测试装置的基本特性2175.pdf

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1、第二章 测试装置的基本特性一、知识要点及要求 1、掌握线性系统及其主要特性。2、掌握测试装置的动态特性及静态特性。3、掌握一、二阶测试装置的频率响应特性。4、掌握测试装置的不失真测试条件。二、重点内容 1、测试装置的基本要求 测试装置的基本特性主要讨论测试装置及其输入、输出的关系。理想的测试装置应该具有单值的、确定的输入输出关系。即，对应于某一输入量，都只有单一的输出量与之对应。知道其中的一个量就可以确定另一个量。2、线性系统及其主要性质 线性系统的输入)(tx与输出)(ty之间的关系可用下面的常系数线性微分方程)()()()()()()()(0111101111txbdttdxbdttxdb

2、dttxdbtyadttdyadttydadttydammmmmmnnnnnn 来描述时，则称该系统为时不变线性系统，也称定常线性系统。式中t为时间自变量，na、1na、1a、0a和nb、1nb、1b、0b均为常数。时不变线性系统的主要性质：1）叠加原理特性 2）比例特性 3）系统对输入导数的响应等于对原输入响应的导数 4）如系统的初始状态均为零，则系统对输入积分的响应等同于对原输入响应的积分。5）频率保持性 3、测试装置的静态特性 测试装置的静态特性就是在静态测量情况下描述实际测试装置与理想定常线性系统的接近程度。描述测试装置静特性的主要指标有：1）线性度是指测量装置输出、输入之间保持常值比

3、例关系的程度。作为技术指标则采用线性误差来表示，即用在装置标称输出范围 A 内，校准曲线与拟合直线的最大偏差 B 来表示。也可用相对误差来表示，如 线性误差%100AB 2）灵敏度 S 当装置的输入x有一个变化量x，引起输出y发生相应的变化为y，则定义灵敏度为：dxdyxyS 3）回程误差 当输入量由小增大和由大减小时，对于同一输入量所得到的两个输出量却往往存在着差值，把在全测量范围内，最大的差值h称为回程误差。4）稳定度和漂移 稳定度是指测量装置在规定条件下保持其测量特性恒定不变的能力。测量装置的测量特性随时间的慢变化，称为漂移。4 测试装置的动态特性 动态特性是指输入随时间变化时，测试装置

4、输入与输出间的关系。1)传递函数)(sH 传递函数是测试装置动特性的复频域描述，它表达了系统的传递特性。2）频率响应函数)()()(jeAjH，它是测试装置动态特性的频域描述，它描述了系统的简谐输入和其稳态输出的关系。3）脉冲相应函数)(th 它是测试装置动态特性的时域描述。5 测试装置对任意输入的响应 测试装置对任意输入信号)(tx的响应)(ty为输入信号)(tx与此测试装置单位脉冲响应函数)(th的卷积，即)()()(thtxty 6 不失真测试的条件 要使信号通过测试装置后不产生波形失真，测试装置的幅频和相频特性应分别满足 0)(AA常数 0)(t 7 测试装置的典型环节传递函数 1）零

5、阶系统 SsH)(2）一阶系统 sSsH1)(3）二阶装置 2222)(nnssSsHn 8 测试状态动特性的测试 测试装置动态特性的测试方法主要有：频率响应法和阶跃响应法。三、思考习题 1、填空题 1)某一阶系统的频率响应函数为121)(jjH，输入信号2sin)(ttx，则输出信号)(ty的频率为 ，幅值y ，相位 。2）当测试系统的输出)(ty与输入)(tx之间的关系为)()(00ttxAty时，该系统能实现 测试。此时，系统的频率特性为)(jH 。3）传感器的灵敏度越高，就意味着传感器所感知的 越小。4）一个理想的测试装置，其输入和输出之间应该具有 关系为最佳。2 选择题 1）不属于测

6、试系统的静特性。（1）灵敏度 （2）线性度（3）回程误差（4）阻尼系数 2）从时域上看，系统的输出是输入与该系统 响应的卷积。（1）正弦 （2）阶跃 （3）脉冲 （4）斜坡 3）两环节的相频特性各为)(1Q和)(2Q，则两环节串联组成的测试系统，其相频特性为 。（1）)()(21QQ （2）)()(21QQ （3）)()()()(2121QQQQ（4）)()(21QQ 4）一阶系统的阶跃响应中，超调量 。（1）存在，但5 （2）存在，但1（3）在时间常数很小时存在 （4）不存在 5）忽略质量的单自由度振动系统是 系统。（1）零阶 （2）一阶 （3）二阶 （4）高阶 6）一阶系统的动态特性参数是

7、 。（1）固有频率 （2）线性度 (3)时间常数 （4）阻尼比 7）用阶跃响应法求一阶装置的动态特性参数，可取输出值达到稳态值 倍所经过的时间作为时间常数。（1）0.632 （2）0.865 （3）0.950 （4）0.982 3 判断题 1）在线性时不变系统中，当初始条件为零时，系统的输出量与输入量之比的拉氏变换称为传递函数。（）2）当输入信号)(tx一定时，系统的输出)(ty将完全取决于传递函数)(sH，而与该系统的物理模型无关。（）3）传递函数相同的各种装置，其动态特性均相同。（）4）测量装置的灵敏度越高，其测量范围就越大。（）5）幅频特性是指响应与激励信号的振幅比与频率的关系。（）6）

8、一线性系统不满足“不失真测试”条件，若用它传输一个1000Hz的正弦信号，则必然导致输出波形失真。（）4 问答题 1）什么叫系统的频率响应函数？它和系统的传递函数有何关系？2）测试装置的静态特性和动态特性各包括那些？3）测试装置实现不失真测试的条件是什么？5 计算题 1）某测试装置为一线性时不变系统，其传递函数为1005.01)(ssH。求其对周期信号)45100cos(2.010cos5.0)(tttx的稳态响应)(ty。2）将信号tcos输入一个传递函数为ssH11)(的一阶装置，试求其包括瞬态过程在内的输出)(ty的表达式。3）试求传递函数分别为5.05.35.1s和2224.141nn

9、nss的两个环节串联后组成的系统的总灵敏度。四 试验指导 实验五 应变式传感器的静态标定 一、实验目的：1学习 YJD-1 型电阻应变仪的使用方法。2学习测量装置静态特性的标定方法。3掌握用分析软件对静态装置静态特性的标定方法。4学习掌握电阻应变片的粘贴技术。二、实验仪器：YJD-1 型电阻应变仪 计算机及分析软件 电阻应变式传感器 三、实验系统及测试原理 电桥 电阻应变式传感器 YJD-1 电阻应变仪 加载装置 新设计制造的传感器，需要对其参数和性能进行标定，以便检查是否符合设计要求。另外，随着时间和周围环境的变化，使用中传感器的参数也会有变化，也需要进行定期 校准，所以测量装置的标定，是一

10、项经常性，非常重要的工作。电阻应变式测力传感器的静态标定，就是在静态下，通过加载装置对传感器施加载荷，同时由应变仪读取输出，而获取传感器的静态特性参数如灵敏度，非线性度，回程误差等。四、实验步骤(一)粘贴应变片 惠斯登电桥挑选两个电阻值 120 左右的电阻应变片,阻值差小于 0.5。砂纸打磨等强度梁，去除污物，用酒精清洗。用 502 胶水粘贴电阻应变片。（一片粘在受力的位置，一片粘在不受力的位置。）用万用表检查有无短路、断路，引线与等强度梁间的绝缘电阻应大于 150M。焊接导线，并用胶带纸固定，在常温下，放置 24 小时后，方可使用。（二）仪器的操作使用方法：1联接电桥：将应变式传感器的应变片

11、引出线分别接于 A、B、C 三点,并将接线柱旋紧,组成半桥单臂测量电路。2调整灵敏系数盘 K，使之与应变片的灵敏系数 K 相符。3 检查指示器指针是否准确的停止在机械零位，否则必须校正后方可工作。4检查微调，中调，粗调三个调节旋钮，是否都指在零位。5经指导老师检查无误后，方可打开电源。6将选择开关旋到“予”上，调节“电阻平衡”，“电容平衡”两电位器，使指示电表的指针指与零位。然后将开关旋到“静”的位置，再调节“电阻平衡”使指针指于零位。在“予”、“静”反复调整几次后，此时电桥已予调平衡。7仔细观察三分钟，电表指针不应有漂移。8进行加载，指针偏移零位，旋转“微调”旋钮使指针指回零位，记下此时“微

12、调”旋钮读数。加载：100，200，300，400，500（g）记录读数。9依次卸载并记录读数。注意卸载至零载荷时，不要忘记将微调旋钮读数记录下来。0 100 200 300 400 500 加载 卸载 （三）计算机演示实验 1打开计算机。2双击桌面上的“快捷方式”。3进入“机械工程测试技术基础实验”点击“开始”。4进入实验，点击实验一“应变式传感器的标定”。5将实验记录的各数据分别填入，点击“作图”。6按端点线性、最小二乘法二种方法做出拟合直线，求出线性误差。7绘出回程误差特性曲线，并确定其回程误差 H。8确定本测力传感器的静态灵敏度 S。五、用分析软件进行数据处理 1非线性度 fL （）端

13、点线性 端点线性是生产中选择拟合直线的一种简便方法。具体做法是：以定度曲线的首 尾（即额定最小和最大值）相连的直线作为所选择的拟合直线。如下图：X 线性误差计算如下：%100ABLf 式中 Lf相对线性误差 B距拟合直线最大偏差的绝对值 A输入为最大值时的输出值 （）最小二乘法线性 最小二乘法拟合直线的拟合原则就是nii12为最小值。i为定度曲线和拟合直线第对应值之间的残差。最小二乘法拟合直线的方程为：bKxy 式中为拟合直线的斜率 为拟合直线与纵坐标的截距 斜率和截距可按下式计算 22iiiiiixxnyxyxnK B A y 测量范围 X A B Y 222iiiiiiixxnyxxyxn

14、b 由方程bKxy 做出拟合直线，此直线为最佳拟合直线，于是可求出线性误差%100ABLf 用最小二乘法求得的拟合直线的拟合精度最高，但计算比较繁琐。2 回程误差（H）回程误差也叫滞后或差变。它表明测试系统在正、反行程期间输出输入曲线不重合的程度。回程误差的大小一般由试验确定。其值以正反行程时定度曲线间地最大距离 h 或 h 和 A之比的百分数表示。如下图：-%100AhH 3灵敏度（S）灵敏度表示输出变化量与输入变化量之比。线性测量装置定标曲线的拟合直线的斜率就是其静态灵敏度。灵敏度可由下式求得：S=）输入量的变化量（）输出量的变化量（xy 注意：灵敏度有量纲，指每单位输入量所得输出量的大小

15、。六、实验报告内容 实验名称 实验目的 实验系统框图 实验数据处理电阻应变式测力传感器静态特性指标评定。（1）非线性度 按端点线性、最小二乘法二种方法做出拟合直线、求出线性误差。（2）绘出回程误差特征曲线,并确定其回程误差 H。（3）确定本测力传感器的静态灵敏度 S。心得体会及对实验的改进意见 h y x A 实验 6 一阶系统频率响应试验 一、实验目的：1、了解一阶系统的频率响应函数；2、掌握一阶系统的幅频特性和相频特性。二、实验仪器：1计算机及分析软件 2打印机 三、实验原理 频率响应函数是描述和考察系统在频率域中的特性的，利用它和传递函数的关系，极易求出传递函数，是研究系统特性的重要的工

16、具。定常系统在简谐信号的激励下，其稳态输出信号和输入信号的幅值比定为该系统的幅值特性，记为A()；稳态输出信号对输入信号的相位差被定义为该系统的相频特性，两者 统称为系统的频率特性。因此系统的频率特性指系统在简谐信号激励下，其稳态输出对输 入的幅值比、相位差随激励频率 变化的特性。一阶系统的幅频特性为 2)(11)(A 相频特性为 )()(arctg 改变系统的特性参数 可以观察相应的特性曲线。取时间常数 T=0.02s,0.06s,0.1s时,计算系统的时间响应。对比不同时间常数 T 时系统的时间响应,画出不同 T 时的时间响应曲线。四、实验步骤 改变一阶系统的时间常数，观察一下曲线的变化趋

17、势。实验 7 二阶系统频率响应试验 一、实验目的：1、了解二阶系统的频率响应特性；2、了解影响二阶系统动态特性的参数；3、掌握常见的二阶系统。二、实验仪器：1计算机及分析软件 2打印机 三、实验原理 用二阶微分方程表示二阶系统的特性，其幅频特性和相频特性分别为 传递函数为 2222nnnsssH 频率响应函数为 Hnnnnnjjj21122222 幅频特性为 2222411nnA 相频特性为 212nnarctg 其中二阶动态特性的参数是固有频率和阻尼比，在通常的使用频率范围中，又以固有频率的影响最为重要。所以二阶系统固有频率 n的选择应以其工作频率范围为依据。在=n附近，系统幅频特性受阻尼比

18、影响极大，当 n时，系统发生共振。因此作为实 用装置，极少选用这种频率关系。但这种关系在测定系统本身的参数时，却是很重要的。改变系统的参数，观察一下系统特性参数的变化 计算阻尼比分别为 0.2,0.7,2 时，系统的时间响应，画出不同阻尼比时的xo(t)曲线。四、实验步骤 输入系统的阻尼系数，观察二阶系统特性的变化趋势。实验 8 一二阶系统实现无失真测试条件 一、实验目的：1观察一阶测试装置频响曲线,了解参数 变化对其的影响。2观察二阶测试装置频响曲线,了解参数、nf变化对其影响。二、实验仪器：1计算机及分析软件 2打印机 三、实验原理（一）一阶系统的无失真测试 kcy(t)(位移）x(t)(

19、力）RCuxuy 两种装置属于力学、电学装置，它们属于一阶系统，均可用一阶微分方程来描述。其一般形式为:txbtyadttdya001 标准方程为：tSxtydttdy 式中 时间常数 S 系统灵敏度 观察系统动态特性时，可令 S=1，即 传递函数为 11ssH 频率响应函数为 2211111jjH 幅频表达式 211A 相频表达式 arctg（二）二阶系统的无失真测试 kcy(t)x(t)m RCuxuyL 两种装置属于二阶系统，均可用二阶微分方程来描述。标准方程为：txStydttdydttydnnn22222 式中 n系统固有频率 系统阻尼比 系统静态灵敏度 对具体系统而言，令 S=1，

20、即txtydttdydttydnnn22222 传递函数为 2222nnnsssH 频率响应函数为 Hnnnnnjjj21122222 幅频特性为 2222411nnA 相频特性为 212nnarctg 四、实验内容即步骤 1 改变参数，画出一阶测量装置幅频、相频特性曲线。（1）打开计算机（2）双击桌面上的“test”。（3）进入“机械工程测试技术基础实验”点击“开始”。（4）进入实验，点击实验二“测量装置实现无失真测试条件”。（5）点击对话框中的“一阶系统”。（6）改变 值，设Hzf1000变化，画出幅频、相频曲线进行分析。确定幅值误差%5工作频率范围。幅频曲线 相频曲线 1 0.5 0.1

21、 0.05 0.01 0.005 0.001 2 改变参数、nf，画出二阶测量装置幅频、相频特性曲线。（）打开计算机。（）双击桌面上的“快捷方式”。（）进入“机械工程测试技术基础实验”点击“开始”。（）进入实验，点击实验二“测量装置实现无失真测试条件”。（）点击对话框中的“二阶系统”。（）改变 值，确定nf值，Hzf1000变化，画出幅频、相频曲线，分析改变 对测量装置的影响。求出最佳阻尼。（7）在707.0值条件下，改变nf，Hzf1000变化，画出幅频、相频曲线进行分析，确定对不失真频率范围影响。幅频曲线 相频曲线 0.05 0.10 0.15 0.25 0.50 0.707 1.0 最佳

22、阻尼比=0.707,在最佳阻尼比下,改变固有频率 fn,观察幅、相频曲线。（）不超过 fn 幅频曲线 相频曲线 不失真频率范围 20 30 40 50 60 80 100 120 五、实验报告内容 1 写出实验名称、目的、所用仪器。2 画出一阶测试系统幅、相频曲线，分析参数 变化对其的影响。3 画出nf=20 时，改变 值的二阶测试系统幅、相频曲线，并分析 对测量装置的影响。画出707.0 时，改变nf值的二阶测试系统幅、相频曲线，根据nf曲线说明对不失真测试条件影响，从而确定在最佳阻尼条件下不失真的工作频率范围。第三章 常用的传感器 一、知识要点及要求 1、掌握常用传感器的分类方法 2、掌握

23、常用传感器的变换原理 3、了解常用传感器的主要特点、测量电路及应用。二、重点内容 1、传感器的定义 工程上通常把直接作用于被测量，能按一定规律将其转换成同种或别种量值输出的器件，称为传感器。2、传感器的作用 传感器的作用就是将被测量转换为与之相对应的、容易检测、传输或处理的信号。3、传感器的分类 传感器的分类方法很多，主要的分类方法有以下几种：（1）按被测量分类，可分为位移传感器、力传感器、温度传感器等；（2）按传感器的工作原理分类，可分为机械式、电气式、光学式、流体式等；（3）按信号变换特征分类，可概括分为物性型和结构型；（4）根据敏感元件与被测对象之间的能量关系，可分为能量转换型与能量控制

24、型（5）按输出信号分类，可分为模拟型和数字型。4、电阻式传感器（1）电阻传感器的分类：变阻式传感器和电阻应变式传感器。而电阻应变式传感器可分为金属电阻应变片式与半导体应变片两类。（2）金属电阻应变片式的工作原理：基于应变片发生机械变形时，其电阻值发生变化。金属电阻应变片式的的灵敏度vSg21。（3）半导体电阻应变片式的工作原理：基于半导体材料的压阻效应。半导体电阻应变片式的的灵敏度ESg。5、电感式传感器（1）按照变换原理的不同电感式传感器可分为自感型与互感型。其中自感型主要包括可变磁阻式和涡电流式。（2）涡电流式传感器的工作原理：是利用金属体在交变磁场中的涡电流效应。（3）涡电流效应的主要内

25、容是：6、电容式传感器（1）电容式传感器根据电容器变化的参数，可分为极距变化型、面积变化型、介质变化型三类。（2）极距变化型传感器的灵敏度为：201AddCS，可以看出，灵敏度S与极距平方成反比，极距越小灵敏度越高。显然，由于灵敏度随极距而变化，这将引起线性误差。（3）面积变化型的灵敏度为常数，其输出与输入成线性关系。但与极距变化型相比，灵敏度较低，适用于较大直线位移及角速度的测量。（4）电容式传感器的测量电路 电容式传感器将被测量转换成电容量的变化之后，有后续电路转换为电压、电流或频率信号。常用的电路有电桥型电路、直流极化电路、谐振电路、调频电路、运算放大电路。7、压电式传感器（1）压电传感

26、器的工作原理是压电效应。（2）压电效应是指某些物质，如石英、鈦酸钡、鎬鈦酸铅等，当受到外力作用时，不仅几何尺寸发生变化，而且内部极化，表面上有电荷出现，形成电场；当外力消失时，材料重新回复到原来状态，这种现象称为压电效应。（3）压电式传感器前置放大器的主要作用有：一是将传感器的高阻抗输出转换为低阻抗输出；二是放大传感器输出的微弱电信号。（4）压电加速度传感器的两种形式是：电压放大器和电荷放大器。8、半导体传感器主要包括磁敏传感器、光敏传感器、固态固体传感器、热敏电阻、气敏传感器、湿敏传感器、集成传感器等。9、光纤传感器（1）光纤传感器按光纤的作用可分为功能型和传光型两种。（2）光纤导光的原理是

27、光的全反射。（3）光纤的数值孔径 NA 表示了光纤的收集光的能力，2221nnNA，其中1n为纤芯的折射率，2n为包层的折射率。三、思考习题 1、填空题 1）属于能量控制型的传感器有 等，属于能量转换型的传感器有 等（每个至少举例两个）。2）金属电阻应变片与半导体应变片的物理基础的区别在于：前者利用 引起的电阻变化，后者利用 变化引起的电阻变化。3）为了提高变极距电容式传感器的灵敏度、线性度及减小外部条件变化对测量精度的影响，实际应用时常常采用 工作方式。4）压电式传感器的测量电路（即前置放大器）有两种形式：放大器和 放大器，后接 放大器时，可不受连接电缆长度的限制。5）涡流式传感器的变换原理

28、是利用了金属导体在交流磁场中的 效应。6）磁电式速度计的灵敏度单位是 。7）压电式传感器是利用某些物质的 而工作的。2、选择题 1）电阻应变片的输入为 。（1）力 （2）应变 （3）速度 （4）加速度 2）结构型传感器是依靠 的变化实现信号变换的。（1）本身物理性质 （2）体积大小 （3）结构参数 （4）电阻值 3）不能用涡流式传感器进行测量的是 。（1）位移 （2）材质鉴别 （3）探伤 （4）非金属材料 4）变极距面积型电容传感器的输出与输入，成 关系。（1）非线性 （2）线性 （3）反比 （4）平方 5）半导体式应变片在外力作用下引起其电阻变化的因素主要是 。（1）长度 （2）截面积 （3

29、）电阻率 （4）高通 6）压电式传感器输出电缆长度的变化，将会引起传感器的 产生变化。（1）固有频率 （2）阻尼比 （3）灵敏度 （4）压电常数 7）在测量位移的传感器中，符合非接触测量，而且不受油污等介质影响的是 传感器。（1）电容式 （2）压电式 （3）电阻式 （4）电涡流式 8）自感型可变磁阻式传感器，当气隙变化时，其灵敏度S与之间的关系是：S 。（1）1k （2）k （3）2k （4）2k 9）光电倍增管是利用 效应制成的器件。（1）内光电 （2）外光电 （3）光生伏特 （4）阻挡层 10）光敏元件中 是直接输出电压的。（1）光敏电阻 （2）光电阻 （3）光敏晶体管 （4）光导纤维 3

30、、判断题 1）滑线变阻器式传感器不适于微小位移量测量。（）2）涡流式传感器属于能量控制型传感器（）3）压电加速度计的灵敏度越高，其工作频率越宽。（）4）磁电式速度拾振器的上限工作频率取决于其固有频率。（）4、问答题 1）哪些传感器可选作小位移传感器？2）涡流传感器测量位移与其它位移传感器比较，其主要优点是什么？涡流式传感器能否测量大位移量？为什么？3）电涡流传感器除了能测量位移外，还能测量哪些非电量？4）电涡流传感器能否测量塑料物体移动的位移？若能测量理由是什么？不能测量理由是什么？应采取什么措施改进，就可以用电涡流传感器测量了。5）压电式加速度传感器与压电式力传感器在结构上有何不同，为什么？

31、6）试用双螺管线圈差动型电感传感器做成一个测力传感器。（1）用简图说明该传感器的结构并简要说明其作用原理；（2）两个线圈通常应该接在什么电路中？用图说明如何接法。5、计算题 1）某电容传感器（平行极板电容器）的圆形极板半径)(4 mmr，工作初始极板间距离)(3.00mm，介质为空气。问：（1）如果极板间距离变化量)(1m，电容的变化量C是多少？（2）如果测量电路的灵敏度)(1001pFmVk，读数仪表的灵敏度52k（格mV）在)(1m时，读数仪表的变化量为多少？四、实验指导 实验 9 电阻应变式拉压弯扭传感器原理及应用实验 一 实验目的 1 握动态参量系统搭建的方法及测试原理。2 动态参量的

32、测试方法，对动态弯矩、扭矩、位移信号进行测试与分析。二 实验仪器 1模拟信号测试仪器：悬臂梁 电桥盒 Y6D-3A 动态电阻应变仪 SC-16 光线示波器 2数字信号测试仪器：DH5935B 动应力测试装置 计算机及分析软件 打印机 三 测试系统框图 动应力综合测试装置 模拟信号测试系统 动 态 参 量 信 号 源 图 3-1 测试系统框图 四 实验系统框图 中间变换器 显示记录器 应变式位移传感器 应变式变矩传感器 应变式扭矩传感器 信 号 调 理 DA 转 换 接 口 计 算 机 测 控 分 析 软 件 显示 存储 打印 数字信号测试系统 图（一）模拟信号测试系统框图 图（二）数字信号测试

33、系统框图 五 实验原理 给悬臂梁一个初位移，使它产生衰弱的自由振动，这时,梁的应力是对称循环的动载荷。动应变可由应变片通过电桥盒输入 Y603A 动态应变仪，经放大检波，低通滤波后输出一个与动应变波形一致的电流信号，再输入 SC16 型光线示波器，并记录下动应变的波形如图 2。这是一个近似的正弦波，它含有交变应力的频率、动应力的变化规律等信息。根据=E 可得到动应力的变化规律。标定波形 被测波形 图 3-2 由图可得：AHah aAHA h标定波形高度（mm）a所选标定的微应变值（）一般选用 30 或 100 。A被测波形振幅（mm），2H 是双振幅。H被测波形的微应变值（）测试系统 电桥 D

34、H5935B 计算机 测试装置 电桥 Y6D-3A 动态电阻应变仪 SC-16 光线示波器+h-h 2H 动应力=AE E梁材料的弹性模量，钢MpaE5101.2 A被测波形的应变值（）610 五 实验内容及步骤 （一）模拟信号测试 1 检查悬臂梁上应变片是否断路或短路。2 按测试需要接成半桥。将动态应变仪予调平衡。3 给悬臂梁一个初位移，不可太大，使光线示波器上的光点偏离平衡位置 20mm 左右即可。用光线示波器记录波形。4 用高的走纸速度记录波形，用低的走纸速度打标定。标定应变值30、或者100。依据是所选择的标定波形大小（值）最好与被测波形的振幅相近，这样计算时误差最小。（二）数字信号测

35、试 1 打开计算机 2 点击桌面上“DH5935B”，打开“DH5935/DH5936 动态信号测试系统”。3 在“设置”菜单中选择“通道设置”。4 弹出“工作通道设置”对话框。工作通道：CH01 至 CH04 测点内容设置：各通道的测量内容均设置为“应变应力测试”设置完后单击“确认”按钮 5 在“设置”菜单中选择“参数设置”中的“应变应力测试”6 弹出“应变应力测量通道参数设置”对话框。通道 桥路方式 应变计电阻 导线电阻 灵敏度系数 修整系数 泊松比 满度值 上限频率 CH01 方式 2 120 0 2 1 0 30000 PASS CH02 方式 2 120 0 2 1 0 30000

36、PASS CH03 方式 3 120 0 2 1 0 30000 PASS CH04 120 0 2 1 0 30000 PASS 参数说明：通道 CH01 进行位移采样；CH02 进行弯矩采样；CH03 进行扭矩采样。桥路方式：位移弯矩采样用半桥双臂；扭矩采样用全桥。应变器电阻及应变片电阻值。实验室中所用的应变片电阻值一般为 120。导线电阻：由于导线较短，阻值不计。灵敏度系数：应变片的灵敏度系数取 2。修正系数：不须修正取 1。泊松比：取 0。满度值：应根据该通道的被测应变片来确定，一般应稍大于应变片的应变值，取 30000 。上限频率：选择 PASS，让所有频率都可通过。7 单击“平衡”

37、按钮，弹出“平衡确认”对话框，单击“是”。8 在“设置”菜单中选择“采样条件”。弹出“采样条件”对话框。采样速率设置应符合采样定理：采样频率至少大于最高频率的两倍，一般取十几倍。采样速率设为 10Hz。单击“确定”。9.单击右下角“启动采样”按钮。10.弹出“保存数据建立数据目录”对话框。选择所要保存在的目标文件，输入文件名，单击“保存”。11.开始进行采样。在采样过程中如果需要暂停或结束，可单击“暂停采样”或“结束采样”按钮。12.对测试结果数据的处理：在菜单“处理”中选择所要进行的处理方式，如相关函数分析、幅值域处理。在“文件”菜单中选择“另存为.txt 文件”。此文件可以在其他软件中进行

38、相关的分析处理。13.关闭计算机。六 实验报告 （一）模拟信号测试 1 实验目的。2 实验仪器。3 实验系统框图。4 按比例绘出被测波形和标定波形。5 实验数据处理。由记录纸计算出被测波形振幅 A；计算应力。按照记录时标线计算被测波形频率。（二）数字信号测试 1.实验目的。2.实验仪器。3.实验系统框图。4.七 附录型 Y6D3A 动态应变仪使用方法：1.电桥盒的联接 电桥盒内结构 2.仪器的联接 将电桥盒另一端的插头插入应变仪本体放大器面板下部的“输入”插座内，旋紧（六个放大面板可任选）将输出线一端的二芯插塞插入 应变仪背后的输出插口中，另一端的接线叉 分别与SC16 光线示波器的输入相连接

39、。（注意 SC16 型光线示波器上的振子开关关闭）3.检查各开关的工作位置：“电源开关”和“高压开关”全在关闭位置；电表转换开关在“灯丝”位置。放大机板上“衰减”开关在“0”；“检测”开关在“测”；“标定”开关在“0”；电阻平衡的“粗细”调节开关在“细”；“输出”开关在“平衡 10”。SC16 型光线示波器电源开关在关闭位置，振子开关，电机开关全部关掉。4.平衡调节 打开“电源开关”，指示灯亮，约 5 分钟后，将电源供给面板上的电表转换开关扳道“高压”，打开“高压开关”，12 分钟后即可开始调整。调节“基零调节”电位器，使输出表针指零。将“衰减”开关转到“100”调节“电阻平衡”“电容平衡”两

40、个旋钮，使“输出表针”“平衡指示针”均大致指零。将“衰减”开关依次转到“30”“10”“3”，并用“电阻平衡”“电容平衡”分别调节两个指针大致指零。最后将“衰减”开关扳到“1”，仔细调节到两个表针指零。将“标测”转换开关伴扳到“标”，观察输出表是否指零，可调“基零调节”使输出为零。将“标测”转换开关扳到“测”检查一次平衡，如有不平衡再次调节平衡。5.测量与标定：将“输出”开关扳到“测量”20 位置上（这是因为记录信号的振动子采用 GC6-1200型，其内阻为 20），并打开光线示波器振动子的开关。观察光线示波器毛玻璃的光点位置，不应有移动，否则调节“电阻平衡”，使其平衡。将“标测”开关扳到“标

41、”，将标定开关扳到 100 或 30 ，用低走纸速度记录下标定信号 9 同样记录-100 或-30 ）标定结束，将“标定”开关扳到“零”，将“标测”开关扳至“测”，开始记录测量信号。实验 10 涡流式电感传感器原理及应用试验 一、实验目的 1、掌握电涡流式传感器的结构原理和工作性能。2、研究不同性质的被测物体对电涡流传感器的影响。3、研究电涡流传感器的实际应用，及测振的原理与方法（动态测量。二、试验设备 1、计算机及分析软件 2、电涡流传感器，铁、铜、铝被测物各一块，涡流变换器，电桥，直流稳压电源，振荡器，激振器。三、实验原理 电涡流传感器是一种应用较为广泛的非接触式测量振动或位移的传感器，它

42、基于电磁感应定律工作，涡流线圈的感抗与被测导体离线圈的远近有关。实验仪的平行梁上固定有被测导体测量片，它与涡流传感器的距离随梁的位置移动而变化，相应地在线圈的输出端输出信号，被测导体不同，涡流传感器将表现出不同的传感灵敏度。四、实验内容 1、静态校准 按下图接好线路，调整被测片与涡流线圈的距离。使系统发生振荡（用计算机分析系统监视）。示波器上读出峰峰值，毫伏表上读平均值，每隔0.25mm 读一次数，直到线性严重破坏为止，即静态校准。根据以上数据，找出传感器与被测体间的最佳工作距离和起始点。2、被测体对传感器特性的影响 根据上图，分别用铝、铜、铁被测片重复实验内容1，分析比较所得结果。3、电涡流

43、式振幅测量系统 按下图接线。用激振器激励平行梁振动，激振频率为 15，20，30Hz 处分别记录要求对应的输出峰峰值，并根据前面得到的校准曲线计算出对应的振动幅度。五、实验报告 被测片 涡流传感器 涡流变换器 毫伏表 A/D 转换 计算机分析系统 涡流传感器 涡流变换器 运算放大器 毫伏表 A/D 转换 计算机分析系统 1、根据实验内容 1 的结果，作xVPP和xV 曲线（在同一坐标系中），求出线性范围和系统灵敏度S，xVS 2、根据实验内容 2 的结果，在同一坐标系中作出xVCu，xVFe，xVAl三条曲线，分析比较它们的灵敏度和线性范围。实验 11 压点加速度传感器原理及其前置放大器 一.

44、实验目的 1.通过本实验了解并掌握机械振动信号测量的基本方法。二.实验原理 1.振动测量原理 机械在运动时，由于旋转件的不平衡、负载的不均匀、结构刚度的各向异性、间隙、润滑不良、支撑松动等因素，总是伴随着各种振动。机械振动在大多数情况下是有害的，振动往往会降低机器性能，破坏其正常工作，缩短使用寿命，甚至导致事故。机械振动还伴随着同频率的噪声，恶化环境，危害健康。另一方面，振动也被利用来完成有益的工作，如运输、夯实、清洗、粉碎、脱水等。这时必须正确选择振动参数，充分发挥振动机械的性能。在现代企业管理制度中，除了对各种机械设备提出低振动和低噪声要求外，还需随时对机器的运行状况进行监测、分析、诊断，

45、对工作环境进行控制。为了提高机械结构的抗振性能，有必要进行机械结构的振动分析和振动设计。这些都离不开振动测试。振动测试包括两种方式：一是测量机械或结构在工作状态下的振动，如振动位移、速度、加速度、频率和相位等，了解被测对象的振动状态，评定等级和寻找振源，对设备进行监测、分析、诊断和预测。二是对机械设备或结构施加某种激励，测量其受迫振动，以便求得被测对象的振动力学参量或动态性能，如固有频率、阻尼、刚度、频率响应和模态等。振动的幅值、频率和相位是振动的三个基本参数，称为振动三要素。幅值：幅值是振动强度的标志，它可以用峰值、有效值、平均值等方法来表示。频率：不同的频率成分反映系统内不同的振源。通过频

46、谱分析可以确定主要频率成分及其幅值大小，从而寻找振源，采取相应的措施。相位：振动信号的相位信息十分重要，如利用相位关系确定共振点、测量振型、旋转件动平衡、有源振动控制、降噪等。对于复杂振动的波形分析，各谐波的相位关系是不可缺少的。在振动测量时，应合理选择测量参数，如振动位移是研究强度和变形的重要依据；振动加速度与作用力或载荷成正比，是研究动力强度和疲劳的重要依据；振动速度决定了噪声的高低，人对机械振动的敏感程度在很大频率范围内是由速度决定的。速度又与能量和功率有关，并决定动量的大小。2.YD-37 加速度传感器简介 压电传感器的力学模型可简化为一个单自由度质量-弹簧系统。根据压电效应的原理，当

47、晶体上受到振动作用力后，将产生电荷量，该电荷量与作用力成正比，这就是压电传感器完成机电转换的工作原理。压电式加速度传感器在振动测试领域中应用广泛，可以测量各种环境中的振动量。三.实验仪器和设备 1.计算机 n 台 2.DRVI 快速可重组虚拟仪器平台 1 套 3.加速度传感器（YD-37）1 套 4.加速度传感器变送器（LBS-12-A）1 台 5.蓝津数据采集仪（LDAQ-EPP2）1 台 6.开关电源（LDY-A）1 套 7.5 芯对等线 1 条 8.振动实验台（LZD-A）1 套 四.实验步骤及内容 1.振动测量实验结构如图 18.1 所示，将加速度传感器通过配套的磁座吸附在振动实验台底

48、座上，然后将其输出端和变送器的输入端相连，变送器的输出端通过一根带五芯航空插头的电缆和数据采集仪 3 通道连接。图 18.1 振动测量结构示意图 2.启动服务器，运行 DRVI 主程序，开启 DRVI 数据采集仪电源，然后点击 DRVI 快捷工具条上的联机注册图标，选择其中的DRVI 采集仪主卡检测进行服务器和数据采集仪之间的注册。联机注册成功后，分别从 DRVI 工具栏和快捷工具条中启动DRVI 微型 Web 服务器和内置的 Web服务器，开始监听 8600 和 8500 端口。3.打开客户端计算机，启动计算机上的 DRVI 客户端程序，然后点击 DRVI 快捷工具条上的联机注册图标，选择其

49、中的DRVI 局域网服务器检测，在弹出的对话框中输入服务器 IP 地址（例如：192.168.0.1），点击发送按钮，进行客户端和服务器之间的认证，认证完毕即可正常运行客户端所有功能。4.在 DRVI 软件平台的地址信息栏中输入如下信息http:/服务器IP 地址:8600/GccsLab/index.htm，打开 WEB 版实验指导书，在实验目录中选择加速度传感器振动测量实验，按实验原理和要求设计该实验。5.本实验的目的是了解用加速度传感器进行振动测量的方法，首先需要将数据采集进来，蓝津信息提供了一个配套的8通道并口数据采集仪来完成外部信号的数据采集过程，在DRVI软件平台中，对应的数据采集

50、软件芯片为蓝津 DAQ_A/D芯片；数据采集仪的启动采用一片0/1 按钮芯片来控制；振动信号的频谱，用一片FFT芯片来计算；另外，由于在用加速度传感器获取振动信号的时候，会带入一部分高频干扰信号，为了测量的方便，可以插入一片数字滤波芯片，用于构成低通滤波器，滤出高频成分，滤波前后的波形对应结果用一片多路接线开关 来选择；还需要选择两片波形/频谱显示芯片，用于显示振动信号的时域波形和频谱；然后再根据所需的数组型数据总线的数量，插入 5 片内存条芯片，用于存储数组型数据；再加上一些文字显示芯片和装饰芯片，就可以搭建出一个振动测量实验的服务器端，所需的软件芯片数量、种类、与软件总线之间的信号流动和连