机械工程测试技术实验报告

实验1 箔式应变片性能—单臂、半桥、全桥

1 实验目的

１．观察了解箔式应变片的结构及粘贴方式。

２．测试应变梁变形的应变输出。

３．比较各桥路间的输出关系。

2 实验原理

本实验说明箔式应变片及单臀直流电桥的原理和工作情况。

应变片是最常用的测力传感元件。当用应变片测试时，应变片要牢固地粘贴在测试体表面，当测件受力发生形变，应变片的敏感栅随同变形，其电阻值也随之发生相应的变化。通过测量电路，转换成电信号输出显示。

电桥电路是最常用的非电量电测电路中的一种，当电桥平衡时，桥路对臂电

阻乘积相等，电桥输出为零，在桥臀四个电阻R

１、R

２

、R

３

、R

４

中，电阻的相对变

化率分别为ΔR

１／R

１

，ΔR

２

／R

２

，ΔR

３

／R

３

，ΔR

４

／R

４

。当使用一个应变片时，

∑R＝ΔR／R；当二个应变片组成差动状态工作，则有∑R＝2ΔR／R；用四个应

变片组成二个差动对工作，且R

1=R

2

=R

3

=R

4

=R，∑R＝4ΔR／R。

由此可知，单臂，半桥，全桥电路的灵敏度依次增大。

3 实验所需部件

直流稳压电源(士4V档，、电桥、差动放大器、箔式应变片、测微头、电压表。

4 实验步骤:

1．调零。开启仪器电源，差动放大器增益置100倍(顺时针方向旋到底)，"

十、一"输入端用实验线对地短路。输出端接数字电压表，用"调零"电位器调整差动放大器输出电压为零，然后拔掉实验线。调零后电位器位置不要变化。

如需使用毫伏表，则将毫伏表输入端对地短路，调整"调零"电位器，使指针居"零"位。拔掉短路线，指针有偏转是有源指针式电压表输入端悬空时的正常情况。调零后关闭仪器电源。

2．按图(4)将实验部件用实验线连接成测试桥路。桥路中R

1、R

2

、R

3

和W

D

为电

桥中的固定电阻和直流调平衡电位器，R为应变片(可任选上、下梁中的一片工作片)。直流激励电源为士4v。测微头装于悬臂梁前端的永久磁钢上，并调节使应变梁处于基本水平状态。

图（4）

3．确认接线无误后开启仪器电源，并预热数分钟。

电位器，使测试系统输出为零。

调整电桥W

D

4，旋动测微头，带动悬臂梁分别作向上和向下的运动，以水平状态下输出电压为零，向上和向下移动各5mm，测微头每移动0.5mm记录一个差动放大器输出

根据表中所测数据计算灵敏度S，S=ΔX/ΔV，并在坐标图上做出V——X关系曲线。

5 思考题

1．再半桥单臂步骤（3）为什么要调整W D电位器使系统输出为零？

2．该实验使用的一种什么样的电桥？

3．根据三种桥路的结果做出定性的结论。

4．应变片接入电桥时为什么要接成差动形式?如果不接成差动形式会产生什么后果?

实验2 Matlab 信号分析入门

1 实验目的

1. 学习使用Matlab ，学会用Matlab 提供的函数对信号进行频谱分析；

2. 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；

3. 掌握采样定理；

4. 理解加窗对频谱分析的影响；

5. 理解量化误差对频谱分析的影响；

2 实验原理和实验设备

MATLAB 起源于矩阵运算，是Mathworks 公司于1982年推出的一套高性能的数值计算和可视化软件。它集数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示于一体，构成了一个方便、界面友好的用户环境。MATLAB 的推出得到了各个领域专家学者的广泛关注，其强大的扩展功能为各个领域的应用奠定了基础。目前MATLAB 不仅大量应用在科学与工程领域，而且在课堂教学上也得到了广泛应用。近年来MATLAB 在课堂教学上的研究方兴未艾，在线性代数、自动控制原理等课程教学上已有大量成功应用的报道，但在机械工程测试技术教学中的应用还刚刚起步，研究探讨MATLAB 与机械工程测试技术在课堂教学上的切入途径，有利于《机械工程测试技术》课堂教学的革新，有利于提高教学质量，有利于学生综合素质的提高。

原理：《机械工程测试技术与信号分析》第2章，特别是2.4离散傅立叶变换的内容。 设备：PC 机；软件：Matlab

3 实验内容

用Mablab 设计一程序，能形象地验证离散傅里叶变换中的4个重要问题： （1）采样定理

a ）max 2f f s ≥，其频谱不失真，max 2f f s <其频谱失真；

b ）max 2f f s ≥（工程中常用max )4~3(f f s ≥），可从频域中不失真恢复原时域信号； （2）加窗、截断

a ）信号截断后，其频谱会产生泄漏，出现“假频”；

b ）信号截断后，降低了频率分辨率；

c ）采用适当的窗函数后，可以减少泄漏和提高频率分辨率。 （3）量化误差

a ）对信号()sin(2)x t ft π=进行采样，1000=s f Hz ，采集N ＝64点。用3、8位量化器量化信号每点的幅值，画出原始波形和量化后的信号波形，得出结论。

（4）栅栏效应

如何才能提高频率分辨率？采样点数N 、采样频率s f 起何作用？用例子说明。

4 实验报告

1. 用A4，按标准的格式写出实验报告；