08测试技术实验指导书2.docx
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08测试技术实验指导书2
电子测试技术实验指导书
内蒙古科技大学机械专业实验室
2008.9
目录
实验一 周期信号频谱分析…………………………………1
实验二 测试系统静态特性…………………………………2
实验三动态(冲击)信号的测试与分析…………………5
实验四压阻式传感器的压力测量…………………………6
实验五电涡流传感器位移特性……………………………9
实验六 金属电阻应变片桥路性能比较……………………11
附录:
微机数据采集分析系统操作使用说明
1.设置参数…………………………………17
2.初始调零…………………………………19
3.系统标定…………………………………20
4.数据采集…………………………………22
5.数据分析…………………………………25
6.付氏分析…………………………………28
实验一 周期信号的频谱分析
一、实验目的
1、熟悉典型周期信号的特点。
2、学习频谱分析方法
3、掌握周期信号的频率构成。
二、实验原理
根据傅立叶级数,任何周期信号都是由无穷多不同频率、不同幅度的正弦信号迭加而成。
快速傅立叶变换是进行功率谱分析的有力工具。
由PC数据采集系统将周期信号采集并形成文件,再通过软件进行快速傅立叶变换,从而得到频谱图,它直观地反映出信号的频率成分、结构等信息。
三、实验步骤
(一)周期性信号的采集
1、实验线路图
2、实验之前,打开低频信号发生器的电源开关,将低频信号发生器的输出信号旋到最小,利用MSCQ-1多通道数据采集分析系统的调零功能对系统进行调零。
3、将低频信号发生器的波形选择开关放在正弦波位置,信号频率调整在200HZ,通过调整信号发生器的电压输出使屏幕显示为满屏幕50-80%。
4、使用MSCQ-1多通道数据采集分析系统的采样功能进行数据采集,采集时选择合适的采样频率及采样点数,并记录信号波形存盘。
5、改变信号发生器的波形选择开关放在三角波位置,重复(4、)步骤。
6、改变信号发生器的波形选择开关放在方波位置,重复(4、)步骤。
(二)周期信号的频谱分析
使用MSCQ-1多通道数据采集分析系统的付氏分析功能对所采集的信号进行分析(操作见MSCQ-1多通道数据采集分析系统使用说明书)。
1、调用所采集的数据文件作付氏分析,找出并记录各种波形的频率值,然后将其以图形文件存盘。
2、将各种波形的时域图及频域图打印出来。
四实验报告
1、打印记录典型周期信号的时域图、频谱图,
2分析、总结典型周期信号频谱图的特点
实验二 测试系统静态特性实验
一、实验目的
1、熟悉测试系统的组成、系统特性
2、掌握测试系统静态特性的测定方法及标定曲线的拟合方法
3、学习数据的处理、分析方法。
二、实验原理
在等强度梁上、下表面各贴两枚应变片,按照电桥和差特性原理连接成全桥工作。
等强度梁及应变片、电桥构成了测力传感器,与信号测试系统、计算机组成动态测试系统。
给等强度梁加一系列已知载荷,(载荷g),与输出(计算机屏幕上波形的位置)之间的关系,借助于这一关系,可测量被测信号幅值大小。
三、实验仪器及组成
1MSCQ-1多通道数据采集器
2专用分析系统软件
3PC计算机
4已贴好应变片等强度梁
四、实验步骤
1、观察等强度梁的贴片及组桥情况,用万用表检查电桥引出线之间阻值,找出A,B,C,D顶点。
2、分别将电桥A、B、C、D接到多通道数据采集器的电桥盒1,2,3,4上(见MSCQ-1多通道数据采集分析系统使用说明)
3、电桥平衡。
打开多通道数据采集器电源,启动计算机进入测试系统采单,选择并执行“电桥平衡”,按MSCQ-1多通道数据采集分析系统使用说明书。
4、数据采集
用手轻轻压梁的端点,MSCQ-1多通道数据采集分析系统输出曲线应有明显摆动,说明系统能正常工作。
5、记录加载波形。
在梁的端点加满载(共6个砝码)观察曲线位移大小,依次给传感器加已知载荷(50g,100g,150g,200g,250g,300g),并记录对应曲线对应的高度(每次记录的长度不要太长),每加一次载荷待稳定后。
按“S”开始采样,记录一定长度后按“S”暂停采样。
6、记录卸载波形。
逐一卸载,并记录对应曲线的高度。
7、将一未知重量的重块放在梁的端点,记录对应曲线的高度。
8、文件存盘
第7步进行完后,按下回车键,系统提示:
savedatafilename:
输入存盘文件名(系统将自动生成后缀为.dat的文件)。
如直接键入回车键(ENTER),将放弃存盘。
为防止数据的丢失,请注意提示:
Aboundsave?
(y/n)[n]
是否放弃数据存盘,默认为不放弃
y---放弃存盘,转入提示13
n---不放弃,返回到提示12
如输入的文件名在盘上已存在,则提示:
Overwrite(y/n)?
[n]
是否覆盖盘上同名的文件,默认值为不覆盖。
其中:
n----不覆盖,重新提示输入文件名
y----覆盖,继续向下执行。
9、数据分析处理
装入所要分析的数据文件,进行滤波,滤波结束后,选择合适的步长,显示波形,移动标尺记录各点的数据。
10、分析结果以图形文件的形式存盘并打印。
五、实验注意事项
每次加卸载时,应在载荷稳定后(曲线波动很小)记录对应曲线高度。
必须按实验提供的要求去做,防止损坏试件。
六、实验报告要求
1记录系统标定条件,包括:
仪器名称、型号、编号;
使用的通道号、放大系数、零点值;
2根据记录波形、数据,在坐标纸上绘出系统的实际标定曲线,并进行曲线拟合;
3计算测试系统的灵敏度、非线性度、滞后。
实验三 动态信号的测试与分析
一、实验目的
1、了解动态测试系统的组成及特性
2、加深对二阶系统特性的理解
3、掌握动态信号测试的基本方法及信号分析处理方法
二、实验原理及线路
动态应变测试原理框图
在悬臂梁的上、下表面各贴两枚应变片,按照电桥和差特性原理连接成全桥工作。
等强度梁及应变片、电桥与信号测试系统、计算机组成动态信号测试系统。
应变片感受动态信号,通过电桥转换变成电压信号,经过数采器完成模拟量到数字量的转换,在程序的控制下实现信号的显示、记录、分析等。
三、实验仪器
MSCQ-1多通道数据采集器;专用分析系统软件;PC计算机;已贴好应变片的悬臂梁
四、实验步骤
1、观察等强度梁的贴片及组桥情况,用万用表检查电桥引出线之间阻值,找出A,B,C,D顶点。
2、分别将电桥A、B、C、D接到采集器的电桥盒1,2,3,4上(见MSCQ-1多通道数据采集分析系统使用说明)
3、电桥平衡。
打开多通道数据采集器电源,启动计算机进入测试系统采单,选择并执行“电桥平衡”,(见MSCQ-1多通道数据采集分析系统使用说明书)。
4、数据采集
运行数据采集功能,先选择示波器方式,用手轻轻压梁的端点,计算机屏幕上应有明显摆动,说明系统能正常工作。
否则需要检查测试系统各环节,如电源是否打开,接线是否插好或重新调整放大倍数。
(见附录中“设置参数”)。
注意采样频率必须满足采样定理的要求,即采样频率大于等于两倍被测信号的最高频率。
一般取5倍左右。
5、选择正常的数据采集记录方式,记录动态波形。
一定重量的质量块从梁的自由端正上方自由下落,冲击悬臂梁。
记录该动态载荷作用下梁的振动曲线。
五、数据处理及分析
1、数据分析[功能5]的使用见MSCQ-1多通道数据采集分析系统使用说明书。
可以对时域波形展开或压缩,可以用标尺读取任意点的幅值。
以文件的方式保存时域图。
2、利用功能10进行频谱分析,分析频谱结构及幅值数据,以文件的方式保存频谱图。
六、实验报告要求
1、记录振动信号时域波形和频谱图
2、计算振动信号中最大应变、振动梁的衰减度和梁的固有频率
3、分析振动信号中频率的结构,列出前三较大幅值对应的频率。
。
实验四压阻式压力传感器的压力测量实验
一、实验目的:
了解扩散硅压阻式压力传感器测量压力的原理和方法。
二、基本原理:
扩散硅压阻式压力传感器在单晶硅的基片上扩散出P型或N型电阻条,接成电桥。
在压力作用下根据半导体的压阻效应,基片产生应力,电阻条的电阻率产生很大变化,引起电阻的变化,我们把这一变化引入测量电路,则其输出电压的变化反映了所受到的压力变化。
三、需用器件与单元:
压力源(已在主控箱)、压力表、压阻式压力传感器、压力传感器实验模板、流量计、三通连接导管、数显单元、直流稳压源±4V、±15V。
四、实验步骤:
1、根据图4-1连接管路和电路,主控箱内的气源部分,压缩泵、贮气箱、流量计主控箱内部已接好。
将压力表放置传感器支架上,三通连接管中硬管一端插入主控板上的气源快速插座中(注意管子拉出时请用手按住气源插座边缘往内压,则硬管可轻松拉出)。
其余两根软导管分别与标准表和压力传感器接通。
这里选用的差压传感器两只气咀中,一只为高压咀,另一只为低压咀。
本实验模板连接见图6-2,压力传感器有4端:
3端接+2V电源,1端接地线,2端为U0+,4端为U0-。
1、2、3、4端顺序排列见图6-2。
端接线颜色通过观察传感器引脚号码判别。
图4-1压阻式压力传感器测量系统
2、实验模板上Rw2用于调节零位,Rw2可调放大倍数,按图4-2接线,模板的放大器输出V02引到主控箱数显表的Vi插座。
将显示选择开关拨到20V档,反复调节Rw2(Rw1旋到满度的1/3)使数显表显示为零。
3、先松开流量计下端进气口调气阀的旋钮,开通流量计。
图4-2压力传感器压力实验接线图
4、合上主控箱上的气源开关K3,启动压缩泵,此时可看到流量计中的滚珠浮起悬于玻璃管中。
5、逐步关小流量计旋钮,使标准压力表指示某一刻度。
6、仔细地逐步由小到大调节流量计旋钮,使在4~14KP之间每上升1KP分别读取压力表读数,记下相应的数显表值列于表(4-1)
表(4-1)压力传感器输出电压与输入压力值
P(KP)
V0(p-p)
7、计算本系统的灵敏度和非线性误差。
8、如果本实验装置要成为一个压力计,则必须对电路进行标定,方法如下:
输入4KPa气压,调节Rw2(低限调节)使数显表显示0.400V,当输入12KPa气压,调节Rw1(高限调节),使数显表显示1.200V这个过程反复调节直到足够的精度即可。
五、思考题:
1利用本系统如何进行真空度测量?
2自拟一个差压测量的方法。
差压测量基本原理:
压阻式压力传感器的硅膜片受到两个压力P1和P2作用时由于它们对膜片产生的应力正好相反,因此作用在压力膜片上是ΔP=P1-P2,从而可以进行差压测量。
实验五电涡流传感器位移实验
一、实验目的:
1了解电涡流传感器的结构
2掌握电涡流传感器的工作原理。
3掌握电涡流传感器的特性
二、实验原理:
通以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。
三、需用器件与单元:
电涡流传感器实验模板、电涡流传感器、直流电源、数显单元、测微头、铁圆片。
四、实验步骤:
1、根据图5-1安装电涡流传感器。
图5-1电涡流传感器安装示意图
图5-2电涡流传感器位移实验接线图
2、将电涡流传感器输出线接入实验模板上标有L的两端插孔中,作为振荡器的一个元件(传感器屏蔽层接地)。
3、在测微头端部装上铁质金属圆片,作为电涡流传感器的被测体。
4、将实验模板输出端V0与数显单元输入端Vi相接。
数显表量程切换开关选择电压20V档。
5、用连接导线从主控台接入+15V直流电源到模板上标有+15V的插孔中。
6、使测微头与传感器线圈端部接触,开启主控箱电源开关,记下数显表读数,然后每隔0.2mm读一个数,直到输出几乎不变为止。
将结果列入表5-1。
表5-1电涡流传感器位移X与输出电压数据
X(mm)
V(v)
8、根据表5-1数据,画出V-X曲线,根据曲线找出线性区域及进行正、负位移测量时的佳工作点,试计算量程为1mm、3mm及5mm时的灵敏度和线性度(可以用端基法或其它拟合直线)。
五、思考题:
1、电涡流传感器的量程与哪些因素有关,如果需要测量±5mm的量程应如何设计传感器?
2、用电涡流传感器进行非接触位移测量时,如何根据量程使用选用传感器。
实验六 金属电阻应变片桥路性能比较实验
一、实验目的
1、正确掌握各种组桥方法
2、深入理解电桥工作原理
3、比较不同组桥之间关系
二、实验内容
1半桥叠加;2半桥抵消;3全桥工作;4单臂测量。
三、基本原理及实验仪器
1原理电阻丝在外力作用下发生机械变形时,其电阻值发生变化,这就是电阻应变效应,描述电阻应变效应的关系式为:
ΔR/R=Kε
式中ΔR/R为电阻丝电阻相对变化,K为应变灵敏系数,ε=Δl/l为电阻丝长度相对变化,金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件,通过它转换被测部位受力状态变化、电桥的作用完成电阻到电压的比例变化,电桥的输出电压反应的受力状态。
对单臂电桥输出电压U01=EKε/4。
2组成应变传感器模板、砝码、静态电阻应变仪、数字万用表、连接导线。
应变式传感器已装于应变传感器模板上。
传感器中各应变片已接入模板的左上方的R1=R2=R3=R4=350Ω。
加热丝也接于模板上,可用万用表进行测量判别,加热丝阻值为50Ω左右。
图6-1应变式传感安装示意图
四、实验步骤:
1、单臂测量
将应变式传感器的其中一个应变片R1(即模板左上方的R1)接入电桥作为一个桥臂与R5、R6、R7接成直流电桥(R5、R6、R7模块内已连接好)
图6-2应变式传感器单臂电桥实验接线图
2、半桥叠加
1.1在悬臂梁上、下表面各选一枚应变片,组成半桥邻臂,即R1,R2,并用屏蔽线引出。
此半桥与静态电阻应变仪内部的半桥一同组成完整电桥。
此时电桥工作于半桥叠加方式。
图6-3半桥工作组桥图(R1、R2为电阻应变片)
1.2用万用表检查AB间电阻及BC间阻值,两阻值之差应小于0.5Ω,用电烙铁将连接导线焊接到对应的A、B、C焊点。
为减小干扰,要求屏蔽层(金属网)必须接B点。
1.3仪器选择开关置于短路处,将此半桥A、B、C点接入电阻应变仪面板A、B、C对应接线柱上(A1、D、C1三接线柱必须短接)。
仪器各旋钮置于下列位置。
灵敏度:
灵敏度调节旋钮调到与应变片所给定的数值上。
读数盘:
所有读数盘全旋到零。
1.4选择开关分别置于“阻',和“容”,分别调电阻平衡电位器和电容平衡电位器,均使表头指针指示到零。
反复调节几次即可。
如无法平衡,应检查接线是否有开焊、断路、短路或接线松动。
1.5加载读数:
转动读数盘,使指针回到零,此时从应变仪读数盘上读出应变大小,记入表格中。
注意:
必须等载荷稳定后才能读数。
3、半桥抵消
选择悬臂梁的同一面上两枚应变片连接成半桥邻臂。
图6-4半桥工作组桥图
其它操作与半桥叠加相同
注意:
调平衡时必须先去掉载荷并使读数盘回零。
4、全桥测量
用悬臂梁上下表面的四枚应变片,通过合理连线,组成可进行实际测量的全桥。
图6-5全桥工作接线图
R1,R3一取至同一面,R2,R4取另一面,组成完整的电桥A,B,C,D分别接入电阻应变仪面板A、B、C、D对应接线柱上。
其它操作同前。
注:
去掉应变仪面板上的短接片,将电桥的A,B,C,D点对应接入仪器面板的A,B,C,D接线柱上,接线之前最好用万用表测一下AC,BD间的阻值大小是否正确。
五、实验数据
组桥
载荷
(g)
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
半桥叠加
加载
情况
卸载
情况
半桥
抵消
加载
情况
卸载
情况
全桥测量
加载
情况
卸载
情况
单臂测量
加载
情况
卸载
情况
六、实验报告要求
1、将实验数据填入表格内。
2、计算在100g时梁所受的应力σ= Mpa。
(等强度梁的弹性模量E=200Gpa)
3、计算半桥叠加时,等强度梁的灵敏度S= µε/g
4、分析比较各种组桥方式之间的关系。
附录
微机数据采集分析系统
操作使用说明
开机后自动进入本测试系统,主菜单为汉字提示,共有16个功能(见下表)。
该系统软件采用菜单方式,主菜单可调用每个功能,每一功能完成后都可自动返回到主菜单;每一步操作都有提示,来引导操作者正确操作。
另外应用程序具有较强的容错功能,不会因为操作失误而影响系统的正常使用。
系统功能
1.设置参数9统计分析
2.初始调零10付氏分析
3.系统标定11图形显示
4.数据采集12数据变换
5.数据分析13显示文本
6.数据剪切14文件目录
7.数据列表15.系统命令
8.平滑滤波16.数模转换
[功能1]设置参数
本测试系统共有10个头文件库,存放各路信号的程控放大倍数、零点、物理单位、标度变换系数,该配置用于数据的采集和处理。
可根据测试内容,设置或选定对应的库作为当前使用的库(当前使用的库始终是0#库),数据采集、处理均以当前库为准。
必要时应将当前库转存到其它库,以便以后数据处理时调用。
在主菜单下按回车(enter)即进入该功能。
提示:
SelectstorageNo.(1~10)?
[0]
要求选择库号(1~10),默认为0#库,将选择的库号输入后按下回车键(如直接按下回车键接受默认值),该库的数据调入0#库并显示在屏幕上,供查看和修改(当前库总是0#库)。
No.AUNITRrKSabz
1
2
.
.
8
NOWstorageNo.__(表示当前使用的库号)。
各符号意义如下
No.通道号
A程控放大系数(1~255整数),实际放大倍数β=250/A
当β=1时,-10V对应A/D量化值0,
0V对应A/D量化值2000,线性分布
+10V对应A/D量化值4000。
UNIT被测参数单位
R应变片初始电阻,欧姆
r导线电阻,欧姆
K应变片灵敏系数
S电桥桥臂系数
a,b为线性方程的标定系数,(分别为比例系数与零点值),可由[功能3]产生并存入到头文件库中,或根据实际换算关系在此修改,用于数据的标度变换。
Z该通道的程控零点,该值氏由[功能2电桥自动调零]存入一般不得修改
在屏幕底行提示:
ESC(exit),→、←、↑、↓,HOME,END
表示:
ESC----按下该键后退出编辑,此时提示:
Modiny(y/n)?
[n]
其中:
y---继续编辑。
n---退出编辑并提示:
savetostorage(1--10)?
(0)
刚编辑过的库内容存入到指定库中,默认值为0号库(当前库)。
接着提示:
ESC(exit),A(gainselect)
表示:
ESC--退出该功能,返回到主菜单。
A---返回到本功能的开始以便重新选择库号。
→、←、↑、↓,HOME,ENDN-----光标移动到下一项位置,以便编辑下一项的内容。
在光标处输入修改的内容并回车,该项内容即被更新。
[功能2]初始调零
本系统对各个通道具有自动调零的功能,并将零点自动存入到头文件库中,供数据采集(执行[功能4])时使用。
在主菜单下按↑、↓、←、→键将菜单光标移到该位置后回车(enter)即进入该功能。
进入该功能后提示:
inputchnum
(1)=(1~8)?
(8)及inputchnum
(2)=(1~7)?
(0)
默认值分别为8和0.
分别输入小信号和大信号的通道数,即共有几路信号调零。
当选择的通道数为1时提示:
InputNo.(范围)输入通道号,可对任一通道单独调零.
注意:
为便于采样和处理,各路小信号和大信号必须从各自的起始通道依次连续接入,中间不能空开;如某通道信号已坏,应将其短接。
输入通道后,计算机即开始自动调零,并提示:
Selectchnumberis____
ch1sampl=___zero=____
ch2
........
ch15
Press'ESC'return,'S'stop,'J'jamp
其中:
ch通道号
sampl为信号的零点值,正常情况下随zero的变化而变化,zero为程控零点值,由软件自动增加。
为了使A/D正负工作,需将信号调到0--4095的中间,当sampl在2048左右时,说明该路已经调平衡。
zero为程控零点值,如某通道不平衡量太大,将显示balancefail表示调零失败。
'S'调零暂停
'J'中止当前通道调零,而对下一通道进行调零
ESC在调零过程中按'ESC'中止调零。
当给定通道全部调零完毕或中止调零后,提示:
savezerodata(y/n)?
[y]
其中:
y---将调零后的程控零点值(zero)存入到当前库中(zero项中),小信号调零后sampl值存入到当前库的b项中,做为基础零点,之后返回到主菜单。
n---不存盘,提示:
againbalance(y/n)?
[y]
询问是否重新调零,默认为[y](即直接按下回车键)。
其中:
y---回到本功能的开始。
n---返回到主菜单。
[功能3]系统标定
完成对传感器的系统标定、曲线回归、存储标定系数及考贝图形。
在主菜单下按↑、↓、←、→键将菜单光标移到该位置后回车(enter)即进入该功能。
提示:
samplescale(y/n)?
[y]
选择标定方式。
其中:
n---键盘输入方式(即从键盘输入一组数据)。
y---采样输入方式。
默认为通过采样输入标定。
提示:
inputscalechNO.(1~15)?
[1]
选择标定通道号,默认为1#(采样输入方式才有该选项)
提示:
inputunit:
输入标定信号的物理量纲单位。
提示:
inputX_min?
[0]
输入标定信号的最小值(起点)
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