传感器技术测试技术实验指导书201201版
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《测试技术》
实验指导书
蒋 平
南京工程学院
二○一二年一月
2 目 录
实验1 测试装置的特性实验 ..................................................... 1
实验1—1 指针式电表的静、动态特性 ............................. 1
实验1—2 电阻应变仪的静、动态特性 ............................. 4
实验2 电桥和差特性实验 ......................................................... 7
实验3 信号分析实验 ............................................................... 11
实验3—1 基于信号分析工具箱的信号分析实验 ........... 12
实验3—2 基于虚拟仪器的信号分析实验 ....................... 15
实验4 三向振动台的计算机辅助测试实验 ........................... 17
实 验 报 告 ........................................................................................ 1
实验1 测试装置的特性实验 ..................................................... 1
实验2 电桥和差特性实验 ......................................................... 3
实验3 信号分析实验 ................................................................. 5
实验4 三向振动台的计算机辅助测试实验 ............................. 6
1 实验1 测试装置的特性实验
实验1—1 指针式电表的静、动态特性
一、实验目的
1、熟悉测试装置静态特性(灵敏度、线性度、滞后度)和动态特性（幅频特性、相频特性)；
2、掌握测试装置特性的简易测定方法。
二、仪器
1. 指针式直流电压表(或具有直流电压测试档的指针式万用表)；
2. 函数信号发生器；
3. 可调直流电源；
4. 一号电池及连接导线等。
三、实验原理
指针式直流电压表(或指针式万用表用直流电压测试档)是一种电压测试指示装置，指针在指示标盘的不同位置(即指针的不同转角)反映了被测量(输入电压或经传感器转换成电压的其它非电物理量)的大小及其变化情况。它的静态特性：
灵敏度S即为输入电压与指针在标盘指示值(指针转角)的比值
S=△L/△V=L/V(格／伏)。
线性度L计算的参考直线(用两点法)即为全量程输入时指针指示值在输入——输出(指针示值)曲线图上的斜率线。找出此斜率线与输入——输出曲线间的最大偏差值Δmax，即可求得该指针式电压表的线性度δL，
%100minmaxmaxYYL
Ymax和Ymin为输出的最大值和最小值。
滞后度H可通过输入递增至全量程后再递减两过程中指针示值所示两输入——输出曲线间最大差值'max。求得。
%100minmax'maxYYH
2 其幅频特性可用指针示值随不同频率(输入电压)变化关系曲线来描述。
四、实验步骤
1. 熟悉各实验仪器的使用方法与操作要领。
2. 灵敏度，线性度，滞后度测定。
①按直流电压表量程(或指针式万用表某直流电压测试档量程)，选择直流电源调压范围，使两者基本一致。
②连接可调直流电源与直流电压表，并使其处于待工作状态。
③按所选可调直流电源满量程电压的1／10为步进值逐一供给直流电压表，读出电压表指针指示值(格)记入表1。重复进行三次。
④计算出上述表内三次数值的平均值，并根据灵敏度S，线性度δL，滞后度H的定义和计算公式分别求出上述工况下的指针式电压表(或指针式万用表作直流电压表)的静态特性参数值。
3. 幅频特性的测定
①选择直流电压表(或指针式万用表直流电压档)满量程为2.5V的档位
②连接直流电压表(或指针式万用表)和低频信号发生器。并在其间串连一节1.5伏的电池后使电压表处于工作状态。
③保持低频信号发生器输出电压为1伏。并以1、1.3、1.5、l.7、2、5、20Hz的输出信号给直流电压表。读出电压表指针相应的来回摆动范围指示值(格)，并记入表2。重复进行三次。
④计算表2内三次数值的平均值。把频率作为横坐标，相应的指针示值摆动范围作为纵坐标。画出输出幅值(指针摆动范围示值)一一频率关系曲线，此曲线即为指针式电压表(指针式万用表作直流电压表)的幅频特性。
五、讨论
1. 用两点法所画直线作为线性度参考直线有何优缺点?
2. 可否用输入增、减过程中任一相同输入量时输出幅值的差值作为滞后度H的计算依据？为什么？
3. 测直流电压表幅频特性时为何要串接一节电池？
3
指针式电表的静、动态特性实验数据表
表1
1/10 2/10 3/10 4/10 5/10 6/10 7/10 8/10 9/10 10/10
1
2
3
平均值
表2
1Hz 1.3Hz 1.5Hz 1.7Hz 2Hz 5Hz 20Hz
1
2
3
平均（v）
4 实验1—2 电阻应变仪的静、动态特性
一、实验目的
1. 了解电阻应变仪的基本结构和使用方法。
2. 熟悉测试装置静、动态特性(灵敏度、线性度、滞后度、幅频特性)及其简易测定方法。
二、仪器
1. 动态电阻应变仪。
2. 等强度梁(或应力环)及加载装置(如砝码)。
3. 信号发生器、功率放大器、激振器。
4. 毫安表(或万用表)。
三、实验原理
动态电阻应变仪是利用由应变片组成的电桥电路把随外力而发生的电阻变化转换成电流(或电压)的变化，且进一步放大，最后以足够的功率推动显示或记录仪器进行测试的专门仪器。它的灵敏度S是输入量△y(如外力)与输出量△x(如电流)的比值△y／△x；其线性度L计算的参考直线即为全量程输入时应变仪相应输出量值在输入——输出曲线图上的斜率线(两点连线法)。找出此斜率线与输入输出曲线的最大偏差值Bmax，即可求得应变仪的线性度L(L=(Bmax/A)*100%)，其中A为输入全量程）。其滞后度M可通过输入升，降回程记录的输出值所作两输入——输出曲线间最大差值△ymax求得，M=(△ymax /A)*100%(A为输入全量程)。其幅频特性可用应变仪相应输出量(电流)随不同频率输入量(即激振力的频率)的变化关系来描述。
四、实验步骤
1.静态特性测定
①了解电桥盒结构，把等强度梁 (或应力环)上的电阻应变片按半桥或全桥形式接到电桥盒上，再把电桥盒接到应变上。
②打开电源，进行平衡调节，衰减档位从大到小，调节电阻平衡、电容平衡，直到衰减为“1”。调好平衡后不能在加载及卸载过程中再动平衡旋钮。
③加载装置给等强度梁 (或应力环)加载、卸载。如用砝码50g、100g、150g、
5 200g、150g、100g、50g，0g，将各加载、卸载时应变仪输出的读数（mA或）记入表1(重复加载、卸载三次)。
④根据表1中三次输出的平均值画出mA——g或——g曲线，并根据灵敏度，线性度，滞后度的定义和计算公式分别求出上述工作情况下的应变仪静态特性参数值。
2，幅频特性的测定
①熟悉信号发生器，功率放大器，激振器的使用方法。
②按图示连接各仪器，并调节激振器柔性杆与应力环(或等强度梁)的相对位置，使其处于良好工作状态。检查各仪器开关、旋钮位置：所有电源开关应在关位置，信号发生器及功率放大器的输出旋钮应在最小位置。功率放大器的“恒压，恒流”开关应在“恒压”位置，并把YD一21型应变仪的频率档位拨至30Hz处。
③电阻应变仪调平衡。
④拨动功率放大器及信号发生器电源开关使其处于通的位置。
⑤将信号发生器频率调至10Hz，并调节“输出细调”旋钮，使电压显示1V。
⑥缓慢转动功率放大器的输出旋钮，使激振器起振，然后使“输出旋钮”固定在某一位置。记下万用表的读数填入表2。
⑦依次改变信号发生器的频率为15、20、25、30、35、 40、45Hz，记下各次在万用表上的相应读数填入表2（重复三次）。在每次改变频率时均不得调节功率放大器的输出，旋钮，并使信号发生器的输出电压始终保持1V。
⑧根据表2数据算出平均值。并画出应变仪的幅频特性图。
五，讨论
1. 应变仪的幅频特性对测量误差有何影响?
2. 测定应变仪特性参数时对其它所用仪器的性能有何要求?
6 电阻应变仪的静、动态特性实验数据表
表1
载 荷g 0 50 100 150 200 150 100 50 0
半桥或全桥(mA或) 1
2
3
平均
表2
10 15 25 30 35 40 45
1
2
3
平均
