【正文】 通過(guò)回轉(zhuǎn)軸徑向運(yùn)動(dòng)誤差的測(cè)定，可了解回轉(zhuǎn)軸的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和判斷產(chǎn)生誤差運(yùn)動(dòng)的原因。后一種移動(dòng)稱為該點(diǎn)的徑向運(yùn)動(dòng)誤差。但實(shí)際上，由于存在軸承、軸頸和支承孔的加工誤差，軸承靜、動(dòng)載荷的變化等原因，回轉(zhuǎn)軸線的空間位置是在不斷變化的，即回轉(zhuǎn)軸現(xiàn)在其余五個(gè)自由度上的位移并不為零，產(chǎn)生了“不需要”的運(yùn)動(dòng)。 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求（包括思考題）： 1）畫出系統(tǒng)框圖，簡(jiǎn)要說(shuō)明各部分的功能； 2）畫出測(cè)得的幅頻特性曲線、相頻特性曲線 ； 3）說(shuō)明如何根據(jù)幅頻特性曲線、相頻特性曲線估計(jì)系統(tǒng)的固有頻率、阻尼比。 6）信號(hào)發(fā)生器的作用是產(chǎn)生所需要的激勵(lì)信號(hào)。 懸 臂 梁 一 階 固 有 頻 率 的 理 論 計(jì) 算 公 式 為? ?HZSEILAf n ?? ?? 022 式中 E梁的彈性模量 E= 1011Pa Io梁橫截面慣性矩 Io= 1010m4 L懸臂梁長(zhǎng)度 L= S。由 此輸出的掃頻正弦信號(hào)經(jīng)功率放大器、激振器，激起被測(cè)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生強(qiáng)迫振動(dòng)，并由壓電加速度計(jì)拾取振動(dòng)信號(hào)，經(jīng)過(guò)預(yù)處理輸入 AD 轉(zhuǎn)換器，變?yōu)閿?shù)字量經(jīng) ISA 總線輸入計(jì)算機(jī)。但是，積分放大器存在一定的誤差，將降低儀器的使用范圍。 電荷放大器的主要參數(shù)為靈敏度的調(diào)節(jié)，針對(duì)配套使用的壓電式加速度計(jì)，調(diào)節(jié)電荷放大器的靈敏度，與壓電式加速度計(jì)的電荷靈敏度一樣。 靈敏度有電荷靈敏度和電壓靈敏度之分，分別后接電荷放大器和電壓放大器。 屬于絕對(duì)式、接觸式拾振器，用于測(cè)量振動(dòng)加速度。 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟： 1）選擇被測(cè)對(duì)象，固定壓電加速度傳感器； 2）根據(jù)系統(tǒng)框圖連線，按照要求設(shè)置電荷放大器、抗混疊濾波器、積分放大器； 3）打開信號(hào)采集分析系統(tǒng) SDAS2，首先設(shè)置采樣參數(shù)； 39 4）單擊 開始采樣 ，開始采樣，觀察振動(dòng)信號(hào)的時(shí)域波形； 5）對(duì)已經(jīng)存入硬盤的振動(dòng)數(shù)據(jù)，進(jìn)行各種分析，如幅值譜、功率譜等（詳細(xì)可參加第一章、第五章基礎(chǔ)理論實(shí)驗(yàn)）。采樣速度取決于 A/D 轉(zhuǎn)換器的速度，量化精度取決于A/D 轉(zhuǎn)換器的長(zhǎng)度。但是，積分放 大器存在一定的誤差，將降低儀器的使用范圍。 電荷放大器的主要參數(shù)為靈敏度的調(diào)節(jié)，針對(duì)配套使用的壓電式加速度計(jì)，調(diào)節(jié)電荷放大器的靈敏度，與壓電式加速度計(jì)的電荷靈敏度一樣。 靈敏度有電荷靈敏度和電壓靈敏度之分，分別后接電荷放大器和電壓放大器。 屬于絕對(duì)式、接觸式拾振器，用于測(cè)量振動(dòng)加速度。 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟： 1）打開“測(cè)試實(shí)驗(yàn)軟件 ”，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)五； 2）在典型信號(hào)中選擇正弦信號(hào)，觀察信號(hào)的自功率譜； 3）在典型信號(hào)中選擇正弦信號(hào) +噪聲，觀察信號(hào)的自功率譜； 4）在典型信號(hào)中分別選擇正弦信號(hào)和矩形波，觀察兩個(gè)信號(hào)的互功率譜； 5）給定一個(gè)系統(tǒng)的輸入和輸出，分別求其自功率譜和互功率譜，然后確定系統(tǒng)的頻率響應(yīng)函數(shù)，及相干函數(shù)。 段數(shù)越多， q 越大，則估計(jì)方差越小。而更多的是由功率譜反求相關(guān)函數(shù)。 若對(duì)正在運(yùn)行的系統(tǒng)施以特定的已知擾動(dòng) z(t)，保證 z(t)與其他各輸入 量 無(wú) 關(guān) ， 系 統(tǒng) 的 響 應(yīng) 為 y(t) ， 則 可 得 系 統(tǒng) 的 頻 響 函 數(shù))( )()( fS fSfH zzy?。 4）互功率譜密度函數(shù)（互功率譜）（互譜） )()( fSR xyxy ? ??? ??? ?????????????????dfefSRdeRfSfjxyxyfjxyxy???????22)()()()(從信號(hào)的自功率譜密度函數(shù)引申而來(lái)，沒(méi)有明確的物理意義。 理論上周期信號(hào)的頻譜是脈沖函數(shù)，在某特定頻率上的能量是無(wú)限的。 實(shí)驗(yàn)儀器與系統(tǒng)框圖： 計(jì)算機(jī)，測(cè)試 實(shí)驗(yàn)軟件 ； 實(shí)驗(yàn)原理： 1）自功率譜密度函數(shù)（自功率譜）（自譜） )()( fSR xx ? ??? ??? ?????????????????dfefSRdeRfSfjxxfjxx???????22)()()()(其物理意義為信號(hào)的功率功率密度沿頻率軸的分布，即當(dāng) τ =0 時(shí)，202 )()(1lim)0( xxTTx dffSdttxTR ??????????? ，所以 )(fSx 曲線下和頻率軸所包圍的面積就是信號(hào)的平均功率。而在數(shù)字信號(hào)處理中，信號(hào)時(shí)序的增減就表示它沿時(shí)間軸平移，很容易實(shí)現(xiàn)，所以實(shí)際上相關(guān)處理都是用數(shù)字技術(shù)來(lái)完成的。因此，只要將激振信號(hào)和響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行互相關(guān)處理，就可以得到由激振引起的響應(yīng) 32 幅值和相位差，從而消除噪聲干擾的影響，這種處理方法就是相關(guān)濾波。 ④ )()( )()( ?? ?? ???? yxxy yxxy RR RR，即互相關(guān)函數(shù)不是偶函數(shù)。 ② 確定信號(hào)中的周期成分，并進(jìn)一步分析其起因。 ④ )()( ?? xx RR ?? ，即自相關(guān)函數(shù)是偶函數(shù)。 （ 20）信號(hào)的相關(guān)分析 試驗(yàn)?zāi)康模? 1）掌握信號(hào)進(jìn)行相關(guān)分析的原理； 2）熟悉典型信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)； 3）熟悉不同典型信號(hào)之間的互相關(guān)函數(shù)。具體的實(shí)施就是合理設(shè)置采樣頻率和采樣長(zhǎng)度，使所截取的信號(hào)正好為其周期的整數(shù)倍。 b) 不采用 DFT 算法，而采用其他算法把時(shí)間序列變換為頻譜序列。而時(shí)域采樣如滿足采樣定理，柵欄效應(yīng)不會(huì)有太大的影響。從數(shù)學(xué)處理上看，就是乘以頻率采樣函數(shù)。 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟： 1）打開“測(cè)試實(shí)驗(yàn)軟件 ”，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)二； 2）在典型信號(hào)中選擇指數(shù)函數(shù)，觀察信號(hào)的連續(xù)波形及連續(xù)頻譜； 3）正確設(shè)置 濾波參數(shù) 、 采樣參數(shù) ，單擊 時(shí)域采樣 ，觀察限帶寬信號(hào)的離散波形及周期化的連續(xù)頻譜； 4）在 加窗 中選擇矩形窗，單擊 時(shí)域截?cái)?，觀察限帶寬信號(hào)的離散波形及周期化的連續(xù)頻譜； 5）選擇不同的窗函數(shù)，重復(fù)上述過(guò)程，觀察圖象變化。而且由于截?cái)嗪笮盘?hào)成為無(wú)限帶寬的，不可避免會(huì)出現(xiàn)混疊。時(shí)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。 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求（包括思考題）： 1）畫出指數(shù)函數(shù)信號(hào)的連續(xù)波形及連續(xù)頻譜； 2）畫出原信號(hào)的離散波形及周期化的連續(xù)頻譜； 3）針對(duì)某組濾波參數(shù)、采樣參數(shù)，畫出限帶寬信號(hào)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(shí)域離散會(huì)導(dǎo)致頻譜周期化？ （ 18）窗函數(shù)與 FFT 譜的能量泄漏 試驗(yàn)?zāi)康模? 1）觀察模擬信號(hào)數(shù)字化過(guò)程中的泄漏現(xiàn)象，掌握泄漏產(chǎn)生的原因； 2）掌握常見(jiàn)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(shí)際常取 cs ff )4~3(? ， fc為低通濾波的截止頻率。 2）產(chǎn)生混疊現(xiàn)象的原因?yàn)椋? a) 采樣頻率 fs 太低，或采樣間隔 Ts 太大； b) 原模擬信號(hào)不是有限帶寬的信號(hào)，即信號(hào)的最高頻率 ??hf 。 實(shí)驗(yàn)儀器與系統(tǒng)框圖： 計(jì)算機(jī)，測(cè)試實(shí)驗(yàn)軟件 ； 實(shí)驗(yàn)原理： 1）混疊現(xiàn)象是在時(shí)域采樣過(guò)程中產(chǎn)生的。 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟： 1）打開“測(cè)試實(shí)驗(yàn)軟件 ”，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)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。 2）簡(jiǎn)述實(shí)際 RC 調(diào)諧式濾波器的主要參數(shù)，并說(shuō)明與理想濾波器的關(guān)系。 （ 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。 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求（包括思考題）： 1）寫出實(shí)驗(yàn)名稱、目的。 3）調(diào)幅過(guò)程為什么會(huì)出現(xiàn)信號(hào)失真的現(xiàn)象？如何避免？ （ 14）動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀工作原理實(shí)驗(yàn) 試驗(yàn)?zāi)康模? 1）掌握動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀的工作原理 。 振蕩器 ：提供高頻振蕩信號(hào)作為載波。 放大器 ：對(duì)調(diào)幅波進(jìn)一步放大。從已調(diào)制波中恢復(fù)出調(diào)制信號(hào)的過(guò)程為解調(diào)。 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求（包括思考題）： 1）寫出實(shí)驗(yàn)名稱 、目的。 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求（包括思考題）： 1）壓電傳感器能測(cè)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(hào)調(diào)理、處理和記錄 （ 12）電橋在應(yīng)變測(cè)試中的應(yīng)用 試驗(yàn)?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(cè)試中的應(yīng)用。對(duì)于復(fù)雜振動(dòng)的波形分析，各諧波的相位關(guān)系是不可缺少的。 幅值：幅值是振動(dòng)強(qiáng)度的標(biāo)志，它可以用峰值、有效值、平均值等方法來(lái)表示。 實(shí)驗(yàn)原理： 1） 壓電式加速度傳感器在振動(dòng)測(cè)試領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛，可以測(cè)量各種環(huán)境中的振動(dòng)量。 實(shí)驗(yàn)報(bào)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(cè)上？ 2） 電渦流傳感器如何安裝？ 3）根據(jù)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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。 根據(jù)以上數(shù)據(jù)，找出傳感器與被測(cè)體間的最佳工作距離和起始點(diǎn)。 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟： 1）觀察渦流傳感器的外形； 2）按照使用說(shuō)明書安裝渦流傳感器； 3）觀察傳感器的輸出信號(hào)，然后采集。 渦流及其反作用磁場(chǎng)對(duì)代表金屬試件物理和工藝性能的多種參數(shù)有反應(yīng)，因此是一種多用途的試驗(yàn)方法。 18 3）渦流檢測(cè)不需要改變?cè)嚰男螤?，也不?huì)影響試件的使用性能，因此，是一種無(wú)損地評(píng)定試件有關(guān)性能和發(fā)現(xiàn)試件有無(wú)缺陷等的檢測(cè)方法。則線圈特征阻抗可用 Z=F(τ , ξ , б , D, I, ω )函數(shù)來(lái)表示。 2）探頭、 (延伸電纜 )、前置器以及被測(cè)體構(gòu)成基本工作系統(tǒng)。 3）測(cè)試系統(tǒng)。需采用應(yīng)變花。 因此， 應(yīng)變 片 式傳感器在使用之前必須進(jìn)行標(biāo)定，以確定傳感器的靈敏度。 實(shí)驗(yàn)儀器與系統(tǒng)框圖： 1）電阻應(yīng)變式 傳感器； 2）電阻應(yīng)變儀； 3）測(cè)試系統(tǒng)。 3）畫出 nf =20 時(shí)，改變?chǔ)沃档亩A測(cè)試系統(tǒng)幅、相頻曲線，并分析ξ對(duì)測(cè)量裝置的影響。 改變?chǔ)沃?，確定 nf ＝２０值， ? ?Hzf 1000?? 變化，畫出幅頻、相頻曲線，分析改變?chǔ)螌?duì)測(cè)量裝置的影響，求出最佳阻尼。 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟： 1）打開“測(cè)試實(shí)驗(yàn)軟件 ”，進(jìn)入“無(wú)失真測(cè)試”實(shí)驗(yàn)。 2）了解參數(shù)τ變化對(duì)一階測(cè)試裝置不失真測(cè)試范圍的影響。觀察時(shí)間常數(shù)τ對(duì)系統(tǒng)頻域特性的影響。 2） 取 固有頻率 ωn=20， 100Hz，觀察二階系統(tǒng)的 幅 、相 頻特性 曲線，實(shí)、虛頻特性曲線，以及乃奎斯特圖。 在 ω = ωn 附近，系統(tǒng)幅頻特性受阻尼比影響極大，當(dāng) ω≈ω n 時(shí) ，系統(tǒng)發(fā)生共振。觀察時(shí)間常數(shù)τ對(duì)系統(tǒng)時(shí)域特性的影響。 3） 仍取以上三個(gè)時(shí)間常數(shù)，觀察一階系統(tǒng)的單位脈沖響應(yīng)和單位階躍響應(yīng)。 一階系統(tǒng)的幅頻特性為2)(11)( ??? ??A ，相頻特性為)()( ???? arctg?? 。 3） 心得體會(huì)及對(duì)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)意見(jiàn) （ 6）一階系統(tǒng)頻率響應(yīng)實(shí)驗(yàn) 試驗(yàn)?zāi)康模? 1） 了解一階系統(tǒng)的 時(shí)域 響應(yīng)函數(shù)； 12 2） 掌握一階系統(tǒng)的頻率響應(yīng)函數(shù)。 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求（包括思考題）： 1） 寫出實(shí)驗(yàn)名稱、目的，及畫出實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)框圖； 2） 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理 — 電阻應(yīng)變式測(cè)力傳感器靜態(tài)特性指標(biāo)評(píng)定。加載： 100， 200， 300， 400， 500（ g）記錄讀數(shù)。然后將開關(guān)旋到“靜”的位置，再調(diào)節(jié)“電阻平衡”使指針指于零位。 3） 檢查指示器指針是否準(zhǔn)確的停止在機(jī)械零位，否則必須校正后方可工作。） 4） 用萬(wàn)用表檢查有無(wú)短路、斷路，引線與等強(qiáng)度梁間的絕緣電阻應(yīng)大于150MΩ。 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟： 4． 1 粘貼應(yīng)變片 1） 惠斯登電橋挑選兩個(gè)電阻值 120Ω左右的電阻應(yīng)變片 ,阻值差小于。 3）掌握用分析軟件對(duì)靜態(tài)裝置靜態(tài)特性的標(biāo)定方法。 9 2) 其他統(tǒng)計(jì)特征參數(shù)還有很多，具體可見(jiàn)參考 [11]。 2） 當(dāng)該函數(shù)未知時(shí)，可以用統(tǒng)計(jì)概率分布圖和直方圖來(lái)估計(jì)。 5） 以上提到的頻譜分析，當(dāng)在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)時(shí)，均采用的是離散傅立葉變換 DFT。 實(shí)驗(yàn)儀器與系統(tǒng)框圖： 計(jì)算機(jī)，測(cè)試實(shí)驗(yàn)軟件 ； 實(shí)驗(yàn)原理： 1） 信號(hào)的頻域描述，反映的是信號(hào)的頻率結(jié)構(gòu)和各頻率成分的幅值、相位關(guān)系。而當(dāng)周期信號(hào)已知時(shí)，可確定各諧波分量的系數(shù)，將其分解。 五、完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告： 1． 寫出實(shí)驗(yàn)方案； 2． 對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)分析處理，比較被測(cè)試件的實(shí)驗(yàn)測(cè)試參數(shù)與理論計(jì)算參數(shù)，并加以分析； 3． 談?wù)勗搶?shí)驗(yàn)的心得體會(huì)及建議。為了方便學(xué)生自學(xué)與復(fù)習(xí)，本書按教材章