机械工程测试技术基础

《机械工程测试技术基础》本科生实验指导书

华北电力大学机械工程学院

实验一 压电式加速度传感器的校准

一． 实验目的

1． 熟悉压电式加速度传感器的工作原理及结构

2． 学会使用加速度校准仪，掌握电荷灵敏度的两种校准方法

二． 实验仪器

1． J X-1 加速度校准仪 1台 2． 数字电压表 1台 3． Y D-12 加速度传感器 2只 4． 电荷放大器 1台

三． 实验原理及步骤

1． 绝对法（加速度校准仪校准）

将加速度传感器安装在JX-1加速度校准仪上，连接加速度传感器和电荷放大器，调节JX-1加速度校准仪的质量平衡旋钮，使加速度校准仪处于质量平衡状态，此时，加速度校准仪输出大小为1g 的振动，调节电荷放大器灵敏度，使电荷放大器输出电压为0.707V （对应峰值为1V ），此时电荷放大器灵敏度值即为该传感器的灵敏度。

2． 相对法（背靠背比较校准法）

将一只已知灵敏度的参考传感器和一只未知灵敏度的加速度传感器分别安装在JX-1加速度校准仪的两侧，按已知灵敏度标定参考传感器，连接两只传感器与电荷放大器的连线，启动JX-1加速度校准仪，测量被校准和参考传感器经电荷放大器的输出电压r V 、a V ，此时被校准传感器的灵敏度为：

r

a

r a V V S S ⨯=

其中：a S 、r S 分别为被校准和参考传感器的灵敏度。

四．实验数据处理

实验二测试装置的静、动特性

一．实验目的

1．了解测试装置的静动特性的测试方法。

2．掌握一阶、二阶测试装置的幅频特性，并建立频响特性的概念。

实验仪器

1．信号发生器1台

2．数字万用表1台

3．二阶装置模拟实验台1台

4．双踪示波器1台

实验框图

图2-1静动特性实验框图

实验原理

1．静特性测试

按照二阶装置模拟实验台的接线图连接各个端子，分别构成一阶、二阶系统。调节信号发生器的频率，并保持某固定频率值，连续调节信号发生器的输出幅值，并记录一阶、二阶系统的输入与输出幅值，绘制一阶、二阶系统的静特性曲线。2．动特性测试

按照二阶装置模拟实验台的接线图连接各个端子，分别构成一阶、二阶系统。调节信号发生器的输出幅值，并保持在固定的电压值，连续调节信号发生器的输

出频率，并记录一阶、二阶系统的输入与输出幅值，绘制一阶、二阶系统的动特性曲线。在进行二阶系统的测试时，注意在输出幅值突然增大的频率附近，应仔细调节输入信号频率的变化，以获得准确的峰值。

实验数据处理

绘制出实验装置的一阶、二阶系统的静、动特性曲线，并根据静特性曲线求得系统的灵敏度；根据二阶系统的动特性曲线求出系统的固有频率及阻尼比。

图2-2 二阶系统阻尼比估计

如图2-2所示，峰值对应点为系统固有频率n ω，则阻尼比n

ωωωξ2)

(12-=

，对于欠阻尼系统峰值对应点为r ω，与系统固有频率n ω存在如下关系：

221ξωω-=n r

实验三简支梁各阶固有频率及主振型的测量

一．实验目的

1．熟悉梁的固有频率测量原理及主振型形状；

2．用共振法确定简支梁的各阶固有频率和主振型。

二．实验装置框图

正弦激振实验装置及仪器的安装如图3-1所示，电动激振器安装在支架上，激振方式是相对激振。激振点的选取原则是保证不过分靠近二、三阶振型的节点，使各阶振型都能受到激励。

图3-1实验装置框图

三．实验原理

本实验的模型是一矩形截面简支梁，它是一无限自由度系统。从理论上说，它应有无限个固有频率和主振型，在一般情况下，梁的振动是无穷多个主振型的迭加。如果给梁施加一个合适大小的激扰力，且该力的频率正好等于梁的某阶固有频率，就会产生共振，对应于这一阶固有频率的确定振动形态称为这一阶主振型。调节激扰力频率等于某阶固有频率，使梁产生共振，然后，测定共振状态下梁上各测点的振动幅值，从而确定某一阶主振型。实际上，我们关心的通常是最低的几阶固有频率及主振型，本实验是用共振法来测量简支梁的一、二、三阶固有频率和振型。

四．实验步骤

1．沿梁长度选定测点并做标记，选某测点为参考点，将传感器I固定于参考点，传感器II用于测量其他点的响应振幅，按图3-1接线；

2．调整信号源，使频率由低到高逐渐增加，系统第一次共振时记录第一阶固有频率值并测量各测点振幅，绘出第一阶振型图；

3．继续增加激振器频率，得到第二、三阶固有频率及振型图。

五．实验结果与分析

1．各阶固有频率测量结果：

2．各测点的实测振幅：

3．绘出简支梁前三阶振型图。

实验四圆板各阶固有频率及主振型的测量

一．实验目的

1．用共振法确定圆板横向振动时的各阶固有频率；

2．观察分析圆板振动的各阶振动形态。

二．实验装置框图

图4-1实验装置框图

三．实验原理

从振动理论所知，对于中心固定、周边自由的薄壁圆板横向振动可用激振方法得到基本振型和较高阶振型的近似值，这些较高阶振型将有一个、二个、三个等波节圆，在振动过程中这些波节圆处的位移为零。除了对中心成对称的振型外，圆板还有这样的振型：沿一根、两根、三根等分直径扰度为零，这种直径称为波节直径。圆板的几种振型如图4-2所示图中诸波节圆和诸波节直径均以虚线表示，波节圆个数为m，波节直径个数为n。

图4-2圆板的振型

四．实验方法

1．将非接触式激振器端面对准圆板下面边缘处，保持初始间隙为1～2mm左右；

2．将非接触式激振器接入激振信号源的输出端。开启激振信号源的电源开关，对系统施加交变的正弦激振力，使系统产生振动，调整信号源的输出调节开关便可改变振幅大小。调整信号源的输出调节开关时注意不要过载；

3．调整信号源，使激振频率由低到高逐渐增加，可观察到圆板上的细沙粉形成的形状，当激振频率为圆板的某阶固有频率时，圆板振幅急剧增加，位移振幅大处的沙粉向位移振幅为零处聚集，从而形成条幅，这就是振型。当观察到圆板的某阶振型时，信号源显示的频率就是圆板的该阶固有频率，用上述方法可得到圆板的各阶固有频率及振型。

五．实验结果与分析

1．各阶固有频率测量结果：

2．绘出五个实测波节直径时观察到的振型图；

3．分析圆板的波节直径的分布规律。