现代测试技术实验指导书样本.doc
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1、资料内容仅供您学习参考,如有不当之处,请联系改正或者删除。现 代 测 试 技 术实 验 指 导 书物流工程学院港机实验室编武汉理工大学 9月 前 言现代测试技术课程是机械设计制造及其自动化、 物流工程等专业的一门实践性较强的专业基础必修课。经过本课程的实验教学, 让学生在熟悉现代测试技术理论的基础上掌握测试技术基本知识和实验技能及信号分析处理方法, 培养和提高学生从事科学试验的实际动手能力。根据现代测试技术实验教学大纲内容的安排, 特制定本实验教学指导书, 其内容包括信号分析实验、 传感器原理实验、 应变电桥输出特性与静态应变测量实验和结构动态应力应变测量实验。本指导书由朱泽、 宋强编写, 其
2、中实验一、 实验四由朱泽编写, 实验二、 实验三由宋强编写。 编者 9月目 录实验一 信号分析实验1实验二 传感器原理实验13实验三 应变电桥输出特性与静态应变测量实验18实验四 结构动态应力应变测量实验23实验一 信号分析实验一、 实验目的和要求1了解测试信号的分类和描述, 学会信号的时域分析、 频域分析和相关分析。2熟练掌握对周期信号与非周期信号进行频谱分析的步骤与作图方法, 熟知其频谱特性。3经过上机实验, 学会应用信号分析软件进行信号分析处理。4要求上机前仔细阅读实验指导书的有关内容及实验步骤, 为顺利地完成实验做好准备。二、 实验设备微型电子计算机若干台, 配以应用信号分析软件进行信
3、号分析处理。三、 实验步骤1. 典型信号及谱分析(1) 时域信号波形及其谱的观察, 数据检索和列表查看双击”打开信号分析软件。点击右侧操作菜单”, 在其下拉选项中选择”选项, 将会出现通道配置窗口, 对于AI1-01通道, 在该窗口的”参数”列中, 点击”类型”下的信号下拉选项, 选择”随机”信号, 如图1所示。图1 随机信号的选择信号类型设置好后, 点击该随机信号右侧”幅值”参数下的数值, 该选项即被激活, 将其更改为”4000mv”, 最后点击通道配置窗口右下角的”按钮, 予以保存。该软件在”模式下的菜单选项共4项: ”参数文件”存储规则”设置”测量”如图2所示。单击最右侧的”, 出现如图
4、3所示测量的界面, 在该界面的最右侧为信号通道的选择部分, 如图4所示, 被选中的通道前面会出现”, 系统默认是1号机的AI1-01通道, 也就是我们设置的随机信号。图2 测量模式下的菜单栏图3 测量界面的内容图图4 模拟信号通道的列表点击左上角的”工具, 可进行信号的采集, 我们要将采集的信号放到指定的文件夹, 在弹出的”新建工程”窗口中( 如图5所示) , 可进行”文件存放位置”和”文件名”的设置, 示例中将信号文件命名为”01-1”, 点击右下角的”按钮后, 会弹出”新建测试”对话框( 如图6所示) , 需要进行”文件名”设置, 示例将文件命名为”01-1”。设置完成后, 软件便开始进行
5、信号的采集工作了, 当信号采集约10s 时, 点击左上角的”按钮, 停止对信号的采集, 并自动保存。图5 ”新建工程”对话框图6 ”新建测试”对话框采集到的随机信号如图7所示, 点击图形右下方的”可对图形进行X方向上的放大, 点击图形右下方的”可对图形进行X方向上的缩小。点击图形左上方的”可对图形进行Y方向上的放大, 点击图形左上方的”可对图形进行Y方向上的缩小。图7 采集到的随机信号时域图单击图形左侧图形参数的设置选项部分中( 如图8所示) 的”选项卡, 在最下方的”栏, 单击”全选”前的方框, 在图形区域出现该时域信号的统计信息, 单击该统计信息可进行位置的移动。图8 图形参数的设置选项图
6、(2) 信号的识别及变换在”通道配置”中将第AI1-5通道的信号类型设置为脉冲信号, 并对该脉冲信号的周期设置为10s, 起始相位90.0deg, 占空比0.1%, 各项参数的设置如图9所示。经过信号的采集功能进行信号采集, 存放采集信号的文件名可重新命名也可使用上题的文件名( 示例采用后者方式) , 采集时长约12s的信号。( 相应操作步骤可参考第( 1) 题中的相应步骤) 。图9 脉冲信号的参数设置单击左上角的”选项, 进入信号分析模式, 再单击工具栏中的”, 将会出现两张布局图: ”记录仪”图( 时域信号图) 和”FFT”图( 傅里叶变换图) 。单击”记录仪”图, 该图即被选中, 在图形
7、右侧的通道选项卡, 找到蓝紫色的01-1文件夹并单击打开, 将AI1-01通道前的”单击去掉对号, 选中AI1-05通道, 如图10所示, 此时, ”记录仪”图便会显示采集的信号。同样, 选中”FFT”图, 在图形右侧的通道选项卡, 将蓝紫色的01-1文件夹中的AI1-01通道退选, 并选中AI1-05通道, 便可得到采集信号的傅里叶变换图。将鼠标放在FFT图的纵坐标位置, 会出现一条深蓝色的调节条, 往上拖动调节条可进行图形位置的移动, 拖动调节条得到类似图11的图形。图10 选中采集信号通道图11 目标信号的FFT图(3) 方波a.将通道AI1-7的信号类型设置为方波, 幅值设置为3500
8、mv, 周期为0.05s, 其余参数保持默认值。在”模式下, 单击测量菜单, 在右侧的通道选项菜单中选择第AI1-7通道, 采集时长约10s的信号。点击信号图形右下角的”按钮, 直到获得较为清晰的图形为止。b.将通道AI1-8的信号类型设置为方波, 幅值设置为3500mv, 周期为0.05s, 起始相位为90.0deg,其余参数保持默认值。在”模式下, 单击”测量”菜单, 在右侧的通道选项菜单中选择第AI1-8通道, 采集时长约10s的信号。点击信号图形右下角的”按钮, 直到获得较为清晰的图形。(4) 三角波a.将通道AI1-9的信号类型设置为三角波, 幅值设置为5000mv, 频率为50Hz
9、, 其余参数保持默认值。在”模式下, 单击测量菜单, 在右侧的通道选项菜单中选择第AI1-9通道, 采集时长约10s的信号。点击信号图形右下角的”按钮, 直到获得较为清晰的图形。b.将通道AI1-9的信号类型仍设置为三角波, 幅值设置为5000mv, 频率为50Hz, 起始相位为90.0deg,其余参数保持默认值。在”模式下, 单击测量菜单, 在右侧的通道选项菜单中选择第AI1-9通道, 采集时长约10s的信号。点击信号图形右下角的”按钮, 直到获得较为清晰的图形。(5) 将通道AI1-10的信号类型设置为”正弦定频”, 幅值设置为5000mv, 频率为50Hz, 其余参数保持默认值。在”模式
10、下, 单击测量菜单, 在右侧的通道选项菜单中选择第AI1-10通道, 采集时长约10s的信号。点击信号图形右下角的”按钮, 直到获得较为清晰的图形。( 6) 将通道AI1-11的信号类型设置为”脉冲”, 幅值设置为4500mv, 周期为0.01s, 占空比0.1%, 其余参数保持默认值。在”模式下, 单击测量菜单, 在右侧的通道选项菜单中选择第AI1-11通道, 采集时长约10s的信号。点击信号图形右下角的”按钮, 直到获得较为清晰的图形。在”模式下, 点击”工具, 将”记录仪”图形的信号选择为采集信号所在文件夹下的AI1-11通道的信号进行显示, ”FFT”图形也选择AI1-11通道的信号进
11、行显示。为了使”FFT”图形显示明显, 需对其谱线数设置为3200, 即按图12所示进行设置。图12 谱线数设置( 7) 将通道AI1-12的信号类型设置为”自由衰减”, 衰减时间为10s, 其余参数保持默认值。在”模式下, 单击”测量”菜单, 在右侧的通道选项菜单中选择第AI1-12通道, 采集时长约10s的信号。点击信号图形右下角的”按钮, 直到获得较为清晰的图形。在”模式下, 获得该信号相应的FFT图形。2.相关处理分析( 1) 将通道AI1-1的信号类型仍设置为”随机”, 幅值为1000mv。在”模式下, 单击”测量”菜单, 在右侧的通道选项菜单中选择第AI1-1通道, 采集时长约10
12、s的信号。点击信号图形右下角的”按钮, 直到获得较为清晰的图形。( 2) 将通道AI1-6的信号类型设置为方波, 幅值设置为3500mv, 周期为0.05s, 其余参数保持默认值。在”模式下, 单击”菜单, 再单击”工具, 在出现的子菜单中选择”选项, 在弹出的”相关分析设置”对话框的”输入”部分的两侧均选择AI1-6通道( 如图13所示) , 进行自相关分析, 设置完成后单击对话框右下角的”确定”保存设置。单击”测量”菜单, 在右侧的通道选项菜单中选择第AI1-6通道( 信号类型为”方波”) , 采集时长约10s的信号。点击信号图形左上角的”按钮, 直到获得较为清晰的图形。图13 输入参数设
13、置点击左上角的”模块, 进入分析模块后, 单击”菜单, 在子菜单中单击”, 再单击”窗口, 图形窗口就会重新布置。单击图形窗口中的”记录仪”图框( 即被选中) , 选择AI1-6的信号进行显示( 如图14) 。单击图形窗口中的”2D图谱”图框( 即被选中) , 选择或确认刚才所设置需要进行相关性分析的信号进行显示( 如图15) 。出现自相关图形后, 单击”菜单栏便可进行图形状态显示的调整, 点击信号图形左上角的”按钮, 直到获得较为清晰的图形。图14 通道设置图15 相关分析信号通道选择( 3) 将通道AI1-8的信号类型设置为”三角波”, 幅值为5000mv, 起始相位0.0deg, 频率5
14、0Hz。在”模式下, 单击”菜单, 再单击”工具, 在出现的子菜单中选择”选项, 在弹出的”相关分析设置”对话框”输入”部分的两通道均选择AI1-8通道, 设置完成后单击对话框右下角的”确定”保存设置。单击”测量”菜单, 在右侧的通道选项菜单中选择第AI1-8通道( 信号类型为”三角波”) , 采集时长约10s的信号。点击信号图形左上角的”按钮, 直到获得较为清晰的图形。点击左上角的”模块, 进入分析模块后, 单击”菜单, 在子菜单中单击”, 再单击”窗口就会重新布置图形。单击图形窗口中的”记录仪”图框( 即被选中) , 选择AI1-8的信号进行显示。单击图形窗口中的”2D图谱”图框( 即被选
15、中) , 选择刚才所设置的需要进行相关性分析的信号进行显示, 出现相关性图形后, 单击”菜单栏便可进行图形显示状态的调整, 点击图形左上角和右下角的”调整按钮进行调整, 直到获得较为清晰的图形。( 4) 确认AI1-9通道的信号类型仍为”正弦定频”。在”模式下, 单击”菜单, 再单击”工具, 在出现的子菜单中选择”选项, 在弹出的”相关分析设置”对话框”输入”部分的两通道均选择选择AI1-9通道, 设置完成后单击对话框右下角的”确定”以保存设置。单击”测量”菜单, 在右侧的通道选项菜单中选择第AI1-9通道( 信号类型为”正弦定频”) , 采集时长约10s的信号。点击信号图形左上角的”按钮,
16、直到获得较为清晰的图形。点击左上角的”模块, 进入分析模块后, 单击”菜单, 在子菜单中单击”, 再单击”窗口就会重新布置。单击图形窗口中的”记录仪”图框( 即被选中) , 选择AI1-9的信号进行显示。单击图形窗口中的”2D图谱”图框( 即被选中) , 选择刚才所设置需要进行相关性分析的信号进行显示, 出现图形后, 单击”菜单栏便可进行图形显示状态的调整, 点击图形左上角和右下角的”调整按钮, 直到获得较为清晰的图形。四、 实验报告1实验目的和要求2实验设备3实验数据分析处理结果根据所学习的信号分析基础知识, 利用信号分析软件, 上机完成一套信号分析综合题, 进一步巩固和加深理解各类不同信号
17、的特点和分析方法, 为今后的学习打下基础。实验二 传感器原理实验一、 实验内容1常见传感器的构造及变换原理。2电阻应变片粘贴工艺与质量检查。二、 实验目的1.经过传感器的演示, 让同学们增强对传感器种类的感性认识, 了解电阻式、 光电式、 压电式、 光纤式传感器的结构形式与作用, 掌握常见传感器的工作原理, 并了解传感器与测试仪器配合使用的应用实验。2.掌握电阻应变片的粘贴工艺。三、 仪器设备荷重传感器、 拉压传感器、 位移传感器、 光电转速传感器、 压电式加速度传感器、 电子称、 测振仪、 光电转速表、 电阻应变片、 代用试件、 镊子、 砂纸、 丙酮、 棉球、 ”502”胶水、 电吹风、 万
18、用表、 兆欧表。四、 传感器演示实验步骤 按被测物理量的不同, 传感器可分为力传感器、 位移传感器、 速度传感器、 加速度传感器等。1 力传感器力传感器主要应用于测力和称重两个方面, 荷重传感器、 拉压传感器都是属于力传感器, 例如, 在起重机的起升机构中装上测力传感器测量系统, 一方面能够指示起升载荷的重量, 同时还能够在超载时发出信号, 防止事故发生。在称重方面主要用于各类电子称, 实现货物吨位计算。图2-1是电阻应变式压式测力传感器的示意图。电阻应变式测力传感器是由弹性元件和应变片组成。测试时, 弹性元件受拉力和压力的作用产生应变, 贴于其表面的应变片将弹性元件的应变转换成电阻的变化,
19、然后经电桥电路和应变仪转换为电压信号输出。1球面加载头 2上盖 3压环 4弹性元件 5应变片 6外壳 7安装螺孔 8导线插头图2-1 压式测力传感器2 位移传感器位移传感器有很多种类, 主要介绍图2-2所示的差动变压器式位移传感器, 它是电感式位移传感器中的一种典型结构型式, 它利用线圈的互感作用将位移转换成感应电动势的变化, 以达到测量位移的目的。它的输出端可直接接到电阻应变仪或数字电压表上。1测头 2测杆 3铁芯 4线圈架5线圈 6屏蔽筒 7回位弹簧图2 -2 差动变压器式位移传感器3 速度传感器物体的运动速度能够分为线速度( 移动速度) 和角速度( 旋转速度) , 测量物体的线速度和角速
20、度的速度传感器的种类繁多, 着重介绍测量转速的光电式转速传感器。光电传感器的作用是将转速转换成光脉冲, 再利用光电变化器将光脉冲变换成电脉冲信号, 一般是由光源和光敏感元件以及放大整形等电路组成。图2-3为反射式光电式转速传感器示意图。例如要测量电动机输出轴的转速即能够采用数字式光电转速表来测量, 它是由光电式转速传感器、 测量电路和数字显示部分组成。1光源 2、 3、 4透镜 5半透明膜片6光电管 7被测轴 8光敏元件图2-3 反射式光电传感器4 加速度传感器加速度传感器可用于振动测量, 压电式加速度传感器是利用压电材料( 如石英晶体, 压电陶瓷) 的压电效应原理, 将被测物体的振动加速度转
21、换为电信号( 电压或电荷) 输出的测振传感器。图2-4为压电式加速度传感器示意图。1压紧弹簧 2质量块 3压电片 4引出线图2-4 压电加速度传感器在起重运输机械中, 司机室座椅舒适性的振动测量就采用了压电式加速度传感器的测量系统, 经过测振仪读出振动加速度的大小, 从而了解座椅的舒适情况。五、 应变片粘贴实验步骤1应变片检查电阻应变片是将应变变化转换成电阻变化的一种传感元件, 虽然品种繁多, 但结构基本相同, 一般由基底、 丝栅、 覆盖层、 引出线四部分组成。图2-5是应变片的结构示意图。1丝栅 2覆盖层 3引出线 4基底图2-5 应变片结构示意图首先用手拿应变片引出线检查丝栅是否平直连续,
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