《机械工程测试技术》实验指导书要点
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《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。