幅频曲线

Ａ（ ）不超过５％
f
幅频曲线
相频曲线
不失真频率范围
20
30
40
50
60
80
100
120
五、思考题
试说明二阶装置阻尼比ζ多采用0.6~0.7的原因。
六、实验报告内容
1实验名称Βιβλιοθήκη Baidu目的、所用仪器。
2实验数据处理：
（1）画出一阶测试系统幅、相频曲线，分析参数τ变化对其的影响。
（2）画出 =20Hz时，改变ζ值的二阶测试系统幅、相频曲线，并分析ζ对测量装置的影响。
（5）经指导老师检查无误后，方可打开电源。
（6）将选择开关旋到“预”上，调节“电阻平衡”，“电容平衡”两电位器，使指示电表的指针指于零位。然后将开关旋到“静”的位置，再调节“电阻平衡”使指针指于零位。在“预”、“静”反复调整几次后，此时电桥已予调平衡。
（7）仔细观察三分钟，电表指针不应有漂移。
（8）进行加载，指针偏移零位，旋转“微调”旋钮使指针指回零位，记下此时“微调”旋钮读数。加载：100，200，300，400，500（g）记录读数。
2调制解调原理
图2调制解调原理方框图
所谓调制就是使一个信号（载波）的某些参数在另一信号（调制信号）的控制下而发生变化的过程，输出信号为已调制波。从已调制波中恢复出调制信号的过程称为解调。
调制信号：即被测量。
调制器：实质上是一个乘法器，将一个高频检波信号（载波）与测试信号（调制信号）相乘，使高频信号的幅值随测试信号的变化而变化，实现调幅输出调幅波。调幅的目的是使缓变信号便于放大和输出。
动应力综合测试装置
模拟信号测试系统
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图1测试系统框图
该装置为动应力测试系统提供信号源。可供模拟信号测试系统及数字信号测试系统对动应力进行分析。
四动应力综合测试装置：
图2 实验装置结构简图
测试装置中采用箔式应变片和应变花测量动应力。在悬臂梁上按半桥单臂方式贴有箔式应变片构成位移传感器。在转轴上按半桥双臂方式贴有箔式应变片构成弯矩传感器，按全桥方式贴有应变花构成扭矩传感器，弯扭信号由安装在轴上的集流环4引出，可送入DH5935B动应力测试分析系统与计算机进行分析处理。还可送入Y6D-3A动态电阻应变仪与SC-16光线示波器进行分析处理。
传感器与测试技术
实验指导书
河北科技大学机械电子工程学院
2007年4月
实验一传感器的静态标定
一、实验目的：
1．学习YJD-1型电阻应变仪的使用方法。
2．学习测量装置静态特性的标定方法。
3．掌握用分析软件对电阻应变式测力传感器的静态标定方法。
4．学习掌握电阻应变片的粘贴技术。
二、实验仪器：
１YJD-1型电阻应变仪
实验四动应力综合测试实验
一实验目的：
1．掌握动应力测试的基本方法。
2．掌握动态参量(动态弯矩、扭矩、位移信号)的测试方法。
二实验仪器：
1.动应力综合测试装置
2.电桥盒
3. Y6D-3A动态电阻应变仪
4. SC-16光线示波器
5. DH5935B动应力测试分析系统
6.计算机及分析软件
7.打印机
三实验原理
（2）双击桌面上的“虚拟实验系统”。
（3）进入“机械工程测量技术基础实验”，点击“开始”。
（4）进入实验，点击实验三“调幅与解调原理”。
（5）出现“调幅与解调原理”对话框。
（6）点击“同步解调”方式。
在fm值不变化时，输入不同的fo值，观察信号波形的变化。
调制信号
载波信号
100
50
100
100
100
（６）改变ζ值，确定 ＝２０Hz， 变化，画出幅频、相频曲线，分析改变ζ对测量装置的影响。求出最佳阻尼。
ζ
幅频曲线
相频曲线
0.05
0.10
0.15
0.25
0.50
0.707
1.0
3在 值条件下，改变 ， 变化，画出幅频、相频曲线进行分析，确定对不失真频率范围影响。
最佳阻尼比ζ=0.707,在最佳阻尼比下,改变固有频率f ,观察幅、相频曲线。
（5）将实验记录的各数据分别填入，点击“作图”。
（6）按端点线性、最小二乘法二种方法做出拟合直线，求出线性误差。
（7）绘出回程误差特性曲线，并确定其回程误差H。
（8）确定本测力传感器的静态灵敏度S。
2用计算法进行数据处理
（1）线性误差
线性误差是指测量装置校准曲线与规定直线之间的最大偏差。在静态测量的情况下，用实验来确定被测量的实际值和测量装置示值之间的函数关系的过程称为静态校准，所得到的关系曲线称为校准曲线。
（3）画出 时，改变 值的二阶测试系统幅、相频曲线，根据 曲线说明对不失真测试条件影响，从而确定在最佳阻尼条件下不失真的工作频率范围。
（4）回答思考题。
实验三调制与解调原理
一实验目的
1掌握动态电阻应变仪的工作原理，观察动态电阻应变仪的各级输出波形。
2掌握调制与解调原理。
3观察调幅过程的时域及频域波形。
依次卸载并记录读数。注意卸载至零载荷时，不要忘记将微调旋钮读数记录下来。
载荷g
0
100
200
300
400
500
加载
卸载
五实验结果的整理与计算
1用分析软件进行数据处理
（1）打开计算机。
（2）双击桌面上的“虚拟实验系统”。
（3）进入“机械工程测试技术基础实验”点击“开始”。
（4）进入实验，点击实验一“应变式传感器的标定”。
用最小二乘法求得的拟合直线的拟合精度最高，但计算比较繁琐。
（3）回程误差（H）
回程误差也叫滞后或差变。它表明测试系统在正、反行程期间输出—输入曲线不重合的程度。回程误差的大小一般由试验确定。其值以正反行程时定度曲线间的最大距离h或h和A之比的百分数表示。如图5所示。
x
图5回程误差
（3）灵敏度（S）
灵敏度表示输出变化量与输入变化量之比。线性测量装置定标曲线的拟合直线的斜率就是其静态灵敏度。灵敏度可由下式求得：
２电阻应变式传感器
3计算机及分析软件
三、实验系统及测试原理
图1实验系统框图
新设计制造的传感器，需要对其参数和性能进行标定，以便检查是否符合设计要求。
另外，随着时间和周围环境的变化，使用中传感器的参数会发生变化，故需要进行定期
校准，所以测量装置的标定，是一项经常性，非常重要的工作。
电阻应变式测力传感器的静态标定，就是在静态下，通过加载装置对传感器施加载荷，同时由应变仪读取输出，而获取传感器的静态特性参数，如灵敏度，非线性度，回程误差等。四、实验步骤
R补R1
图2自制电阻应变式传感器
2仪器的操作使用方法：
（1）联接电桥：将应变式传感器的应变片引出导线分别接于仪器的A、B、C三点,并将接线柱旋紧,组成半桥单臂测量电路。
（2）调整灵敏系数盘K，使之与应变片的灵敏系数K相符。
（3）检查指示器指针是否准确的停止在机械零位，否则必须校正后方可工作。
（4）检查微调，中调，粗调三个调节旋钮，是否都指在零位。
τ
相频曲线
1
0.5
0.1
0.05
0.01
0.005
0.001
2改变参数ζ、 ，画出二阶测量装置幅频、相频特性曲线。
（１）打开计算机。
（２）点击桌面上的“虚拟实验系统”。
（３）进入“机械工程测试技术基础实验”点击“开始”。
（４）进入实验，点击实验二“测量装置实现无失真测试条件”。
（５）点击对话框中的“二阶系统”。
A——输入为最大值时的输出值。
２）独立直线（也称最小二乘法线性）
最小二乘法拟合直线的原则就是 为最小值。 为校准曲线和拟合直线第ｉ对应值之间的残差。最小二乘法拟合直线的方程为：
式中Ｋ——拟合直线的斜率
ｂ——为拟合直线与纵坐标的截距
斜率Ｋ和截距ｂ可按下式计算：
由方程 做出拟合直线，此直线为最佳拟合直线，于是可求出线性误差
放大器：对调幅波进一步放大。
解调器：利用载波信号与调幅波的相位比得出原信号的幅值和极性。此过程为解调。低通滤波器：滤去高频成分，恢复原信号。
振荡器：提供高频振荡信号作为载波。
四实验步骤和实验内容
1动态电阻应变仪的工作原理及各级输出波形。
（1）打开计算机。
（2）双击桌面上的“虚拟实验系统”。
（3）进入“机械工程测量技术基础实验”，点击“开始”。
放大器：由于电桥输出的信号非常微弱，必须经过放大器将电桥送来的调幅电压进行不失真放大。
相敏检波器：它既具有检波器的作用，又能完成辨别被测信号相位（如应变信号的拉伸或压缩性质）的任务，实现解调。
低通滤波器：由于通过相敏检波后，波形中还包含着载波及其高次谐波，因此需要通过低通滤波器滤掉被测应变信号以外的高频成分，得到信号的原形。
（3）进入“机械工程测量技术基础实验”，点击‘开始’。
（4）进入实验，点击实验三“调幅与解调原理”。
（5）出现调幅与解调原理”对话框。
（6）点击“同步解调”方式。
（7）输入f =100Hz，f0=300Hz。
（8）观察调幅过程的时域、频域波形。
3了解调幅过程中避免信号失真的必要条件。
（1）开计算机。
S=
注意：灵敏度有量纲，指每单位输入量所得输出量的大小。
六、思考题
本次实验中，为什么在悬臂梁上贴2个应变片？贴在不受力部位上的应变片起什么作用？
七、实验报告内容
1实验名称、目的、所用仪器。
2实验系统框图
3实验数据处理—电阻应变式测力传感器静态特性指标评定。
（1）线性误差：按端点线性、最小二乘法二种方法做出拟合直线、求出线性误差。
4了解调幅过程中避免信号失真的必要条件
二实验仪器
1计算机及分析软件
2打印机
三实验原理
1动态电阻应变仪的工作原理
图1动态电阻应变仪方框图
1）动态电阻应变仪的组成部分：
电桥、放大器、相敏检波器、滤波器、振荡器、电源。
2）动态电阻应变仪各部分的作用如下：
电桥：将应变片电阻的变化转换为电流或电压信号。
振荡器：供给正弦波交流电压作为电桥的工作电压，并通过信号电压对 它进行调幅，输出调幅电压信号送入放大器，同时它也为相敏检波器提供参考电压。
三、实验原理
测量装置具有不失真测量的特性：
设有一个测量装置，其输出 和输入 满足下列关系
其中 都是常数，此式表明此装置输出的波形和输入波形精确一致，只是幅值波放大 倍和时间上延迟了 时间而已。根据上式作傅立叶变换来考察测量装置实现测量不失真的频率特性。若要求装置的输出波形不失真，则其幅频和相频特性应分别满足：
四、实验内容与步骤
1改变参数τ，画出一阶测量装置幅频、相频特性曲线。
（1）打开计算机
（２）点击桌面上的“虚拟实验系统”。
（3）进入“机械工程测试技术基础实验”点击“开始”。
（4）进入实验，点击实验二“测量装置实现无失真测试条件”。
（5）点击对话框中的“一阶系统”。
（6）改变τ值，设 变化，画出幅频、相频曲线进行分析。确定幅值误差 工作频率范围。
1000
（7）观察信号波形的变化。
五、思考题
通过该实验，请你对实验内容或软件交互方式、图形、界面等提出改进意见。
六、实验报告
1实验名称、目的、所用仪器。
2.画出动态应变仪的工作原理图及各级输出波形。
3.利用信号的时、频域波形说明：
（1）调制解调原理。
（2）调幅过程出现信号失真的原因。
（3）如何避免失真。
（4）进入实验，点击实验六“应变参量测试”。
（5）出现应变参量测试对话框，点击（二）动态应变仪的工作原理。
（6）出现“动态应变仪的工作原理”对话框。
（7）点击图中被测应变量、载波、调幅波、放大后波形、解调后波形、还原后波形。
（8）观察各级输出波形。
2观察调幅过程的时域及频域波形。
（1）打开计算机。
（2）双击桌面上的“虚拟实验系统”。
（2）常用的规定曲线
１）端基直线
端基直线是一条通过测量范围的上下限点的直线。端基线性是生产中选择拟合直线的一种简便方法。具体做法是：以校准曲线的首尾（即额定的最小与额定的最大值）相连的直线作为所选择的拟合直线。如图4所示。
X
图3校准曲线与非线性度图4端基直线
线性误差计算如下：
式中L —相对线性误差
B——距拟合直线最大偏差的绝对值；
1粘贴应变片
（1）惠斯登电桥挑选两个电阻值120Ω左右的电阻应变片,阻值差小于0.5Ω。
（2）砂纸打磨等强度梁，去除污物，用酒精清洗。
（3）用502胶水粘贴电阻应变片。（一片粘贴在受力的位置，一片粘贴在不受力的位置。）
（4）用万用表检查有无短路、断路，引线与等强度梁间的绝缘电阻应大于150MΩ。
（5）焊接导线，并用胶带纸固定，在常温下，放置24小时后，方可使用。
（2）绘出回程误差特征曲线,并确定其回程误差H。
（3）确定本测力传感器的静态灵敏度S。
4回答思考题。
实验二测试装置无失真测试
一、实验目的：
1观察一阶测量装置频率响应特性曲线,了解参数τ变化对其的影响。
2观察二阶测量装置频率响应特性曲线,了解参数ζ、 变化对其影响。
二、实验仪器：
1.计算机及分析软件
2.打印机
不等于常数时所引起的失真称为幅值失真， 与 之间的非线性关系所引起的失真称为相位失真。
从实现测量不失真条件看一阶测量装置：测量装置的时间常数 原则上越小越好。
从实现测量不失真条件看二阶测量装置：一般来说，在ζ=0.6~0.8时，可以获得较为合适的综合特性。当ζ=0.70时，在0~0.58 的频率范围内，幅频特性 的变化不超过5%，同时相频特性 也接近于直线，因而产生的相位失真也很小。