測試技術(shù)基礎(chǔ)實驗報告

1、實驗一 直流電橋?qū)嶒?、 實驗?zāi)康模?了解金屬箔式應(yīng)變片的應(yīng)變效應(yīng)，熟悉單臂、半橋、全橋測量電路工作原理、性能。2、 實驗儀器： 應(yīng)變傳感器實驗?zāi)K、托盤、砝碼、試驗臺（數(shù)顯電壓表、正負15v直流電源、正負4v電源）。3、 實驗原理： 電阻絲在外力作用下發(fā)生形變，阻值發(fā)生變化，這就是電阻應(yīng)變效應(yīng)，關(guān)系式： 式中為電阻絲電阻的相對變化；k為靈敏系數(shù)；為電阻絲長度相對變化。 金屬箔式應(yīng)變片就是通過光刻腐蝕等工藝制成的應(yīng)變敏感元件。將應(yīng)變片貼在懸臂梁上下兩側(cè)，當懸臂梁受壓發(fā)生形變時，應(yīng)變片隨之被拉伸或壓縮，通過這些應(yīng)變片轉(zhuǎn)換彈性體被測部位受力變化，電橋完成電阻到電壓的比例變化。(1)單臂電橋：固定電

2、阻與應(yīng)變片一起構(gòu)成一個單臂電橋，其輸出電壓 e為電橋電壓；上式表明單臂電橋輸出為非線性，非線性誤差為。(2)半橋：不同受力方向的兩只應(yīng)變片接入電橋作為鄰邊，電橋靈敏度提高，非線性得到改善，當兩只應(yīng)變片的阻值相同、應(yīng)變數(shù)也相同時，半橋的輸入電壓為 式中為電阻絲電阻的相對變化；k為靈敏系數(shù)；為電阻絲長度相對變化；e為電橋電源電壓。上式表明，半橋輸出與應(yīng)變片阻值變化率呈線性關(guān)系。（3） 全橋：全橋測量電路中，將受力性質(zhì)相同的兩只應(yīng)變片接到電路的對邊，不同的接入鄰邊，當應(yīng)變片初始值相同，變化量也相同時，其橋路輸出 式中為電阻絲電阻的相對變化，e為電橋電源電壓。上式表明，全橋的輸出靈敏度比半橋又提高了一

3、倍，非線性誤差得到進一步改善。（4）比較以上三種電橋的輸出可以看出，在受力性質(zhì)相同的情況下，單臂電橋電路的輸出只有全橋電路的1/4，而且輸出與應(yīng)變片阻值變化率存在線性誤差；半橋電路的輸出為全橋的1/2。半橋電路和全橋電路輸出與應(yīng)變片阻值變化率成線性關(guān)系。四、實驗內(nèi)容與步驟： 1.差動放大器調(diào)零。從主控臺接入15v電源，檢查無誤后，合上主控臺電源開關(guān)，將差動放大器的輸入端ui短接并接地，輸出端接數(shù)顯電壓表（2v檔）。將電位器rw3調(diào)到增益最大位置，調(diào)節(jié)電位器rw4使電壓表顯示為0v。關(guān)閉主控臺電源。（rw3、rw4的位置不能改變）拔掉差動放大器輸入端的短接線。 2.按下圖連接電路：其實際連接情況

4、為：電橋輸出接到差動放大器的輸入端ui，檢查連線無誤后，合上主控臺開關(guān)，調(diào)節(jié)rw1使電壓表顯示為0。3.依次在托盤上放下20g砝碼，直至200g砝碼加完，記錄數(shù)顯表數(shù)值。4.保持差動放大電路不變，分別按圖連接半橋和全橋?qū)嶒炿娐?。半橋面板接線圖全橋面板接線圖 5.重復步驟3，完成半橋和全橋?qū)嶒?，并將實驗結(jié)果記錄到表中。6.連接ni數(shù)據(jù)采集卡和轉(zhuǎn)接板，將數(shù)據(jù)采集卡與電腦用數(shù)據(jù)線連接，開啟試驗臺電源和數(shù)據(jù)采集卡開關(guān)，運行“measurementautomation”查看輸入通道在轉(zhuǎn)接板上的對應(yīng)位置。gnd接輸出端地線，ai0接輸出端uo2。五、實驗報告： 根據(jù)實驗所得數(shù)據(jù)分別計算單臂、半橋、全橋系統(tǒng)

5、靈敏度,并與labview所得實驗結(jié)果作對比。實驗記錄表重量/g20406080100120140160180200電壓/mv單臂半橋全橋6、 注意事項： 實驗所采用的彈性體為雙孔懸臂梁式稱重傳感器，量程為1kg，最大超量程為120%。因此，加在傳感器上的壓力不應(yīng)過大，以免造成傳感器損壞。實驗二 交流全橋稱重實驗1、 實驗?zāi)康模?、了解交流全橋電路原理，了解信號調(diào)理和信號處理的基本方法，理解移相器、相敏檢波器和低通濾波器的原理。通過本實驗加深對交流電橋、信號調(diào)制與解調(diào)、濾波和放大概念的理解。2、能夠通過改變交流電橋的激勵頻率以提高和改善測試系統(tǒng)的抗干擾性和靈敏度，掌握測試信號的基本流程，熟悉使

6、用基本的信號測試工具。二、實驗儀器：移相器、相敏檢波器、低通濾波器試驗?zāi)K、應(yīng)變傳感器實驗?zāi)K、15v電源，音頻信號源、ni6251采集卡、裝有l(wèi)abview和ni采集卡驅(qū)動的計算機。3、 實驗原理：如圖是交流全橋的一般形式。當電橋平衡時，,電橋輸出為零。電橋的輸出與橋臂阻抗的相對變化成正比。交流電橋工作時增大相角差可以提高靈敏度，傳感器最好是純電阻性或純電抗性的。交流電橋只有在滿足輸出電壓的實部和虛部均為零的條件下才會平衡。在一般情況下，交流電橋的供橋電源必須具有良好的電壓波形和頻率穩(wěn)定性。實驗室一般采用5-10khz音頻交流電源作為交流電橋電源。這樣電橋輸出將為調(diào)制波，外界工頻干擾不易從線

7、路中引入，并且后接交流放大電路簡單而無飄零。采用交流電橋時，必須注意到影響測量誤差的一些因素，例如：電橋中元件之間的互感影響、無感電阻的殘余電抗、臨近交流電路對電橋的感應(yīng)作用、泄露電阻以及元件之間、元件與地之間的分布電容等。4、 實驗內(nèi)容與步驟：1、連接ni數(shù)據(jù)采集卡和轉(zhuǎn)接板，將數(shù)據(jù)采集卡與電腦用數(shù)據(jù)線相連，開啟試驗臺電源和數(shù)據(jù)采集卡開關(guān)，運行“measurementautomation”查看輸入通道在轉(zhuǎn)接板上的對應(yīng)位置2、將音頻信號源輸入ai0，調(diào)節(jié)信號源頻率和幅度旋鈕，使得信號源輸出1khz，vpp=6v正弦信號。 3、按下圖接線，圖中示波器用數(shù)據(jù)采集卡替代，將相敏檢波器的輸出接采集卡ai

8、0通道，低通濾波器的輸出端接ai1通道。4、調(diào)節(jié)rw3到最大，差分放大電路輸入端短路，調(diào)節(jié)rw4使uo2輸出為零。5、調(diào)節(jié)電橋直流調(diào)平衡電位器rw1，使系統(tǒng)輸出基本為零，并用rw2進一步細致調(diào)零。6、打開ni數(shù)據(jù)采集卡開關(guān)，運行l(wèi)abview程序“示波器”，并觀察波形。7、用手輕壓應(yīng)變梁到最底，調(diào)節(jié)“移相”旋鈕使檢波器uo端波形成為首尾相接的全波整流波形。然后放手，懸臂梁恢復至水平位置，再調(diào)節(jié)電橋中rw1和rw2電位器，使系統(tǒng)輸出電壓為零，此時橋路靈敏度最高。8、裝上砝碼盤，分別以每次20g增加砝碼重量，分別測出交流全橋輸出值，然后從200g每次遞減20g砝碼測量全橋輸出值，并記錄。m(g)2

9、0406080100120140160180200v(mv)m(g)20018016014012010080604020v(mv)9、 將音頻信號源頻率調(diào)到2khz，重復步驟8。10、 實驗結(jié)束后，關(guān)閉試驗臺電源，整理好實驗設(shè)備。5、 實驗報告：1、用交流全橋?qū)嶒炑b置測試砝碼重量，將實驗結(jié)果填入下表，計算出交流全橋的靈敏度和線性誤差。2、分析信號源頻率和幅度及移相器對交流全橋靈敏度的影響。實驗數(shù)據(jù)記錄表f=1khzm(g)20406080100120140160180200v(mv)m(g)20018016014012010080604020v(mv)f=2khzm(g)20406080100

10、120140160180200v(mv)m(g)20018016014012010080604020v(mv)6、 注意事項： 1、輕按壓變梁之前要檢查限程螺釘是否已經(jīng)安裝好。2、統(tǒng)一將主控箱上的音頻信號源地與15v電源地連接起來。實驗三 交流全橋動態(tài)特性測試1、 實驗?zāi)康模毫私饨涣魅珮驕y量動態(tài)應(yīng)變參數(shù)的原理和方法，進一步熟悉使用ni數(shù)據(jù)采集卡，掌握一種測量梁的固有頻率的方法。通過本實驗進一步加深對電橋、信號調(diào)制與解調(diào)、濾波和放大概念的理解。2、 實驗儀器：振動源、信號源、移相器/相敏檢波器/低通濾波器試驗?zāi)K、應(yīng)變傳感器實驗?zāi)K、15v電源、ni6251采集卡、裝有l(wèi)abview和ni采集卡

11、驅(qū)動的計算機。3、 實驗原理： 應(yīng)變傳感器模塊電橋的交流電源e由高頻的信號源提供，振動源的交流電源由低頻信號源驅(qū)動，振動梁的根部貼有四個應(yīng)變片，將四個應(yīng)變片接入電路構(gòu)成一個全橋，其輸出為：用交流電橋測量交流應(yīng)變信號時，橋路輸出為一調(diào)制波。當雙平行振動梁被不同頻率的信號激勵時，起震幅度不同，貼于應(yīng)變梁表面的應(yīng)變片所受應(yīng)力不同，電橋輸出信號大小也不同，若激勵頻率與梁的固有頻率相同時則發(fā)生共振，此時電橋輸出信號最大，根據(jù)這一原理可以找出梁的固有頻率。4、 實驗內(nèi)容與步驟：1、 按照下圖連接電路，由于自動梁上已經(jīng)安裝應(yīng)變片，所以不用模塊的應(yīng)變電阻，改用振動梁上的應(yīng)變片，通過導線連接到振動源板上的“應(yīng)變輸出”。四個應(yīng)變電阻通過導線連接到了應(yīng)變傳感器實驗?zāi)K的虛線全橋上，此時應(yīng)該將連接到左上角應(yīng)變片上的導線拔掉。2、重復稱重實驗，現(xiàn)將差分放大器短接，使得差分輸出為零，將振動梁輕壓到底，調(diào)節(jié)移相旋鈕使得示波器出現(xiàn)全波整流波形，此時系統(tǒng)靈敏度最高。3、將信號源us2低頻振蕩器輸出接入振動臺激勵源插孔，同時接到主控臺上的頻率表，調(diào)節(jié)低頻信號源輸出幅度和頻率使振動臺有明顯