机械工程测试技术实验指导书

实验一 用“双踪示波比较法”测量简谐振动的频率

1． 实验目的

一、 了解“双踪示波比较法”测试未知信号频率的原理； 二、 学习“双踪示波比较法”测量简谐振动的频率；

三、 学习用 DASP 软件的频率计功能测试简谐振动的频率。

2． 实验原理

双踪示波比较法是采用双踪示波，同时看两个信号波形，其中一通道是已知频率的参考信号，另一通道是待测信号，通过对波形进行比较来确定简谐振动信号的频率。

双通道并行同步示波或采样信号，采用相同的采样频率f s, 所以，时间分辨率

1/S t f ∆=相同，不同频率的正弦信号反映到波形上就是一个周期内的采样点数N 不同,

信号的频率为：

1f N t

=

∆ 用光标读取已知频率为f 0参考信号的一个周期内的点数N1再读取待测信号的一个周期内的点数N2, 则被测信号的频率为：

1

02

x N f f N =

根据所测频率可以计算当前电机的转速：60x n f = (转/分钟)

3. 实验步骤

一） 、用双踪示波比较法测试简谐振动的频率

1、 开机进入 INV1601 型 DASP 软件的主界面，选择“双通道” 。进入双通道示波状态进行波形示 波。

2、 安装偏心激振电机，偏心激振电机的电源线接到调压器的输出端，把调速电机安装在简支梁中部，对简支梁产生一个频率未知的激振力，电机转速（强迫振动频率）可用调压器来改变，把调压器放在“60”档左右，具体调节以信号方便观察为准，注意调压器电压不可调的过高，以免烧坏电机。调好后在实验的过程中不要再改变电机转速。

3、 将 INV1601B 实验仪的内部信号源输出接到采集仪的第一通道（速度） 。将速度传感器布置在激振电机附近，速度传感器测得的信号接到 INV1601B 实验仪的第二通道速度传感器输入口上。

4、 INV1601B 实验仪功能选择设置旋钮置第二通道速度输入“速度”档。

5、 软件中“纵坐标尺度调整”选择“自动”档，以便观察波形；“两通道光标移动”选择“自动” ，可以分别对两路波形进行相关操作。

6、 采样频率可以使用“虚拟仪器库”内的“自动 SF 装置”设置。

7、 调节 INV1601B 实验仪信号源频率，振动稳定后，按鼠标左键，停下来读数，把光标移到第一通道一个波峰处，读取最大值所对应的点号 NC 值，记作'

1N ，向右移到相邻的峰值处读取相应的点号 NC 值，记作

''1N ，第一通道正弦信号的一个周期内的点数

'''111N N N =-（移动过程中可使用“移动光标”悬浮窗中的图标来选取波峰点） 。

8、 把光标移到第二通道一个波峰处， 参考幅值在右窗口中读取最大值所对应的点号N 值， 记作2'N ，向右移到相邻的峰值处读取相应的点号 N 值，记作''

2N ，第二通道正弦信号的一个周期内的点数'''2

22N N N =-

9、 改变参考信号频率，重复以上步骤，再做两次并记录实验数据。 10、 按公式计算简谐振动的频率x f 11、 改变电机转速重复以上实验步骤。

4. 实验结果和分析

一） 、用双踪示波比较法测试简谐振动的频率

实验二 电容式传感器的位移特性实验

一、实验目的：

了解电容传感器的结构及特点 二、实验仪器：

电容传感器、电容传感器模块、测微头、数显直流电压表、直流稳压电源、绝缘护套 三、实验原理：

电容式传感器是指能将被测物理量的变化转换为电容量变化的一种传感器它实质上是具有一个可变参数的电容器。利用平板电容器原理： d

S

d

S

C r ⋅⋅=

=

εεε0

式中，S 为极板面积，d 为极板间距离，ε0真空介电常数，εr 介质相对介电常数，由

此可以看出当被测物理量使S 、d 或ε

r 发生变化时，电容量

C 随之发生改变，如果保持其

中两个参数不变而仅改变另一参数，就可以将该参数的变化单值地转换为电容量的变化。所以电容传感器可以分为三种类型：改变极间距离的变间隙式，改变极板面积的变面积式和改变介质电常数的变介电常数式。这里采用变面积式，如图11-1两只平板电容器共享一个下极板，当下极板随被测物体移动时，两只电容器上下极板的有效面积一只增大，一只减小，将三个极板用导线引出，形成差动电容输出。

图11-1

四、实验内容与步骤

1．按图11-2将电容传感器安装在电容传感器模块上，将传感器引线插入实验模块插座中。

图11-2

2．将电容传感器模块的输出U O接到数显直流电压表。

3．接入±15V电源，合上主控台电源开关，将电容传感器调至中间位置，调节Rw，使得数显直流电压表显示为0（选择2V档）。（Rw确定后不能改动）

4．旋动测微头推进电容传感器的共享极板（下极板），每隔0.2mm记下位移量X与输

五、实验报告：

1．根据上表的数据画出X-V曲线图

实验三（1）霍尔传感器测速实验

一、实验目的：

了解霍尔组件的应用—测量转速。

二、实验仪器：

霍尔传感器、+5V、2～24V直流电源、转动源、频率/转速表。

三、实验原理；

利用霍尔效应表达式：U H＝K H IB，当被测圆盘上装上N只磁性体时，转盘每转一周磁场变化N次，每转一周霍尔电势就同频率相应变化，输出电势通过放大、整形和计数电路就可以测出被测旋转物的转速。

四、实验内容与步骤

1．安装根据图15-1，霍尔传感器已安装于传感器支架上，且霍尔组件正对着转盘上的

磁钢。

图15-1

2．将+5V电源接到三源板上“霍尔”输出的电源端，“霍尔”输出接到频率/转速表（切换到测转速位置）。“2～24V”直流稳压电源接到“转动源”的“转动电源”输入端。

3．合上主控台电源，调节2～24V输出，可以观察到转动源转速的变化。

五、实验报告

1．分析霍尔组件产生脉冲的原理。

2．根据记录的驱动电压和转速，作V-RPM曲线。

实验三（2）光电转速传感器的转速测量实验

一、实验目的：

了解光电转速传感器测量转速的原理及方法。

二、实验仪器：

转动源、光电传感器、直流稳压电源、频率/转速表。

三、实验原理：

光电式转速传感器有反射型和透射型二种，本实验装置是透射型的，传感器端部有发光管和光电池，发光管发出的光源通过转盘上的孔透射到光电管上，并转换成电信号，由于转盘上有等间距的6个透射孔，转动时将获得与转速及透射孔数有关的脉冲，将电脉计数处理即可得到转速值。