机械工程测试课程实验指导书.doc

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机械工程测试课程实验指导书

目 录

§2－1　锯齿波、方波波形的分解与合成………………………………………………………1
§2－2　单自由度系统的受迫振动的测试………………………………………………………3
§2－3 信号相关分析及应用…………………………………………………………………7
§2－4 零部件的X射线无损检测………………………………………………………………7

§2－1　锯齿波、方波波形的分解与合成
一、实验学时
2
二、实验类别
验证型，必做
三、实验目的
1、掌握利用傅立叶级数谐波分析的方法；
2、了解锯齿波、方波谐波分量的构成，比较两者的区别；
3、理解波形的合成原理，比较两者谐波分量及频谱的差异；
4、理解相位和幅值在波形失真中的重要作用。
四、实验过程
1、接通XPF-4型谐波分析实验仪交流220V电源，拨动“电源”开关，指示灯亮。
2、用示波器观察锯齿波波形和方波波形，并读出信号频率。注意：输入方波时，应先调整其对称性。
3、用插针把锯齿波、方波信号送入各滤波器输入端。
4、用插针把经过傅立叶展开后的各信号分量引入示波器，观察七个滤波器输出端的波形，逐个测量，并记录各次谐波成分、输出幅值及频率，并进行比较。注意引线的接地。
5、用插针把经过相位调节后的各信号分量引入示波器，逐个调整相位，观察七个输出端的波形。
6、用插针把经过正反相选择和幅值调节环节后的各信号分量引入示波器，逐个调整幅值和正反相选择，观察七个输出端的波形。
7、将相位调节旋钮均逆时针调至0°（即各谐波输入端与输出端同相）。可用双踪示波器观察。
8、把正反相选择开关K1……K7全部置于“正相”位置，然后将开关闭合，其余开关均置于“地”的位置。调整A1电位器，使输出电压（基波成分）为0.5V；将置于“地”的位置，闭合，调整A2电位器，使端的电压为基波电压的二分之一；以此类推用同样的方法调整A3……A7电位器，使端的电压分别为基波电压的三分之一……七分之一。注意观察当输入信号为锯齿波时，偶次倍的基频成分输出无信号。
9、用示波器观察并记录加法器输出端基波与各次谐波频率的叠加波形。
10、把基波分别与三、五、七次谐波进行叠加，在输出端观察记录叠加结果。
11、把把基波分别与三、五、七次谐波进行叠加，在输出端观察记录叠加结果。
12、将开关均闭合（当输入信号为锯齿波时，偶次基频的开关置地），所有频率分量同时叠加，在输出端观察记录叠加结果。
13、爱护仪器设备。实验完毕后，应将仪器和插针整理就绪，经指导教师验收后方可离开。
五、实验设备、工具及材料
XPF-4型谐波分析实验仪、双踪示波器、信号发生器、数字万用表
六、实验报告
1、绘出各频率分量的波形；
2、绘出信号合成后的波形。
3、分析相位、幅值对波形失真的影响。

§2－2　机械振动测试系统的构建
一、实验学时
2
二、实验类别
综合型，必做
三、实验目的
1、学会压电式力传感器和压电式加速度传感器的使用，掌握电荷放大器和内装电路压电传感器的使用；
2、利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，掌握微机数据采集系统记录和采集振动加速度信号的方法。
四、实验过程
1、将压电式加速度传感器安装在振动体上，用屏蔽同轴电缆将压电式加速度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。如下图所示。

2、设置电荷放大器测量参数，将电荷放大器上方“传感器灵敏度”输入旋钮设置为510Pc/Unit，中间的输出旋钮设置为 30 mv/unit，则加速度传感器：

3、将电荷放大器通电，并将电荷放大器输出端的芯线连接到数据采集盒的1通道。
4、将数据采集盒的输出端连接到微机的USB接口。
5、 按实验框图接线后，请指导老师检查接线是否正确。经指导老师检查正确后，方可开机进行实验。
6、打开微机，双击电脑桌面“uTek 2004”图标，即进入数据采集系统界面，如下图所示。

7、点击上图中“数据采集处理与分析”子菜单，进入数据采集界面。如下图所示。

8、点击 “工程”→“新建工程”进入数据采集界面，如下图所示。

9、点击采集界面的右上侧的“采集通道数”中的“一通道”。出现界面如下图所示。

10、进入“采集参数”→“数据块数”设置，设为1024，其它采用系统默认设置的参数。点击“示波”菜单，观察无信号输入时的波形，注意此为干扰波。
11、用木锤轻轻敲击振动体，观察是否有波形变化。信号大小是否合适，如果不合适，适当调整测量参数或电荷放大器的测量参数。退出“示波”。
12、点击“采集”菜单，开始测量。用木锤敲击振动体，完成信号采集。
13、进入“文件”→“工程另存为”，保存测量数据，以便分析。
14、爱护仪器设备。实验完毕后，应将仪器擦试干净，整理就绪。
五、实验设备、工具及材料
内装电路压电加速度传感器、电荷放大器 、交流电源、微机数据采集系统
六、实验报告
1、简要说明实验的目的、要求和使用的主要仪器设备（包括型号和编号）。
2、绘出实验原理框图以及实验测量曲线示意图，说明各测试环节的功能。
3、针对压电式加速度传感器的工作原理对实验进行讨论。
4、按照标准格式书写实验报告，清洁整齐，内容简明扼要。
§2－3 信号相关分析及应用
一、实验学时
2
二、实验类别
综合型，必做
三、实验目的
1、掌握相关原理；
2、熟悉干扰信号的合成，掌握同频检测的基本方法。
四、实验过程
1、将TPJ-4型同频检测学习机和信号发生器接通交流220V电源，拨动“电源”开关，指示灯亮。
2、由实验指导教师讲解信号发生器，并熟悉其基本用法。
3、用示波器观察信号发生器的CH1和CH2通道输出的正弦波波形，并记录其频率。
3、把TPJ-4型同频检测学习机的“幅值调整”旋钮旋至最大，“工作选择”旋钮旋至0°，“移相”左侧旋钮旋至360°，右侧旋钮旋至0°。
4、将信号发生器CH1通道输出的频率为>>100Hz的正弦波由引线连接至TPJ-4型同频检测学习机的J7端口，打开模拟信号开关。注意引线的接地。
5、将J6、J7、J11和J9端口由引线输入示波器，观察并记录其波形。
6、将信号发生器的CH2通道的输出的信号引入TPJ-4型同频检测学习机的J8端口，将信号发生器的CH2通道的信号频率从0Hz逐渐增加至某一频率(大于100Hz)，注意观察TPJ-4型同频检测学习机面板右上侧的“同频检测输出”表针的变化，并记录并变化过程。
７、改变信号发生器的CH1与CH2通道输出的正弦波的频率、TPJ-4型同频检测学习机的“频率选择”的频率，注意CH2通道应与“频率选择”的频率一致，观察“同频检测输出”表针的变化，并记录并变化过程。
8、实验完毕后，应将仪器设备擦试干净，数据线、引线整理就绪，由指导教师验收后方可离开。
五、实验设备、工具及材料
TPJ-4型同频检测学习机、双踪示波器、信号发生器、数字万用表
六、实验报告
1、简要说明实验步骤中的注意事项。
2、绘出J6、J7、J11和J9端口的波形图；
3、说明“同频检测输出”表针的变化原因。

§2－4 零部件的X射线无损检测
一、实验学时
2
二、实验类别
综合型，必做
三、实验目的
1、掌握无损检测原理；
2、熟悉CP160B型检测设备，掌握无损检测的基本方法。
四、实验过程
1．基本原理
X射线穿透物质时，其强度会由于物质的吸收和散射而发生衰减，衰减的程度取决于物质厚度和密度。当物体中存在缺陷时，由于缺陷部位的厚度和密度发生变化，穿过无缺陷完好部位和有缺陷部位的X射线 强度不同，因而使胶片的感光程度不同，胶片处理后，就形成了黑白不同的影像。

2.曝光
按照实验一所确定的曝光条件及实验电压值进行曝光。
2．胶片的暗室处理
胶片曝光后，感光乳剂层上形成的“潜影”是不可见的，只有在暗室内经显影、停影、定影、水洗和干燥等处理后，才能得到具有可见影像的X射线底片。
3．评片
按GB3323—87《钢熔化焊对接接头射线照相和质量分级》对底片作出评定。
五、实验设备操作说明
1.说明

CP-160B是携带式恒电位120KV的X射线发生器，管电压范围为40~120kV。
2.电池与设备的连接

3.开机运行

4.开机与预热

5.选择曝光时间、管电压、管电流
（1）曝光时间

（2）管电压

（3）管电流

六、实验设备、工具及材料
1．CP-160B型X射线机一台。
2．焊透的对接焊缝二块，厚度分别为25毫米。
七、实验报告
1、简要说明实验步骤中的注意事项。
2、说明检测设备的基本工作原理；
3、说明无损检测的基本步骤。

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