机械测试技术实验指导书
编写：梁华琪
学号：
班级：
姓名：
安徽建筑工业学院机电系机械实验室
2007年9月
目录
CSY－3000系列传感器与检测技术实验台说明书 (2)
实验一金属箔式应变片—半桥性能实验 (4)
实验二金属箔式应变片—全桥性能实验 (6)
实验三直流激励时霍尔式传感器位移特性实验 (8)
实验四交流激励时霍尔式传感器的位移实验 (10)
实验五霍尔转速传感器测电机转速实验 (12)
实验六磁电式转速传感器测速实验 (13)
实验七光电转速传感器测速实验 (14)
实验八差动变压器的应用—振动测量实验 (15)
实验九压电式传感器测振动实验 (17)
实验十压阻式压力传感器的压力测量实验 (18)
实验十一扭短传感器静态性能实验 (20)
实验十二超声波传感器测距实验 (22)
CSY－3000系列传感器与检测技术实验台
说明书
CSY－3000系列传感器与检测技术实验台是在2000系列的基础上加常用的光电探测器实验，主要用于各大专院校、中专及职业技术院校开设的“自动检测技术” “传感器原理与技术” “工业自动化控制” “非电量电测技术”“光电检测技术”等课程的教学实验。它是采用最新推出的模块化结构的产品。实验台上采用的大部分传感器虽然是教学传感器（透明结构便于教学），但其结构与线路是工业应用的基础。希望通过实验帮助广大学生加强对书本知识的理解，并在实验的进行过程中通过信号的拾取、转换、分析、掌握作为一个科技工作者应具有的基本的操作技能与动手能力。
一、实验台的组成
CSY－3000系列传感器与检测技术实验台由主机箱、温度源、转动源、振动源、传感器、相应的实验模板、数据采集卡及处理软件、实验台桌等组成。
1、主机箱：提供高稳定的±15V、±5V、＋5V、±2V－±10V（步进可调）、＋2V－＋24V（连续可调）直流稳压电源；直流恒流源0．6mA－20mA可调；音频信号源（音频振荡器）1KHz～10KHz（连续可调）；低频信号源（低频振荡器）1Hz～30Hz（连续可调）；气压源0－20KPa（可调）；温度（转速）智能调节仪（开关置内为温度调节、置外为转速调节）；计算机通信口；主机箱面板上装有电压、电流、频率转速、气压、光照度数显表；漏电保护开关等。其中，直流稳压电源、音频振荡器、低频振荡器都具有过载切断保护功能，在排除接线错误后重新开机一下才能恢复正常工作。
2、振动源：振动台振动频率1Hz－30Hz可调（谐振频率9Hz左右）。转动源：手动控制0－2400转／分；自动控制300－2400转／分。温度源：常温－150℃。
3、传感器：基本型有电阻应变式传感器、扩散硅压力传感器、差动变压器、电容式位移传感器、霍尔式位移传感器、霍尔式转速传感器、磁电转速传感器、压电式传感器、电涡流传感器、光纤传感器、光电转速传感器（光电断续器）、集成温度传感器、K型热电偶、E型热电偶、Pt100铂电阻、Cu50铜电阻、湿敏传感器、气敏传感器、光照度探头、纯白高亮发光二极管、红外发光二极管、光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、硅光电池、反射式光电开关共二十六个（其中二个光源）。
增强型：基本型基础上可选配扭矩传感器、超声位移传感器、PSD位置传感器、CCD电荷耦合器件、光栅位移传感器、红外热释电传感器、红外夜视传感器、指纹传感器等。
4、实验模板：基本型有应变式、压力、差动变压器、电容式、霍尔式、压电式、电涡流、光纤位移、温度、移相／相敏检波／低通滤波模板、光电器件(一)、光开关共十二块模板。增强型增加与选配传感器配套的实验模板。
二、电路原理
实验模板电路原理已印刷在模板的面板上，实验接线图参见下文中的具体实验内容。
三、使用方法
1、开机前将电压表显示选择旋钮打到2V档；电流表显示选择旋钮打到200mA档；步进可调直流稳压电源旋钮打到±2V档；其余旋钮都打到中间位置。
2、将AC220V电源线插头插入市电插座中，合上电源开关，数显表显示0000，表示实验台已接通电源。
3、做每个实验前应先阅读实验指南，每个实验均应在断开电源的状态下按实验线路接好连接线（实验中用到可调直流电源时，应在该电源调到实验值后再接到实验线路中），检查无误后方可接通电源。
4、合上调节仪（温度开关）电源开关，调节仪的PV显示测量值；SV显示设定值。
5、合上气源开关，气泵有声响，说明气泵工作正常。
6、数据采集卡及处理软件使用方法另附说明。
四、仪器维护及故障排除
1、维护
⑴防止硬物撞击、划伤实验台面；防止传感器及实验模板跌落地面。
⑵实验完毕要将传感器、配件、实验模板及连线全部整理好。
2、故障排除
⑴开机后数显表都无显示，应查AC220V电源有否接通；主机箱侧面AC220V 插座中的保险丝是否烧断。如都正常，则更换主机箱中主机电源。
⑵转动源不工作，则手动输入＋12V电压，如不工作，更换转动源；如工作正常，应查调节仪设置是否准确；控制输出Vo有无电压，如无电压，更换主机箱中的转速控制板。
⑶振动源不工作，检查主机箱面板上的低频振荡器有无输出，如无输出，更换信号板；如有输出，更换振动源的振荡线圈。
⑷温度源不工作，检查温度源电源开关有否打开；温度源的保险丝是否烧断；调节仪设置是否准确。如都正常，则更换温度源。
五、注意事项
1、在实验前务必详细阅读实验指南。
2、严禁用酒精、有机溶剂或其它具有腐蚀性溶液擦洗主机箱的面板和实验模板面板。
3、请勿将主机箱的电源、信号源输出端与地（⊥）短接，因短接时间长易造成电路故障。
4、请勿将主机箱的±电源引入实验模板时接错。
5、在更换接线时，应断开电源，只有在确保接线无误后方可接通电源。
6、实验完毕后，请将传感器及实验模板放回原处。
7、如果实验台长期未通电使用，在实验前先通电十分钟预热，再检查按一次漏电保护按钮是否有效。
8、实验接线时，要握住手柄插拔实验线，不能拉扯实验线。
实验一 金属箔式应变片—半桥性能实验
一、实验目的：熟悉半桥的不同性能、了解其特点。
二、基本原理：不同受力方向的两只应变片接入电桥作为邻边，电桥输出灵敏度提高，非线性得到改善。当应变片阻值和应变量相同时，其桥路输出电压U O2＝EK ε／2。
U 0＝U ①－U ③
＝〔(R1＋△R1)／(R1＋△R1＋R2+△R2)－R4／(R3＋R4)〕E
＝〔（1＋△R1／R1）／（1＋△R1／R1＋R2／R1+△R2／R1）－（R4／R3）／（1＋R4／R3）〕E
设R 1＝R2＝R3＝R4，且△R1／R1＜＜1。
△R1≈△R2 U 0≈(1／2)(△R1／R1)E
电桥的电压灵敏度:S ＝U 0／(△R1／R1)≈kE ＝(1／2)E 三、实验设备：传感器与检测技术实验台、主机箱、应变式传感器实验模板、托盘、砝码。 四、实验步骤：
1、用导线将实验模板上的±15v 、⊥插口与主机箱电源±15v 、⊥分别相连，再将实验模板中的放大器的两输入口短接(V i ＝0)；调节放大器的增益电位器R W3大约到中间位置（先逆时针旋到底，再顺时针旋转2圈）；将主机箱电压表的量程切换开关打到2V 档，合上主机箱电源开关；调节实验模板放大器的调零电位器R W4，使电压表显示为零。
图1 半桥原理
2、拆去放大器输入端口的短接线，根据图2接线。注意R2应和R3受力状态相反，即将传感器中两片受力相反（一片受拉、一片受压）的电阻应变片作为电桥的相邻边。调节实验模板上的桥路平衡电位器R W1，使主机箱电压表显示为零；在应变传感器的托盘上放置一只砝码，读取数显表数值，依次增加砝码和读取相应的数显表值，直到200g（或500 g）砝码加完。记下实验数据填入表1画出实验曲线，计算灵敏度S2＝U／W，非线性误差δ。实验完毕，关闭电源。
表1
1、半桥测量时两片不同受力状态的电阻应变片接入电桥时，应放在：（1）对边（2）邻边。
2、桥路（差动电桥）测量时存在非线性误差，是因为：（1）电桥测量原理上存在非线性（2）应变片应变效应是非线性的（3）调零值不是真正为零。
实验二金属箔式应变片—全桥性能实验
一、实验目的：了解全桥测量电路的优点。
二、基本原理：全桥测量电路中，将受力方向相同的两应变片接入电桥对边，相反的应变片接入电桥邻边。当应变片初始阻值：R1＝R2＝R3＝R4，其变化值ΔR1＝ΔR2＝ΔR3＝ΔR4时，其桥路输出电压U03＝KEε。其输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差和温度误差均得到
改善。
U0＝U①－U③
＝〔(R1＋△R1)／(R1＋△R1＋R2+△R2)－（R4+△R4）／(R3+△R3＋R4+△R4)〕E
设R1＝R2＝R3＝R4，且△R1／R1＜＜1。
△R1≈△R2≈△R3≈△R4
U0≈(△R1／R1)E
电桥的电压灵敏度:S＝U0／(△R1／R1)≈kE＝E
三、实验设备：传感器与检测技术实验台、主机箱、应变式传感器实验模板、托盘、砝码。
四、实验步骤：
板上的±15v、⊥插口与主机箱电源±15v、⊥分别相连，再将实验模板中的放大器的两输入口短接(V i＝0)；调节放大器的增益电位器R W3大约到中间位置(先逆时针旋到底，再顺时针旋转2圈)；将主机箱电压表的量程切换开关打到2V档，合上主机箱电源开关；调节实验模板放大器的调零电位器R W4，使电压表显示为零。
2、拆去放大器输入端口的短接线，根据图2接线。实验方法与实验一相同，将实验数据填入表1画出实验曲线；进行灵敏度和非线性误差计算。实验完毕，关闭电源。
表1
1、测量中，当两组对边（R1、R3为对边）电阻值R相同时，即R1＝R3，R2＝R4，而R1
≠R2时，是否可以组成全桥：（1）可以（2）不可以。
2某工程技术人员在进行材料拉力测试时在棒材上贴了两组应变片，如图2，如何利用这四片应变片组成电桥，是否需要外加电阻。
图2应变式传感器受拉时传感器圆周面展开图
实验三直流激励时霍尔式传感器位移特性实验
一、实验目的：了解霍尔式传感器原理与应用。
二、实验设备：主机箱、霍尔传感器实验模板、霍尔传感器、测微头。
1、测微头的组成
如图1，测微头由不可动部分安装套、轴套和可动部分测杆、微分筒、微调钮组成。
图1测位头组成与读数
2、测微头读数
测微头的安装套便于在支架座上固定安装，轴套上的主尺有两排刻度线，标有数字的是整毫米刻线(1ｍｍ／格)，另一排是半毫米刻线(０.５ｍｍ／格)；微分筒前部圆周表面上刻有50等分的刻线(０.０１ｍｍ／格)。
用手旋转微分筒或微调钮时，测杆就沿轴线方向进退。微分筒每转过1格，测杆沿轴方向移动微小位移０.０１毫米，这也叫测微头的分度值。
测微头的读数方法是先读轴套主尺上露出的刻度数值，注意半毫米刻线；再读与主尺横线对准微分筒上的数值、可以估读1／10分度，如图9—1甲读数为３.６７８ｍｍ，不是３.１７８ｍｍ；遇到微分筒边缘前端与主尺上某条刻线重合时，应看微分筒的示值是否过零，如图9—1乙已过零则读２.５１４ｍｍ；如图9—1丙未过零，则不应读为２ｍｍ，读数应为１.９８０ｍｍ。
3、测微头使用
测微头在实验中是用来产生位移并指示出位移量的工具。一般测微头在使用前，首先转动微分筒到10ｍｍ处（为了保留测杆轴向前、后位移的余量），再将测微头轴套上的主尺横线面
向自己安装到专用支架座上，移动测微头的安装套(测微头整体移动)使测杆与被测体连接并使被测体处于合适位置时再拧紧支架座上的紧固螺钉。当转动测微头的微分筒时，被测体就会随测杆而位移。
三、基本原理
根据霍尔效应，霍尔电势U H＝K H IB，当霍尔元件处在梯度磁场中运动时，它的电势会发生变化，利用这一性质可以进行位移测量。
四、实验步骤：
1、安装好霍尔传感器和测微头。
2、按图2示意图接线（实验模板的输出ＶＯ１接主机箱电压表的Ｖｉｎ），将主机箱上的电压表量程(显示选择)开关打到２ｖ档。
3、检查接线无误后，开启电源，调节测微头使霍尔片处在两磁钢的中间位置，再调节R W1使数显表指示为零。
图2 霍尔传感器(直流激励)位移实验接线示意图
4、以某个方向调节测微头2ｍｍ位移，记录电压表读数作为实验起始点；再反方向调节测微头每增加0.2mm记下一个读数(建议做4ｍｍ位移)，将读数填入表1。
表1
五、思考题：
本实验中霍尔元件位移的线性度实际上反映的是什么量的变化？
实验四交流激励时霍尔式传感器的位移实验
一、实验目的：了解交流激励时霍尔式传感器的特性。
二、实验设备：主机箱、测微头、霍尔传感器、霍尔传感器实验模板、移相器／相敏检波器／低通滤波器模板、双线示波器。
三、基本原理：交流激励时霍尔式传感器与直流激励一样，基本工作原理相同，不同之处是测量电路。
四、实验步骤：
1、传感器、测微头安装使用同实验三。
2、实验模板接线见图1（千万注意：暂时不要将主机箱中的音频振荡器Ｌｖ接入实验模板）。
图1 交流激励时霍尔传感器位移实验接线图
3、首先检查接线无误后，合上主机箱总电源开关，调节主机箱音频振动器的频率和幅度旋钮，用示波器、频率表监测L V输出频率为1KHz，幅值为4V的峰－峰值；关闭主机箱电源，再将L V输出电压(1KHz、4V、)作为传感器的激励电压接入图1的实验模板中（注意电压幅值过大会烧坏传感器）。
4、合上主机箱电源，调节测微头使霍尔传感器的霍尔片处于两磁钢中点，先用示波器观察使霍尔元件不等位电势为最小，然后从数显表上观察，调节电位器R W1、R W2使显示为零。
5、调节测微头使霍尔传感器产生一个较大位移，利用示波器观察相敏检波器输出，旋转移相单元电位器Rw和相敏检波电位器Rw，使示波器显示全波整流波形，且数显表显示相对值。
6、使数显表显示为零，然后旋动测微头记下每转动0.2mm时表头读数，填入表1。
表1交流激励时输出电压和位移数据
实验五霍尔转速传感器测电机转速实验
一、实验目的：了解霍尔转速传感器的应用。
二、实验设备：主机箱、霍尔转速传感器、转动源。
三、基本原理：
利用霍尔效应表达式：U H＝K H IB，当被测圆盘上装上N只磁性体时，圆盘每转一周磁场就变化N次。每转一周霍尔电势就同频率相应变化，输出电势通过放大、整形和计数电路就可以测量被测旋转物的转速。
四、实验步骤：
1、根据图1将霍尔转速传感器安装于霍尔架上，传感器的端面对准转盘上的磁钢并调节升
降杆使传感器端面与磁钢之间的间隙大约为2～3ｍｍ。
图1 霍尔转速传感器实验安装、接线示意图
2、首先在接线以前，合上主机箱电源开关，将主机箱中的转速调节电源2—24ｖ旋钮调到最小(逆时针方向转到底)后接入电压表(显示选择打到20ｖ档)监测大约为１.25V ；然后关闭主机箱电源，将霍尔转速传感器、转动电源按图1所示分别接到主机箱的相应电源和频率／转速表(转速档)的Fin 上。
3、合上主机箱电源开关，在小于12Ｖ范围内(电压表监测)调节主机箱的转速调节电源(调节电压改变电机电枢电压)，观察电机转动及转速表的显示情况。
4、从2Ｖ开始记录每增加１Ｖ相应电机转速的数据(待电机转速比较稳定后读取数据)； 表1
三、思考题：
1、利用霍尔元件测转速，在测量上有否限制？
2、本实验装置上用了六只磁钢，能否用一只磁钢？
实验六 磁电式转速传感器测速实验
一、实验目的：了解磁电式测量转速的原理。 二、实验设备：主机箱、磁电式传感器、转动源。
三、基本原理：基于电磁感应原理，N 匝线圈所在磁场的磁通变化时，线圈中感应电势：
dt Nd e /?-=发生变化，因此当转盘上嵌入N 个磁棒时，每转一周线圈感应电势产生N 次的
变化，通过放大、整形和计数等电路即可以测量转速。 四、实验步骤：
图1 磁电转速传感器实验安装、接线示意图
1、根据图2将磁电式转速传感器安装于架上，传感器的端面对准转盘上的磁钢并调节升降杆使传感器端面与磁钢之间的间隙大约为2～3ｍｍ。
2、按图1接线，首先在接线以前，合上主机箱电源开关，将主机箱中的转速调节电源2—24ｖ旋钮调到最小(逆时针方向转到底)后接入电压表(显示选择打到20ｖ档)监测大约为１.25V ；然后关闭主机箱电源，将霍尔转速传感器、转动电源按图16所示分别接到主机箱的相应电源和频率／转速表(转速档)的Fin 上。
3、合上主机箱电源开关，在小于12Ｖ范围内(电压表监测)调节主机箱的转速调节电源(调节电压改变电机电枢电压)，观察电机转动及转速表的显示情况。
4、从2Ｖ开始记录每增加１Ｖ相应电机转速的数据(待电机转速比较稳定后读取数据)； 表1
注意：磁电式转速传感器测速实验中，传感器不用接电源。。 五、思考题：
为什么磁电式转速传感器不能测很低速的转动，能说明理由吗？
实验七 光电转速传感器测速实验
一、实验目的：了解光电转速传感器测量转速的原理及方法。
二、实验设备：主机箱、转动源 、光电转速传感器—光电断续器(已装在转动源上)。 三、基本原理
光电式转速传感器有反射型和透射型二种，本实验装置是透射型的(光电断续器)，传感器端部二内侧分别装有发光管和光电管，发光管发出的光源透过转盘上通孔后由光电管接收转换成电信号，由于转盘上有均匀间隔的6个孔，转动时将获得与转速有关的脉冲数，将脉冲计数
处理即可得到转速值。
四、实验步骤：
图1 光电传感器测速实验
1、将主机箱中的转速调节2－24V旋钮旋到最小(逆时针旋到底)并接上电压表；再按图25所示接线，将主机箱中频率／转速表的切换开关切换到转速处。
2、检查接线无误后，合上主机箱电源开关，在小于12Ｖ范围内(电压表监测)调节主机箱的转速调节电源(调节电压改变电机电枢电压)，观察电机转动及转速表的显示情况。
3、从2Ｖ开始记录每增加１Ｖ相应电机转速的数据(待转速表显示比较稳定后读取数据)；
五、思考题：
已进行的实验中用了多种传感器测量转速，试分析比较一下哪种方法最简单、方便。
实验八差动变压器的应用—振动测量实验
一、实验目的：了解差动变压器测量振动的方法。
二、实验设备：主机箱、差动变压器、差动变压器实验模板、移相器/相敏检波器/滤波器模板、振动源、示波器。
三、基本原理：由实验九差动变压器性能实验基本原理可知，当差动变压器的铁芯连接杆与被测体连接时就能检测到被测体的位移或振动。
四、实验步骤：
1、将差动变压器按图1卡在传感器安装支架的U型槽上并拧紧差动变压器的夹紧螺母，调整传感器安装支架使差动变压器的铁芯连杆与振动台中心点磁钢吸合并拧紧传感器安装支架压紧螺帽，再调节升降杆使差动变压器铁芯大约处于线圈的中心位置。
图1 差动变压器振动测量安装、接线图
2、按图1接线，并调整好有关部分，调整如下：（1）检查接线无误后，合上主机箱电源开关，用频率表、示波器监测音频振荡器L V的频率和幅值，调节音频振荡器的频率、幅度旋钮使Lv输出4—5KHz、V op-p=2V的激励电压。（2）用示波器观察相敏检波器输出(图中低通滤波器输出中接的示波器改接到相敏检波器输出)，调节升降杆(松开锁紧螺钉转动升降杆的铜套)的高度，使示波器显示的波形幅值为最小。（3）仔细调节差动变压器实验模板的R W1和R W2(交替调节)使示波器（相敏检波器输出）显示的波形幅值更小，基本为零点。（4）用手按住振动平台（让传感器产生一个大位移）仔细调节移相器和相敏检波器的旋钮，使示波器显示的波形为一个接近全波整流波形。（5）松手，整流波形消失变为一条接近零点线（否则再调节R W1和R W2）。(6)振动源的低频输入接上主机箱的低频振荡器，调节低频振荡器幅度旋钮和频率旋钮，使振动平台振荡较为明显。用示波器观察放大器相敏检波器Vo及低通滤波器的Vo波形。
3、保持低频振荡器的幅度不变，改变振荡频率（频率与输出电压Vp-p的监测方法与实验十相同）用示波器观察低通滤波器的输出，读出峰－峰电压值，记下实验数据，填入下表1。表1
变片测出的结果相比较。
5、保持低频振荡器频率不变，改变振荡幅度，同样实验可得到振幅与电压峰峰值Vp-p曲线（定性）。
6、注意事项：低频激振电压幅值不要过大，以免梁在自振频率附近振幅过大。实验完毕，关闭电源。
五、思考题：
1、如果用直流电压表来读数，需增加哪些测量单元，测量线路该如何？
2、利用差动变压器测量振动，在应用上有些什么限制？
实验九压电式传感器测振动实验
一、实验目的：了解压电传感器的测量振动的原理和方法。
二、实验设备：主机箱、差动变压器实验模板、振动源、示波器。
三、基本原理：压电式传感器由惯性质量块和受压的压电片等组成。（观察实验用压电加速度计结构）工作时传感器感受与试件相同频率的振动，质量块便有正比于加速度的交变力作用在晶
片上，由于压电效应，压电晶片上产生正比于运动加速度的表面电荷。
四、实验步骤：
1、按图1所示将压电传感器安装在振动台面上(与振动台面中心的磁钢吸合)，振动源的低频输入接主机箱中的低频振荡器，其它连线按图示意接线。
图1 压电传感器振动实验安装、接线示意图
2、合上主机箱电源开关，调节低频振荡器的频率和幅度旋钮使振动台振动，观察低通滤波器输出的波形。
3、用示波器的两个通道同时观察低通滤波器输入端和输出端波形；在振动台正常振动时用手指敲击振动台同时观察输出波形变化。
4、改变振动源的振荡频率(调节主机箱低频振荡器的频率)，观察输出波形变化。实验完毕，关闭电源。
实验十压阻式压力传感器的压力测量实验
一、实验目的：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。
四、实验步骤：
《机械测试技术》 实验报告 学院：机械工程与自动化学院专业：机械设计制造及其自动化 学号：姓名 中北大学机械工程系 2012年5月15
实验一：用应变仪测量电阻应变片的灵敏度 一、实验目的 1．掌握电阻应变片的粘贴工艺技术； 2．掌握选择应变片的原则及粘贴质量的检查； 3. 掌握在静载荷下使用电阻应变仪测量方法； 1.掌握桥路连接和电阻应变仪工作原理； 5. 了解影响测量误差产生的因素； 6．为后续电阻应变测量的实验做好在试件上粘贴应变片、接线、防潮、检查等准备工作。 二、实验仪器及设备 常温用电阻应变片；等强度梁试件； 天平秤；砝码；INV1861应变调理器； 千分尺（0～25㎜）；INV3018C信号采集分析仪； 防潮用硅胶；游标卡尺； 电烙铁、镊子、砂纸等工具；小台钳、钢尺、划针； 502粘结剂（氰基丙烯酸酯粘结剂）；丙酮、乙醇、药棉等清洗器材等。 三、实验原理 电测法的基本原理是：将电阻应变片粘贴在被测构件的表面，当构件发生变形时，应变片随着构件一起变形（ΔL/L），应变片的电阻值将发生相应的变化，通过电阻应变仪，可测量出应变片中电阻值的变化（ΔR/R），并换算成应变值，或输出与应变成正比的模拟电信号（电压或电流），用记录仪记录下来，也可用计算机按预定的要求进行数据处理，得到所需要的应变或应力值。电阻应变片的灵敏度是构件单位应变所引起应变片电阻值的变化量，用S来表示。 本实验中用到的是单臂电桥，即四分之一桥，工作中只有一个桥臂电阻随着被测量的变化而变化，设改电阻为R1，产生的电阻变化量为ΔR，原理如下图所示：
个 则输出电压0U 的值为： 01 4 e u u S =ε 式中, 0u 为输出电压，ε为应变值，e u 为供桥电压，0u 和ε可从分析仪中直接读出， e u 在应变仪中读出，S 为实验所求。 四、实验方法与实验步骤 1.选片。目测电阻应变片有无折痕、断丝、霉点、锈点等缺陷，缺陷应变片不能粘贴，必须更换。 2.测片。用数字万用表或电桥精确测量应变片电阻值的大小。注意：不要用手或不干净的物品直接接触应变片基底。测量时应放在干净的书面上，不能使其受力，应保持平直。记录各个应变片的阻值，要求应变片阻值精确到小数点后一位数字。对于标称电阻为120Ω的应变片，测量时数字万用表必须打到200Ω档位上，所测电阻值为原始电阻。要求同一电桥中各应变片之间阻值相差均不得大于0.5Ω，否则需要更换。 3.试件表面处理。实验所用试件为等强度梁，为使粘贴牢固，必须对试件表面进行处理，处理过程如下： （1）用细砂纸在等强度梁表面需贴片处打磨，打磨方向与贴片轴线位置成45度交叉。如等强度梁上有以前贴好的应变片，先用小刀铲掉。应变片为一次性消耗材料，粘贴后再起下来不能再用。 （2）用棉花球蘸丙酮、乙醇擦洗表面的油污和锈斑，直到干净再自行晾干。 （3）然后用划针在贴片处划出十字线，作为贴片坐标，再用棉球擦一下。 （4）打磨好的表面，如暂时不贴片，可涂以凡士林等防止氧化。 4.贴片。贴片过程如下： R1+δR R2 R4 R3 U e B D R2 A B C D R1 R4 R3 C 0
《机械工程测试技术基础》实验指导书实验一观测50Hz非正弦周期信号的分解与合成 一、实验目的 1、用同时分析法观测50Hz非正弦周期信号的频谱，并与其傅立叶级数各项的频率与系数作比较。 2、观测基波和其谐波的合成 二、实验设备 1、信号与系统实验箱：TKSS-A型或TKSS-B型或TKSS-C型： 2、双综示波器。 三、实验原理 1、一个非正弦周期函数可以用一系列频谱成整数倍的正弦函数来表示，其中与非正弦具有相同频率的成分称为基波或一次谐波，其它成分则根据其频率为基波频率的 2、 3、 4、。。。、n等倍数分别称二次、三次、四次、。。。、n次谐波，其幅度将随谐波次数的增加而减小，直至无穷小。 2、不同频率的谐波可以合成一个非正弦周期波，反过来，一个非正弦周期波也可以分解为无限个不同频率的谐波成分。 3、一个非正弦周期函数可用傅立叶级数来表示，级数各项系数之间的关系可用一个频谱来表示，不同的非正弦周期函数具有不同的频谱图，各种不同波形及其傅氏级数表达式如下，方波频谱图如图2-1表示 图2-1方波频谱图
1、方波 ()?? ? ??++++= t t t t u t u m ωωωωπ7sin 715sin 513sin 31sin 4 2、三角波 ()?? ? ??++-= t t t U t u m ωωωπ5sin 2513sin 91sin 82 3、半波 ()?? ? ??+--+= t t t U t u m ωωωππ4cos 151cos 31sin 4212 4、全波 ()?? ? ??+---= t t t U t u m ωωωπ6cos 3514cos 1512cos 31214 5、矩形波 ()?? ? ??++++= t T t T t T U T U t u m m ωτπωτπωτππτ3cos 3sin 312cos 2sin 21cos sin 2图中LPF 为低通滤波器，可分解出非正弦周期函数的直流分量。BPF 1～BPF 6为调谐在基波和 各次谐波上的带通滤波器，加法器用于信号的合成。 四、预习要求 在做实验前必须认真复习教材中关于周期性信号傅立叶级数分解的有关内容。 五、实验内容及步骤 1、调节函数信号发生器，使其输出50Hz 的方波信号，并将其接至信号分解实验模块 BPF 的输入端，然后细调函数信号发生器的输出频率，使该模块的基波50Hz 成分BPF
13-4有一应变式测力传感器，弹性元件为实心圆柱，直径D=40mm 。在圆柱轴向 和周向各贴两片应变片（灵敏度系数s=2.），组成差动全桥电路，供桥电压为10v 。 设材料弹性模量E=2.1?1011 pa ，泊松比υ=0.3。试求测力传感器的灵敏度（该灵敏度用μv/kN 表示）。 解：设受压缩 F,轴向贴的应变片 R S R R ξ=?=?31 横向贴的应变片：SR R R μξ=?=?43 设原电阻 4321R R R R === ，则受力F 后： 11R R R ?-= , 33R R R ?-=, 22R R R ?-= , 44R R R ?-= 电桥输出电压变化： x U R R R R R R R R U ) )((43214 231+-= ?
x x x U R R R U R R R R R U R R R R R R 22)(2 1212 12 212 1?+?- ≈?+?-?+?- =?++?-?+?- = x U S U U 2 )1(ξ +- =?∴ E r F E r F A F 22πσξπσ?=?=?=?= ?∴ 代入上式 x U E r F S U U 22)1(π?+-=?∴ 测力传感器灵敏度 E r SU U F U K x 22)1(π+=??= ) (101.2)(02.0) (1022)3.01(11 22Pa m V ?????+= π 又因为： 218.91002.11m N Pa ??=- 所以： ) (8.9102.1101.202.0) (103.11112N V K ??????? =-π N V 10102.32103.1-???= N V 91089.41-?= KN V μ4189.0= 13-5在一受拉弯综合作用的构件上贴有四个电阻应变片。试分析各应变片感受的应变，将其值填写在应变表中。并分析如何组桥才能进行下述测试：(1) 只测弯矩，消除拉应力的影响；(2) 只测拉力，消除弯矩的影响。电桥输出各为多少？ 组桥如图。
《机械工程测试技术》实验指导书 编者：郑华文刘畅 昆明理工大学机电学院实验中心 2014年5月
说明和评分 1学生按照实验预约表进行实验；在实验前，需对理论教学中相关内容做做复习并对实验指导书进行预习，熟悉实验内容和要求后才能进入实验室进行实验。在实验中，不允许大声喧哗和进行与实验不相关的事情。 2进入实验室后，应遵守实验室守则，学生自己应发挥主动性和独立性，按小组进行实验，在操作时应对实验仪器和设备的使用方法有所了解，避免盲目操作引起设备损坏，在动手操作时，应注意观察和记录。 3根据内容和要求进行试验，应掌握开关及的顺序和步骤：1）不允许带负荷开机。输出设备不允许有短路，输入设备量程处于最大，输出设备衰减应处于较小。2）在实验系统上电以后，实验模块和实验箱，接入或拔出元件，不允许带电操作，在插拔前要确认不带电，插接完成后，才对实验模块和试验箱上电。3）试验箱上元件的插拔所用连线，在插拔式用手拿住插头插拔，不允许直接拉线插拔。4）实验中，按组进行试验，实验元件也需按组取用，不允许几组混用元件和设备。 4在实验过程中，在计算机上，按组建立相关实验文件，实验中的过程、数据、图表和实验结果，按组记录后，各位同学拷贝实验相关数据文件等，在实验报告中应有反应。对实验中的现象和数据进行观察和记录。 实验评分标准： 1）实验成绩评分按实验实作和实验报告综合评分：实验实作以学生在实验室中完成实验表现和实验结果记录文件评定，评定为合格和不合格；实验报告成绩：按照学生完成实验报告的要求，对实验现象的观察、思考和实验结果的分析等情况评定成绩。初评百分制评定。 2）综合实验成绩评定按百分制。
机械工程测试技术基础 实 验 报 告 姓名：*** 班级：***** 学号：******** 时间：2018-5-12
实验一金属箔式应变片――全桥性能实验 一、实验目的 了解全桥测量电路的优点。 二、实验仪器 应变传感器实验模块、托盘、砝码、数显电压表、±15V、±4V电源、万用表 三、实验原理 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组件，如图1-1所示，四个金属箔应变片分别贴在弹性体的上下两侧，弹性体受到压力发生形变，应变片随弹性体形变被拉伸，或被压缩。 图1-1
图1-2全桥面板接线图 通过这些应变片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，如图1-2所示,全桥测量电路中，将受力性质相同的两只应变片接到电桥的对边，不同的接入邻边，当应变片初始值相等，变化量也相等时，其桥路输出 Uo= E（1-1） E 为电桥电源电压，R 为固定电阻值， 四、实验内容与步骤 1．应变传感器已安装在应变传感器实验模块上，可参考图1-1。 2．差动放大器调零。从主控台接入±15V 电源，检查无误后，合上主控台电源开关，将差动放大器的输入端Ui 短接并与地短接，输出端Uo2 接数显电压表（选择2V 档）。将电位器Rw4 调到增益最大位置（顺时针转到底），调节电位器Rw3 使电压表显示为0V。关闭主控台电源。（Rw3、Rw4 的位置确定后不能改动）。3．按图3-1 接线，将受力相反（一片受拉，一片受压）的两对应变片分别接入电桥的邻边。 4．加托盘后电桥调零。电桥输出接到差动放大器的输入端Ui，检查接线无误后，合上主控台电源开关，预热五分钟，调节Rw1 使电压表显示为零。
《机械工程测试技术基础》实验报告 专业 班级学号 姓名 成绩 沈阳理工大学机械工程学院 机械工程实验教学中心 2015年4月
目录 实验一金属箔式应变片——电桥性能实验1 1.1实验内容1 1.2实验目的1 1.3实验仪器、设备1 1.4简单原理1 1.5实验步骤2 1.6实验结果2 1.7思考题4 实验二状态滤波器动态特性实验4 2.1实验内容4 2.2实验目的4 2.3实验仪器、设备5 2.4简单原理5 2.5实验步骤5 2.6实验结果6 2.7思考题11 实验三电机动平衡综合测试实验11 3.1实验内容11 3.2实验目的11 3.3实验仪器、设备11 3.4简单原理12
3.5实验步骤12 3.6实验结果13 3.7思考题15 实验四光栅传感器测距实验15 4.1实验内容15 4.2实验目的16 4.3实验仪器、设备16 4.4简单原理16 4.5实验步骤16 4.6实验结果17 4.5思考题19 实验五 PSD位置传感器位置测量实验19 5.1实验内容19 5.2实验目的19 5.3实验仪器、设备19 5.4简单原理19 5.5实验步骤20 5.6实验结果20 5.7思考题23 -
实验一金属箔式应变片——电桥性能实验指导教师日期 1.1实验内容 1.2实验目的 1.3实验仪器、设备 1.4简单原理
1.5实验步骤 1.6实验结果 表1.1 应变片单臂电桥实验数据表
表1.2 应变片半桥实验数据表 根据实验结果计算单臂和半桥的灵敏度、线性误差、回程误差，在座标纸上分别画出单臂、板桥的输入及输出关系曲线，并在曲线上标出线性误差、回城误差位置：
实验心得体会 在做测试技术的实验前,我以为不会难做,就像以前做物理实验一样,做完实验,然后两下 子就将实验报告做完.直到做完测试实验时,我才知道其实并不容易做,但学到的知识与难度 成正比,使我受益匪浅. 在做实验前,一定要将课本上的知识吃透,因为这是做实验的基础,否则,在老师讲解时就 会听不懂,这将使你在做实验时的难度加大,浪费做实验的宝贵时间.比如做光伏的实验,你要 清楚光伏的各种接法,如果你不清楚,在做实验时才去摸索,这将使你极大地浪费时间,使你事 倍功半.做实验时,一定要亲力亲为,务必要将每个步骤,每个细节弄清楚,弄明白,实验后,还 要复习,思考,这样,你的印象才深刻,记得才牢固,否则,过后不久你就会忘得一干二净,这还 不如不做.做实验时,老师还会根据自己的亲身体会,将一些课本上没有的知识教给我们,拓宽 我们的眼界,使我们认识到这门课程在生活中的应用是那么的广泛. 通过这次测试技术的实验,使我学到了不少实用的知识,更重要的是,做实验的过程,思考 问题的方法,这与做其他的实验是通用的,真正使我们受益匪浅. 实验心得体会 这个学期我们学习了测试技术这门课程，它是一门综合应用相关课程的知识和内容来解 决科研、生产、国防建设乃至人类生活所面临的测试问题的课程。测试技术是测量和实验的 技术，涉及到测试方法的分类和选择，传感器的选择、标定、安装及信号获取，信号调理、 变换、信号分析和特征识别、诊断等，涉及到测试系统静动态性能、测试动力学方面的考虑 和自动化程度的提高，涉及到计算机技术基础和基于labview的虚拟测试技术的运用等。 课程知识的实用性很强，因此实验就显得非常重要，我们做了金属箔式应变片：单臂、 半桥、全桥比较, 回转机构振动测量及谱分析, 悬臂梁一阶固有频率及阻尼系数测试三个实 验。刚开始做实验的时候，由于自己的理论知识基础不好，在实验过程遇到了许多的难题， 也使我感到理论知识的重要性。但是我并没有气垒，在实验中发现问题，自己看书，独立思 考，最终解决问题，从而也就加深我对课本理论知识的理解，达到了“双赢”的效果。 实验中我学会了单臂单桥、半桥、全桥的性能的验证；用振动测试的方法，识别一小阻 尼结构的（悬臂梁）一阶固有频率和阻尼系数；掌握压电加速度传感器的性能与使用方法； 了解并掌握机械振动信号测量的基本方法；掌握测试信号的频率域分析方法；还有了解虚拟 仪器的使用方法等等。实验过程中培养了我在实践中研究问题，分析问题和解决问 题的能力以及培养了良好的工程素质和科学道德，例如团队精神、交流能力、独立思考、 测试前沿信息的捕获能力等；提高了自己动手能力，培养理论联系实际的作风，增强创新意 识。 实验体会 这次的实验一共做了三个，包括：金属箔式应变片：单臂、半桥、全桥比较；回转机构 振动测量及谱分析；悬臂梁一阶固有频率及阻尼系数测试。各有特点。 通过这次实验，我大开眼界，因为这次实验特别是回转机构振动测量及谱分析和悬臂梁 一阶固有频率及阻尼系数测试，需要用软件编程，并且用电脑显示输出。可以说是半自动化。 因此在实验过程中我受易非浅：它让我深刻体会到实验前的理论知识准备，也就是要事前了 解将要做的实验的有关质料，如：实验要求，实验内容，实验步骤，最重要的是要记录什么 数据和怎样做数据处理，等等。虽然做实验时，指导老师会讲解一下实验步骤和怎样记录数 据，但是如果自己没有一些基础知识，那时是很难作得下去的，惟有胡乱按老师指使做，其 实自己也不知道做什么。 在这次实验中，我学到很多东西，加强了我的动手能力，并且培养了我的独立思考能力。 特别是在做实验报告时，因为在做数据处理时出现很多问题，如果不解决的话，将会很难的 继续下去。例如：数据处理时，遇到要进行数据获取，这就要求懂得labview软件一些基本
机械工程测试技术基础 实验报告 学号：0801130801 学生: 俞文龙 指导老师：邓春萍
实验一电阻应变片的粘贴及工艺 一、实验目的 通过电阻应变片的粘贴实验，了解电阻应变片的粘贴工艺和检查方法及应变片在测试中的作用，培养学生的动手能力。 二、实验原理 电阻应变片实质是一种传感器，它是被测试件粘贴应变片后在外载的作用下，其电阻丝栅发生变形阻值发生变化，通过阻桥与静动态应变仪相连接可测出应变大小，从而可计算出应力大小和变化的趋势，为分析受力试件提供科学的理论依据。 三、实验仪器及材料 QJ－24型电桥、万用表、兆欧表、电烙铁、焊锡、镊子、502胶、丙酮或酒精、连接导线、防潮材料、棉花、砂纸、应变片、连接片。 四、实验步骤 1、确定贴片位置 本实验是在一梁片上粘贴四块电阻应变片，如图所示： 2、选片 1）种类及规格选择 应变片有高温和常温之分，规格有3x5，2x4，基底有胶基箔式和纸基箔式。常用是3*5
胶基箔式。 2)阻值选择： 阻值有120欧，240欧，359欧，500欧等，常用的为120欧。 3)电阻应变片的检查 a.外观检查，用肉眼观察电阻应变是否断丝，表面是否损坏等。 b.阻值检查：用电桥测量各片的阻值为配组组桥准备。 4)配组 电桥平衡条件：R1*R3 = R2*R4 电桥的邻臂阻值小于0.2欧。 一组误差小于0.2% 。在测试中尽量选择相同阻值应变 片组桥。 3．试件表面处理 1) 打磨，先粗打磨，后精细打磨 a. 机械打磨，如砂轮机 b. 手工打磨，如砂纸 打磨面积应大于应变片面积2倍，表面质量为Ra = 3.2um 。应成45度交叉打磨。因为这样便于胶水的沉 积。 2)清洁表面 用棉花粘积丙酮先除去油污，后用酒精清洗，直到表面干净为止。 3)粘贴。涂上502胶后在电阻应变片上覆盖一薄塑料模并加压，注意电阻应变片的正反面。反面涂胶，而正面不涂胶。应变片贴好后接着贴连接片。 4)组桥：根据要求可组半桥或全桥。 5)检查。 用万用表量是否断路或开路，用兆欧表量应变片与被测试件的绝缘电阻，静态测试中应大于100M欧，动态测试中应大于50M欧。 6)密封 为了防止电阻应变被破坏和受潮，一般用AB胶覆盖在应变片上起到密封和保护作用，为将来长期监测做好准备。 五实验体会与心得 本次亲自动手做了应变片的的相关实验，对应变片有了进一步的认识，通过贴应变片组成电桥，认识并了解了应变片的粘贴工艺过程，以及对应变片在使用之前是否损坏的检查。通过实验，进一步了解了应变片在试验中的作用，同时也锻炼了自身的动手能力。
测试技术基础实验报告 2017年06月8日
实验一光栅传感器测位移实验 1、四倍频辨向电路的工作原理 四倍频电路是一种位置细分法，就是使正弦信号在0度、90度、180度、270度都有脉冲输出，可使测量精度提高四倍。 光栅传感器输出两路相位相差为90的方波信号A和B.如图l所示，用A，B 两相信号的脉冲数表示光栅走过的位移量，标志光栅分正向与反向移动．四倍频后的信号，经计数器计数后转化为相对位置.计数过程一般有两种实现方法：一是由微处理器内部定时计数器实现计数；二是由可逆计数器实现对正反向脉冲的计数． ①当光栅正向移动时，光栅输出的A相信号的相位超前B相90，则在一个周期内，两相信号共有4次相对变化：00→10→11→01→00．这样,如果每发生一次变化，可逆计数器便实现一次加计数,一个周期内共可实现4次加计数，从而实现正转状态的四倍频计数． ②当光栅反向移动时，光栅输出的A相信号的相位滞后于B相信号90，则一个周期内两相信号也有4次相对变化：00→01→11→10→00．同理，如果每发生一次变化，可逆计数器便实现一次减计数，在一个周期内，共可实现4次减计数，就实现了反转。 2、四倍频辨向电路波形图
实验二：电容式、涡流式传感器的特性及应用实验 一变面积传感器实验原理及电路 实验电路框图如图2所示。电容的变化通过电容转换电路转换成电压信号，经过差动放大器后，用数字电压表显示出来。 图2 电容式传感器实验电路框图 图3 电容转换电路原理图
图4 二极管环形电桥原理图 1、根据表1实测数据，画出输入/输出特性曲线Uo=f（X)，并且计算灵敏度和 非线性误差。 表1-1变面积电容传感器实测数据记录表 输入/输出特性曲线
一、 填空题（20分，每空1分） 1.测试技术是测量和实验技术的统称。工程测量可分为 静态测量 和 动态测量 。 2.测量结果与 被测真值 之差称为 测量误差 。 3.将电桥接成差动方式习以提高 灵敏度 ，改善非线性，进行 温度 补偿。 4.为了 补偿 温度变化给应变测量带来的误差，工作应变片与温度补偿应变片应接在 相邻 桥臂上。 5．调幅信号由载波的 幅值携带信号的信息，而调频信号则由载波的 频率 携带信号的信息。 6．绘制周期信号()x t 的单边频谱图，依据的数学表达式是 傅氏三角级数中的各项系数 ，而双边频谱图的依据数学表达式是 傅氏复指数级数中的各项系数 。 7．信号的有效值又称为 均方根值 ，有效值的平方称为 均方值2ψ ，它描述测试信号的强度(信号的平均功率)。 8．确定性信号可分为周期信号和非周期信号两类，前者频谱特点是 离散的 ，后者频谱特点是 连续的 。 9.为了求取测试装置本身的动态特性，常用的实验方法是 频率响应法 和 阶跃响应法 。 10.连续信号()x t 与0()t t δ-进行卷积其结果是：0()()x t t t δ*-= 0()x t t - 。其几何意义是 把原函数图像平移至0t 位置处 。 二、 选择题（20分，每题2分） 1．直流电桥同一桥臂增加应变片数时，电桥灵敏度将(C)。 A ．增大 B ．减少 C.不变 D.变化不定 2．调制可以看成是调制信号与载波信号(A)。
A 相乘 B ．相加 C ．相减 D.相除 3．描述周期信号的数学工具是(D)。 A ．相关函数 B ．拉氏变换 C ．傅氏变换 D.傅氏级数 4．下列函数表达式中，(B)是周期信号。 A ．5cos100()00 t t x t t π? ≥?=? ?
电气测试技术 实 验 指 导 书 河北科技师范学院 机械电子系电气工程教研室 二00六年十月
实验台组成及技术指标 CSY2000系列传感器与检测技术实验台由主控台、三源板（温度源、转动源、振动源）、15个（基本型）传感器和相应的实验模板、数据采集卡及处理软件、实验台桌六部分组成。 1、主控台部分：提供高稳定的±15V、+5V、±2V～±1OV可调、+2V～+24V可调四种直流稳压电源；主控台面板上还装有电压、频率、转速的3位半数显表。音频信号源（音频振荡器）0.4KHz～10KHz可调）；低频信号源（低频振荡器）1Hz～3OHz（可调）；气压源0～15kpa可调；高精度温度控制仪表（控制精度±0.5℃）；RS232计算机串行接口；流量计。 2、三源板：装有振动台1Hz～3OHz（可调）；旋转源0～2400转/分（可调）；加热源＜200℃（可调）。 3、传感器：基本型传感器包括：电阻应变式传感器、扩散硅压力传感器、差动变压器、电容式传感器、霍尔式位移传感器、霍尔式转速传感器、磁电转速传感器、压电式传感器、电涡流位移传感器、光纤位移传感器、光电转速传感器、集成温度传感器、K型热电偶、E型热电偶、Pt10O 铂电阻，共十五个。 4、实验模块部分：普通型有应变式、压力、差动变压器、电容式、霍尔式、压电式、电涡流、光纤位移、温度、移相/相敏检波/滤波十个模块。 5、数据采集卡及处理软件：数据采集卡采用12位A/D转换、采样速度1500点／秒，采样速度可以选择，既可单采样亦能连续采样。标准RS－232接口，与计算机串行工作。提供的处理软件有良好的计算机显示界面，可以进行实验项目选择与编辑，数据采集，特性曲线的分析、比较、文件存取、打印等。 6、实验台桌尺寸为160O×8OO×280（mm），实验台桌上预留计算机及示波器安放位置。 注意事项: 1、迭插式接线应尽量避免拉扯，以防折断。 2、注意不要将从各电源、信号发生器引出的线对地（⊥）短路。 3、梁的振幅不要过大，以免引起损坏。 4、各处理电路虽有短路保护，但避免长时间短路。 5、最好为本仪器配备一台超低频双线示波器，最高频率≥1MHz，灵敏度不低于 2mV／cm。 6、 0.4～10KHZ信号发生器接低阻负载（小于100Ω），必须从L V接口引出。
《机械工程测试技术基础》 实验指导书 戴新编 广州大学 2017.4
前言 测试技术顾名思义是测量和试验的技术。测试技术学习的最终目的是要解决实际问题，所以和理论课程相比，测试技术的实践环节显得更为关键。《机械工程测试技术实验》旨在提高学生综合应用从各门课程中学到的单元技术知识，独立构建、调试测试系统的能力，强化学生对测试系统工程实际的感性认识。它综合体现了各种单元技术在测试工程实际中的应用，是测试专业的学生接触工程实际的开始。 测试技术覆盖了很多知识领域，从测试信号的基本概念到现代测试信号分析方法，从传感器的基本原理到一个复杂大型的测试系统的建立，但在实际中，无法在一门课程里囊括所有这些知识和经验。本指导书根据目前实验室现有的实验条件及教学计划中的学时数，紧密结合理论教学，选择了一些重要的基本内容，实验主要为验证性实验，采用传统的实验模式，由实验教师指导学生完成实验。 通过实验，希望能够使学生牢固、熟练地掌握各种测试仪器的使用，学会调试测试系统的基本方法，包括传感器的使用，信号调理电路、数字化电路及显示单元的调试，在此基础上初步学会自行组建测试系统，并能够独立调试。 具体内容应包括：a.常用测试仪器的使用：在传感器使用及系统组建、调试的过程掌握示波器、数字万用表、信号发生器、稳压电源等的使用。b.传感器的使用：熟悉热电偶传感器、加速度传感器、液位传感器、转速传感器等原理及使用。c.常见物理量测试实验：温度测试实验、转速测试实验、液位测试实验、振动测试实验。由于条件限制，以上的实验内容还只能部分涉及。 实验完成后按要求应提交实验报告。实验报告是一种工程技术文件，是实验研究的产物。学生完成教学实验写出的报告，会为将来进行工程实验、科学研究书写实验报告打下基础，乃至于养成一种习惯，因此应按工程实际要求学生：内容如实，数据可靠；语言明确、简洁；书写工整、规范。实验报告的基本内容应包括实验题目、实验目的、实验仪器和设备（必要时画出连接图）、实验方法、实验结果（包括图表、数字、文字、表达式等）、对实验方法或结
武汉理工大学《机械工程测试技术》课程实验报告 专业：机械电子工程 姓名：大傻逼 年级：2019级 班级：测控1班 学号：201903704567
实验三等强度梁弯矩、拉力测试和标定实验 实验目的 学会制定梁的弯矩和拉力传感器制作方法；学会金属电阻应变片的标定方法；学会通过弯矩信号推导等强度梁的垂向结构参数（固有频率和阻尼比系数） 2实验原理 实验原理图： 应变片R1 R2 R3 R4接线图 （3）电桥的灵敏度 电桥的灵敏度Su是单位电阻变化率所对应的输出电压的大小
Su=U/(ΔR/R)=0.25UO(ΔR1/R1+ΔR2/R2+ ΔR3 / R3- ΔR4 / R4)/(ΔR/ R) n=(R1/R1- R2 / R2+ R3/R3- R4/R4)/(ΔR/ R) 则Su=0.25n U1 式中，n 为电桥的工作臂系数 利用最小二乘法计算单臂全桥的电压输出灵敏度S，S = ΔV/Δm，并做出V～m 关系 在载物平台上加标准砝码，每加一个记录一个放大器输出电压值，并列表： 灵敏度为直线的斜率为 =（1.35+0.81+0.28）-（1.09+0.54+0）/3*2=0.135 V/k 实验图片贴片
贴片一 贴片二 固有频率和阻尼比的计算 在这个实验中，我们使用的是自由衰减法，以下是实验应该得到的曲线样本及物理模型。 做震动减弱原理图
实验步骤及内容 1，按要求，把各实验仪器连接好接入电脑中，然后在悬臂梁上粘紧压电式加速度传感器打开计算机，。。 2，打开计算机，启动计算机上的“振动测试及谱分析.vi ”。 3，选择适当的采样频率和采样点数以及硬件增益。点击LabVIEW 上的运行按钮（Run ）观察由 脉冲信号引起梁自由衰减的曲线的波形和频谱。 4，尝试输入不同的滤波截止频率，观察振动信号的波形和频谱的变化。 5，尝试输入不同的采样频率和采样点数以及硬件增益，观察振动信号的波形变化。 6，根椐最合适的参数选择，显示最佳的结果。然后按下“结束按钮，完成信号采集。最后我选择的参数是：采样频率sf 为512HZ,采样点数N为512点。 7，记录数据，copy读到数据的程序，关闭计算机。
实验一波形的合成与分解 一、实验目的 1、了解信号分析手段之一的傅里叶变换的基本思想和物理意义。 2、观察和分析由多个频率、幅值和相位成一定关系的正弦波叠加的合成波形。 3、观察和分析频率、幅值相同，相位角不同的正弦波叠加的合成波形。 4、通过本实验熟悉信号合成、分解的操作方法，了解信号频谱的含义。 二、实验结果 图1.1方波 图1.2锯齿波 图1.3三角波 图1.4正弦整流波 实验二典型信号的频谱分析 一、实验目的 1、在理论学习的基础上，通过本实验熟悉典型信号的频谱
特征，并能够从信号频谱中读取所需的信息。 2、了解信号频谱的基本原理和方法，掌握用频谱分析提取测量信号特征的方法。 二、实验原理 信号频谱分析是采用傅里叶变换将时域信号x(t)变换为频域信号X(f)，从而帮助人们从另一个角度来了解信号的特征。 工程上习惯将计算结果用图形方式表示，以频率f为横坐标，X(f)的实部a(f)和虚部b(f)为纵坐标画图，称为时频—虚频谱图；以频率f为横坐标，X(f)的幅值A(f)和相位φ(f)为纵坐标画图，则称为幅值—相位谱；以f为横坐标，A(f)2为纵坐标画图，则称为功率谱。 频谱是构成信号的各频率分量的集合，它完整地表示了信号的频率结构，即信号由哪些谐波组成，各谐波分量的幅值大小及初始相位，揭示了信号的频率信息。 三、实验结果 实验结果如下图所示： 图2.1 白噪声信号幅值频谱特性
图2.2 正弦波信号幅值频谱特性 图2.3 方波信号幅值频谱特性 图2.4 三角波信号幅值频谱特性 图2.5 正弦波信号+白噪声信号幅值频谱特性 四、思考题 1、与波形分析相比，频谱分析的主要优点是什么？ 答：信号频谱() X f代表了信号在不同频率分量成分的大小，能够提供比时域信号波形更直观，丰富的信息。 2、为何白噪声信号对信号的波形干扰很大，但对信号的频谱影响很小？ 答：白噪声是指在较宽的频率范围内，各等带宽的频带所含的噪声能量相等的噪声。在时域上，白噪声是完全随机的信号，叠加到波形上会把信号的波形完全搅乱，所以对信号的波形干扰很大。但在整个频带上，白噪声均匀分布，所以从频谱上看，只是把有用信号的频谱抬高了一点而已。 五、工程案例分析 频谱分析可用于识别信号中的周期分量，是信号分析中最常用的一种手段。例如，在机床齿轮箱故障诊断中，可以
《机械工程测试技术》 实验指导书 山东大学机械工程学院实验中心 2008年2月
目录 实验一信号分析实验——————2 实验二传感器的标定实验——————8 实验三测试装置特性实验——————————15 实验四静态应力应变测试实验——————23 实验五动态应力应变测试实验——————33 实验六机械振动测试梁的固有频率测定实验————42 实验七传感器应用---转速测量实验————48 实验八扭转振动测量实验————————38 实验九设计实验—————————————50
实验一信号分析 一、实验目的 1.掌握信号时域参数的识别方法，学会从信号时域波形中观察和获取信号信息。 2.加深理解傅立叶变换的基本思想和物理意义，熟悉典型信号的频谱特征，掌握使用频谱分析提取测量信号特征的方法。 3.理解信号的合成原理，观察和分析由多个频率、幅值和相位成一定关系的正弦波叠加的合成波形。 4. 初步了解虚拟仪器的概念。 二、实验原理 1．信号时域分析 信号时域分析又称为波形分析或时域统计分析，它是通过信号的时域波形计算信号的均值、均方值、方差等统计参数。信号的时域分析很简单，用示波器、万用表等普通仪器就可以进行分析。通过本实验熟悉时域参数的识别方法，能够从信号波形中观测和读取所需的信息，也就是具备读波形图的能力。 2信号频谱分析 信号频谱分析是采用傅里叶变换将时域信号x(t)变换为频域信号X(f)，从而帮助人们从另一个角度来了解信号的特征。频谱是构成信号的各频率分量的集合，它完整地表示了信号的频率结构，即信号由哪些谐波组成，各谐波分量的幅值大小及初始相位，揭示了信号的频率信息。信号频谱X(f)代表了信号在不同频率分量成分的大小，能够提供比时域信号波形更直观，丰富的信息。工程上习惯将计算结果用图形方式表示，以频率f为横坐标，X(f)的实部和虚部 为纵坐标画图，称为时频－虚频谱图；以频率f为横坐标，X(f)的 幅值。和相位为纵坐标画图，则称为幅值－相位谱。
实验一波形的成与分解 一、实验目的 1、加深了解信号分析手段之一的傅里叶变换的基本思想和物理意义。 2、观察和分析由多个频率、幅值和相位成一定关系的正弦波叠加的合成波形。 3、观察和分析频率、幅值相同，相位角不同的正弦波叠加的合成波形。 4. 通过本实验熟悉信号合成、分解的操作方法，了解信号频谱的含义。 二、实验结果 由傅里叶级数展开式，用一个频率为100hz、幅值为600正弦波的前五项谐波近似合成方波、三角波锯齿波、正弦整流波： 图1.1方波
图1.2锯齿波 图1.3三角波
图1.4正弦整流波
实验二典型信号的频谱分析 一、实验目的 1、在理论学习的基础上，通过本实验熟悉典型信号的频谱特征，并能够从信号频谱中读取所需的信息。 2、了解信号频谱的基本原理和方法，掌握用频谱分析提取测量信号特征的方法。 二、实验原理 频谱分析可用于识别信号中的周期分量，是信号分析中最常用的一种手段。 信号频谱分析是采用傅里叶变换将时域信号x(t)变换为频域信号X(f)，从而帮助人们从另一个角度来了解信号的特征。 工程上习惯将计算结果用图形方式表示，以频率f为横坐标，X(f)的实部a(f)和虚部b(f)为纵坐标画图，称为时频—虚频谱图；以频率f为横坐标，X(f)的幅值A(f)和相位φ(f)为纵坐标画图，则称为幅值—相位谱；以f为横坐标，A(f)2为纵坐标画图，则称为功率谱。 频谱是构成信号的各频率分量的集合，它完整地表示了信号的频率结构，即信号由哪些谐波组成，各谐波分量的幅值大小及初始相位，揭示了信号的频率信息。 三、实验结果 图2.1 白噪声信号幅值频谱特性
测试技术实验报告 班级： 姓名： 学号： 河南科技大学机电工程学院测控教研室 二O一一年五月
实验一 测量电桥静态特性测试报告 同组人： 时间： 一、实验目的 1. 熟悉静态电阻应变仪的工作原理和使用方法 2. 熟悉测量电桥的三种接法，验证公式04n y e e δε= 3. 分析应变片组桥与梁受力变形的关系，加深对等强度梁概念的理解 4. 验证温度对测量的影响并了解消除方法 二、实验设备 静态电阻应变仪、等强度梁、砝码、应变片 三、实验原理 等强度梁受外力变形时，贴在其上的应变片的电阻也随之发生相应的变化。应变片连接在应变仪测量桥的桥臂上，则应变片电阻的变化就转换为测量电桥输出电压的变化，应变仪采用“零位法”进行测量。它采用双桥电路，一个是测量桥，另一个为读数桥。当测量桥有电压输出时，调整读数桥的刻度盘，使仪表指针为零。则此时读数桥读数与桥臂系数之比即为试件的实验应变值。 四、实验数据整理 在等强度梁上逐级加载、卸载，并把三种电桥接法的测量结果填入表1。 表1 三种电桥接法的测量结果处理 注：理论应变2 = E bh ε理，其中10b =；h=6mm ；E=2×1011N/m 2 五、问答题 1、 试分析实验中同一载荷下，半桥接法相对于单臂和全桥接法的仪器输出有什么不同？ 半桥接法时，仪器输出是单臂接法仪器输出的2倍，是全桥接法仪器输出的1/2，单臂
接法时01R U =U 4R ?± ，半桥时01R U =U 2R ?±，全桥时0R U =U R ?±。同时，由上图数据可以看出，每对应一个负荷时，半桥接法时的仪器输出是单臂时的2倍，全桥的1/2。 2、 单臂测量时若试件温度升高，仪器输出(指针)如何变化？说明变化的原因。 仪器输出将变大。当试件受力且试件温度升高时，输出电压F T 0R R 1U = +4R R ???? ??? ， R 为试件电阻，而本实验输出的是应变片的应变ε，F T 1R R 1=+S R R ε???? ??? ，若试件温度升高时，则没有温度影响 T R R ?，F 2R =SR ε?，显然，温度升高的变化1ε大于温度没有升高时的变化2ε，故试件温度升高时，仪器输出将变大。 3、 某等强度梁受力及布片如图所示，试问该如何组桥能测出力F ？若将该梁换成等截面梁， 又该如何布片？如何组桥？方能测出力F ？
实验1 箔式应变片性能—单臂、半桥、全桥 1 实验目的 １．观察了解箔式应变片的结构及粘贴方式。 ２．测试应变梁变形的应变输出。 ３．比较各桥路间的输出关系。 2 实验原理 本实验说明箔式应变片及单臀直流电桥的原理和工作情况。 应变片是最常用的测力传感元件。当用应变片测试时，应变片要牢固地粘贴在测试体表面，当测件受力发生形变，应变片的敏感栅随同变形，其电阻值也随之发生相应的变化。通过测量电路，转换成电信号输出显示。 电桥电路是最常用的非电量电测电路中的一种，当电桥平衡时，桥路对臂电 阻乘积相等，电桥输出为零，在桥臀四个电阻R １、R ２ 、R ３ 、R ４ 中，电阻的相对变 化率分别为ΔR １／R １ ，ΔR ２ ／R ２ ，ΔR ３ ／R ３ ，ΔR ４ ／R ４ 。当使用一个应变片时， ∑R＝ΔR／R；当二个应变片组成差动状态工作，则有∑R＝2ΔR／R；用四个应 变片组成二个差动对工作，且R 1=R 2 =R 3 =R 4 =R，∑R＝4ΔR／R。 由此可知，单臂，半桥，全桥电路的灵敏度依次增大。 3 实验所需部件 直流稳压电源(士4V档，、电桥、差动放大器、箔式应变片、测微头、电压表。 4 实验步骤: 1．调零。开启仪器电源，差动放大器增益置100倍(顺时针方向旋到底)，" 十、一"输入端用实验线对地短路。输出端接数字电压表，用"调零"电位器调整差动放大器输出电压为零，然后拔掉实验线。调零后电位器位置不要变化。 如需使用毫伏表，则将毫伏表输入端对地短路，调整"调零"电位器，使指针居"零"位。拔掉短路线，指针有偏转是有源指针式电压表输入端悬空时的正常情况。调零后关闭仪器电源。 2．按图(4)将实验部件用实验线连接成测试桥路。桥路中R 1、R 2 、R 3 和W D 为电 桥中的固定电阻和直流调平衡电位器，R为应变片(可任选上、下梁中的一片工作片)。直流激励电源为士4v。测微头装于悬臂梁前端的永久磁钢上，并调节使应变梁处于基本水平状态。
实验指导书 实验项目名称：测试装置动态特性的测量 实验项目性质：综合性 所属课程名称：测试技术实验 实验计划学时：2 一．实验目的 1．了解差动变压器式位移传感器的工作原理 2．掌握测试装置动态特性的测试 3．掌握m-k-c二阶系统动态特性参数的影响因素 二．实验内容和要求 1. 差动变压器式位移传感器的标定 2．弹簧振子二阶系统的阻尼比和固有频率的测量 三．实验主要的仪器设备和材料 该实验需要的主要仪器设备有：弹簧振子实验台、计算机、采集卡、电源。 1．弹簧振子实验台 弹簧振子实验台的原理如图1所示，主要由弹簧k、质量振子m、阻尼器c、传感器、台架、振子位置调节器等组成。阻尼器由阻尼薄片
和介质阻尼及传感器铁心运动副组成，更换不同面积的阻尼薄片和介质，可获得不同的阻尼系数。 实验台为一典型的m-k-c 二阶系统，系统的传递函数为 21()G s ms cs k =++ (1) 系统的无阻尼固有频率为 n ω= (2) 系统的无因次阻尼比为 ξ= (3) 系统的有阻尼固有频率 d ωω= (4) 2．测量原理 1) 原理 根据测量出的弹簧振子欠阻尼二阶系统的阶跃响应曲线来求系统 图 1 弹簧振子实验台弹簧k 振子m 传感器 台架
的动态特性：固有频率n ω和阻尼比ξ。关于该方法的详细说明可参见教 材。 2) 实验步骤 先将质量振子偏离平衡，具有一定的初始位移，然后松开。该二阶系统在初始位移的作用下，产生一定的输出，位移传感器采集到系统的输出并传输给计算机，该输出曲线如图2所示。该输出是由初始状态引起的，可称之为零输入响应，也可看作是由初始位置到零的阶跃响应。 (1) 求有阻尼固有频率d ω 阶跃响应的振荡频率为系统的有阻尼固有频率d ω。根据图2中的曲 线的振荡周期，可测得 2d d T πω= (5) (2) 求阻尼比ξ 利用任意两个超调量i M 和i n M +可求出其阻尼比，n 是该两个峰值相 隔的某一整周期数。计算公式为 图2 欠阻尼二阶系统的阶跃响 应 T d T d M 1 M 2 M 3