悬臂梁固有频率测量

悬臂梁固有频率测量

上海第二工业大学

名称：传感器与测试技术技能实习

专业：机械电子工程

班级：13机工A1

姓名：

学号：2013481

指导老师：杨淑珍孙芳方

实训地点：14#407

目录

一、技能实习内容及要求 (1)

二、总体方案设计 (2)

2-1. 测量原理 (2)

2-2. 测试系统组成 (2)

2-3. 激励方法 (3)

三、实验硬的件选用 (3)

3-1、悬臂梁 (3)

3-2.传感器 (4)

3-3、电荷放大器 (5)

3-4、采集卡 (6)

四、硬件电路的设计 (6)

五、测量软件设计 (9)

六、小结和体会 (16)

一、技能实习内容及要求

1-1. 内容：

设计一个测试悬臂梁固有频率的自动测试系统，悬臂梁如下所示：

具体技术要求：

能显示相应所采集到的波形图、频谱图等相关图

能显示固有频率

能对固有频率进行超限报警，上下限制用户可设定

生成当前测试报告，（包括相应波形图和固有频率值以及合格状态）

1-2. 实训要求：

1、提出设计方案（提出测量原理，传感器选用和安装，构建测试系统）

2、设计测量电路（包括放大，滤波电路，制作滤波电路）

3、测试软件设计：利用Labview或其它开发程序（VB、VC等），设计测量软件进行数据采集和分析

4、调试

5、撰写实训报告

1-3. 报告要求：

1．实训内容

2.撰写总体设计方案

3.硬件选用（包括传感器、采集卡的选用和安装等）

4.电路设计（包括测量电路设计，系统总电路）

5.测量软件设计（包括软件设计流程图，各功能实现方法和代码，包括个主程序，子程序描述以及相应的重要参数设置如采样通道，采样频率，采样点数）

6.小结和体会（可包含调试中遇到的问题）

二、总体设计方案

2-1．测量原理：

在测试的过程中，通过脉冲锤敲击悬臂梁的横梁产生一个脉冲信号。信号会逐渐衰减，在衰减过程中会有一个时刻衰减到的频率和悬臂梁的固有频率相同，我们要找到的就是这个相同的频率，这个频率与悬臂梁固有频率形成共振，那时候的复制达到最大，用labview分析这个值，就可以测出悬臂梁的固有频率。

2-2．测试系统的组成：

图1测试系

测试系统包括下述三个主要部分：

激励部分：

实现对被测系统的激励（输入），使系统发生振动。它主要由激励信号源、功率放大器和激振器组成。

拾振部分：

检测并放大被测系统的输入、输出信号，并将信号转换成一定的形式（通常为电信号）。它主要由传感器、放大器组成。

分析记录部分：

将拾振部分传来的信号记录下来供分析处理并记下处理结果。它主要由各种记录设备和频谱分析设备组成。

2-3. 激励方法：脉冲激励（脉冲锤）

三、实验硬件的选用

3-1、悬臂梁（图2）

梁的一端为不产生轴向、垂直位移和转动

的固定支座，另一端为自由端（可以产生平行

于轴向和垂直于轴向的力）。在工程力学受力

分析中，比较典型的简化模型。在实际工程分

析中，大部分实际工程受力部件都可以简化为悬臂梁。本次实验所要测得的就是悬臂梁的固有频率。

3-2、传感器

工作原理：压电式加速度传感器是基于压电晶体的压电效应工作的。某些晶体在一定方向上受力变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个表面上产生符号相反的电荷；当外力去除后，又重新恢复到不带电状态，这种现象称为“压电效应”，具有“压电效应”的晶体称为压电晶体。常用的压电晶体有石英、压电陶瓷等。

固定方法：其中采用钢螺栓固定，是使共振频率能达到出厂共振频率的最好方法。螺栓不得全部拧入基座螺孔，以免引起基座 变形，影响加速度计的输出。本次实习采用的是CA-YD-188 压电式加速度传感器。结构图及实物图见图3-1、图3-2、图3-3。

CA-YD-188 压电式加速度传感器 技术指标：灵敏度：500mV/g 量程：10g

频率范围：4-4000Hz 安装谐振点:15kHz 分辨力：0.00004g 重量：40g

安装螺纹：M5 mm 线性：≤1%

图2悬

图 3-1

3-3、电荷放大器

电荷放大器由电荷变换级、适调级、低通滤波器、高通滤波器、末级功放、电源几部分组成。可以将传感器输出的微弱信号进行放大，使之容易采集。

本次选用的电荷放大器型号：DHF-7。实物图及原理图见图4.

DHF-7型电荷放大器是一种高性能的小型、简易、低价格的电荷电压转换器。 主要性能参数：

电荷灵敏度：10mV ～100mV/pC 工作频率：0.3Hz ～50Hz 精度：≤2%（160Hz ） 最大输入电荷：1000pC 最大输出电压：±10V

最大输出电流：±5mA 交流噪声：≤2mV 直流零漂：≤5mV 工作电源：≤外接±直流电压

外形尺寸：80×60×30mm

图

图 3-2

实图 3-3实

3-4、采集卡

数据采集(DAQ)，是指从传感器和其它待测设备等模拟和数字被测单元中自动采

非电量或者电量信号，送到上位机中进行分析，处理。数据采集系统是结合基于计算机或者其他专用测试平台

的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的测量系统。 采集卡主要是捕获外界光电、视频、音频等模拟信号并将其数字化导入计算机进行数字处理的捕获设备，主要用图像采集卡、视频采集卡、音频采集卡（比如声卡）、数据采集卡等。本次实习采用的Advantech USB-4704型采集卡。单通道输入。 实物图见图5、图6。

Advantech USB-4704性能参数：

1）、支持USB2.0 2）、便携式 3）、总线供电 4）、8通道模拟输入 5）、14位分辨率AI 6）、采样率达48kS/s

7）、8通道DI/8通道DO, 2通道AO,1个32位计数器 8）、模块端子螺丝可拆卸

图4实物图

图5采集卡实

图6采集卡实