【正文】 x=sin(2*pi*25*t)。 %定義了一個 5 采樣點的離散信號 。列向量和行向量表示單通道信號，矩陣表示多通道信號，矩陣中的每一列表示一個通道。 頻率－幅值填記錄表： 頻率 幅值 實驗報告內(nèi)容 （ 1）用正弦激振法求系統(tǒng)固有頻率的原理； （ 2）根據(jù)記錄描點畫出幅頻特性，找出簡支梁的固有頻率； （ 3）實驗體會和改進意見。 4 實驗內(nèi)容 二 …… 用正弦激振法求 簡支梁 的固有頻率 實驗步驟 1) 將正弦信號發(fā)生器調(diào)至某頻率對簡支梁激振； 2) 將加速度器的信號送入電荷放大器，通過數(shù)據(jù)采集卡中的 AD 轉(zhuǎn)換器將數(shù)據(jù)采集到計算機，用虛擬儀器對采集到的振動信號進行幅值譜分析，記錄最高幅值。 注：因設(shè)備有限，本實驗為演示實驗 2 實驗儀器及連接 3 實驗內(nèi)容一 …… .―振動信號的頻譜分析 實驗步驟 （ 1）將正弦信號發(fā)生器調(diào)至某個頻率對簡支梁激振； （ 2）將加速度器的信號送入電荷放大器，通過數(shù)據(jù)采集卡中的 AD 轉(zhuǎn)換器將數(shù)據(jù)采集到計算機； （ 3） 用虛擬儀器對采集到的振動信號進行 頻譜分析。若能進入采集畫面，但不能進行證常采集 (BUSY不能變成 OK)，則檢查實驗儀與計算機的通訊線是否連接正常或看實驗儀是否開機。 2，按 開始 鍵不能進入采集畫面，或不能進行采集，請檢查 Windows調(diào)制解調(diào)器 選項中的 診斷 欄目，檢查 COM2是否存在或已被占用，或 COM4口的中斷號是否和 COM2相沖突。 采集故障分析 : 1178。功能是將實驗報告打印出來。 清除 鍵可以清除不需要的坐標曲線，建議進行數(shù)據(jù)采集之前按此鍵，以保證所采集到的數(shù)據(jù)為正確值。最高采集頻率為 lK左右，連續(xù)采集每幀坐標上同樣最多也可容 4條曲線，但頻譜曲線只是針對第一條而言。連續(xù)采集每幀坐標上采集點 數(shù)為 100點。電渦流傳感器中測試材料不同時的特性曲線之比較 。 22 圖（ 12） 設(shè)置界面 ③ 點擊 開始 按鈕進入數(shù)據(jù)采集圖（ 13），數(shù)據(jù)采集分單次采和連續(xù)采兩種模式，單次采每次最多采 30個點在坐標上顯示，坐標右邊排列為采集數(shù)值。 ② 點擊“設(shè)置”按鈕進入設(shè)置界面圖（ 12）。 4178。將 2號盤的執(zhí)行文件 CSY178。 dl四個文件拷入 Windows/95或以上操作系統(tǒng)的 System目錄下 (注意 *178。 dll、CommdIg178。 實驗軟件共兩張盤，實驗之前將 1號盤文件 (系統(tǒng)文件 )MSm32178。 ② COM2口不能被占用 。 21 3178。 2178。十二位 A/D轉(zhuǎn)換，精度為 1/2048，量程分 2OOMv、 lV、 lOV三檔，可以根據(jù)實驗采集電壓范圍選擇量程，以獲得較高精度。 2 實驗說明 1178。 6 思考題 1．說出壓電加速度計的結(jié)構(gòu)。當懸臂梁處于諧振狀態(tài)時振幅最大，此時示波器所觀察到的波形 VPP也最大，由此可以得出結(jié)論 :壓電加速度傳感器是一種對外力作用敏感的傳感器。按圖 (20)接線，低頻振蕩器輸出接 激振 Ⅱ 端，開啟電源，調(diào)節(jié)振動頻率與振幅，用示波器觀察低通濾波器輸出波形 。觀察了解壓電式加速度傳感器的結(jié)構(gòu) :由雙壓電陶瓷晶片、慣性質(zhì)量塊、壓簧、引出電極組裝于塑料外殼中。 3 實驗所需部件 壓電式傳感器、電荷放大器 (電壓放大器 )、低頻振蕩器、激振器、電壓 /頻率表、示波器。 2 實驗原理 壓電式傳感器是一種典型的有源傳感器 (發(fā)電型傳感器 )?？梢缘贸鼋Y(jié)論，磁電式傳感器是一種磁 —— 電、電 —— 磁轉(zhuǎn)換的雙向式傳感器。將 激振 I與 磁電 端接線互換，接通低頻振蕩器，觀察差動放大器的輸出波形。通過觀察，可以得出結(jié)論 :磁電式傳感器對速度敏感，電渦流式傳感器則對位置敏感，速度的變化對它影響不大。安裝好電渦流式傳感器，因為不要求進行位置測量，所以平面線圈與金屬渦流片的相對位置可以高些，以振動時不相碰為宜。開啟電源，調(diào)節(jié)振蕩頻率和幅度，觀察輸出波形。 4 實驗步驟 19 1178。儀器中的磁電式傳感器由動鐵與感應(yīng)線圈組成，永久磁鋼做成的動 鐵產(chǎn)生恒定的直流磁場，當動鐵與線圈有相對運動時，線圈與磁場中的磁通交鏈產(chǎn)生感應(yīng)電勢， e與磁通變化率成正比，是一種動態(tài)傳感器。 2 實驗原理 磁電式傳感器是一種能將非電量的變化轉(zhuǎn)為感應(yīng)電動勢的傳感器，所以也稱為感應(yīng)式傳感器。 18 2．電渦流傳感器經(jīng)常用在那些場合？ 3．請具體說出電渦流傳感器在測厚、無損探傷、測轉(zhuǎn)速方面的工作原理。 2． 直流穩(wěn)壓電源 10V和接地端接電橋直流調(diào)平衡電位器 WD兩端。 5 注意事項 : 1． 當渦流變換器接入電渦流線圈處于工作狀態(tài)時，接入示波器會影響線圈的阻抗，使變換器的輸出電壓減小。 4178。 3178。 2178。按圖 (9)接線，將平面線圈安裝在最佳工作點，直流穩(wěn)壓電源置土 lOV檔，差動放大器在這里僅作為一個電平移動電路，增益置最小處 (1倍 )。將 V、 X數(shù)據(jù)填入下表，作出 V一 X曲線，指出線性范圍，求出靈敏度。渦流變換器中的振蕩電路 停振。 3178。開啟儀器電源，用測微頭將電渦流線圈與渦流片分開一定距離，此時輸出端有一電壓值輸出。渦流變換器輸出端接電壓表 2OV檔。安裝好電渦流線圈和金屬渦流片，注意兩者必須保持平行。 17 3 實驗所需部件 : 電渦流線圈、金屬渦流片、電渦流變換器、測微頭、示波器、電壓表、 直流穩(wěn)壓電源、電橋、差動放大器、低頻振蕩器、激振器。當平面線圈、被測體 (渦流片 )、激勵源己確定，并保持環(huán)境溫度不變，阻抗 Z只與 X距離有關(guān)。 實驗 8 電渦流式傳感器的靜態(tài)標定及振幅測量 1 實驗?zāi)康? 了解電渦流傳感器的結(jié)構(gòu)、原理、工作特性。由此可以得出結(jié)論，光電開關(guān)受外界影響較小，工作可靠性較高。將一較強光源照射儀器轉(zhuǎn)盤上方，觀察測試 方波是否正常。 4178。開啟電源，打開電機開關(guān)，調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速。安裝好光電傳感器位置，勿與轉(zhuǎn)盤盤面相擦。 光電傳感器“光電”端接光電變換器 端， VF端接示波器和電壓 /頻率表 2KHz檔。 3 實驗所需部件 光電傳感器、光電變換器、測速電機及轉(zhuǎn)盤、電壓 /頻率表 2KHz檔、示波器。 實驗 7 光電傳感器的應(yīng)用一光電轉(zhuǎn)速測試 1 實驗?zāi)康? 了解光電開關(guān)的原理和應(yīng)用。 2. 將低頻振蕩器輸出接到“激振 Ⅰ ”上，給振動臺加一交變力，使振動臺能上下振動 ，用示波器觀察系統(tǒng)輸出波形是否對稱，如不對稱則需對電橋、移相器作些調(diào)整。由于電橋輸出是一個調(diào)幅波，因此必須經(jīng)過相敏檢波后才能判斷電壓極性，以銜鐵位置居中位置為起點，分別向上，向下各位移 5mm，記錄 V、 X值，作出 V—— X 曲線，求出靈敏度。 音頻振蕩器A差放 相敏OOLLWR 3R 2DW低通V電壓表LV12移相器 圖（ 6） 2. 旋動測微頭使銜鐵在線圈中位置居中，此時 Lo′ =LO″ ,系統(tǒng)輸出為零。 14 4 實驗步驟： 位移測量 1. 差動變壓器二個次級線圈組成差動狀態(tài)，按圖（ 6）接線，音頻振蕩器 LV 端作為恒流源供電，差動放大器增益適度。次級二個線圈必須成差動狀態(tài)連接，當銜鐵移動時將使一個線圈電感增加，而另一個線圈的電感減小。 2 實驗原理 利用差動變壓器的兩個次級線圈和銜鐵組成。 2. 銜鐵位置可松開支 架上小螺絲稍做上、調(diào)節(jié)。 3．維持低頻振蕩器輸出幅度不變，用示波器觀察低通濾波器的輸出，電壓 /頻率表 2KHZ 13 擋接低頻輸出端，改變震蕩頻率從 5HZ～ 30HZ，讀出 Vopp 值，填入下表： f (HZ) Vopp ４ ．根據(jù)實驗結(jié)果作出震動臺的振幅 —— 頻率特性曲線，指出自振頻率，并與實驗十二應(yīng)變電橋所測結(jié)果作比較。 3 實驗步驟 1．按圖（ 3）接好線調(diào)節(jié)好系統(tǒng)各部分。 5 思考題 1． 接成差動型有哪些優(yōu)點？如不接成差動型會導(dǎo)致那些后果？ 2． 差動變壓器式傳感器與可變磁阻式傳感器各自的工作原理是什么？ 位移 mm 電壓 V 12 實驗 5 差動變壓器的振動測量 1 實驗?zāi)康? 了解差動變壓器的實際使用。 4． 旋動測微頭，帶動銜鐵向上 5mm，向下 5mm 位移，每旋一周（ ）記錄一電壓值并填入表格。 3． 旋動測微頭是銜鐵在線圈中上、下有一個較大的位移，用電壓表和示波器觀察系統(tǒng)輸出是否正負對稱。 3 實驗步驟 1． 按圖（ 5）接線，差動放大器增益適度，音頻振蕩器 LV 端輸出 5KHZ， Vpp 值２ V。 4． 應(yīng)變片接入電橋時為什么要接成差動形式 ?如果不接成差動形式會產(chǎn)生什么后果 ? 10 實驗 4 差動變壓器的標定 1 實驗?zāi)康? 說明差動變壓器測試系統(tǒng)的組成和標定方法。再求平均值，以后實驗中凡需過零的實驗均可采用此種方法。 5．直流激勵電壓不能過大，以免造成應(yīng)變片自熱損壞。 3．穩(wěn)壓電源不要對地短路。 ３．在同一坐標上描出 V一 X曲線，比較三種橋路的靈敏度，并做出定性的結(jié) 4 注意事項 1．實驗前應(yīng)檢查實驗接插線是否完好，連接電路時應(yīng)盡量使用較短的接插線，以避免引入干擾。 半橋 雙臂和全橋 １．在完成半橋單臂的基礎(chǔ)上， 不變動差動放大器增益和調(diào)零電位器，依次將圖 (4)中電橋固定電阻 R R R3換成箔式應(yīng)變片，分別接成半橋和全橋測試系統(tǒng)。 4，旋動測微頭，帶動懸臂梁分別作向上和向下的運動，以水平狀態(tài)下輸出電壓為零，向上和向下移動各 5mm，測微頭每移動 ，并列表。 圖（ 4） 3．確認接線無誤后開啟儀器電源，并預(yù)熱數(shù)分鐘。直流激勵電源為 士4v。 2．按圖 (4)將實驗部件用實驗線連接成測試橋路。拔掉短路線，指針有偏轉(zhuǎn)是有源指針式電壓表輸入端懸空時的正常情況。調(diào)零后電位器位置不要變化。開啟儀器電源，差動放大器增益置 100倍 (順時針方向旋到底 )， 十、一 輸入端用實驗線對地短路。 3 實驗所需部件 直流穩(wěn)壓電源 (士 4V檔，、電橋、差動放大器、箔式應(yīng)變片、測微頭、電壓表。當使用一個應(yīng)變片時，∑ R＝Δ R／ R；當二個應(yīng)變片組成差動狀態(tài)工作，則有∑ R＝ 2Δ R／ R；用四個應(yīng)變片組成二個差動對工作，且 R1=R2=R3=R4=R，∑ R＝ 4Δ R／ R。通過測量電路，轉(zhuǎn)換成電信號輸出顯示。 應(yīng)變片是最常用的測力傳感元件。 ３． 比較各橋路間的輸出關(guān)系。 實驗 3 箔式應(yīng)變片性能 — 單臂、半橋、全橋 1 實驗?zāi)康? １． 觀察了解箔式應(yīng)變片的 結(jié)構(gòu)及粘貼方式。) 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500051015S p e c t r u m 3. 實驗內(nèi)容二的設(shè)計原理、 Matlab程序和實驗結(jié)果圖形。 7 subplot(212),plot(f,Pyy(1:256)),title(39。 Pyy=abs(Y)/195。 y=3*sin(2*pi*50*t)+7*sin(10*pi*50*t)+12*sin(15*pi*50*t)。 （ 4）柵欄效應(yīng) 如何才能提高頻率分辨率？采樣點數(shù) N、采樣頻率 sf 起何作用？用例子說明。 （ 3）量化誤差 a）對信號 ( ) s in ( 2 )x t ft?? 進行采樣， 1000?sf Hz，采集 N＝ 64 點。 設(shè)備： PC機；軟件： Matlab 3 實驗內(nèi)容 1. 畫出 x(t)=3sin(2? f t)+ 7sin(10? f t)+ 12sin(15? f t)的幅值譜圖 (f=50Hz)。 6 實驗 2 用 FFT 對信號進行頻譜分析 1 實驗?zāi)康? 1. 學(xué)習(xí)使用 Matlab，學(xué)會用 Matlab提供的函數(shù)對信號進行頻譜分析； 2. 掌握采樣定理； 3. 理解加窗對頻譜分析的影響； 4. 理解量化誤差對頻譜分析的影響； 5. 掌握采樣點數(shù) N、采樣頻率 sf 、數(shù)據(jù)長度對頻譜分析的作用。Spec