工程测试技术实验指导书机械专业.docx

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工程测试技术实验指导书机械专业

测试技术基础

实验指导书

机械与汽车工程学院机械设计教研室

丁曙光、赵小勇

二OO七年十一月

实验一电阻应变片的灵敏的测定

一、实验目的

1、掌握电阻应变片灵敏系数的一种测定方法。

2、练习使用YJD-1静动态电阻应变仪。

二、实验原理

1、电阻应变片的灵敏系数测定原理：

当电阻应变片粘贴在试件上受应变

时，其电阻产生的相对变化

（1—1）

比值K即为应变片的灵敏系数。

只要应变量不过分大时，K为常数。

当

及

值分别测得后，K值即可算出。

等强度梁表面轴向应变

，可从挠度计上百分表的读数算出：

（1—2）

式中f——百分表读出的挠度计中点的挠度值。

h——等强度梁厚度。

l——挠度计跨度。

电阻应变片的相对电阻变化

是根据电阻应变仪测出的指示应变

和应变仪所设定的灵敏系数值K仪（通常用K仪=2.0）算得：

∴应变片的灵敏系数K=

（1—3）

实验时可采用分级加载的方式，分别测量在不同应变值时应变片的相对电阻变化，以而验证它们两者之间的线性关系。

2、YJD-1型静动态应变仪的使用方法：

YJD-1型应变仪可用于静动态应变测量。

其主要技术参数为：

静态时量程0～±16000

，基本误差<2%，动态测量时量程①0～±2000

，②0±400

，工作频率0～200HZ，采用应变片的灵敏系数在1.95～2.60范围内连续可调。

配套使用的P20R-1预调平衡箱共20点，预调范围为±2000

，重复误差±5

。

静态应变测量时操作步骤：

①将应变片出线与应变仪连接，半桥接法时（参见图2—1），将应变片R1、R2分别接到AB和BC接线柱，此时应变仪面板上A’DC’三点用连接铜片接好，应变仪内AA’和CC’一对120Ω精密电阻构成另外半桥；全桥接法时，将A’DC’三点连接铜片拆除，应变片R1，R2，R3，R4分别接到ABCD接线柱上并拧紧。

②按应变片盒上标明的灵敏系数K值，调整应变仪灵敏系数盘

与之符合。

（当K值需通过实验测定时，可先设定

，为计算方便，通常取

=2.0）。

③使微调、中调、粗调三个调节旋钮置于零位。

检流计指针应准确指零，否则需校正到零位。

④转动选择开关，先后转到A和B两处，指针应偏在红格以内，否则说明A、B电池电压过低，应该换新。

使用交流电源时可不作此项检查。

⑤选择开关转到“静”位。

进行电阻、电容预调平衡，先调应变仪右方的电阻平衡、转动螺丝，使电表指针指零；然后开关转到“预”位置，转动电容平衡螺丝，再调电表零位，这样在“预”、“静”之间反复调整数次，此时电桥已预调平衡，以后在测量过程中电阻、电容平衡螺丝不可再动。

⑥如因应变片电阻值相差较大而不能预调平衡时，可将微调或中调盘旋转到相应档数，并记录初始应变值，再调整电阻平衡使检流计指针在零位。

然后仔细观察三分钟，仪表不应有漂移现象。

⑦进行加载，指针偏转，估计应变量大小，与指针反向转动调节旋钮，使指针回零，将三个应变调节盘读数相加即为应变读数。

“+”表示伸长应变，“-”表示压缩应变。

如有初始应变值应从最后读数中减去初始应变值。

三、实验仪器设备

1、已贴片的等强度梁和加静装置，温度补偿快。

）

2、带有千分表（或百分表）的挠度计；游标卡尺。

3、YJD-1静动态电阻应变仪。

四、实验步骤

电阻应变片灵敏系数测定：

1、分别用千分尺和游标卡尺，测得等强度梁的厚度h和挠度计的跨度l。

2、按图2—1所示安装等强度梁和挠度计，将等强度梁上纵向应变片R1、R2与温度补偿梁上的应变片R5，接入应变仪。

将两种情况下读数预调到零位。

3、记录挠度计上百分表的初读数f0，以后分级加载5公斤、10公斤、15公斤砝码，测量千分表读数fe和R1、R2应变片指示应变读数，列表记录。

（表2—1）。

表1—1灵敏系数测定结果

等强度梁号，厚度h=mm，挠度计l=mm。

应变片号

Pkg

f0

fe

计算

K

R1

R2

五、实验报告要求

1、按表1—1记录和计算各应变片灵敏系数，和它的平均值

，以及相对标准误差：

2、试用材料力学有关公式，计算在加载过程中，等强度梁的上（下）表面的应力和应变数值。

并与实验测定值相比较。

实验二电阻应变片在电桥中的接法

一、实验目的

1、学会电阻应变片半桥单臂、半桥双臂、全桥接法。

2、检查各种接法时的对应的应变读数值，从而体会电桥的加减特性和补偿原理。

3、学会正确的接桥方法。

二、实验原理

电阻应变仪电桥输出电压U与各桥臂的相对电阻变化率

或各应变片的指示应变值

之间有下列关系：

（2—1）

式中

、

、

、

分别为各桥臂应变片的指示应变；

K为应变片灵敏系数；

E为供桥电压。

从上可知，对同种性质的应变（同为+或同为-），相对桥臂（如

与

、

与

）其应变值是迭加的，而相邻桥臂（如

、

的相邻桥臂为

和

）应变值是相抵消的。

对于不同种应变（一桥臂为+，另一桥臂为-），情况正好相反，相对桥臂应变彼此消减，而相邻桥臂则彼此迭加。

利用上述特性，选择合适的接桥方法，可以使输出电压增大，同时可抵消那些对测量值产生干扰因素的影响。

例如测量过程中对温度的补偿，对某些非线性误差的改善及复杂应力情况下需要测定其中一个应力单独作用所产生的应变……等等，都是电桥加减特性的应用。

三、实验仪器和设备

1、等强度梁试验装置，加载砝码。

2、静动态电阻应变仪（YJD-1）。

四、实验步骤

1、分别按图3—1a、b、c、d所示各种接法接成桥路。

先在初载荷下将应变仪调零，加载5kg和10公斤测量指示应变

记录在表3—1中，加载三次并进行数据处

理，检查

以及它与应变值

的倍数。

（称为对某一应变片的“电桥系数”简称“电桥系数”或“桥臂系数”A）。

表2—1各种接法测量结果

=K=

接法

载荷

kg

次数

（a）

（b）

（c）

（d）

3kg

6kg

3kg

6kg

3kg

6kg

3kg

6kg

1

2

3

平均应变

桥臂系数A

2、利用加热体（如红外线灯泡、电烙铁等）在各种接法情况下，分别对工作片单独加热和工作片、补偿片同时加热、观察其输出应变值的变化。

五、实验报告要求

1、讨论各种接桥方法时的特性，比较其优缺点。

2、试用公式推导不同接法时的桥臂系数A的理论值，并与实测值相比较。

3、实验中的心得体会。

实验三振动测量及信号分析

一、实验目的

了解激振器、加速度传感器、电荷放大器、电阻应变片、动态电阻应变仪、信号采集及分析系统的工作原理，掌握上述设备的使用方法，了解典型测试系统的构成，掌握振动测量的基本内容和测量方法，掌握信号的幅值谱及功率谱分析的基本方法。

二、实验仪器及原理

△机械振动综合实验装置（安装双简支梁）1套

△激振器及功率放大器1套

△加速度传感器2只

△电荷放大器2台

△电阻应变片2片

△动态电阻应变仪4台

△数据采集仪1台

△信号分析软件1套

三、实验方法及步骤

1、将振动器通过顶杆连接到简支梁上（注意确保顶杆与激振器的中心在一直线上），激振点位于双简支梁中心偏左50mm处（已有安装螺孔），将信号发生器输出端连接到功率放大器的输入端，并将功率放大器与激振器相连接。

2、用传感器磁座将加速度传感器安装在双简支梁上（中心偏左50mm）并与电荷放大器连接，将电荷放大器输出端分别与数据采集仪输入端连接。

3、将电阻应变片通过接桥盒接成两个半桥单臂桥和一个半桥双臂桥分别接到XHDT—1型动态综合测试仪的动态电阻应变仪通道的输入端。

4）将两个压电式加速度计分别接到XHDT—1型动态综合测试仪的两个电荷放大器的输入端。

5）、XHDT—1型动态综合测试仪的初步调整，XHDT—1型动态综合测试仪是集四个通道的动态电阻应变仪和两个通道电荷放大器于一体的综合测试仪。

1）CS—1A动态电阻应变仪的调整

供桥电压选为2V、增益选择开关设为1、校准开关达到测量挡，低通滤波器的设到100K档。

2）CA—3型电荷放大器的调整

把传感器灵敏度调节旋纽数值调到与使用的压电式加速度计的灵敏度值相同并锁紧，低通滤波器旋纽调到Lin（100K）档，功能选择旋纽打倒加速度测量档，增益选择开关打倒100挡。

设置完成后，接通电源。

进行动态电阻应变仪的平衡调节，如果表头对应通道的数值不等于0，按以下相应通道的自动平衡按键，直到表头度数为零，重复此操作，直到所有三个通道调整完毕。

6、将信号发生器和功率放大器的幅值旋钮调至最小，打开所有仪器电源。

设置信号发生器在某一频率（可以为5Hz），调节信号发生器的幅值旋钮使其输出电压为2V。

调节功率放大器的幅值旋钮到中间位置，逐渐增大信号发生器的频率，观察简支梁的振动情况，直到找到其振幅较大时的频率，并记下此频率，同时电荷放大是否过荷，如过荷适当调小增益倍数直到不产生过荷为止，停止激振保持信号发生器的各个按钮不动，关闭所有仪器的电源开关。

7、根据步骤6所记录的共振频率，调整动态电阻应变仪和电荷放大器的低通滤波器的截止频率到合适的值。

8、将电阻应变仪的输出和电荷放大器的输出信号接到数字信号采集仪。

9）、打开信号发生器、应变仪、电荷放大器及数字采集系统的开关，用数据采集软件采集各个通道的波形并用信号分析软件对采集到的加速度信号、振动应变信号进行幅值谱、功率谱分析和加速度信号与应变信号的相关分析，并记录一些典型信号的波形。

四、实验数据整理与分析

1、将测量的固有频率与信号放生器的频率读数相比较，若误差较大，找出其原因。

2、讨论各个信号的幅值谱与功率谱的关系以及各个通道波形之间的关系。

3、讨论加速度信号与应变信号的相关性？

4、用波形说明低通滤波器的作用。

实验四典型信号频谱分析

一.实验目的

1.在理论学习的基础上，通过本实验熟悉典型信号的波形和频谱特征，并能够从信号频谱中读取所需的信息。

2.了解信号频谱分析的基本方法及仪器设备。

二.实验原理

1.典型信号及其频谱分析的作用

正弦波、方波、三角波和白噪声信号是实际工程测试中常见的典型信号，这些信号时域、频域之间的关系很明确，并且都具有一定的特性，通过对这些典型信号的频谱进行分析，对掌握信号的特性，熟悉信号的分析方法大有益处，并且这些典型信号也可以作为实际工程信号分析时的参照资料。

本次实验利用DRVI快速可重组虚拟仪器平台可以很方便的对上述典型信号作频谱分析。

2.频谱分析的方法及设备

    信号的频谱可分为幅值谱、相位谱、功率谱、对数谱等等。

对信号作频谱分析的设备主要是频谱分析仪，它把信号按数学关系作为频率的函数显示出来，其工作方式有模拟式和数字式二种。

模拟式频谱分析仪以模拟滤波器为基础，从信号中选出各个频率成分的量值；数字式频谱分析仪以数字滤波器或快速傅立叶变换为基础，实现信号的时-频关系转换分析。

    傅立叶变换是信号频谱分析中常用的一个工具，它把一些复杂的信号分解为无穷多个相互之间具有一定关系的正弦信号之和，并通过对各个正弦信号的研究来了解复杂信号的频率成分和幅值。

    信号频谱分析是采用傅立叶变换将时域信号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。

用An画出信号的幅值谱曲线，从信号幅值谱判断信号特征。

    本次实验利用在DRVI平台上搭建的频谱分析仪来对信号进行频谱分析。

由虚拟信号发生器产生一个典型波形的电压信号，用频谱分析仪对该信号进行频谱分析，得到频谱特性数据。

三.实验仪器和设备

1.计算机                     n台

2.DRVI快速可重组虚拟仪器平台  1套

3.打印机                     1台

四.实验步骤及内容

1.打开客户端计算机，双击DRIVE虚拟测试实验平台图标进入虚拟测试实验环境，点击客户端软件快捷工具条中右边的"联网注册"图标，点DRIVE局域网服务器检测，改IP地址为198.168.16.2,点发送按钮进行联机注册,直到弹出发送成功为止说明注册成功,点击客户端软件快捷工具条中的读IC文件,打开script文件夹中的"典型信号频谱分析"进入本实验。

2.点击DRVI"典型信号频谱分析"实验中的"白噪声"按钮，产生白噪声信号，分析和观察白噪声信号波形和幅值谱特性。

3.点击DRVI"典型信号频谱分析"实验中的"正弦波"按钮，产生正弦波信号，分析和观察正弦波信号波形和幅值谱特性。

4.点击DRVI"典型信号频谱分析"实验中的"方波"按钮，产生方波信号，分析和观察方波信号波形和幅值谱特性。

5.点击DRVI"典型信号频谱分析"实验中的"三角波"按钮，产生三角波信号，分析和观察三角波信号波形和幅值谱特性。

图2.1典型信号频谱分析实验

五.实验报告要求

1.简述实验目的和原理。

2.按实验步骤整理出正弦波、方波、三角波、白噪声的时域和幅值谱特性图形，说明各信号频谱的特点。

3.将分析结果与理论分析进行对照，说明实际分析结果与理论分析之间的差异，并简要分析产生误差的原因。

实验五周期信号波形的合成和分解

一.实验目的

1.加深了解信号分解的手段之一傅立叶变换的基本思想和物理意义。

2.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。

3.观察和分析由多个频率、幅值相同，相位角不同的正弦波叠加的合成波形。

4.通过本实验熟悉信号的合成、分解原理、了解信号频谱的含义。

二.实验原理

    按傅立叶分析的原理，任何周期信号都可以用一组三角函数的组合表示。

也就是说我们可以用一组正弦波和余弦波来合成任意形状的周期信号。

三.实验步骤及内容

1.打开客户端计算机，双击DRIVE虚拟测试实验平台图标进入虚拟测试实验环境，点击客户端软件快捷工具条中右边的"联网注册"图标，点DRIVE局域网服务器检测，改IP地址为198.168.16.2,点发送按钮进行联机注册,直到弹出发送成功为止说明注册成功,点击客户端软件快捷工具条中的读IC文件,打开script文件夹中的"周期信号波形的合成和分解"进入本实验。

2在频率输入框中输入基波频率，幅值框中输入基波的幅值，然后点击“产生信号”按钮，产生基波，并点击“波形合成”按钮将其叠加到波形输出框中。

3．同样地依次输入n次谐波的频率和幅值，点击“产生信号”按钮产生n次谐波，并点击“波形合成”按钮将其叠加到波形输出框中。

4．

5．循环进行第五步，直到输出波形窗中波形与要合成的周期信号波形相当相似。

6．记录每次叠加后的波形。

四、实验报告要求

1．简述实验目的及原理。

2．按实验步骤绘出被叠加的周期信号的波形的过程。

3．至少从以下波形中选择一个周期信号（周期方波、三角波、锯齿波、正弦整流波）进行合成。

实验六典型信号相关分析

四.实验目的

1.在理论学习的基础上，通过本实验加深对相关分析概念、性质、作用的理解。

2.掌握用相关分析法测量信号中周期成分的方法。

五.实验原理

    相关函数描述了两个信号或一个信号自身波形不同时刻的相关性（或相似程度），揭示了信号波形的结构特性，通过相关分析我们可以发现信号中许多有规律的东西。

相关分析作为信号的时域分析方法之一，为工程应用提供了重要信息，特别是对于在噪声背景下提取有用信息，更显示了它的实际应用价值。

六.实验步骤及内容

1．打开客户端计算机，双击DRIVE虚拟测试实验平台图标进入虚拟测试实验环境，点击客户端软件快捷工具条中右边的"联网注册"图标，点DRIVE局域网服务器检测，改IP地址为198.168.16.2,点发送按钮进行联机注册,直到弹出发送成功为止说明注册成功,点击客户端软件快捷工具条中的读IC文件,打开script文件夹中的"典型信号相关分析"进入本实验。

2击DRVI"典型信号相关分析"实验中的通道1的"白噪声"按钮，产生白噪声信号，然后点击通道2的"白噪声"、"正弦波"、"方波"、"三角波"等按钮，分析和观察上述波形与"白噪声"信号进行相关分析后的结果。

3击DRVI"典型信号相关分析"实验中的通道1的"正弦波"按钮，产生正弦波信号，然后点击通道2的"白噪声"、"正弦波"、"方波"、"三角波"等按钮，分析和观察上述波形与"正弦波"信号进行相关分析后的结果。

4点击DRVI"典型信号相关分析"实验中的通道1的"方波"按钮，产生方波信号，然后点击通道2的"白噪声"、"正弦波"、"方波"、"三角波"等按钮，分析和观察上述波形与"方波"信号进行相关分析后的结果。

5击DRVI"典型信号相关分析"实验中的通道1的"三角波"按钮，产生三角波信号，然后点击通道2的"白噪声"、"正弦波"、"方波"、"三角波"等按钮，分析和观察上述波形与"三角波"信号进行相关分析后的结果。

图3.1典型信号相关分析实验

四.实验报告要求

1．简述实验目的和原理。

2．按实验步骤附上相应的信号分析曲线，总结实验得出的主要结论。

3．用相关分析法测量信号中的周期成分。

4．如何在噪声背景下提取有用信息。

二00七年十一月