【文章內(nèi)容簡介】 為 15， 20， 30Hz 處分別記錄要求對應(yīng)的輸出峰 — 峰值，并根據(jù)前面得到的校準(zhǔn)曲線計算出對應(yīng)的振動幅度。 實驗報告要求（包括思考題）： 1） 電渦流傳感器有什么特性？可以用在那些特征量的檢測上？ 2） 電渦流傳感器如何安裝？ 3）根據(jù)實驗內(nèi)容 1 的結(jié)果，作 xVPP? 和 xV? 曲線（在同一坐標(biāo)系中），求出線性范圍和系統(tǒng)靈敏度 xVS ??? 4）根據(jù)實驗內(nèi)容 2 的結(jié)果，在同一坐標(biāo)系中作出 xVCu? ， xVFe? ，xVAl? 三條曲線，分析比較它們的靈敏度和線性范圍。 （ 11）壓電式傳感器原理及前置放大器 試驗?zāi)康模? 1）了解和掌握 壓電 傳感器測量原理和方法。 2）了解和掌握 前置放大器的使用 方法。 實驗儀器與系統(tǒng)框圖： 渦流傳感器 渦流變換器 運算放大器 毫伏表 A/D 轉(zhuǎn)換 計算機分析系統(tǒng) 20 1）壓電 傳感器； 2）電荷放大器； 3）測試系統(tǒng)。 實驗原理： 1） 壓電式加速度傳感器在振動測試領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛，可以測量各種環(huán)境中的振動量。 壓電傳感器的力學(xué)模型可簡化為一個單自由度質(zhì)量 彈簧系統(tǒng)。根據(jù)壓電效應(yīng)的原理，當(dāng)晶體上受到振動作用力后，將產(chǎn)生電荷量，該電荷量與作用力成正比 ，這就是壓電傳感器完成機電轉(zhuǎn)換的工作原理。 2） 振動的幅值、頻率和相位是振動的三個基本參數(shù)，稱為振動三要素。 幅值：幅值是振動強度的標(biāo)志，它可以用峰值、有效值、平均值等方法來表示。 頻率：不同的頻率成分反映系統(tǒng)內(nèi)不同的振源。通過頻譜分析可以確定主要頻率成分及其幅值大小，從而尋找振源，采取相應(yīng)的措施。 相位：振動信號的相位信息十分重要，如利用相位關(guān)系確定共振點、測量振型、旋轉(zhuǎn)件動平衡、有源振動控制、降噪等。對于復(fù)雜振動的波形分析，各諧波的相位關(guān)系是不可缺少的。 在振動測量時，應(yīng)合理選擇測量參數(shù)，如振動位移是研 究強度和變形的重要依據(jù)；振動加速度與作用力或載荷成正比，是研究動力強度和疲勞的重要依據(jù)；振動速度決定了噪聲的高低，人對機械振動的敏感程度在很大頻率范圍內(nèi)是由速度決定的。速度又與能量和功率有關(guān)，并決定動量的大小。 實驗內(nèi)容與步驟： 1）觀察壓電傳感器的外形； 2）按照使用說明書安裝壓電傳感器； 3）設(shè)置電荷放大器的各項參數(shù)； 3）觀察傳感器的輸出信號，然后采集。 實驗報告要求（包括思考題）： 1）壓電傳感器能測量哪些參量？ 2）壓電傳感器的前置放大器有幾種？ 21 第四章 信號調(diào)理、處理和記錄 （ 12）電橋在應(yīng)變測試中的應(yīng)用 試驗?zāi)康模? 1）掌握電橋的幾種聯(lián)接方式及靈敏度； 2）掌握直流電橋和交流電橋的平衡方法； 3）了解電橋在應(yīng)變測試中的應(yīng)用。 實驗儀器與系統(tǒng)框圖： 計算機，測試實驗軟件 ； 實驗原理： 電橋平衡條件：直流電橋 4231 RRRR ? ；交流電橋??? ????423104020301 ???? ZZZZ 。 應(yīng)變電橋輸出電壓表達式： 半橋單臂0041 eRRey ??；半橋雙臂0021 eRRey ??；全橋00 eRRey ??。 實驗內(nèi)容與步驟： 1）打開“測試實驗軟件 ”，進入實驗十二； 2）在直流電橋中分別選擇半橋單臂、半橋雙臂、全橋，單擊 輸出信號 ，觀察輸出電壓，并根據(jù)輸入信號和供橋電壓計算靈敏度； 3）在交流電橋中分別選擇半橋單臂、半橋雙臂、全橋，單擊 輸出信號 ，觀察輸出電壓，并根據(jù)輸入信號和供橋電壓計算靈敏度； 4）在 2）中單擊 電橋平衡 ，觀察直流電橋的平衡條件； 5）在 3）中單擊 電橋平衡 ，觀察交流電橋的平衡條件。 實驗報告要求（包括思考題）： 1）寫出實驗名稱 、目的。 2）對實驗過程得到的數(shù)據(jù)進行分析，并說明所采用的原理。 3）為什么平衡交流電橋必須同時調(diào)節(jié)電阻平衡和電容平衡？ （ 13）調(diào)制與解調(diào)原理實驗 試驗?zāi)康模? 1）了解調(diào)幅及解調(diào)的原理； 2）了解在調(diào)幅及解調(diào)過程中避免引起失真的必要條件。 22 實驗儀器與系統(tǒng)框圖： 計算機，測試實驗軟件 ； 實驗原理： 所謂調(diào)制就是使一個信號（載波）的某些參數(shù)在另一信號（調(diào)制信號）的控制下而發(fā)生變化的過程，輸出信號為已調(diào)制波。從已調(diào)制波中恢復(fù)出調(diào)制信號的過程為解調(diào)。 調(diào)制信號 ： 即被測量。 調(diào) 制器 ： 實質(zhì)上是一個乘法器，將一個高頻檢波信號（載波）與測試信號（調(diào)制信號）相乘，使高頻信號的幅值隨測試信號的變化而變化，實現(xiàn)調(diào)幅輸出調(diào)幅波。 調(diào)幅的目的是使緩變信號便于放大和輸出。 放大器 ：對調(diào)幅波進一步放大。 解調(diào)器 ：利用載波信號與調(diào)幅波的相位比得出原信號的幅值和極性。此過程為解調(diào)。 低通濾波器：濾去高頻成分，恢復(fù)原信號。 振蕩器 ：提供高頻振蕩信號作為載波。 實驗內(nèi)容與步驟： 1）打開“測試實驗軟件 ”，進入實驗十三； 2）輸入 fm=100Hz， f0=300Hz，觀察調(diào)幅過程的時域波形和頻譜； 3）輸入不同的 fo， fm值，觀察信號波形和頻譜的變化； 調(diào)制信號 載波信號 100?mf 500?f 100?mf 1000 ?f 100?mf 10000 ?f 4）選擇 失真方式 ，觀察失真現(xiàn)象； 5）選擇 不失真修正 ，觀察不失真的條件并分析原因。 調(diào)制信號 調(diào)制器 放大器 解調(diào)器 低通濾波器 輸出 振蕩器 23 實驗報告要求 （包括思考題）： 1）寫出實驗名稱、目的。 2）簡述調(diào)幅及解調(diào)的原理，畫出系統(tǒng)框圖。 3）調(diào)幅過程為什么會出現(xiàn)信號失真的現(xiàn)象？如何避免？ （ 14）動態(tài)電阻應(yīng)變儀工作原理實驗 試驗?zāi)康模? 1）掌握動態(tài)電阻應(yīng)變儀的工作原理 。 2）觀察各級輸出時域波形。 實驗儀器與系統(tǒng)框圖： 計算機，測試實驗軟件 ； 實驗原理： 被測量經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換成電信號經(jīng)電橋?qū)⑦@些電信號的變化變?yōu)殡妷夯螂娏鬏敵觯唇庹{(diào)），電橋輸出的調(diào)制波放大后經(jīng)相敏檢波（即解調(diào)）后經(jīng)過低通濾波器濾去高頻成分得到原信號。 實驗 內(nèi)容與步驟： 1）打開“測試實驗軟件 ”，進入實驗十四； 2）點擊圖中被測應(yīng)變量、載波、調(diào)幅波、放大后波形、解調(diào)后波形、還原后波形，觀察各級輸出波形。 實驗報告要求（包括思考題）： 1）寫出實驗名稱、目的。 2）畫出動態(tài)電阻應(yīng)變儀的系統(tǒng)框圖，并標(biāo)出各級輸出波形。 3）電橋的作用是什么？ （ 15） RC 調(diào)諧式濾波器的基本特性實驗 試驗?zāi)康模? 1）了解 RC 調(diào)諧式濾波器的基本參數(shù)； 2）掌握一階 RC 調(diào)諧式濾波器的頻率特性。 被測應(yīng)變量 電橋 放大 相敏檢波 低通 顯示 振蕩器 24 實驗儀器與系統(tǒng)框圖： 計算機，測試實驗軟件 ； 實驗原理： （ 1）濾波器的截止頻率 1cf ， 2cf ：幅頻特性曲線降為最大值的 21 倍時對應(yīng)的頻率為截止頻率。 （ 2）濾波器的帶寬 B ： B 表征帶通濾波器的頻率分辨能力， B 越小分辨率越高。對帶通濾波器有： 12 cc ffB ?? 。其中 2cf 為上截止頻率， 1cf 為下截止頻率。 （ 3）中心頻率 nf ：帶通濾波器的中心頻率 nf 定義為上下截止頻率的幾何平均值 21 c fff ? （ 4）品質(zhì)因數(shù) Q ： Q 表征帶通濾波器的頻率選擇性， BfQ n? 實驗內(nèi) 容與步驟： 1）打開“測試實驗軟件 ”，進入實驗十五； 2）在濾波器主要參數(shù)中輸入不同的值，觀察濾波效果； 3）觀察一階 RC 低通濾波器的頻率特性，以及 RC 值對頻率特性的影響； 4）觀察一階 RC 高通濾波器的頻率特性，以及 RC 值對頻率特性的影響； 5）觀察 RC 帶通濾波器的頻率特性，以及 RC 值對頻率特性的影響； 實驗報告要求（包括思考題）： 1）寫出實驗名稱、目的。 2）簡述實際 RC 調(diào)諧式濾波器的主要參數(shù)，并說明與理想濾波器的關(guān)系。 3）說明帶通濾波器與高、低通濾波器的關(guān)系。 4）能否用高、低通 濾波器串聯(lián)形成帶阻濾波器？ （ 16）倍頻程濾波器及其在噪聲測試中應(yīng)用 試驗?zāi)康模? 1）了解常用的兩種濾波器組：恒帶寬濾波器和恒帶寬比濾波器； 2）掌握恒帶寬比濾波器組的構(gòu)成，及各濾波器之間的關(guān)系； 2）掌握倍頻程濾波器的使用。 25 實驗儀器與系統(tǒng)框圖： 計算機，測試實驗軟件 ； 實驗原理： 恒帶寬濾波器組 恒帶寬比濾波器組： 每一個通濾波器的上、下截止頻率之間的關(guān)系為 12 2 c ff ? ， 兩相鄰帶通濾波器的中心頻率 mf ， 1?mf 之間的關(guān)系為 mnm ff 21 ?? ， 式中 n — 倍頻程數(shù)。 實驗內(nèi)容與步驟： 1）打開“測試實驗軟件 ”，進入實驗十六； 2）選擇恒帶寬濾波器，觀察濾波器的輸出頻譜； 3）選擇恒帶寬比濾波器，觀察濾波器的輸出頻譜，并與 2）作比較； 4）在恒帶寬比濾波器中，分別選擇倍頻程、 1/3 倍頻程、 1/5 倍頻程，觀察濾波器的輸出頻譜，并與 2）作比較。 實驗報告要求（包括思考題）： 1）寫出實驗名稱、目的。 2）簡述恒帶寬比濾波器組的構(gòu)成。 3）相關(guān)濾波為什么屬于恒帶寬濾波？ 26 第五章 信號處理初步 （ 17）抗混疊濾波與采樣定理 試驗?zāi)康模? 1）觀察模擬信號數(shù)字化過程中的混疊現(xiàn)象，掌握混疊產(chǎn)生的原因； 2）掌握避免混疊的兩個措施：抗混疊濾波，采樣定理，以及正確的參數(shù)設(shè)置； 3）觀察模擬信號的正確時域采樣。 實驗儀器與系統(tǒng)框圖： 計算機，測試實驗軟件 ； 實驗原理： 1）混疊現(xiàn)象是在時域采樣過程中產(chǎn)生的。 時域采樣，就是等時間間隔地取點。從數(shù)學(xué)處理上看，就是乘 以采樣函數(shù)，時域相乘相當(dāng)于頻域作卷積，就相當(dāng)于頻譜的周期延拓，即頻譜的搬移。 在頻域中，如果頻譜的搬移距離過小，搬移后的頻譜就會有一部分相互交疊，從而使新合成的頻譜與原頻譜不一致，無法準(zhǔn)確地恢復(fù)原時域信號，這種現(xiàn)象稱為 混疊 。 2）產(chǎn)生混疊現(xiàn)象的原因為： a) 采樣頻率 fs 太低，或采樣間隔 Ts 太大； b) 原模擬信號不是有限帶寬的信號，即信號的最高頻率 ??hf 。 3）為了避免混疊所采取的措施為： a) 對非有限帶寬的模擬信號，在采樣之前進行低通濾波，濾去高頻成分，使其成為限帶寬的的信號。這 種處理稱為抗混疊濾波。 b) 滿足采樣定理 hs ff 2? ，即采樣頻率必須大于信號最高頻率的 2倍以上。實際常取 cs ff )4~3(? ， fc為低通濾波的截止頻率。 4）從理論上來說，只要滿足了以上兩個條件，就可以從根本上避免混疊，保證正確的分析結(jié)果。但由于實際濾波器是非理想的，抗混疊濾波不可能完全衰減高頻成分，所以也不可能完全消除混疊。 27 實驗內(nèi)容與步驟： 1）打開“測試實驗軟件 ”，進入實驗一； 2）在典型信號中選擇指數(shù)函數(shù)，觀察信號的連續(xù)波形 及連續(xù)頻譜； 3）單擊 時域采樣 ，觀察原信號的離散波形及周期化的連續(xù)頻譜； 4）設(shè)置 濾波參數(shù) ，使原信號成為限帶寬信號，并根據(jù)采樣定理相應(yīng)設(shè)置 采樣參數(shù) ； 5）單擊 時域采樣 ，觀察限帶寬信號的離散波形及周期化的連續(xù)頻譜； 6）設(shè)置其他的濾波參數(shù)、采樣參數(shù)，重復(fù)上述過程，觀察不同參數(shù)對時域采樣后信號的波形及頻譜的影響。 實驗報告要求（包括思考題）： 1）畫出指數(shù)函數(shù)信號的連續(xù)波形及連續(xù)頻譜； 2）畫出原信號的離散波形及周期化的連續(xù)頻譜； 3）針對某組濾波參數(shù)、采樣參數(shù)，畫出限帶寬信號的離散波形及周期化的連續(xù)頻譜； 4）總結(jié)混疊產(chǎn)生的原因，及應(yīng)采取的避免措施； 5）為什么時域離散會導(dǎo)致頻譜周期化？ （ 18）窗函數(shù)與 FFT 譜的能量泄漏 試驗?zāi)康模? 1）觀察模擬信號數(shù)字化過程中的泄漏現(xiàn)象，掌握泄漏產(chǎn)生的原因； 2）掌握常見窗函數(shù)及其頻譜； 3）比較不同窗函數(shù)引起的泄漏，掌握它們的適用情況。 實驗儀器與系統(tǒng)框圖： 計算機，測試實驗軟件 ； 實驗原理： 1）泄漏現(xiàn)象是在時域截斷過程中產(chǎn)生的。 時域截斷，就是取有限長的信號。從數(shù)學(xué)處理上看，就是乘以有限寬矩形窗函數(shù)。時域相乘相當(dāng)于頻域作卷積，就相當(dāng)于 頻譜的周期延拓，即頻譜的搬移。 在頻域中，由于矩形窗函數(shù)的頻譜是一個無限帶寬的 sinc 函數(shù)，即使原模擬信號是有限帶寬的，截斷后也必然成為無限帶寬的，這種信號的能量 28 在頻率軸分布擴展的現(xiàn)象稱為 泄漏 。 2）產(chǎn)生泄漏現(xiàn)象的原因為：窗函數(shù)的頻譜是無限帶寬的。 3）從理論上說，泄漏是不可避免的，只能減小。而且由于截斷后信號成為無限帶寬的，不可避免會出現(xiàn)混疊。 但采用合適的窗函數(shù)（如常見典型窗函數(shù)），可以減小泄漏。 4）對于窗函數(shù)的評價標(biāo)準(zhǔn)為： a) 最大旁瓣與主瓣之比，其倍頻程衰減率；小的旁瓣可以減小泄漏。 b) 主瓣的