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

1、實(shí)驗(yàn)一 直流電橋?qū)嶒?yàn)1、 實(shí)驗(yàn)?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(cè)量電路工作原理、性能。2、 實(shí)驗(yàn)儀器： 應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K、托盤(pán)、砝碼、試驗(yàn)臺(tái)（數(shù)顯電壓表、正負(fù)15v直流電源、正負(fù)4v電源）。3、 實(shí)驗(yàn)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(duì)變化；k為靈敏系數(shù)；為電阻絲長(zhǎng)度相對(duì)變化。 金屬箔式應(yīng)變片就是通過(guò)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(dāng)懸臂梁受壓發(fā)生形變時(shí)，應(yīng)變片隨之被拉伸或壓縮，通過(guò)這些應(yīng)變片轉(zhuǎn)換彈性體被測(cè)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(gè)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(dāng)兩只應(yīng)變片的阻值相同、應(yīng)變數(shù)也相同時(shí)，半橋的輸入電壓為 式中為電阻絲電阻的相對(duì)變化；k為靈敏系數(shù)；為電阻絲長(zhǎng)度相對(duì)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(cè)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(duì)邊，不同的接入鄰邊，當(dāng)應(yīng)變片初始值相同，變化量也相同時(shí)，其橋路輸出 式中為電阻絲電阻的相對(duì)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(jìn)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(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟： 1.差動(dòng)放大器調(diào)零。從主控臺(tái)接入15v電源，檢查無(wú)誤后，合上主控臺(tái)電源開(kāi)關(guān)，將差動(dòng)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(tái)電源。（rw3、rw4的位置不能改變）拔掉差動(dòng)放大器輸入端的短接線。 2.按下圖連接電路：其實(shí)際連接情況

4、為：電橋輸出接到差動(dòng)放大器的輸入端ui，檢查連線無(wú)誤后，合上主控臺(tái)開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)rw1使電壓表顯示為0。3.依次在托盤(pán)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(dòng)放大電路不變，分別按圖連接半橋和全橋?qū)嶒?yàn)電路。半橋面板接線圖全橋面板接線圖 5.重復(fù)步驟3，完成半橋和全橋?qū)嶒?yàn)，并將實(shí)驗(yàn)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(kāi)啟試驗(yàn)臺(tái)電源和數(shù)據(jù)采集卡開(kāi)關(guān)，運(yùn)行“measurementautomation”查看輸入通道在轉(zhuǎn)接板上的對(duì)應(yīng)位置。gnd接輸出端地線，ai0接輸出端uo2。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告： 根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)分別計(jì)算單臂、半橋、全橋系統(tǒng)

5、靈敏度,并與labview所得實(shí)驗(yàn)結(jié)果作對(duì)比。實(shí)驗(yàn)記錄表重量/g20406080100120140160180200電壓/mv單臂半橋全橋6、 注意事項(xiàng)： 實(shí)驗(yàn)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(guò)大，以免造成傳感器損壞。實(shí)驗(yàn)二 交流全橋稱重實(shí)驗(yàn)1、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、了解交流全橋電路原理，了解信號(hào)調(diào)理和信號(hào)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(guò)本實(shí)驗(yàn)加深對(duì)交流電橋、信號(hào)調(diào)制與解調(diào)、濾波和放大概念的理解。2、能夠通過(guò)改變交流電橋的激勵(lì)頻率以提高和改善測(cè)試系統(tǒng)的抗干擾性和靈敏度，掌握測(cè)試信號(hào)的基本流程，熟悉使

6、用基本的信號(hào)測(cè)試工具。二、實(shí)驗(yàn)儀器：移相器、相敏檢波器、低通濾波器試驗(yàn)?zāi)K、應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K、15v電源，音頻信號(hào)源、ni6251采集卡、裝有l(wèi)abview和ni采集卡驅(qū)動(dòng)的計(jì)算機(jī)。3、 實(shí)驗(yàn)原理：如圖是交流全橋的一般形式。當(dāng)電橋平衡時(shí)，,電橋輸出為零。電橋的輸出與橋臂阻抗的相對(duì)變化成正比。交流電橋工作時(shí)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(shí)部和虛部均為零的條件下才會(huì)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(shí)驗(yàn)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(jiǎn)單而無(wú)飄零。采用交流電橋時(shí)，必須注意到影響測(cè)量誤差的一些因素，例如：電橋中元件之間的互感影響、無(wú)感電阻的殘余電抗、臨近交流電路對(duì)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(shí)驗(yàn)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(kāi)啟試驗(yàn)臺(tái)電源和數(shù)據(jù)采集卡開(kāi)關(guān)，運(yùn)行“measurementautomation”查看輸入通道在轉(zhuǎn)接板上的對(duì)應(yīng)位置2、將音頻信號(hào)源輸入ai0，調(diào)節(jié)信號(hào)源頻率和幅度旋鈕，使得信號(hào)源輸出1khz，vpp=6v正弦信號(hào)。 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(jìn)一步細(xì)致調(diào)零。6、打開(kāi)ni數(shù)據(jù)采集卡開(kāi)關(guān)，運(yùn)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(fù)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(shí)橋路靈敏度最高。8、裝上砝碼盤(pán)，分別以每次20g增加砝碼重量，分別測(cè)出交流全橋輸出值，然后從200g每次遞減20g砝碼測(cè)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(hào)源頻率調(diào)到2khz，重復(fù)步驟8。10、 實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，關(guān)閉試驗(yàn)臺(tái)電源，整理好實(shí)驗(yàn)設(shè)備。5、 實(shí)驗(yàn)報(bào)告：1、用交流全橋?qū)嶒?yàn)裝置測(cè)試砝碼重量，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果填入下表，計(jì)算出交流全橋的靈敏度和線性誤差。2、分析信號(hào)源頻率和幅度及移相器對(duì)交流全橋靈敏度的影響。實(shí)驗(yàn)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(xiàng)： 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(hào)源地與15v電源地連接起來(lái)。實(shí)驗(yàn)三 交流全橋動(dòng)態(tài)特性測(cè)試1、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私饨涣魅珮驕y(cè)量動(dòng)態(tài)應(yīng)變參數(shù)的原理和方法，進(jìn)一步熟悉使用ni數(shù)據(jù)采集卡，掌握一種測(cè)量梁的固有頻率的方法。通過(guò)本實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步加深對(duì)電橋、信號(hào)調(diào)制與解調(diào)、濾波和放大概念的理解。2、 實(shí)驗(yàn)儀器：振動(dòng)源、信號(hào)源、移相器/相敏檢波器/低通濾波器試驗(yàn)?zāi)K、應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K、15v電源、ni6251采集卡、裝有l(wèi)abview和ni采集卡

11、驅(qū)動(dòng)的計(jì)算機(jī)。3、 實(shí)驗(yàn)原理： 應(yīng)變傳感器模塊電橋的交流電源e由高頻的信號(hào)源提供，振動(dòng)源的交流電源由低頻信號(hào)源驅(qū)動(dòng)，振動(dòng)梁的根部貼有四個(gè)應(yīng)變片，將四個(gè)應(yīng)變片接入電路構(gòu)成一個(gè)全橋，其輸出為：用交流電橋測(cè)量交流應(yīng)變信號(hào)時(shí)，橋路輸出為一調(diào)制波。當(dāng)雙平行振動(dòng)梁被不同頻率的信號(hào)激勵(lì)時(shí)，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(hào)大小也不同，若激勵(lì)頻率與梁的固有頻率相同時(shí)則發(fā)生共振，此時(shí)電橋輸出信號(hào)最大，根據(jù)這一原理可以找出梁的固有頻率。4、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟：1、 按照下圖連接電路，由于自動(dòng)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(dòng)梁上的應(yīng)變片，通過(guò)導(dǎo)線連接到振動(dòng)源板上的“應(yīng)變輸出”。四個(gè)應(yīng)變電阻通過(guò)導(dǎo)線連接到了應(yīng)變傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K的虛線全橋上，此時(shí)應(yīng)該將連接到左上角應(yīng)變片上的導(dǎo)線拔掉。2、重復(fù)稱重實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)將差分放大器短接，使得差分輸出為零，將振動(dòng)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(shí)系統(tǒng)靈敏度最高。3、將信號(hào)源us2低頻振蕩器輸出接入振動(dòng)臺(tái)激勵(lì)源插孔，同時(shí)接到主控臺(tái)上的頻率表，調(diào)節(jié)低頻信號(hào)源輸出幅度和頻率使振動(dòng)臺(tái)有明顯