1 伏左右，并将测量结果记入表内。2. 依据表 2-1 列的各种接桥方式进展试验留意：每次所加的砝码要一样。从理论上解释得到的试验结果。应当特别留意，在转变线路前必需把“衰减开关”扳到0，以断开万 用表和应变仪之间的电联系，防止损坏仪器。转变线路之后，要重调整平衡。但测量时衰减开关的位置不应转变。工作方式接 线图输出备注单 臂R1R3半桥、对臂R1R2半桥、对臂R1R3半桥、邻臂R1R2半桥、邻臂R1表 2-1工作方式接 线图输出备注为得到最大输出，全 桥请自行确定怎样布局六、争论题1. 本试验的目的和所要测量的主要内容是什么？2. 在测量前为什么要调整电桥平衡？调整的原理是什么？3. 假设“电阻调整”和“电容调整”电位器缺乏以使电桥平衡，还有什么别的方法吗？七、试验报告要求1. 说明本试验的目的，要求及测量系统的组成；2. 贯彻理论联系实际的精神，运用电桥工作原理，解释观看到的试验现象；3. 试验报告应规律严密，内容简练，书写工整试验四 压力测量系统静态标定及动态压力测量一、试验目的1、了解压力传感器静态标定的原理；2、把握压力传感器静态标定的方法；3、确定压力传感器静态特性的参数；4、把握压力测量系统的组建及动态压力测量的方法。二、试验内容把握压电式压力传感器、电荷放大器、数据采集系统的使用方法，组建压电式压力测量系统，分别对该系统进展静态特性标定和动态压力测量。三、试验仪器设备静标：活塞式压力计、标准压力表精度：0.4 级，量程：010MPa、被标定的压力传感器型号：AF1800，量程：010MPa、数字万用表、标准砝码、工作液体蓖麻油。动态测试：国营江西传感器厂制造的SYC-1000 型石英压力传感器两支、YE5850A 型电荷放大器两个、落锤液压动标装置四套、Nationl Instruments 数据采集系统一台、显示器一台、蓖麻油三瓶、信号线两条。四、试验原理及方法抱负状态下准静态载荷输入信号特征频率远低于传感器固有频率：输入压力和输出电荷近似成线性关系(石英压力传感器的线性度较好)；动态载荷输入信号特征频率接近甚至高于传感器固有频率：二阶线性系统模型。但真实状况和抱负的数学模型之间的通常存在肯定的偏差，缘由有：1） 电荷泄漏抱负模型认为传感器绝缘电阻为无穷大，而真实传感器的绝缘电阻并非无穷大石英晶 体：1013 ；压电陶瓷：1010 ，必将导致肯定程度的电荷泄漏；另一方面，电荷放大器为了对传感器的微弱信号进展放大，必定要从传感器中取肯定电流，从而增加了传感器电荷的 泄漏。所以通常的电荷放大器的输入级都具有极高的输入阻抗，并要求设备防潮，以避开由于受潮带来的阻抗下降。但是，由于外加压力而产生的电荷量很少，即使少量的电荷泄漏也会对输出信号造成明显的影响，该影响不行无视。2） 电荷放大器的频率响应对于静标试验，输入载荷的特征频率很低，故对二次仪表电荷放大器的低频响应有较高的要求，否则经过二次仪表的高通滤波，信号将会失真,因此，电荷放大器做定标时，要将下限频率调到较低的数值。3） 噪声由于本试验承受的传感器量程很大100 bar 300 bar，而实际载荷只有数个大气压，必定导致得到的信号信噪比较低。但试验说明，以如此小的压力加载，输出信号的噪声幅值 照旧较小，可以承受。压力传感器的标定，就是通过试验建立传感器输入量和输出量之间的关系，同时也确定出不同使用条件下的误差关系。压力传感器的静态标定，主要指通过一系列的标定曲线得到其静态特性指标：非线性、迟滞、重复性和精度等。静态标定系统组成如图4-1 所示。图 4-1压力校准系统构造原理A,b,c切断阀，d进油阀1 被校传感器；2 进油阀；3 传感器安装位；4 压力发生器；5 工作液；6 压力表；7 手轮；8 丝杠；9 工作活塞；10 被校油杯压力发生器施加压力作用于密闭系统内的工作液体，依据系统内工作液体的压力相平衡原则时，被标定传感器所测量的压力值与与压力表所测量的压力值相等。由压力发生器推开工作活塞，处于不同的行程，工作液体就可处于不同的平衡压力下，因此可以便利而准确地由平衡时压力表的读数得到压力p 的数值。由此，就可以通过比较压力传感器测量的压力值和标准表上的示值进展校准，对压力传感器进展静态标定。2 动态压力测量试验系统的工作组成框图如图 4-2，测量系统由落锤式压力发生器作为半正弦压力源， 选用压电式压力传感器、电荷放大器及基于 PXI 总线系统的数据采集系统组成。系统工作原理：利用落锤液压装置在油缸中产生一个半正旋压力脉冲，该脉冲通过传感器的压电效应 实现非电量到电信号的转换，传感器把输出的电荷信号经过电荷放大器放大输入数据采集系 统。在数据采集系统中把输入的电荷信号转换成电压信号进展测量。传感器选取国营江西传感器厂制造的SYC-1000 型石英压力传感器。SYC-1000 型石英压力传感是利用石英晶体固有的压电效应将压力信号转换成电信号的能量转换器，承受膜片式焊接密封构造，选用特种钢制造而成，具有精度高、频带宽、体积小、重量轻、强度高、耐腐蚀、抗振动、寿命长，并能在恶劣环境条件下工作等优点。落锤式压力发生器SYC-1000型石英压力传感YE5850A 型电荷放大器SYC-1000型石英压力传感YE5850A 型电荷放大器数据采集系统图 4-2测压系统组装图在进展试验过程中，安装传感器及注入蓖麻油的过程很关键，直接关系到试验的成败。在旋入传感器前应先对油缸进展清洗，防止铁屑等残留物划伤传感器。拧入传感器时要用力 适中，太紧有可能损坏传感器，太松又有可能导致漏油，使油缸中的压力达不到预期值。注 入蓖麻油前应先对周密活塞缸套件进展测试，使周密活塞可以在活塞缸中自由移动，测试方 法是用手堵住活塞缸下端，向上提起活塞一段高度后松开，看看活塞是否能自由缓慢落回。 试验时应先注入蓖麻油再进展传感器安装，这样做的目的是可以排解测压本体中传感器通道 中的空气。同时应留意油注高度应略大于油缸上外表，目的也在于防止空气进入。在完成上 述工作之后可以旋入周密活塞缸套件，完成造压本体组装工作。同时应留意活塞的外露高度 尽可能保持在 10mm 左右，这样测量结果才具有可比性。其组装图如图4-3 所示。图 4-3 造压本体组装图安装完本钱体后可进展电荷放大器的连接及参数设置。两个传感器引出的信号线分别 接到两个电荷放大器输入端留意连接的是电荷输入端，并且在连接之前应对其进展接地放电，以免烧毁电荷放大器或是造成测量误差。由于试验中的传感器没有进展标定，灵敏度直接依据说明书中灵敏度进展参数设置，电荷放大器的上限频率选“3KHz” 档，下限频率选“M”Measure档，放大倍数选“10”档。安装并且设置完成电荷放大器后对National Instruments 数采系统的 2 号槽依据信号线所插的槽号进展选取的1、2 通道依据信号线所插的通道号进展选取进展参数设置， 选取触发电压为 0.5V，触发方式为内触发，由于此次试验的传感器的量程是0MPa-100MPa， 因此量程设置为 10V。完成上述预备工作后便可以进展落锤液压动标装置的数据采集工作。五、试验留意事项1、每次施加压力时留意肯定要平稳；2、试验数据应记录清楚、准确；3、加减压操作时，留意正反行程的含义，不能反复进展调整；4、留意传感器与造压本体连接处密封状况；5、动态压力测量时，释放落锤时留意安全，不得将任何杂物或身体某部放在造压本体附件。六、试验方法及试验结果记录1 静态标定：1） 依据试验设备设计试验电路连线图，装配、检查各种仪器、传感器及压力表。2） 检查试验电路及油路。3） 加载、卸载，留意数据变化，并记录。压力传感器加载、卸载试验记录压力表压力KPa0123456789压力传感器输出电压V压力表压力KPa9876543210压力传感器输出电压V4） 分析、计算、处理试验数据，作出压力传感器的静态特性图，非线性、迟滞、重复性。5） 用方和根法计算系统误差。2 动态压力测试活塞组件有三组，其活塞面积分别为 2cm2、1cm2、0.5cm2。体积调整塞选取直径为21m m 。记录数据采集系统测量的半正弦波形。七、试验报告要求依据要求撰写试验报告试验五 电涡流传感器在位移测量中的应用一、试验目的了解电涡流式传感器的原理及工作性能。二、试验内容了解电涡流式传感器的原理及工作性能，不同金属材料对传感器灵敏度的影响，生疏电涡流式传感器的测量位移的方法。三、试验仪器设备涡流变换器,V/F 表,测微头,铁、铝、铜测片,涡流传感器,见图 2。图 2-1图 5-1四、试验原理及方法电涡流式传感器由一平面线圈组成,金属片安装在其平行的振动台上,当线圈中通以交变电流后,金属片上产生电涡流,涡流大小不同,影响阻抗 Z 的程度不同,而涡流大小与金属板的电阻率、导磁率、厚度、温度以及线圈与金属板外表的距离Y 有关,当线圈、被测体、鼓励源已确定,并保持环境温度不变,阻抗Z只与距离Y有关,将阻抗变化经涡流变换器变换成电压 U 输出,则输出电压是位移量Y 的单值函数,其关系和曲线可由图 1 表示。图 1 图图 1五、试验步聚1. 装好电涡流传感器,并接入变换器,传感器对准金属测片。2. 用测微头移动振动台,使传感器与金属片接触,此时涡流变换器电压输出为零,由此开头每隔 0.1mm 位移用电压表读取变换器输出电压值,将数据填入下表,直到线性严峻破坏为止。3. 整理试验数据,作出V-X 曲线,指出大致的线性范围,求出灵敏度。4. 分别对铝、铜、铁被测体进展测量记录数据,作出曲线。5. 分别找出各被测体的线性范围,求出系统灵敏度。六、测量记录及记录曲线X(mm)V 铝(v)X 铜(v)V 铁(v)七、试验结果系统灵敏度 S= 铁测体灵敏度S= 铝测体灵敏度S= 铜测体灵敏度S=八、试验报告要求按试验过程写出试验报告。试验六 运动物体速度测量一、试验目的通过本试验，使学生把握永磁式感应测速传感器的工作原理以及该类型的测速传感器的测试和标定方法二、试验内容生疏磁电式测速传感器的测量原理，利用磁电式测速传感器测量典型机构运动速度，了解速度信号的标定及处理方法。三、试验设备永磁式感应测速传感器、速度发生器、测量放大器、数据采集系统四、试验原理及方法1234N S765图 6-1 磁电式测速传感器构造图磁电式测速传感器构造如图 6-1 所示，1 为运动体上嵌入的永久磁铁，2 和 5 为铁芯，3 和 6 为速度线圈，7 为位移线圈。其中速度线圈均匀密绕，承受串联连接方式；位移线圈相邻两个位移绕组的绕向相反，相邻绕组之间距离称为节距，如以下图6-2 所示：ss图 6-2 节距示意图永磁感应测速传感器基于电磁感应原理，承受两组速度线圈绕组串联，提高了传感器灵敏度，并且消退运动体振动。有以下公式：e = e+ e上下µ nBv + nBv上下= n v B上= nv × B+ B下由于B 是恒定的，保证了输出信号的线性关系，同时消退了上下的振动带来的影响。承受位移线圈绕组的缘由是目前国内外没有线速度标准源，无法对速度信号进展标定。而位移线圈产生的信号如图 6-3 所示： u图 6-3 位移信号产生示意图图中锯齿波的峰谷、谷峰为运动体运动了一个节距的距离，疏密程度可以推断运动 体速度大小疏速度慢； 密速度快。可利用此信号对速度信号进展标定，依据公式 6-1 进展计算速度信号的灵敏度。承受数值积分法对系统进展标定。其标定方法如下：在位移标识信号中找出n 个波峰间隔，第一个波峰对应的采样点数为 n1，其次个波峰对应的采样点数为n2，设速度曲线输出的对应采样点 i 的输出采样值为 yvi，则有速度曲线的灵敏度kv 为：n × 10k=v1(6.1)ò n 2 ×n1 .1f s f sydtvi式(6.1)中 f s 为采样频率，则由此可判读出运动体的运动速度五、试验步骤1、搭建以下图的试验系统：永磁感应测速传感器位移信号速度信号测量放大器数据采集系统2、 用速度发生器产生速度规律的运动体位移，用测量放大器进展放大后输入数据采集系统，进展记录。3、 承受数值积分法，进展速度灵敏度求取：4、把 3 的结果与速度发生器产生的速度进展比较，分析误差缘由。六、思考题1、画出系统的等效电路，进展时间常数计算。2、转变磁头在传感器中间的位置，重计算速度灵敏度，进展比较分析。七、试验报告要求依据试验过程撰写试验报告试验七 机械构造特性测定一、试验目的1. 学会压电式力传感器和压电式加速度传感器的使用，把握电荷放大器和 ICP 压电传感器的使用。2. 利用压电力传感器测量动态力，用压电加速度传感器测量加速度。3. 学习微机数据采集系统的使用，把握微机数据采集系统记录和采集敲击力信号和振动加速度信号的方法。4. 测力通道的校正因子和加速度测量通道的校正因子，用敲击法测定质量块的质量。5. 通过对振动加速度的测量，进一步确定振动系统的固有频率。二、试验内容分别利用压电力传感器、加速度传感器测量动态力和加速度。把握微机数据采集系统记录敲击力信号和振动加速度信号的方法。把握用敲击法测定质量块的质量和振动频率的方 法。三、试验仪器设备1. 压电式力传感器1 只2. ICP 压电加速度传感器1 只3. 电荷放大器1 台4. 直流电源1 台5. 微机数据采集系统1 套四、试验原理及方法一冲击力和冲击加速度的测量：1. 将压电式力传感器安装在力锤上，用屏蔽同轴电缆将压电式力传感器的输出端与电荷放大器的输入端连接，将电荷放大器的输出端与微机数据采集系统的1 通道连接。照试验框图 4-1 所示。2. 设置电荷放大器测量参数，将电荷放大器上方灵敏度输入旋钮设置为 1.00 ，中间的输出旋钮设置为 10mV/unit，则力传感器受到单位力(1 牛顿)时，电荷放大器输出电压为 10×SmVSff为力传感器的电荷灵敏度pc/N。3. 将内装电路压电加速度传感器安装在质量块上，用屏蔽同轴电缆将加速度传感器输出加速度传感器力传感器电荷放大器ch1质量块微机数据采集系统ch2RC直流电源端的芯线(红色线)与直流电源 +12 伏连接，白色线和微机数据采集系统的 2 通道的输入芯线(红色线)连接。同轴电缆的屏蔽线(黑色线)和数据采集系统的 2 通道的输入皮线(黑色夹子)， 都与直流电源的接地端连接。4. 按试验框图(1)接线后，请指导教师检查接线是否正确。经指导教师检查正确后，方可开机进展试验。表 4-1 数据采集测量参数设置。5. 翻开微机，自动进入C：> 等待命令输入状态。键入C，按回车键，即进入数据采集系统界面。用左右键或上下键，选择“数据采集”菜单中“双通道数据采集”程序，按回车键，即进入双通道数据采集程序界面。表 4-1电压范围2.5V采样频率12800HZ数据块数1通道标记ch1工程单位N校正因子37.0通道标记ch2工程单位m/s 2校正因子5.7显示方式ch1，ch2触发方式ch1-触发电平10%触发延迟-206. 首先进展测量参数设置。用左右键选择“设置”，按回车键，即进入如表4-1 所示的参数设置界面。参考表 4-1 内容设置测量参数， 其中校正因子要依据传感器的灵敏度来确定， 参见试验步骤 2。测量参数设置好后，按“Esc” 键，退出测量参数设置。7. 选择“示波”，分别翻开电荷放大器和 . 直流电源。用锤轻小扣击质量块，观看是否有 信号。信号大小是否适宜。假设不适宜，适当 调整测量参数或电荷放大器的测量参数。按“S” 键，退出示波。8. 按向右键，选中“采集”，开头测量。按回车键，进入“触发”等待状态。用锤敲击质量块，完成信号采集。按向右键，选中“时间历程”，按回车键，就能看到敲击力信号和质量块的加速度信号。9. 用左右键移动时间历程图上的光标按住 Ctrl 键, 按左右键时移动一个光标点，把光标点移动到信号的最大值位置，按“M”键，信号的最大值就记录在图上的表中。重复测量 5 次，将测量结果记录在数据表4-2 中要扣除零漂值。由牛顿其次定律F=Ma，就可求出质量块的质量。次数 力 FN加速度 am/s 2 质量 Mkg表 4-2 冲击力和冲击加速度测量数据12345质量平均值 M二冲击力和振动加速度的测量1. 关闭直流电源，从质量块上卸下加速度传感器，将压电式加速度传感器安装在悬臂梁悬臂端的下方，照试验框图4-2 所示。加速度传感器安装好后，翻开直流电源，测量臂梁悬的振动加速度，并计算出臂梁悬的固有频率。2. 选择“示波”，用锤轻小扣击臂梁悬，观看是否有信号。信号大小是否适宜。假设不适宜，适当调整测量参数或电荷放大器的测量参数。按“S”键，退出示波。3. 按向右键，选中“采集”，开头测量。按回车键，进入“触发”等待状态。用锤敲击臂梁悬，完成信号采集。按向右键，选中“时间历程”，按回车键，就能看到敲击力信号和悬臂梁的振动加速度信号。力传感器电荷放大器ch1加 速 度传感器微机数据采集系统ch2RC直流电源图 4-2 冲击力和振动加速度测量的试验框图4. 用左右键移动时间历程图上的光标按住 Ctrl 键, 按左右键时移动一个光标点，分别把光标点移动到振动信号相邻的二个峰值位置，按”M”键，振动信号的峰值位置的时间就记录在图上的表中。记录振动信号二个峰值位置的时间，就可以计算出振动的频率。重复测量 3 次，将测量结果记录在数据表(3)中。5. 用频率分析方法测量臂梁悬的固有频率：(1) 按“Esc”键，退出时间历程显示状态。按向右键，选中“退出”，按回车键，退出 “双通道数据采集”程序。再用左右键或上下键，选择“信号分析和系统分析”菜单中“双通道频率分析”程序，按回车键，即进入双通道频率分析程序界面。次数123固有频率t(ms)平均值t(ms)2D t = t- t2f = 1/ D tf (HZ)1(ms)(HZ)表 4-3 冲击力和振动加速度测量数据(2) 先进展测量参数设置。用左右键选择“设置”，按回车键，即进入如表 4-4 所示的参数设置界面。参考表 4-4 内容设置测量参数，其中校正因子要依据传感器的灵敏度来确定。测量参数设置好后，按“Esc”键，退出测量参数设置。(3) 选择“谱图”，按回车键，开头测量。再选中“采集”，按回车键，进入“触发”等待状态。(4) 用锤敲击臂梁悬，完成信号采集。采集后屏幕提示：是否有效？YNS Y。按回车键后，进入谱图及频响函数显示功能。选择“幅相”，按回车键，屏幕上部显示相频图，下部显示幅频图。用左右键移动幅频图上的光标按住 Ctrl 键, 按左右键时移动一个光标点。将光标移动到幅频图的峰值位置，此时的频率值就是臂梁悬的固有频率。电压范围2.5V分析频率平均次数 传递函数类型500HZ1HFFT 块大小10241 通道标记ch1工程单位校正因子N37.0窗Force2 通道标记工程单位校正因子ch2 m/s 25.7窗Rectangle触发方式ch1-触发电平触发延迟10%-20(5) 重复测量 3 次，将测量结果的平均值与前面的测量结果比较。把幅频曲线示意图描绘在试验报告中。表 4-4 频率分析测量参数设置五、思考题1. 压电式力传感器和压电式加速度传感器的工作原理是什么?说明二者之间的异同点。内装电路压电传感器有什么优点？2. 本试验所测量的振动系统与试验一所测量的二阶系统，有什么区分？为什么?测量方法有什么不同？六、试验报告要求1. 简要说明试验的目的、要求和使用的主要仪器设备包括型号和编号。2. 绘出试验原理框图以及试验测量曲线示意图。3. 处理试验数据，给出试验结果。按争论题内容对试验进展争论。4. 依据标准格式书写试验报告，清洁整齐，内容简明扼要试验八 工程信