《机械工程测试技术》实验指导书

《机械工程测试技术》

实验指导书

山东大学机械工程学院实验中心

2008年2月

目录

实验一信号分析实验——————2

实验二传感器的标定实验——————8

实验三测试装置特性实验——————————15

实验四静态应力应变测试实验——————23

实验五动态应力应变测试实验——————33

实验六机械振动测试梁的固有频率测定实验————42 实验七传感器应用---转速测量实验————48

实验八扭转振动测量实验————————38

实验九设计实验—————————————50

实验一信号分析

一、实验目的

1.掌握信号时域参数的识别方法，学会从信号时域波形中观察和获取信号信息。

2.加深理解傅立叶变换的基本思想和物理意义，熟悉典型信号的频谱特征，掌握使用频谱分析提取测量信号特征的方法。

3.理解信号的合成原理，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。

4. 初步了解虚拟仪器的概念。

二、实验原理

1．信号时域分析

信号时域分析又称为波形分析或时域统计分析，它是通过信号的时域波形计算信号的均值、均方值、方差等统计参数。信号的时域分析很简单，用示波器、万用表等普通仪器就可以进行分析。通过本实验熟悉时域参数的识别方法，能够从信号波形中观测和读取所需的信息，也就是具备读波形图的能力。

2信号频谱分析

信号频谱分析是采用傅里叶变换将时域信号x(t)变换为频域信号X(f)，从而帮助人们从另一个角度来了解信号的特征。频谱是构成信号的各频率分量的集合，它完整地表示了信号的频率结构，即信号由哪些谐波组成，各谐波分量的幅值大小及初始相位，揭示了信号的频率信息。信号频谱X(f)代表了信号在不同频率分量成分的大小，能够提供比时域信号波形更直观，丰富的信息。工程上习惯将计算结果用图形方式表示，以频率f为横坐标，X(f)的实部和虚部

为纵坐标画图，称为时频－虚频谱图；以频率f为横坐标，X(f)的

幅值。和相位为纵坐标画图，则称为幅值－相位谱。

附：软件介绍

机械工程测试实验程序是以LabVIEW为平台开发的虚拟仪器软件，程序包含了信号分析、信号合成、采样定理、窗函数、相关分析等子程序。程序可以按照设定的信号类型、频率、相位等参数生成仿真信号，并可以对生成的信号进行频谱分析、信号合成、滤波等操作。波形可以通过显示窗口中呈现出来（如图1-1所示）。

图1-1

波形显示缩放的操作坊法

在显示窗口中的工具栏，可以对窗口中的波形现实进行调整。

1 拖动工具：用来对波形进行拖动；

2 缩放工具：来实现对波形的多种形式的缩放，此包括图1-2所示的选择项。

矩形区域缩放：实现对选定区域放大；

X轴缩放：对选区域沿横坐标放大；

Y轴缩放：对选区域沿纵坐标放大；图1-2

自适应缩放：将波形在XY轴上自动缩放至窗口大小。

三.实验内容

1. 分析典型信号的幅值谱特性；

2. 分析合成信号的频谱特点；

四. 实验仪器和设备

1. 计算机

2. 机械工程测试实验软件

五、实验步骤：

一、打开“机械工程测试实验”程序，选择进入“信号分析”子程序。

1.设置一个周期信号的频率、幅值、相位等参数，调整信号显示缩放，分析典型信号的幅值和频率，记录数据并填写表1-1。

2．在非周期信号面板中选择不同的信号，设置相关参数，调整信号显示缩放，观察记录不同信号的频谱，记录数据并填写表1-2。

3．观察噪声的频域特点。

二、打开“信号合成”子程序，设置滤波器为off，设置白噪声幅值为0

1. 设置信号1和信号2为同频、不同相位的正弦波，观察验证合成信号的幅值和相位。

2. 两个频率接近、振幅不等的正弦信号迭加就会形成“拍振”。设置信号1和信号2为频率相近的正弦波，观察合成信号的特点，并记录数据和波形填写表1-3。

3. 设置信号1和信号2为不同类型信号，观察合成信号频谱的特点，能够从频谱中看出合成信号的组成。

实验报告

姓名班级时间同组者

一、实验目的

二、实验设备

三、预习作业

1 简述信号分类

2写出信号：方波、三角波、锯齿波、Sin(ωt)×e(-at)的傅立叶级数展开式

3推导下列公式

(1)积化和差A×sin(ωt)×(3-sin(10πt))

(2)和差化积A1×sin(ω1t+φ1)+ A2×sin(ω2t+φ2)

四、实验结果

表1-1典型周期信号频谱数据

表1-2 非周期确定性信号的频谱数据

表1-3 “拍振”数据及波形

合成信号波形

总结周期信号、非周期确定性信号、非周期确定性信号和白噪声的频谱特点？

实验二传感器（电感式）性能测试实验

一、实验目的：

1、了解电涡流传感器测量位移的工作原理和特性。

2、了解不同的被测体材料对电涡流传感器性能的影响。

3、了解被测体的形状和尺寸对电涡流传感器位移特性的影响。

4、掌握电涡流传感器的标定方法。

二、实验仪器：

CSY-2000传感器与检测技术实验台：涡流传感器，涡流变换器，直流电源，测微头，铁测片，铝测片，电压表。

三、实验原理：

如图（1）：涡流传感器测量原理图。

通过高频电流的线圈产生磁场，当有导电体接近时，因导电体涡流效应产生涡流损耗，而涡流损耗与导电体离线圈的距离有关，因此可以进行位移测量。

涡流效应与金属导体本身的电阻率和磁导率有关，因此不同的材料就会有不同的性能。