機(jī)械工程測(cè)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)一31-1 濾波器幅頻特性的測(cè)試31-2 光線示波器振動(dòng)子幅頻特性的測(cè)定5實(shí)驗(yàn)二 電阻應(yīng)變片的粘貼工藝及其標(biāo)定92-1 電阻應(yīng)變片的粘貼工藝92-2 電阻應(yīng)變片標(biāo)定10實(shí)驗(yàn)三 傳感器綜合測(cè)量系統(tǒng)123-1 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(cè)試174-1 穩(wěn)態(tài)正弦激振方式測(cè)試懸臂梁動(dòng)態(tài)特性測(cè)試17實(shí)驗(yàn)一 1-1 濾波器幅頻特性的測(cè)試一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?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(cè)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。1RC無源低通濾波器RCuiuoRC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(jiǎn)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：=RC。 低通濾波器頻率特性為 （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1EE1641B1 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)4RC無源濾波器接線板 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?。將低頻信號(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(cè)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(cè)試系統(tǒng)?？紤]到有源低通濾波器具有放大作用，注意監(jiān)測(cè)濾波器輸出信號(hào)的毫伏表測(cè)量檔位要比監(jiān)測(cè)輸入信號(hào)的相應(yīng)加大。圖1-35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=98， 電容值：C=2F原始數(shù)據(jù)表格頻率（Hz）201002003004005006007008009001K2K3K4K5K輸入(v)111111111111111輸出(v)0.950.940.910.90.850.810.780.720.70.680.620.40.260.20.15Ln(頻率)1.322.32.52.62.72.782.852.92.9533.33.483.63.71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(cè)定一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解光線示波器的基本結(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(cè)試系統(tǒng)幅頻特性的測(cè)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=Jd2/dt2，其中J為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，為振動(dòng)子線圈的轉(zhuǎn)角；Mc阻尼力矩。Mc=cd/dt，其中c為阻尼系數(shù)； MG張絲的彈性反抗力矩。MG=G，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 輸入信號(hào)電流的角頻率；n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(cè)定，首先要根據(jù)被測(cè)振動(dòng)子的要求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(cè)振動(dòng)子的幅頻特性曲線。三實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備1SC-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20Hz，再使輸出電壓的幅度U0為： U0IgmRg （1-9）式中 Igm被測(cè)振動(dòng)子的最大允許電流；Rg被測(cè)振動(dòng)子的線圈內(nèi)阻。例如：FC6-1200型振動(dòng)子，其Igm=5mA，Rg=20，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(cè)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50。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)在觀察屏的中間位置顯示一光點(diǎn)。5將20Hz的正弦電壓信號(hào)輸入被測(cè)振動(dòng)子，便可從觀察屏上看到一條亮線，其長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)度，即可近似地求得被測(cè)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(zhǎng)度，即可繪出被測(cè)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=15Hz輸入（mV）101520253035輸出格數(shù)101318222630fn=1200Hz , U=40mV=40*0.75=30格f/fn0.010.10.20.30.40.50.60.70.80.9輸出格數(shù)35323029272422201816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/fn1.01.11.21.31.41.51.61.718輸出格數(shù)14131211109876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(cè)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=2.52作出被測(cè)振動(dòng)子的幅頻特性曲線。實(shí)驗(yàn)二 電阻應(yīng)變片的粘貼工藝及其標(biāo)定2-1 電阻應(yīng)變片的粘貼工藝一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?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(cè)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(cè)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(cè)點(diǎn)的變形，必須使電阻應(yīng)變片和測(cè)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(cè)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)過分粗糙，也不應(yīng)過分光滑。然后，用酒精棉球?qū)y(cè)點(diǎn)附近基本擦干凈。（2）劃基準(zhǔn)線 以測(cè)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(cè)點(diǎn)表面，以棉花球不見污物為止。2貼片（1）取片就位 待測(cè)點(diǎn)表面酒精晾干后，將502粘合劑均勻地涂在測(cè)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(cè)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(zhǎng)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(zhǎng)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?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1YJ-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)變片的靈敏系數(shù)，也就是當(dāng)電阻應(yīng)變片粘貼在被測(cè)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(cè)點(diǎn)應(yīng)變片的應(yīng)變的比值。靜態(tài)電阻應(yīng)變儀的測(cè)量電路分為半橋回路和全橋回路兩種。被測(cè)試件測(cè)點(diǎn)上的兩個(gè)電阻應(yīng)變片作為測(cè)量電路的兩個(gè)橋臂，參加測(cè)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(cè)量橋路為半橋回路；將被測(cè)試件測(cè)點(diǎn)上的四個(gè)電阻應(yīng)變片作為測(cè)量電路的四個(gè)橋臂，用以參加測(cè)量和補(bǔ)償，這樣構(gòu)成的橋路為全橋回路，在一般測(cè)量中多采用半橋測(cè)量，本實(shí)驗(yàn)即采用半橋測(cè)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)KT測(cè)=K K=KT (2-1)式中 K被測(cè)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；測(cè)儀器讀數(shù)/A，半橋測(cè)量時(shí)A=2，全橋測(cè)量時(shí)A=4；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。K3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(cè)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(cè)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(cè)量數(shù)據(jù)：L=13.5cm b=6cm h=0.6cm1計(jì)算出儀器讀數(shù)，儀器讀數(shù)等于加載一個(gè)重量后的儀器讀數(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）00.21.22.2儀器讀數(shù)（）-284-277-236-196儀器讀數(shù) = (-196+236)+(-236+277)/ 2 = 40.5 m = F*L = m*g*l = 1*9.8*13.5*10 = 1323 N*mw = b*h2/6 = 60*62/6 = 360 mm3E = 200*109= 1323/(360*200*109*10-6) = 18.375 測(cè) = 儀器讀數(shù)/2 = 20.25K = KT *測(cè) /= 2*20.25/18.375 =2.2實(shí)驗(yàn)三 傳感器綜合測(cè)量系統(tǒng)3-1 穩(wěn)態(tài)正弦激振一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?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(cè)參數(shù)或被測(cè)物理量的要求，正確選擇傳感器進(jìn)行有效測(cè)量；3比較各種測(cè)量手段之間的精度、測(cè)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(cè)微桿圖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(cè)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(cè)量電路相聯(lián)。2儀器上部面板 包括低頻振蕩器（130Hz輸出連續(xù)可調(diào)）、音頻振蕩器（0.410KHz輸出連續(xù)可調(diào)）、直流穩(wěn)壓電源(15V、2V10V)、數(shù)字式電壓頻率表（3位半顯示，2V、20V、2KHz、20KHz）、指針式直流毫伏表（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(qǐng)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040，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)用光電轉(zhuǎn)速測(cè)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(cè)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(cè)量實(shí)驗(yàn)所需部件：電容傳感器、電容測(cè)微儀、微動(dòng)測(cè)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(cè)速實(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、電壓/頻率表、測(cè)速電機(jī)及轉(zhuǎn)盤、示波器。6電容傳感器的應(yīng)用特性測(cè)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(cè)微頭。7壓電加速度傳感器的應(yīng)用動(dòng)態(tài)測(cè)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(cè)微頭。9負(fù)荷傳感器的應(yīng)用稱重或力的測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)量方法，如選擇轉(zhuǎn)速測(cè)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。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(cè)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(cè)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(cè)微頭，按圖3-18接好系統(tǒng)，使輸出為零，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）020406080100120兩塊橡皮V(v)00.330.651.021.311.581.800.683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(chǎng)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-+2VWDR圖3-18 霍爾傳感器測(cè)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(cè)量1按照?qǐng)D3-19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）020406080100120兩塊橡皮V(v)-0.28-0.59-0.90-1.26-1.61-2.00-2.42-0.93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(cè)量電路數(shù)據(jù)處理：f1=45.90hz , n1=22.95r/sf2=84.10hz , n2=42.05r/sf3=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(cè)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(jiǎn)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)試懸臂梁動(dòng)態(tài)特性測(cè)試一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握用穩(wěn)態(tài)正弦激振進(jìn)行機(jī)械阻抗測(cè)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。3測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)試、分析儀器有足夠的響應(yīng)時(shí)間和使被測(cè)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(cè)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(cè)振傳感器及儀器測(cè)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(cè)振儀來檢測(cè)試件的振動(dòng)響應(yīng)。六線測(cè)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(cè)振儀測(cè)得的電壓值，可以得出幅頻特性值。用整個(gè)頻率范圍內(nèi)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(cè)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 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(cè)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，一定要讓測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(zhǎng)度；梁材料的密度；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)20.00120.90022.04622.97523.94324.90026.19026.50227.14227.63028.110U(mV)19.52330364553768298112139f(Hz)28.56629.09429.52030.02530.47534.92539.98050.09059.96570.11080.052U(mV)169200225238225865234282421f(Hz)90.030100.25110.04120.19130.40135.34139.78142.25143.15144.11144.88U(mV)1817151284211.92.13f(Hz)145.14150.02155.12160.19161.08162.06163.10164.08165.05166.15167.12U(mV)41437100117133144145141130120f(Hz)170.20174.98180.26190.12200.07209.97220.12240.00260.36280.11U(mV)92675241373532292625數(shù)據(jù)結(jié)果：n = 30.144Hz1 = 28.5Hz2 = 31.5Hz阻尼比： =（2-1）/(2n) = 0.0498理論計(jì)算值：fn=23.55Hz19