測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、 測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)報(bào)告班 級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 姓 名： 2014-6-19實(shí)驗(yàn)一 光柵傳感器測(cè)位移實(shí)驗(yàn)）.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解光柵傳感器的基本結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)、工作原理。.掌握光柵傳感器測(cè)量位移的原理及方法。）實(shí)驗(yàn)原理光柵位移傳感器由光源、聚光燈、標(biāo)尺光柵、指示光柵和光電元件組成。光源發(fā)出的光線經(jīng)過(guò)透鏡照射在光柵上，再通過(guò)光柵照射在光電元件上，把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。 光柵測(cè)量位移的工作原理是基于莫爾條紋現(xiàn)象。兩塊柵距w相同，黑白寬度相同的長(zhǎng)光柵，當(dāng)它們的刻線面彼此平行互相靠近，且沿刻線方向保持成一個(gè)很小的夾角時(shí)，由于遮光效應(yīng)或光的衍射作用，在a-a線上，兩塊光柵的黑色刻線相交，透光縫隙相重，因此形成一條亮帶。

2、在b-b線上，一塊光柵上的黑色刻線正好將另一塊光柵的透光部分擋住，形成一條暗帶。這些明暗相間的條紋就是所謂的莫爾條紋。當(dāng)光柵透過(guò)的光線越多，光電元件的輸出越大，當(dāng)光柵透過(guò)的光線越少，輸出信號(hào)與位移間的關(guān)系可近似的用正弦函數(shù)表示。 即： V=Vo+VmSin(2x/w) 式中：V -光電元件輸出的電壓信號(hào)；Vo-輸出信號(hào)中的平均直流分量； Vm-輸出正弦信號(hào)的幅值； W -柵距。 X -兩光柵間的瞬時(shí)相對(duì)位移量。 由上式可見(jiàn)，光電元件的輸出電壓的大小反映了光柵瞬時(shí)位移量的大小，從而實(shí)現(xiàn)了位移量向電量的轉(zhuǎn)換。 在實(shí)際應(yīng)用中，被測(cè)物體的移動(dòng)方向是經(jīng)常改變的，而莫爾條紋的明暗變化只與位移有關(guān)，而與位移

3、方向無(wú)關(guān)，為了辨別位移的方向必須增加一個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，然后根據(jù)兩個(gè)觀測(cè)點(diǎn)輸出信號(hào)U1、U2間的相位關(guān)系來(lái)定位移的方向 。當(dāng)光柵正向運(yùn)動(dòng)時(shí)，U1超前U2 90度，當(dāng)光柵反向運(yùn)動(dòng)時(shí)，U2超前U1 90度，利用這一特點(diǎn)，便可構(gòu)成簡(jiǎn)單的辨向電路。通常采用的是“四倍頻辨向電路”。所謂四倍頻電路是一種位置細(xì)分法，就是使正弦信號(hào)在0度、90度、180度、270度都有脈沖輸出，可使測(cè)量精度提高四倍。 將辨向電路輸出信號(hào)（Y 1、Y2）送到加、減計(jì)數(shù)電路進(jìn)行記數(shù)，再通過(guò)譯碼驅(qū)動(dòng)電路，將位移量顯示出來(lái)。本實(shí)驗(yàn)所采用的光柵柵距為0.02毫米，即每毫米為50對(duì)線，經(jīng)四倍頻后，每移動(dòng)一毫米則應(yīng)顯示200。）.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)裝置

4、實(shí)驗(yàn)步驟 1. 熟悉四倍頻辯向電路圖，熟悉74LS04、74LS00、74LS54四件的功能，按照線路圖插接線路板。2 .檢查無(wú)誤后，再通過(guò)實(shí)驗(yàn)，同時(shí)用示波器觀察各點(diǎn)的波形，并將辯向、四倍頻波形描繪下來(lái)。3. 與光柵傳感器聯(lián)調(diào)，測(cè)試板首先清零顯示為00000，移動(dòng)動(dòng)尺前進(jìn)100mm，觀察記數(shù)顯示結(jié)果并記錄下來(lái)，然后動(dòng)尺后退到原點(diǎn)，觀察記錄顯示結(jié)果并記錄下來(lái)。）.實(shí)驗(yàn)報(bào)告1、四倍頻辨向電路的工作原理四倍頻電路是一種位置細(xì)分法，就是使正弦信號(hào)在0度、90度、180度、270度都有脈沖輸出，可使測(cè)量精度提高四倍。光柵傳感器輸出兩路相位相差為90的方波信號(hào)A和B.如圖l所示，用A，B兩相信號(hào)的脈沖數(shù)表

5、示光柵走過(guò)的位移量，標(biāo)志光柵分正向與反向移動(dòng)四倍頻后的信號(hào)，經(jīng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)后轉(zhuǎn)化為相對(duì)位置.計(jì)數(shù)過(guò)程一般有兩種實(shí)現(xiàn)方法：一是由微處理器內(nèi)部定時(shí)計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)；二是由可逆計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)對(duì)正反向脈沖的計(jì)數(shù)當(dāng)光柵正向移動(dòng)時(shí)，光柵輸出的A相信號(hào)的相位超前B相90，則在一個(gè)周期內(nèi)，兩相信號(hào)共有4次相對(duì)變化：0010110100這樣,如果每發(fā)生一次變化，可逆計(jì)數(shù)器便實(shí)現(xiàn)一次加計(jì)數(shù),一個(gè)周期內(nèi)共可實(shí)現(xiàn)4次加計(jì)數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)狀態(tài)的四倍頻計(jì)數(shù)當(dāng)光柵反向移動(dòng)時(shí)，光柵輸出的A相信號(hào)的相位滯后于B相信號(hào)90，則一個(gè)周期內(nèi)兩相信號(hào)也有4次相對(duì)變化：0001111000同理，如果每發(fā)生一次變化，可逆計(jì)數(shù)器便實(shí)現(xiàn)一次減計(jì)數(shù)，在

6、一個(gè)周期內(nèi)，共可實(shí)現(xiàn)4次減計(jì)數(shù)，就實(shí)現(xiàn)了反轉(zhuǎn)。2、四倍頻辨向電路波形圖實(shí)驗(yàn)二： 電容式、渦流式傳感器的特性及應(yīng)用實(shí)驗(yàn)1、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解電容式傳感器的基本結(jié)構(gòu)，掌握二極管環(huán)形電橋的工作原理；2. 了解渦流式傳感器的基本結(jié)構(gòu)及特性，掌握渦流式傳感器的工作原理及應(yīng)用方法。2、 實(shí)驗(yàn)裝置HY-811C型傳感器與檢測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，如圖1所示。該平臺(tái)主要由臺(tái)體、主面板、各傳感器組件、各傳感器實(shí)驗(yàn)單元等組成。各實(shí)驗(yàn)中都要用到主面板（直流穩(wěn)壓電源、數(shù)字電壓表、差動(dòng)放大器板）、位移臺(tái)架及導(dǎo)線。除此之外，各實(shí)驗(yàn)還要使用一些單獨(dú)的實(shí)驗(yàn)?zāi)K：1. 電容式傳感器實(shí)驗(yàn)還使用電容式傳感器、電容式傳感器轉(zhuǎn)換電路板。2.

7、 電渦流式傳感器還使用轉(zhuǎn)速與頻率表（在主面板上）、渦流式傳感器、渦流式傳感器轉(zhuǎn)換電路板、鐵片、銅片和鋁片、轉(zhuǎn)速傳感器、電機(jī)調(diào)速裝備（光電傳感器轉(zhuǎn)換電路中）等。圖1 HY-811C型傳感器與檢測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)3、 電容式傳感器特性實(shí)驗(yàn)（1） 變面積式電容傳感器特性實(shí)驗(yàn)1. 實(shí)驗(yàn)原理及電路實(shí)驗(yàn)電路框圖如圖2所示。電容的變化通過(guò)電容轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)差動(dòng)放大器后，用數(shù)字電壓表顯示出來(lái)。圖2 電容式傳感器實(shí)驗(yàn)電路框圖圖3 電容轉(zhuǎn)換電路原理圖圖4 二極管環(huán)形電橋原理圖圖2的電容轉(zhuǎn)換電路圖如圖3所示。圖中的信號(hào)發(fā)生器用于產(chǎn)生方波信號(hào)。電容轉(zhuǎn)換由二極管環(huán)形電橋完成，二極管電橋工作原理如圖4所示。固定

8、頻率的方波脈沖由A點(diǎn)輸入，在方波的上升沿，C0被充電，充電途徑是VD3C0；與此同時(shí)，CX1也被充電，其充電途徑是C9VD5CX1。在方波的下降沿，C0和CX1都放電，C0的放電途徑是C0VD4C9；CX1的放電途徑是CX1VD6。由于C9在一個(gè)周期內(nèi)的充電和放電平均電流分別為IU=fVpCX1和ID=fVpC0，式中f是脈沖頻率，VP為方波峰值電壓，因此AB間的平均電流I=ID-IU=fVp（C0-CX1)。從該式中可以看出電容的變化與AB之間電流成正比。在圖3中，增加了L1、L2、C10和R6。L1和L2對(duì)高頻方波的阻抗很大，而直流電阻很小，與R6一起形成了A、B間的直流通路，使充放電流的

9、直流分量得以通過(guò)。C10用作濾波。這樣R6兩端輸出的直流電壓就與電容的變化量成正比。2. 實(shí)驗(yàn)步驟1） 固定好位移臺(tái)架，將電容式傳感器置于位移臺(tái)架上，調(diào)節(jié)測(cè)微器使其指示15mm左右。將測(cè)微器裝入位移臺(tái)架上部的開(kāi)口處，再將測(cè)微器測(cè)桿與電容式傳感器的動(dòng)極旋緊。然后調(diào)節(jié)兩個(gè)滾花螺母，使電容式傳感器的動(dòng)極上表面與靜極上表面基本平齊，且動(dòng)極能上下輕松滑動(dòng)，這時(shí)將兩個(gè)滾花螺母旋緊。2） 差動(dòng)放大器調(diào)零。將主面板上的+15V、-15V和地端，用導(dǎo)線連接到差動(dòng)放大器上，將放大器放大倍數(shù)電位器RP1旋鈕（對(duì)應(yīng)主面板上增益旋鈕）順時(shí)針旋到終端位置；用導(dǎo)線將差動(dòng)放大器的正負(fù)輸入端短接，再將其輸出端接到數(shù)字電壓表的輸

10、入端；電壓量程切換開(kāi)關(guān)撥至20V擋；接通電源開(kāi)關(guān)，旋動(dòng)放大器的調(diào)零電位器RP2旋鈕，使電壓表指示向零趨近，然后切換到2V量程擋，旋動(dòng)調(diào)零電位器RP2旋鈕使電壓指示為零；此后調(diào)零電位器RP2旋鈕不再調(diào)節(jié)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)適當(dāng)調(diào)節(jié)增益電位器RP1。3） 按圖3連線，將可變電容CX1與固定電容C0接到實(shí)驗(yàn)板上，位移臺(tái)架上的接地孔與轉(zhuǎn)換電路的地線相連接。4） 接通電源，調(diào)節(jié)測(cè)微器使輸出電壓Uo接近零，然后上移或下移測(cè)微儀1mm，調(diào)節(jié)差動(dòng)放大器增益，使輸出電壓的值為200400mV左右，再回調(diào)測(cè)微器，使輸出電壓為0mV，并以此為系統(tǒng)的零位，分別上旋和下旋測(cè)微器，每次0.5mm，上下各2.5mm，將位移量X與對(duì)應(yīng)

11、的輸出電壓Uo記入表1中。1、 根據(jù)表1實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，畫出輸入/輸出特性曲線Uo=f（X)，并且計(jì)算靈敏度和非線性誤差。表1-1 變面積電容傳感器實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)記錄表X(mm)-2.5-2-1.5-1-0.50Uo(mV)0.350.280.200.140.0400.340.290.210.130.0500.340.300.200.130.050平均值0.3433330.290.2033330.13333330.0466670X(mm)0.511.522.5Uo(mV)-0.07-0.13-0.21-0.28-0.35-0.06-0.12-0.22-0.29-0.35-0.06-0.14-0.22-0.

12、28-0.36平均值-0.063333-0.13-0.216667-0.2833333-0.3533333輸入/輸出特性曲線由表一數(shù)據(jù)及所繪制的X-Uo曲線可得電容傳感器的系統(tǒng)靈敏度即曲線的斜率；曲線擬合直線方程為Uo=-0.1393X靈敏度計(jì)算公式為S=Uo/X=-0.1393mv/mm由所得X-Uo函數(shù)表達(dá)式及所測(cè)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用excel計(jì)算出各點(diǎn)誤差如表1-2所示，可得輸出V的最大誤差U=0.02298mv.非線性誤差=最大誤差V/滿量程輸出FSu=6.50%（2） 差動(dòng)式電容傳感器特性實(shí)驗(yàn)1. 實(shí)驗(yàn)原理及電路實(shí)驗(yàn)電路圖如圖5所示。與變面積式電容實(shí)驗(yàn)不同之處在于，該實(shí)驗(yàn)接入電容轉(zhuǎn)換電路的兩

13、個(gè)電容為可變電容，當(dāng)電容傳感器的動(dòng)極上下移動(dòng)時(shí)，兩個(gè)電容器的電容量都發(fā)生變化，但方向相反，這樣就構(gòu)成了差動(dòng)式的電容傳感器。圖5 差動(dòng)電容式傳感器實(shí)驗(yàn)電路框圖2. 實(shí)驗(yàn)步驟 按照變面積式電容傳感器的實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，注意接入電路板的兩個(gè)電容為CX1和CX2，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄在表2中。根據(jù)表2實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，畫出輸入/輸出特性曲線Uo=f（X)，并且計(jì)算靈敏度和非線性誤差。表2-1 變差動(dòng)電容傳感器實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)記錄表X(mm)-2.5-2-1.5-1-0.50Uo(mV)-0.112-0.086-0.069-0.047-0.0340-0.110-0.085-0.068-0.037-0.0220-0.109-0

14、.085-0.068-0.038-0.0200平均值-0.110333-0.085333-0.068333-0.040667-0.0253330X(mm)0.511.522.5Uo(mV)0.0220.0500.0710.1010.1200.0210.0520.0740.0940.1100.0180.0460.0630.0900.108平均值0.0203330.0493330.0693330.0950.112667輸入/輸出特性曲線由表二數(shù)據(jù)及所繪制的X-Uo曲線可得電容傳感器的系統(tǒng)靈敏度即曲線的斜率；曲線擬合直線方程為Uo=0.0446X靈敏度計(jì)算公式為S=Uo/X=0.0446mv/mm由

15、所得X-Uo函數(shù)表達(dá)式及所測(cè)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用excel計(jì)算出各點(diǎn)誤差如表2-2所示，可得輸出V的最大誤差U=0.003033mv.非線性誤差=最大誤差V/滿量程輸出FSu=2.66%4、 電渦流式傳感器特性及應(yīng)用實(shí)驗(yàn)（1） 電渦流式傳感器特性實(shí)驗(yàn)1. 實(shí)驗(yàn)原理及電路通過(guò)高頻電流的線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，當(dāng)有導(dǎo)電體接近時(shí)，因?qū)щ婓w渦流效應(yīng)產(chǎn)生渦流損耗，引起線圈的電感發(fā)生變化。而渦流損耗與導(dǎo)電體離線圈的距離有關(guān)，因此可以進(jìn)行位移測(cè)量。實(shí)驗(yàn)電路如圖6所示。采用電容式三點(diǎn)式振蕩器，用于產(chǎn)生高頻電流，電流的大小與電感L2（及渦流傳感器線圈）的大小有關(guān)，濾波后輸出直流信號(hào)。2. 實(shí)驗(yàn)步驟1） 將渦流式傳感器裝在位移臺(tái)架

16、上，并與渦流式傳感器轉(zhuǎn)換電路板連接。2） 將渦流傳感器的輸出與電壓表連接。3）將測(cè)微器測(cè)桿與鐵片通過(guò)螺紋連接在一起。圖6 渦流式傳感器實(shí)驗(yàn)電路原理圖3） 接通電源，適當(dāng)調(diào)整測(cè)微器的高度，使鐵片與渦流感應(yīng)頭剛剛接觸，記下此時(shí)測(cè)微器讀數(shù)和輸出電壓，并從此點(diǎn)開(kāi)始向上移動(dòng)鐵片，將位移量X與輸出電壓Uo記入表3中。要求每隔0.2mm讀一次數(shù)值，共讀取20組數(shù)據(jù)。4） 將步驟3）中的鐵片分別更換為鋁片和銅片，重復(fù)步驟4），并將所測(cè)數(shù)據(jù)填入表4和表5中。2、 根據(jù)表3、表4和表5數(shù)據(jù)，分別畫出渦流式傳感器的輸入/輸出特性曲線Uo=f（X)，并求出擬合曲線的方程。表3 渦流式傳感器被測(cè)體為鐵片時(shí)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)記錄

17、X(mm)6.056.256.456.656.857.057.257.457.657.85Uo(mV)1.091.542.052.543.043.594.044.685.215.83X(mm)8.058.258.458.658.859.059.259.459.659.85Uo(mV)6.416.867.478.128.689.239.6910.2410.7311.01渦流式傳感器的輸入/輸出特性曲線（鐵片）擬合曲線方程：Uo=f（x）=2.67x-15.148靈敏度S=2.67表4 渦流式傳感器被測(cè)體為鋁片時(shí)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)記錄X(mm)6.026.226.426.626.827.027.227.4

18、27.627.82Uo(mV)9.439.6910.2110.9211.4811.5511.5911.6211.6511.66X(mm)8.028.228.428.628.829.029.229.429.629.82Uo(mV)11.6811.6911.7011.7111.7211.7311.7311.7411.7411.75渦流式傳感器的輸入/輸出特性曲線（鋁片）擬合曲線方程：Uo=f（x）=0.31x+8.868靈敏度S=0.31表5 渦流式傳感器被測(cè)體為銅片時(shí)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)記錄X(mm)5.685.886.086.286.486.686.887.087.287.48Uo(mV)8.628.9

19、49.6810.4611.1211.5011.5611.6011.6311.65X(mm)7.687.888.088.288.488.688.889.089.289.48Uo(mV)11.6711.6811.7011.7111.7111.7211.7311.7311.7411.74渦流式傳感器的輸入/輸出特性曲線（銅片）擬合曲線方程：Uo=f（x）=0.57x+6.88靈敏度S=0.575、 思考題1. 比較差動(dòng)式和變面積式電容傳感器的優(yōu)劣。答：差動(dòng)式電容器的靈敏度比變面積式提高一倍，而且非線性也大為減少。2. 渦流式傳感器的量程與那些因素有關(guān)？答：與金屬導(dǎo)體的電阻率 c，厚度h，線圈的勵(lì)磁電

20、流角頻率 w有關(guān)。3. 轉(zhuǎn)速測(cè)試中，輸出頻率與轉(zhuǎn)速的對(duì)應(yīng)關(guān)系，如何提高測(cè)試精度？答：可以通過(guò)提高采樣頻率來(lái)提高精度。實(shí)驗(yàn)三.切削力測(cè)量實(shí)驗(yàn)1）.實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證應(yīng)力測(cè)量原理與具體實(shí)施方法。2 通過(guò)實(shí)驗(yàn)初步掌握力的應(yīng)變測(cè)試技術(shù)。2)實(shí)驗(yàn)原理本測(cè)力系統(tǒng)由測(cè)力傳感器（即SDC系列測(cè)力儀）、應(yīng)變儀（即應(yīng)變信號(hào)放大器；如：YD-21四通道應(yīng)變儀）、模數(shù)轉(zhuǎn)換板（即A/D卡）、帶電纜和插頭的連接器等組成。見(jiàn)圖1-1：測(cè)力儀（Dynamometer）上有三或四個(gè)插座，三個(gè)插座的測(cè)力儀用于測(cè)量Fx、Fy、Fz三個(gè)切削或磨削分力，四個(gè)插座的測(cè)力儀用于測(cè)量三個(gè)分力外還可測(cè)量鉆削扭矩，通常只測(cè)三個(gè)分力的測(cè)力儀

21、上也常帶有第四個(gè)插座，但這個(gè)插座是不用的。把隨測(cè)力儀提供的電纜插頭與測(cè)力儀插座連接，需要擰緊插頭不能松動(dòng)；在把電纜另一端的四個(gè)連接鉤與應(yīng)變儀電橋盒相接，紅色的兩個(gè)連接鉤與電橋盒1、3號(hào)連接柱相連；黑色的兩個(gè)鉤與電橋盒2、4號(hào)連接柱相連（兩者可互換）。鉤與柱的連接也需要擰緊，不允許松動(dòng)。圖1-1所示連接器2即為隨A/D卡提供的接口。 把應(yīng)變儀輸出電纜的信號(hào)線（即同軸電纜的中心銅線）與連接器2對(duì)應(yīng)的輸入端螺釘相接；建議Fx對(duì)應(yīng)應(yīng)變儀第1通道、Fy對(duì)應(yīng)應(yīng)變儀第2通道、Fz對(duì)應(yīng)應(yīng)變儀第3通道。連接器上1號(hào)螺釘與Fx輸出相接、2號(hào)螺釘與Fy輸出相接、3號(hào)螺釘與Fz輸出相接。各對(duì)應(yīng)輸出信號(hào)線的屏蔽線是與放

22、大器地相連的，它們應(yīng)與連接器2兩側(cè)的地螺釘連接。實(shí)驗(yàn)中我們需要對(duì)測(cè)力儀進(jìn)行標(biāo)定。標(biāo)定測(cè)力儀就是記錄采集的電壓值與加載在測(cè)力儀上的力之間的關(guān)系。標(biāo)定系數(shù)的單位是：N/V。因?yàn)閼?yīng)變儀提供了1001000的標(biāo)定功能，所以也可通過(guò)標(biāo)定獲得采集的電壓值與微應(yīng)變數(shù)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)，要進(jìn)行平均值計(jì)算，“N點(diǎn)”按鈕用于設(shè)置N值，即每N個(gè)數(shù)據(jù)求一次平均值。公式為：x=(x1+x2+xN)/N假設(shè)原始有1000個(gè)數(shù)據(jù)，4點(diǎn)平均一次時(shí)，求平均值后只剩下250個(gè)數(shù)據(jù)。原始數(shù)據(jù)序列中1-4號(hào)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)新數(shù)據(jù)序列中的1號(hào)數(shù)據(jù)；原數(shù)據(jù)序列中5-8號(hào)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)新數(shù)據(jù)序列中的2號(hào)數(shù)據(jù)，依此類推。N=顯示窗顯示該N值

23、。關(guān)于自相關(guān)和互相關(guān)函數(shù)，其定義請(qǐng)同學(xué)參看相關(guān)書籍，這里僅給出它們的計(jì)算方程。自相關(guān)函數(shù)：互相關(guān)函數(shù)：譜分析是研究信號(hào)特征，對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理的重要手段之一。它通過(guò)譜密度函數(shù)反映不同頻率成分的功率或幅值方差的分布，即研究信號(hào)中不同頻率成分占信號(hào)總能量的比例。 在信號(hào)處理過(guò)程中，譜分析的理論基礎(chǔ)是傅立葉變換。根據(jù)高等數(shù)學(xué)的知識(shí)，對(duì)于非隨機(jī)的非周期函數(shù)，在函數(shù)絕對(duì)可積并滿足狄利克雷條件：時(shí)，可通過(guò)傅立葉積分將x（t）變換為頻域函數(shù)X（）。譜密度函數(shù)其中 為采樣周期，T為采樣時(shí)間長(zhǎng)度，N為采集數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)。并且有。）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)設(shè)備與儀器的使用方法（一）實(shí)驗(yàn)設(shè)備1SDC系列測(cè)力儀 一臺(tái)2YD-1721/4四

24、通道應(yīng)變儀 一臺(tái)3A/D卡 （已置于微機(jī)內(nèi)） 一塊 4、微機(jī)及相關(guān)配置 一套二)儀器操作方法這里主要介紹YD17221/4四通道應(yīng)變儀的使用。1 打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)觀察三位半數(shù)字顯示，顯示亮。2 預(yù)熱10分鐘后開(kāi)始調(diào)節(jié)。先從應(yīng)變儀的第一通道開(kāi)始，觀察顯示是否是“0”，如果不指零，可調(diào)節(jié)“基零”電位器為之滿足（在一般正常情況下出廠已調(diào)好不超過(guò)“一個(gè)字”用戶不需要調(diào)節(jié)）。3 根據(jù)橋路不平衡訊號(hào)大小，適當(dāng)選擇衰減開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)平衡，一般情況下是將“衰減”開(kāi)關(guān)依次衰減“100”、“50”、“20”、“10”、“5”、“2”“1”（四檔琴鍵開(kāi)關(guān)回原位置）。同時(shí)轉(zhuǎn)換“預(yù)靜動(dòng)”開(kāi)關(guān)，在“預(yù)”位置，分別調(diào)節(jié)“C”和“R”

25、，調(diào)節(jié)到顯示為最小，然后將“預(yù)靜動(dòng)”開(kāi)關(guān)置于“靜”位置，調(diào)節(jié)電阻平衡“R”，使顯示接近“0”，再將“預(yù)靜動(dòng)” 開(kāi)關(guān)置于“預(yù)”位置，再調(diào)節(jié)電容平衡“C”，使顯示接近零。一般情況下，在顯示靈敏度開(kāi)關(guān)置于“J2”位置不超過(guò)4個(gè)即可，然后再將“預(yù)靜動(dòng)” 開(kāi)關(guān)置于“靜”位置，調(diào)節(jié)電阻平衡“R”，使顯示為“0”，2個(gè)字即可。4 動(dòng)態(tài)測(cè)試時(shí)，經(jīng)調(diào)整完畢后放大器，將“預(yù)靜動(dòng)” 開(kāi)關(guān)置于“動(dòng)”位置。實(shí)驗(yàn)步驟1打開(kāi)預(yù)熱應(yīng)變儀，調(diào)節(jié)應(yīng)變儀平衡：打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)觀察三位半數(shù)字顯示，顯示亮。預(yù)熱10分鐘后開(kāi)始調(diào)節(jié)。先從應(yīng)變儀的第一通道開(kāi)始，觀察顯示是否是“0”，如果不指零，可調(diào)節(jié)“基零”電位器為之滿足。根據(jù)橋路不平衡訊號(hào)大

26、小，適當(dāng)選擇衰減開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)平衡，一般情況下是將“衰減”開(kāi)關(guān)依次衰減“100”、“50“20”、“10”、“5”、“2”“1”（四檔琴鍵開(kāi)關(guān)回原位置）。同時(shí)轉(zhuǎn)換“預(yù)靜動(dòng)”開(kāi)關(guān)，在“預(yù)”位置，分別調(diào)節(jié)“C”和“R”，調(diào)節(jié)到顯示為最小，然后將“預(yù)靜動(dòng)”開(kāi)關(guān)置于“靜” 位置，調(diào)節(jié)電阻平衡“R”，使顯示接近“0”，再將“預(yù)靜動(dòng)” 開(kāi)關(guān)置于“預(yù)”位置，再調(diào)節(jié)電容平衡“C”，使顯示接近零。一般情況下，在顯示靈敏度開(kāi)關(guān)置于“J2”位置不超過(guò)4個(gè)即可，然后再將“預(yù)靜動(dòng)” 開(kāi)關(guān)置于“靜”位置，調(diào)節(jié)電阻平衡“R”，使顯示為“0”，2個(gè)字即可。 動(dòng)態(tài)測(cè)試時(shí)，經(jīng)調(diào)整完畢后放大器，將“預(yù)靜動(dòng)” 開(kāi)關(guān)置于“動(dòng)”位置。2測(cè)力儀

27、的標(biāo)定。分別在x、y、z方向加載和卸載，測(cè)量并記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，注意觀察加載曲線與卸載曲線。3. 選擇通道采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可多采集幾組。4. 打開(kāi)數(shù)據(jù)回放觀察數(shù)據(jù)波形，選擇一組較為理想的數(shù)據(jù)波形作為下面數(shù)據(jù)處理的數(shù)據(jù)波形。5進(jìn)行均值分析，打印圖形。6進(jìn)行自相關(guān)計(jì)算，打印圖形。7進(jìn)行互相關(guān)計(jì)算，打印圖形。8. 進(jìn)行頻譜分析，打印圖形。3、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與圖形1).標(biāo)定實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)對(duì)X、Y、Z軸進(jìn)行分別標(biāo)定，得到如下標(biāo)定系數(shù)：X=109668；Y=-11.6000;Z=52.9443.具體如圖（1）所示。注：掛載砝碼為1KG。圖（1）各軸標(biāo)定實(shí)驗(yàn)截圖2.實(shí)驗(yàn)相關(guān)圖形截圖如圖（2）（3）所示。圖（2）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)回放波形截圖圖（3）實(shí)驗(yàn)均值計(jì)算波形截圖實(shí)驗(yàn)四：微機(jī)在測(cè)量信號(hào)中的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^(guò)實(shí)驗(yàn)使同學(xué)了解在PC機(jī)為主機(jī)的系統(tǒng)中，如何實(shí)現(xiàn)由加速度傳感器感受到振動(dòng)信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大和轉(zhuǎn)換后送微機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集及測(cè)量信號(hào)的分析和處理的方法。2、實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)信號(hào)源是由懸臂梁產(chǎn)生的振動(dòng)信號(hào)，經(jīng)加速度傳感器拾取后，將振動(dòng)物體產(chǎn)生機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能，當(dāng)加速度傳感器感受振動(dòng)信號(hào)時(shí)，在其輸出端產(chǎn)生一個(gè)與加速度傳感器感受到的振動(dòng)信號(hào)的加速度成正比的電荷量送到電荷放大器，電荷放大器能夠接受到電荷量經(jīng)過(guò)放大轉(zhuǎn)變成標(biāo)準(zhǔn)的電壓信號(hào)。經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換卡（AC 1820）變成數(shù)字信號(hào)，送入計(jì)算機(jī)，就可進(jìn)行信號(hào)分析及處理。A