《機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)》課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求.doc

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《機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)》課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求 一、實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求 實(shí)驗(yàn)教學(xué)分為課外虛擬儀器仿真實(shí)驗(yàn)，課內(nèi)必修驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，課內(nèi)必修設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步的選修開(kāi)放實(shí)驗(yàn)四部分。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，加深學(xué)生對(duì)重點(diǎn)教學(xué)內(nèi)容的理解和掌握，培養(yǎng)學(xué)生機(jī)械量測(cè)試的方案設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、分析技能。 （一）課外虛擬儀器仿真實(shí)驗(yàn)：數(shù)字濾波，自譜與自相關(guān)分析儀，互相關(guān)分析儀，F(xiàn)FT分析，隨機(jī)信號(hào)分析，雙通道動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀，在《測(cè)試技術(shù)學(xué)習(xí)網(wǎng)》中。學(xué)生課外自己做。 （二）課內(nèi)必修實(shí)驗(yàn)（兩個(gè)）： 1、 電阻應(yīng)變片的粘貼技術(shù)及動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀的使用及應(yīng)變式測(cè)力（驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)）， 2學(xué)時(shí) 2、機(jī)械量測(cè)試及分析（設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)），4學(xué)時(shí) 由測(cè)試技術(shù)學(xué)習(xí)網(wǎng)站列出的3個(gè)機(jī)械量測(cè)試及分析實(shí)驗(yàn)中，選一個(gè)實(shí)驗(yàn)。 （三）選修實(shí)驗(yàn) 可多選機(jī)械量測(cè)試及分析實(shí)驗(yàn)。進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生機(jī)械量測(cè)試的試驗(yàn)和分析技能。 二、實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式 基于網(wǎng)上資源的《測(cè)試技術(shù)》開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)。 在校園網(wǎng)上有專業(yè)的測(cè)試技術(shù)學(xué)習(xí)網(wǎng)站： （http://www.wyu.edu.cn/stations/csjsweb/）。 學(xué)生可在教學(xué)實(shí)驗(yàn)專欄中了解實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求，學(xué)習(xí)或下載實(shí)驗(yàn)課教程。 下載課外虛擬儀器仿真實(shí)驗(yàn)，自己做。 下載電阻應(yīng)變片的粘貼技術(shù)及動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀的使用及應(yīng)變式測(cè)力（驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)）的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)，預(yù)約后來(lái)實(shí)驗(yàn)室完成實(shí)驗(yàn)， 查閱所列出的必修和增選項(xiàng)目及要求，按項(xiàng)目要求查訊實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的全部?jī)x器設(shè)備及下載使用說(shuō)明書(shū)等資料，查訊與某實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目相關(guān)的知識(shí)要點(diǎn)，學(xué)生自主選擇并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，在網(wǎng)上與教師或同學(xué)討論，網(wǎng)上申報(bào)所選擇的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和提交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，教師修改、批準(zhǔn)后學(xué)生來(lái)實(shí)驗(yàn)室領(lǐng)取儀器設(shè)備組成系統(tǒng)完成所選擇或設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)，網(wǎng)上提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告。 三、實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容及要求 （一）虛擬儀器仿真實(shí)驗(yàn)（上網(wǎng)下載）（共6項(xiàng)） 1、數(shù)字濾波 Bottworth數(shù)字濾波器，可選低通、高通、帶通、帶阻，被濾波信號(hào)是一寬帶白噪聲?？稍O(shè)置濾波器的階數(shù)、信號(hào)的采樣頻率、采樣點(diǎn)數(shù)、濾波器的低通截止頻率、高通截止頻率。觀察濾波前后波形，濾波器的幅頻及相頻特性。 2、 自譜與自相關(guān)分析儀 觀察四種典型隨機(jī)信號(hào)的自功率譜圖與自相關(guān)圖。四種隨機(jī)信號(hào)是：正弦加白噪聲、沖擊響應(yīng)、隨機(jī)初相位正弦、某結(jié)構(gòu)隨機(jī)振動(dòng)。自譜分析時(shí)的平均次數(shù)可設(shè)置。 3、互相關(guān)分析儀 觀察正弦加白噪聲或階躍加白噪聲的信號(hào)，在不同時(shí)差下的互相關(guān)函數(shù)的形態(tài)。 4、 FFT分析 觀察六種典型確定性信號(hào)的FFT分析結(jié)果。信號(hào)樣本點(diǎn)數(shù)和初相角可設(shè)置。六種典型信號(hào)是：正弦波、三角波、方波、鋸齒波、整流波、負(fù)指數(shù)函數(shù)。 5、隨機(jī)信號(hào)分析 觀察五種典型隨機(jī)信號(hào)的時(shí)域波形，自相關(guān)函數(shù)、自功率譜圖、概率密度函數(shù)。五種隨機(jī)信號(hào)是高斯白噪聲、周期寬帶白噪聲、均勻白噪聲、正弦加白噪聲、隨機(jī)初相位正弦。統(tǒng)計(jì)分析的平均次數(shù)可設(shè)置 6、雙通道動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀 一白噪聲（A通道）輸入一線性系統(tǒng)，得輸出信號(hào)（B通道）。觀察輸入、輸出信號(hào)的時(shí)域波形，幅值譜圖，自功率譜圖；觀察輸入、輸出的互相關(guān)圖，互功率譜圖，凝聚函數(shù)圖，觀察系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)函數(shù)圖、頻率響應(yīng)函數(shù)圖。平均次數(shù)，采樣頻率，子樣本長(zhǎng)，時(shí)域窗等均可設(shè)置。 （二）電阻應(yīng)變片的粘貼技術(shù)及動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀的使用及應(yīng)變式測(cè)力 實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)（上網(wǎng)下載）。 （三）機(jī)械量測(cè)試及分析（設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，目前有3個(gè)項(xiàng)目） 電阻應(yīng)變片的粘貼技術(shù)及動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀的使用及應(yīng)變式測(cè)力 （驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)） 電阻應(yīng)變片的粘貼技術(shù) 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1.初步掌握常溫用電阻應(yīng)變片的粘貼技術(shù)。 2.為后續(xù)電阻應(yīng)變測(cè)量的實(shí)驗(yàn)做好在試件上粘貼應(yīng)變片、接線、防潮、檢查等準(zhǔn)備工作。 二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 掌握應(yīng)變片的粘貼方法與技巧。 三、實(shí)驗(yàn)方法和步驟 1.選片： 在確定采用那種類型的應(yīng)變計(jì)后，用肉眼或放大鏡檢查絲柵是否平行，有否霉點(diǎn)、銹點(diǎn)、用數(shù)字式萬(wàn)用表測(cè)量各應(yīng)變片電阻值，選擇電阻值差在土0．5歐姆內(nèi)的8~10枚應(yīng)變片供粘貼用。 2.測(cè)點(diǎn)表面的清潔處理： 為使應(yīng)變計(jì)與被測(cè)試件貼得牢,對(duì)測(cè)點(diǎn)表面要進(jìn)行清潔處理。首先把測(cè)點(diǎn)表面用砂輪，銼刀或砂紙打磨；使測(cè)點(diǎn)表面平整并使表面光潔度達(dá)。然后用棉花球蘸丙酮擦洗表面的油污，到棉花球不黑為止。然后用劃針在測(cè)片位置處劃出應(yīng)變計(jì)的座標(biāo)線。打磨好的表面，如暫時(shí)不貼片，可涂以凡士林等防止氧化。 如果測(cè)量對(duì)象為混凝土構(gòu)件，則須用噴漿方法把表面墊平。然后同樣進(jìn)行表面打磨清洗等工作。此外，在貼片部位，還得先涂一層隔潮層,可采用環(huán)氧樹(shù)脂膠或用鋁箔紙，應(yīng)變計(jì)就貼于隔潮底層上。 3.貼片： 在測(cè)點(diǎn)位置和應(yīng)變計(jì)的底基面上，涂上薄薄一層膠水，一手捏住應(yīng)變片引出線，把應(yīng)變計(jì)軸線對(duì)準(zhǔn)座標(biāo)線,上面蓋一層聚乙烯塑料膜作為隔層，用手指在應(yīng)變計(jì)的長(zhǎng)度方向滾壓，擠出片下汽泡和多余的膠水，直到應(yīng)變計(jì)與被測(cè)物緊密粘合為止。手指保持不動(dòng)約1分鐘后再放開(kāi)，注意按住時(shí)不要使應(yīng)變片移動(dòng)，輕輕掀開(kāi)薄膜檢查有無(wú)氣泡、翹曲、脫膠等現(xiàn)象，否則需重貼。注意粘結(jié)劑不要用得過(guò)多或過(guò)少，過(guò)多則膠層太厚影響應(yīng)變片性能，過(guò)少則粘結(jié)不牢不能準(zhǔn)確傳遞應(yīng)變。 應(yīng)變計(jì)的保護(hù) 4.干燥處理： 應(yīng)變計(jì)粘貼好后應(yīng)有足夠的粘結(jié)強(qiáng)度以保證與試件共同變形。此外，應(yīng)變計(jì)和試件間應(yīng)有一定的絕緣度，以保證應(yīng)變讀數(shù)的穩(wěn)定。為此，在貼好片后就需要進(jìn)行干燥處理，處理方法可以是自然干燥或人工干燥。如氣溫在20℃以上，相對(duì)濕度在55％左右時(shí)用502膠水粘貼，采用自然干燥即可。人工干燥可用紅外線燈或電吹風(fēng)進(jìn)行加熱干燥，烘烤時(shí)應(yīng)適當(dāng)控制距離，注意應(yīng)變計(jì)的溫度不得超過(guò)其允許的最高工作溫度,以防應(yīng)變計(jì)底基烘焦損壞。 5.接線： 應(yīng)變計(jì)和應(yīng)變儀之間用導(dǎo)線連接。需根據(jù)環(huán)境與試驗(yàn)的要求選用導(dǎo)線。通常靜應(yīng)變測(cè)定用雙蕊多股平行線。在有強(qiáng)電磁干擾及動(dòng)應(yīng)變測(cè)量時(shí)，需用屏蔽線。焊接導(dǎo)線前，先用萬(wàn)用電表檢查導(dǎo)線有否斷路，然后在每根導(dǎo)線的兩端貼上同樣的號(hào)碼標(biāo)簽，避免測(cè)點(diǎn)多時(shí)造成差錯(cuò)。在應(yīng)變計(jì)引出線下，貼上膠帶紙，以免應(yīng)變計(jì)引出線與被測(cè)試件(如被測(cè)試件是導(dǎo)電體的話)接觸造成短路。然后把導(dǎo)線與應(yīng)變計(jì)引線焊接在一起，焊接時(shí)注意防止假焊。焊完后用萬(wàn)用電表在導(dǎo)線另一端檢查是否接通。 為防止在導(dǎo)線被拉動(dòng)時(shí)應(yīng)變計(jì)引出線被拉壞，可使用接線端子,接線端子相當(dāng)于接線柱，使用時(shí)先用膠水把它粘在應(yīng)變計(jì)引出線前端,然后把應(yīng)變計(jì)引出線及導(dǎo)線分別焊于接線端子的兩端，以保護(hù)應(yīng)變計(jì)，如圖30-1所示。 6.防潮處理： 為避免膠層吸收空氣中的水份而降低絕緣電阻值，應(yīng)在應(yīng)變計(jì)接好線并且絕緣電阻達(dá)到要求后，立即對(duì)應(yīng)變計(jì)進(jìn)行防潮處理。防潮處理應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)的要求和環(huán)境采用不同的防潮材料。常用的簡(jiǎn)易的防潮劑可用703、704硅膠。 四、實(shí)驗(yàn)設(shè)備和器材 1.常溫用電阻應(yīng)變片，每小組一包20枚。 2.數(shù)字式萬(wàn)用表。 3.502粘結(jié)劑（氰基丙烯酸酯粘結(jié)劑）。 4.電烙鐵、鑷子、鐵沙紙等工具。 5.懸臂梁，溫度補(bǔ)償塊。 6.丙酮、藥棉等清洗器材。 7.防潮用硅膠。 8.測(cè)量導(dǎo)線若干。 五.實(shí)驗(yàn)報(bào)告 1.簡(jiǎn)述貼片、接線、檢查等主要實(shí)驗(yàn)步驟。 2.畫(huà)布線圖和編號(hào)圖 動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀的使用及應(yīng)變式測(cè)力 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1、 掌握動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀的工作原理和使用方法。 2、 掌握電阻應(yīng)變片在電橋中的接法。 3、 掌握在靜載荷下使用應(yīng)變儀的單點(diǎn)應(yīng)變測(cè)量方法。 4、 學(xué)會(huì)在動(dòng)載荷下使用應(yīng)變儀的應(yīng)變測(cè)量分析方法。 二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 以標(biāo)準(zhǔn)重量進(jìn)行標(biāo)定。測(cè)試已有力傳感器上的重物的重量。要在不同配重下作多次測(cè)試和分析。 三、實(shí)驗(yàn)原理 LC1004 動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀 為八通道 采用電子自動(dòng)平衡技術(shù)，其主要技術(shù)指標(biāo)處于國(guó)際領(lǐng)先水平，配接不同類型的應(yīng)變片及應(yīng)變式傳感器，除了測(cè)量結(jié)構(gòu)和材料的應(yīng)變外，還可以測(cè)量力、壓力、扭矩、溫度、加速度、速度、位移等多種物理量。橋路零點(diǎn)自動(dòng)平衡 測(cè)試方便快捷；自動(dòng)修正長(zhǎng)電纜測(cè)量時(shí)引入的誤差。 1、測(cè)量系統(tǒng)方框圖： 2、橋壓的選擇 LC1004 提供四種橋壓 2、4、6、8V；出廠時(shí)予置 4V；通常 橋壓宜低不宜高 供橋電流應(yīng)小于60mA在應(yīng)變片長(zhǎng)電阻大應(yīng)變小時(shí) 可適當(dāng)提高橋壓,以提高信噪比。 3、橋盒是連接應(yīng)變儀與用戶的橋梁，熟悉橋盒的使用至關(guān)重要橋盒的接線。 橋盒接線圖 A為橋壓正端，C為橋壓負(fù)端，B為電橋輸出負(fù)端，D為電橋輸出正端，GND接橋盒外殼。焊盤 GND 與屏蔽電纜屏蔽網(wǎng)相連，屏蔽網(wǎng)是否與橋盒外殼連接由一螺釘決定，螺釘擰到焊盤下面的螺柱上，屏蔽網(wǎng)與橋盒外殼相連，不擰螺釘屏蔽網(wǎng)與橋盒外殼斷開(kāi)，屏蔽網(wǎng)是否與橋盒外殼相連，以引進(jìn)的干擾最小為準(zhǔn)，通常，橋盒與帶電物體絕緣時(shí)，可將螺釘擰上。 4、應(yīng)變片與橋盒的各種接線方法 圖為 一應(yīng)變片方式2線系統(tǒng) 圖為 二應(yīng)變片方式2線系統(tǒng) 圖為 四應(yīng)變片方式 在連接成三種接線方式時(shí)，必須使用 120 的應(yīng)變測(cè)量片，為防止電磁干擾，特別是50Hz干擾，橋盒與應(yīng)變片之間的連線要用屏蔽線，并且屏蔽網(wǎng)要做好接地處理。 四、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備 1.懸臂梁 ，加載砝碼。 2.應(yīng)變片、數(shù)字萬(wàn)用電表、502膠水等貼片材料及在補(bǔ)償塊一個(gè)。 3. LC1004動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀。 五、實(shí)驗(yàn)步驟及內(nèi)容 1. 靜載荷下使用應(yīng)變儀的單點(diǎn)應(yīng)變測(cè)量方法 初調(diào)：按圖所示各種接法接成橋路。 a.接好應(yīng)變片及橋盒、記錄儀器、電源線等， b.出廠前，通道前面板、測(cè)量-校準(zhǔn)開(kāi)關(guān)(CAL-MEASURING)置正校( CAL+ )， 校準(zhǔn)值開(kāi)關(guān)置 1000με(100)， 靈敏度選擇(SENS.SELECTOR)置2， 靈敏度微調(diào)(SENS.)置大約 5/6 位置， 高頻上限(UPPER Hz)置10 KHz， 電源前面板AC/DC開(kāi)關(guān)置DC ， 2V/20V開(kāi)關(guān)置2V， 開(kāi)啟電源，旋轉(zhuǎn)通道選擇(CHANNELSELECTOR )波段開(kāi)關(guān)，1-8通道31/2表均指示 1.000V,表示1με對(duì)應(yīng) 1mV。 c.將校準(zhǔn)值撥到預(yù)計(jì)的測(cè)量值，調(diào)節(jié)靈敏度選擇開(kāi)關(guān)(SENS. SELECTOR)和靈敏度微調(diào)(SENS.)，使輸出幅度滿足測(cè)量?jī)x器的要求，然后將測(cè)量-校準(zhǔn)開(kāi)關(guān)(CAL-MEASURING)置測(cè)量(MEA)，在試件加載之前，按自動(dòng)平衡按鈕，(BAL-AUTO)，通道選擇 (CHANNEL SELECTOR)波段開(kāi)關(guān)選擇相應(yīng)通道，31/2表近似為零。 精調(diào)： 予熱 30分鐘后進(jìn)行下列調(diào)節(jié)： a、調(diào)節(jié)校準(zhǔn)調(diào)零(CAL ZERO) 使正校/負(fù)校(CAL+ CAL-)輸出相等， 調(diào)節(jié)靈敏度微調(diào)(SENS.)使校準(zhǔn)輸出一滿意電平，例如1με對(duì)應(yīng) 1mV。 b、校準(zhǔn)-測(cè)量開(kāi)關(guān)(CAL-MEASURING)置測(cè)量(MEA)， 調(diào)節(jié)平衡微調(diào)電位器(BAL-VERN)，使 3 1/2 表及記錄儀器為零。 注意： 如調(diào)節(jié)平衡微調(diào)電位器(BAL-VERN)在某一方向已調(diào)到頭，仍不能使 31/2 表及記錄儀器為零，可反方向調(diào)節(jié)平衡微調(diào)電位器(BAL-VERN)5 圈左右，再重按自動(dòng)平衡按鈕(BAL-AUTO)一次，便可以進(jìn)行平衡微調(diào)調(diào)節(jié)。 測(cè)量： a、加載：其間不得再按自動(dòng)復(fù)零按鈕(BAL-AUTO) b、在3 1/2 表上讀數(shù)，其值為1000με對(duì)應(yīng)1V。 c、按加載過(guò)程逐步進(jìn)行，加載---讀數(shù)---記錄數(shù)據(jù)。 使用注意事項(xiàng)： a、測(cè)量過(guò)程中不允許按動(dòng)自動(dòng)平衡按鈕， b、使用不同靈敏系數(shù)應(yīng)變片時(shí)的修正， 本儀器設(shè)計(jì)使用的應(yīng)變片靈敏系數(shù) K=2.000,如果使用其他靈敏系數(shù)的應(yīng)變片,測(cè)量值要按下式進(jìn)行修正: εP= 2.000/KP εC 式中：εP為實(shí)際的應(yīng)變值；εC為測(cè)得的應(yīng)變值；KP為使用電阻應(yīng)變片的靈敏系數(shù) c、測(cè)量時(shí)的溫度補(bǔ)償片要貼在離測(cè)量片最近無(wú)應(yīng)變的相同材料上，且補(bǔ)償片與測(cè)量片要同一材料，同一阻值同一環(huán)境溫度，避免陽(yáng)光暴曬，對(duì)地絕緣電阻在 500M 以上。 d、盡量縮短應(yīng)變片與橋盒之間的測(cè)試連線，使用同軸電纜做測(cè)量導(dǎo)線時(shí)，屏蔽層不能作為一條測(cè)量導(dǎo)線，而只能做屏蔽保護(hù)連到橋盒的接地端，測(cè)量導(dǎo)線應(yīng)遠(yuǎn)離干擾源，如變壓器、電機(jī)、大型用電設(shè)備及動(dòng)力線等，測(cè)量導(dǎo)線在連接時(shí)要盡可能采用對(duì)稱結(jié)構(gòu)安裝，這樣既有利于電橋平衡又有利于抗干擾，尤其是在長(zhǎng)導(dǎo)線測(cè)量時(shí)更為必要。 e、在實(shí)際測(cè)量中，為了提高被測(cè)信號(hào)的精度，同時(shí)實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償，常將應(yīng)變片組合成半橋、全橋使用，這時(shí)測(cè)量值要進(jìn)行修正，注意應(yīng)變式傳感器不用修正。 結(jié)果的修正： (1) A1和D1兩只應(yīng)變片組成半橋用于應(yīng)變測(cè)量，測(cè)量結(jié)果要被 2 除。 εP= 1/2εC (2) 四只應(yīng)變片同時(shí)用做測(cè)量片時(shí)組成全橋，測(cè)量結(jié)果要被 4 除。 εP= 1/4εC 2. 動(dòng)載荷下使用應(yīng)變儀的應(yīng)變測(cè)量分析方法 以上進(jìn)行了靜態(tài)下的應(yīng)變測(cè)量方法，當(dāng)系統(tǒng)在動(dòng)載下工作時(shí)，通常我們需要知道沖擊載荷下的最大沖擊值，此時(shí)僅靠應(yīng)變儀無(wú)法得到要求的數(shù)據(jù)，這里我們使用虛擬儀器進(jìn)行數(shù)據(jù)的記錄及分析。 a、先靜態(tài)測(cè)試，將1 kgf的載荷靜止地放在剛架的B點(diǎn)上，讀出測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變值。 b、用數(shù)據(jù)線聯(lián)接應(yīng)變儀后部的輸出線與USB數(shù)據(jù)采集卡的輸入AI0-AI4差端連接。 c、編寫labVIEW程序，包括數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)波形的觀察、低通濾波、最大值的提取、數(shù)據(jù)的保存等。 d、加動(dòng)載或沖擊載荷，采集數(shù)據(jù)并保存，提取分析值，驗(yàn)證受力。 剛架的沖擊測(cè)量 六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求 1.討論應(yīng)變片各種接橋方法，比較其優(yōu)缺點(diǎn)。 2.按實(shí)驗(yàn)步驟完成實(shí)驗(yàn)，并整理各種接法的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。 七、思考題： 1、試分析實(shí)驗(yàn)中同一載荷下，半橋聯(lián)接相對(duì)于單臂和全橋接法的儀器輸出有什么不同? 為什么？ 2、單臂測(cè)量時(shí)如試件溫度升高，儀器的輸出（指針）如何變化？說(shuō)明變化的原因。 設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的工程背景與要求（三項(xiàng)） 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目一 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)振動(dòng)測(cè)試及譜分析 一、 實(shí)驗(yàn)背景 回轉(zhuǎn)機(jī)械，由于回轉(zhuǎn)件的不平衡總是伴隨著各種振動(dòng)。 以該回轉(zhuǎn)機(jī)械為一振動(dòng)系統(tǒng)，系統(tǒng)的輸入（振源）是回轉(zhuǎn)件不平衡產(chǎn)生的力或力矩，輸出則是回轉(zhuǎn)機(jī)械上各處的振動(dòng)。 工程實(shí)際中，我們或需實(shí)測(cè)該機(jī)械在不同工作轉(zhuǎn)速下的振動(dòng)強(qiáng)度，或需通過(guò)實(shí)測(cè)和分析振動(dòng)來(lái)獲取輸入和機(jī)械結(jié)構(gòu)的一些特性。 二、 實(shí)驗(yàn)要求 已有一帶偏心盤，可調(diào)轉(zhuǎn)速的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，選擇合適的傳感器并組建計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試系統(tǒng)，實(shí)測(cè)該回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)在不同工作轉(zhuǎn)速下的振動(dòng)加速度強(qiáng)度，并通過(guò)實(shí)測(cè)和分析振動(dòng)來(lái)識(shí)別機(jī)構(gòu)的回轉(zhuǎn)件轉(zhuǎn)速，識(shí)別該回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)可能有的振動(dòng)固有頻率。 三、相關(guān)知識(shí)要點(diǎn) 回轉(zhuǎn)機(jī)械引起振動(dòng)的原因，振動(dòng)信號(hào)的性態(tài)； 振動(dòng)加速度測(cè)量原理，傳感器選擇，傳感器性能指標(biāo)，振動(dòng)加速度強(qiáng)度的表述及方法； 采樣頻率及采樣長(zhǎng)度的選擇及影響，信號(hào)的頻譜分析原理，頻率分辯率； 虛擬儀器及其使用。 四、 可提供的實(shí)驗(yàn)設(shè)備 振動(dòng)、轉(zhuǎn)速、噪聲測(cè)量實(shí)驗(yàn)臺(tái)，加速度傳感器及放大器，USB6009數(shù)據(jù)采集卡，PC機(jī)，虛擬儀器程序及說(shuō)明。 四、可提供的實(shí)驗(yàn)設(shè)備 振動(dòng)、轉(zhuǎn)速、噪聲測(cè)量實(shí)驗(yàn)臺(tái)，加速度傳感器及放大器，USB6009數(shù)據(jù)采集卡，PC機(jī)，虛擬儀器程序及說(shuō)明。 五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求 1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮驮恚? 2、實(shí)驗(yàn)過(guò)程； 3、 整理和分析實(shí)驗(yàn)中得到的振動(dòng)信號(hào)的數(shù)據(jù)，并分析其結(jié)果； 4、振動(dòng)測(cè)試及譜分析方面的當(dāng)前科技發(fā)展?fàn)顩r。 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目二 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)噪聲聲級(jí)測(cè)試及譜分析 一、 實(shí)驗(yàn)背景 各種機(jī)械，運(yùn)行中總是伴隨著各種噪聲。 工程實(shí)際中，我們需實(shí)測(cè)該機(jī)械在不同工作轉(zhuǎn)速下的噪聲強(qiáng)度，并對(duì)其進(jìn)行譜分析。 二、 實(shí)驗(yàn)要求 已有一帶偏心盤，可調(diào)轉(zhuǎn)速的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，選擇合適的傳感器并組建計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試系統(tǒng)，實(shí)測(cè)該回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)在不同工作轉(zhuǎn)速下的噪聲強(qiáng)度（聲壓級(jí)），并通過(guò)譜分析識(shí)別其頻率成份。也可對(duì)人發(fā)出的聲作同樣的測(cè)量分析。 三、相關(guān)知識(shí)要點(diǎn) 回轉(zhuǎn)機(jī)械產(chǎn)生噪聲的原因，機(jī)械噪聲或人發(fā)聲的性態(tài)； 噪聲測(cè)量原理，傳感器選擇，傳感器性能指標(biāo)，噪聲強(qiáng)度（聲壓）及噪聲高低的表述及方法。 經(jīng)PC機(jī)，用虛擬儀器LabVIEW編程，可用兩種方法來(lái)測(cè)量和分析聲信號(hào)。其一是用傳聲器采集聲信號(hào)，經(jīng)前置放大器放大，經(jīng)PC機(jī)聲卡轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；其二是由聲級(jí)計(jì)采集聲信號(hào)，可經(jīng)聲級(jí)計(jì)的AC / DC 信號(hào)輸出模擬電量，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。PC機(jī)再對(duì)獲得的數(shù)字信號(hào)作各類分析處理。要求用兩種方法完成實(shí)驗(yàn)要求。 測(cè)試系統(tǒng)的標(biāo)定，聲級(jí)校準(zhǔn)器。 采樣頻率及采樣長(zhǎng)度的選擇及影響，信號(hào)的頻譜分析原理，頻率分辯率； 虛擬儀器及其使用。 四 可提供的實(shí)驗(yàn)設(shè)備 振動(dòng)、轉(zhuǎn)速、噪聲測(cè)量實(shí)驗(yàn)臺(tái)，傳聲器，前置放大器，聲級(jí)校準(zhǔn)器，聲級(jí)計(jì)，USB6009數(shù)據(jù)采集卡，PC機(jī)，虛擬儀器程序及說(shuō)明。 五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求 1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮驮恚? 2、實(shí)驗(yàn)過(guò)程； 3、 整理和分析實(shí)驗(yàn)中得到的噪聲信號(hào)的數(shù)據(jù)，并分析其結(jié)果； 4、噪聲聲級(jí)測(cè)試及譜分析方面的當(dāng)前科技發(fā)展?fàn)顩r。 六、各種可能的方案（3種，教師備課） （一）傳聲器，前置放大器與PC機(jī)聲卡組合 （二）傳聲器，前置放大器與USB6009數(shù)據(jù)采集卡組合 （三）聲級(jí)計(jì)與USB6009數(shù)據(jù)采集卡組合 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目三 懸臂梁一階固有頻率及阻尼系數(shù)測(cè)試 一、實(shí)驗(yàn)背景 各階固有頻率，阻尼，振型是機(jī)械結(jié)構(gòu)的主要?jiǎng)討B(tài)特性之一。工程上常需要用振動(dòng)測(cè)試和分析的方法來(lái)識(shí)別這些動(dòng)態(tài)特性。本實(shí)驗(yàn)以簡(jiǎn)單的懸臂梁為例，使同學(xué)們對(duì)此有一些初步的認(rèn)識(shí)。 二、 實(shí)驗(yàn)要求 1.已有一鋼質(zhì)懸臂梁，選擇合適的傳感器并組建計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試系統(tǒng)，識(shí)別其一階固有頻率和阻尼系數(shù)； 2.識(shí)別出的一階固有頻率，和理論計(jì)算值對(duì)比，分析兩者差異的原因。 三、相關(guān)知識(shí)要點(diǎn) 懸臂梁前三階的振動(dòng)型態(tài)如圖 若只按一階振動(dòng)型振動(dòng)，其自由端的橫向振動(dòng)可看成為一單自度振動(dòng)，其型態(tài)也可用控制工程中所述的二階欠阻尼系統(tǒng)來(lái)描述（注意：一階振型和二階欠阻尼系統(tǒng)中的兩個(gè)“階”是不同的概念）。 從懸臂梁系統(tǒng)、自由端處的輸入、自由端處的振動(dòng)輸出三者關(guān)系來(lái)看，屬已知（但要測(cè)出來(lái)）輸入、輸出，識(shí)別（分析出）系統(tǒng)的問(wèn)題。因此可通過(guò)頻率特性分析，獲取懸臂梁系統(tǒng)的一些動(dòng)態(tài)特性。頻率特性可用實(shí)、虛頻，或幅、相頻，或Nyquist圖表示。 從懸臂梁自由端處的振動(dòng)來(lái)看，若自由端施加一初位移或初速度，梁將作衰減振動(dòng)。在自由端拾取振動(dòng)，其類同一個(gè)二階小阻尼系統(tǒng)在一初位移或初速度下的階躍或脈沖響應(yīng)過(guò)程（見(jiàn)控制工程，二階系統(tǒng)時(shí)域響應(yīng)分析）。自由端拾取的振動(dòng)（時(shí)域響應(yīng)）也含有該懸臂梁一階固有頻率和阻尼系數(shù)的的信息。 以上兩種方法分屬頻域方法和時(shí)域方法。 輸入可用多種方式，或力，或位移，或需測(cè)試，或可不測(cè)試；輸出（橫向振動(dòng)）也可由多種方式測(cè)試，送入計(jì)算機(jī)并作分析。 因此可設(shè)計(jì)出多種實(shí)驗(yàn)和分析方案來(lái)完成實(shí)驗(yàn)要求。 選取傳感器時(shí)請(qǐng)注意其測(cè)量原理，性能指標(biāo)；數(shù)據(jù)采集時(shí)請(qǐng)注意采樣頻率及采樣長(zhǎng)度的選擇及對(duì)分析結(jié)果影響；信號(hào)的頻譜分析原理，頻率分辯率；虛擬儀器及其使用。 附：懸臂梁固有頻率的理論計(jì)算 可按下式計(jì)算懸臂梁的前三階固有頻率： （rad/s） i =1,2,3 或 （Hz） i=1,2,3 其中： A為等截面懸臂梁的橫截面積，A=截面寬度b *截面高度h；（m） l為等截面懸臂梁的長(zhǎng)度（m）； 梁的材料密度＝7.9Kg/； 材料彈性模量E=206GPa； 對(duì)截面中性軸的慣性矩I=； 振型常數(shù)：l＝1.875,l=4.694,l= 7.855 四、可提供的實(shí)驗(yàn)設(shè)備 懸臂梁，加速度傳感器及放大器，電渦流位移傳感器，動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀及應(yīng)變片，力錘， USB6009數(shù)據(jù)采集卡，PC機(jī)，虛擬儀器程序及說(shuō)明。 五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求 1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮驮恚? 2、實(shí)驗(yàn)過(guò)程； 3、 整理和分析實(shí)驗(yàn)中得到的振動(dòng)信號(hào)的數(shù)據(jù)，并分析其結(jié)果； 4、機(jī)械結(jié)構(gòu)的主要?jiǎng)討B(tài)特性識(shí)別方面當(dāng)前科技發(fā)展?fàn)顩r。 六、各種可能的方案（18種） （一） 頻域方法 1、 力錘脈沖激振，加速度傳感器拾取輸出，獲得頻率特性 （1） 用頻率特性的實(shí)、虛頻來(lái)分析； （2） 用頻率特性的幅、相頻來(lái)分析； （3） 用頻率特性的Nyquist圖來(lái)分析。 2、 力錘脈沖激振，電渦流位移傳感器拾取輸出，獲得頻率特性 （1） 用頻率特性的實(shí)、虛頻來(lái)分析； （2） 用頻率特性的幅、相頻來(lái)分析； （3） 用頻率特性的Nyquist圖來(lái)分析。 （二）時(shí)域?yàn)橹鞯姆椒? 1、初脈沖，只用加速度傳感器拾取輸出，獲得衰減振動(dòng)的加速度時(shí)域信號(hào) （1） 分析衰減振動(dòng)的加速度時(shí)域信號(hào)； （2） 分析衰減振動(dòng)的加速度時(shí)域信號(hào)，并對(duì)時(shí)域信號(hào)作自功率譜分析。 2、初脈沖，只用電渦流位移傳感器拾取輸出，獲得衰減振動(dòng)的位移時(shí)域信號(hào) （3） 分析衰減振動(dòng)的位移時(shí)域信號(hào)； （4） 分析衰減振動(dòng)的位移時(shí)域信號(hào)，并對(duì)時(shí)域信號(hào)作自功率譜分析。 3、初脈沖，只用應(yīng)變片及動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀及拾取輸出，獲得衰減振動(dòng)的應(yīng)變時(shí)域信號(hào) （5） 分析衰減振動(dòng)的應(yīng)變時(shí)域信號(hào)； （6） 分析衰減振動(dòng)的應(yīng)變時(shí)域信號(hào)，并對(duì)時(shí)域信號(hào)作自功率譜分析。 4、初位移，只用加速度傳感器拾取輸出，獲得衰減振動(dòng)的加速度時(shí)域信號(hào) （7） 分析衰減振動(dòng)的加速度時(shí)域信號(hào)； （8） 分析衰減振動(dòng)的加速度時(shí)域信號(hào)，并對(duì)時(shí)域信號(hào)作自功率譜分析。 5、初位移，只用電渦流位移傳感器拾取輸出，獲得衰減振動(dòng)的位移時(shí)域信號(hào) （9） 分析衰減振動(dòng)的位移時(shí)域信號(hào)； （10） 分析衰減振動(dòng)的位移時(shí)域信號(hào)，并對(duì)時(shí)域信號(hào)作自功率譜分析。 6、初位移，只用應(yīng)變片及動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀及拾取輸出，獲得衰減振動(dòng)的應(yīng)變時(shí)域信號(hào) （11） 分析衰減振動(dòng)的應(yīng)變時(shí)域信號(hào)； （12） 分析衰減振動(dòng)的應(yīng)變時(shí)域信號(hào)，并對(duì)時(shí)域信號(hào)作自功率譜分析。