工程测试的技术实验

实验一波形的合成和分解

一. 实验目的

1. 加深了解信号分析手段之一的傅立叶变换的基本思想和物理意义。

2. 观察和分析由多个频率、幅值和相位成一定关系的正弦波叠加的合成波形。

3. 观察和分析频率、幅值相同，相位角不同的正弦波叠加的合成波形。

4. 通过本实验熟悉信号的合成、分解原理，了解信号频谱的含义。

二. 实验原理

按富立叶分析的原理，任何周期信号都可以用一组三角函数{ , }的组合表示：

(1)

也就是说，我们可以用一组正弦波和余弦波来合成任意形状的周期信号。

例如对于典型的方波，其时域表达式为：

(2)

根据傅立叶变换，其三角函数展开式为：

(3)

由此可见，周期方波是由一系列频率成分成谐波关系，幅值成一定比例，相位角为0的正弦波叠加合成的。

图1 方波信号的波形、幅值谱和相位谱

那么，我们在实验过程中就可以通过设计一组奇次正弦波来完成方波信号的合成，同理，对三角波、锯

齿波等周期信号也可以用一组正弦波和余弦波信号来合成。

三. 实验内容

用前5项谐波近似合成一个频率为100Hz、幅值为600的方波。

四. 实验仪器和设备

1. 计算机1台

2. DRVI快速可重组虚拟仪器平台1套

五. 实验步骤

1. 运行DRVI主程序，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”进行软件注册，出现“注册台数大于0”时表示注册成功，否则表示注册失败。

2. 点击DRVI快捷工具条上“系统”图标，点击“读IC资源文件”图标，在实验目录中选择“C:\Program Files\Depush\DRVI

3.0\tutorial\08信号合成与分解实验.xml”点击“波形合成与分解实验”实验脚本，建立实验环境,如图2。

图2波形合成与分解实验环境

下面是该实验的装配图和信号流图，如图3，图中的线上的数字为连接软件芯片的软件总线数据线号，6015、6029、6040、6043为定义的四片脚本芯片的名字。

图3波形合成与分解实验装配图

3. 按公式迭加正弦波信号，观察合成信号波形的变化。

六. 实验报告要求

1．简述实验目的和原理。

2．按实验步骤绘出7 次谐波叠加合成的方波波形图。

3．分别绘出两次相位不同的正旋信号相加的合成波形。

实验三信号幅度调制与解调实验

一. 实验目的

1. 通过本实验熟悉信号的幅值调制与解调原理。

2. 了解信号调制与解调过程中波形和频谱的变化，加深对调制与解调的理解。

二. 实验原理

在测试技术中，信号调制与解调是工程测试信号在传输过程中常用的一种调理方法，主要是为了解决微

弱缓变信号的放大以及信号的传输问题。设测量信号为，高频载波信号为。信号调制过程就是将两者相乘，调幅波信号为：

(1) 信号解调就是将调幅波信号再与高频载波信号相乘，有：

(2) 信号由x(t)和2倍载波频率的高频信号两部分组成，用低通滤波器滤除信号中的高频部分就可以得到测量信号x(t)，这种方法称为同步解调。

图1 信号的幅度调制与同步解调过程

实际中调制与解调在不同的设备上实现，载波频率可以严格一致，但相位很难同步，式(2)变为：

(3)

图2 测量信号的偏置处理

解调过程与同步解调类似，但必须保证x(t)为正信号；对双极性的测量信号x(t)，则用一个偏置电平将信号抬高为单极性的正信号，然后再进行调制与解调处理，故称为偏置调制。

三. 实验内容

1. 信号的同步调制与解调观察。

2. 信号的偏置调制和过调失真现象观察。

3. 信号调制中的重迭失真现象观察。

四. 实验仪器和设备

1. 计算机1台

2. DRVI快速可重组虚拟仪器平台1套

五. 实验步骤

1.运行DRVI主程序，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”进行软件注册，出现“注册台数大于0”时表示注册成功，否则表示注册失败。

2. 点击DRVI快捷工具条上“系统”图标，点击“读IC资源文件”图标，在实验目录中选择“C:\Program Files\Depush\DRVI

3.0\tutorial\14信号幅度调制与解调实验1.xml”点击“信号的同步调制与解调实验”实验脚本，建立实验环境,观察信号与调制与解调过程中的信号波形变化。

图3信号同步调制与解调实验

3.选择“信号的偏置调制与解调实验”，建立实验环境，观察偏置调制与解调过程中的信号过调失真。

图4 信号偏置调制与解调实验

4.选择“信号载波频率对调制解调影响实验”，建立实验环境，观察调制与解调过程中的信号重迭失真。

5. 在上述实验中添加频谱分析功能，观察信号调制与解调过程中信号频谱的变化。

六. 实验报告要求

1. 简述实验目的和原理，画出实验的装配图。

七. 思考题

1. 信号经过幅度调制以后，解调时在什么情况下会出现波形失真现象？

2. 信号的频率调制和幅度调制有何区别？

3. 信号的频率调制公式为：，利用Signal VBScript设计一个频率调制系统：

图6 (a)锯齿波调频(b)正弦波调频

然后再利用信号周期过零检测算法设计一个调频信号解调系统。

实验二振动速度传感器—振动测量实验

一、实验目的

1、学习LabVIEW软件的应用。

2、了解振动速度传感器的工作原理。

3、学习使用速度传感器测量振动的方法。

二、实验原理

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。

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。

振动速度传感器，用于对轴承座、机壳或结构相对于自由空间的绝对振动测量。其输出电压与振动速度成正比，故又称速度式振动传感器。这种测量可对旋转或往复式机构的综合工况进行评价。

振动速度传感器属于惯性式传感器，是利用磁电感应原理把振动信号变换成电信号。它主要由磁路系统、惯性质量、弹簧阻尼等部分组成。在传感器壳体中刚性地固定有磁铁，惯性质量（线圈组件）用弹簧元件悬挂于壳体上。工作时，将传感器安装在机器上，设备振动时，在传感器工作频率范围内，线圈与磁铁相对运动、切割磁力线，在线圈内产生感应电压，该电压值正比于振动速度值。与二次仪表相配接，可显示振动速度或振动位移量的大小，也可以输送到其它二次仪表或交流电压表进行测量。