機(jī)械工程測試技術(shù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、實(shí)驗(yàn) 1 箔式應(yīng)變片性能單臂、半橋、全橋1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?觀察了解箔式應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)及粘貼方式。2 .測試應(yīng)變梁變形的應(yīng)變輸出。3 .比較各橋路間的輸出關(guān)系。2 實(shí)驗(yàn)原理本實(shí)驗(yàn)說明箔式應(yīng)變片及單臀直流電橋的原理和工作情況。應(yīng)變片是最常用的測力傳感元件。 當(dāng)用應(yīng)變片測試時(shí)， 應(yīng)變片要牢固地粘貼 在測試體表面， 當(dāng)測件受力發(fā)生形變， 應(yīng)變片的敏感柵隨同變形， 其電阻值也隨 之發(fā)生相應(yīng)的變化。通過測量電路，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出顯示。電橋電路是最常用的非電量電測電路中的一種， 當(dāng)電橋平衡時(shí)， 橋路對(duì)臂電 阻乘積相等，電橋輸出為零，在橋臀四個(gè)電阻 R】、R2、R3、R4中，電阻的相對(duì)變 化率分別為 R】/Ri ,

2、 F2/R2, R3/R3, R4/R"當(dāng)使用一個(gè)應(yīng)變片時(shí)， 刀R= A R/R;當(dāng)二個(gè)應(yīng)變片組成差動(dòng)狀態(tài)工作，則有刀 R= 2A R/R;用四個(gè)應(yīng) 變片組成二個(gè)差動(dòng)對(duì)工作，且 R=R=R=R=R,刀R= 4A R/ R。 由此可知，單臂，半橋，全橋電路的靈敏度依次增大。3 實(shí)驗(yàn)所需部件直流穩(wěn)壓電源（士4Vg，、電橋、差動(dòng)放大器、箔式應(yīng)變片、測微頭、電壓表。4 實(shí)驗(yàn)步驟 :1. 調(diào)零。開啟儀器電源，差動(dòng)放大器增益置 100倍（順時(shí)針方向旋到底 ）， " 十、一"輸入端用實(shí)驗(yàn)線對(duì)地短路。輸出端接數(shù)字電壓表，用 "調(diào)零"電位器調(diào)整 差動(dòng)放大器輸出電

3、壓為零，然后拔掉實(shí)驗(yàn)線。調(diào)零后電位器位置不要變化。如需使用毫伏表， 則將毫伏表輸入端對(duì)地短路， 調(diào)整"調(diào)零"電位器， 使指針 居"零"位。拔掉短路線， 指針有偏轉(zhuǎn)是有源指針式電壓表輸入端懸空時(shí)的正常情 況。調(diào)零后關(guān)閉儀器電源。2. 按圖 將實(shí)驗(yàn)部件用實(shí)驗(yàn)線連接成測試橋路。橋路中 Ri、R、R和WD為電 橋中的固定電阻和直流調(diào)平衡電位器，R為應(yīng)變片（可任選上、下梁中的一片工作 片）。直流激勵(lì)電源為 士4v。測微頭裝于懸臂梁前端的永久磁鋼上， 并調(diào)節(jié)使應(yīng) 變梁處于基本水平狀態(tài)。圖（4）3確認(rèn)接線無誤后開啟儀器電源，并預(yù)熱數(shù)分鐘調(diào)整電橋W電位器，使測試系統(tǒng)輸出

4、為零。4,旋動(dòng)測微頭，帶動(dòng)懸臂梁分別作向上和向下的運(yùn)動(dòng)，以水平狀態(tài)下輸出 電壓為零，向上和向下移動(dòng)各5mm測微頭每移動(dòng)0.5mmE錄一個(gè)差動(dòng)放大器輸出 電壓值，并列表。位移mm電壓V根據(jù)表中所測數(shù)據(jù)計(jì)算靈敏度S, S=AX/ V,并在坐標(biāo)圖上做出V X關(guān)系曲 線。5 思考題1再半橋單臂步驟（ 3）為什么要調(diào)整 WD 電位器使系統(tǒng)輸出為零？ 2該實(shí)驗(yàn)使用的一種什么樣的電橋？ 3根據(jù)三種橋路的結(jié)果做出定性的結(jié)論。4應(yīng)變片接入電橋時(shí)為什么要接成差動(dòng)形式 ?如果不接成差動(dòng)形式會(huì)產(chǎn)生什 么后果 ?實(shí)驗(yàn)2 Matlab信號(hào)分析入門i實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 學(xué)習(xí)使用Matlab，學(xué)會(huì)用Matlab提供的函數(shù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行

5、頻譜分析;2. 加深了解信號(hào)分析手段之一的傅立葉變換的基本思想和物理意義；3. 掌握采樣定理；4. 理解加窗對(duì)頻譜分析的影響；5. 理解量化誤差對(duì)頻譜分析的影響；2實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)設(shè)備MATLA起源于矩陣運(yùn)算，是 Mathworks公司于1982年推出的一套高性能的數(shù)值計(jì)算和可 視化軟件。它集數(shù)值分析、矩陣運(yùn)算、信號(hào)處理和圖形顯示于一體，構(gòu)成了一個(gè)方便、界面 友好的用戶環(huán)境。MATLA的推出得到了各個(gè)領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)者的廣泛關(guān)注，其強(qiáng)大的擴(kuò)展功能為各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。目前MATLA不僅大量應(yīng)用在科學(xué)與工程領(lǐng)域，而且在課堂教學(xué)上也得到了廣泛應(yīng)用。 近年來MATLA在課堂教學(xué)上的研究方興未艾，在線性

6、代數(shù)、自動(dòng)控制原理等課程教學(xué)上已有大量成功應(yīng)用的報(bào)道，但在機(jī)械工程測試技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用還剛剛起步，研究探討MATLA與機(jī)械工程測試技術(shù)在課堂教學(xué)上的切入途徑，有利于機(jī)械工程測試技術(shù)課堂教學(xué)的革新，有利于提高教學(xué)質(zhì)量，有利于學(xué)生綜合素質(zhì)的提高。原理：機(jī)械工程測試技術(shù)與信號(hào)分析第設(shè)備：PC機(jī)；軟件：Matlab2章，特別是2.4離散傅立葉變換的內(nèi)容。3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容用Mablab設(shè)計(jì)一程序，能形象地驗(yàn)證離散傅里葉變換中的4個(gè)重要問題：（1）采樣定理a） fs -2fmax，其頻譜不失真，fs ：: 2 fmax其頻譜失真；b） fs -2 fmax（工程中常用fs -（3 4）fmax）,可從頻域中不失

7、真恢復(fù)原時(shí)域信號(hào)（2）加窗、截?cái)郺） 信號(hào)截?cái)嗪?，其頻譜會(huì)產(chǎn)生泄漏，出現(xiàn)“假頻”；b）信號(hào)截?cái)嗪?，降低了頻率分辨率；c）采用適當(dāng)?shù)拇昂瘮?shù)后，可以減少泄漏和提高頻率分辨率。（3）量化誤差a）對(duì)信號(hào) x（t）二 sin（2 二 ft ）進(jìn)行采樣，fs = 1000Hz,采集 N = 64點(diǎn)。用 3、 8位量化器量化信號(hào)每點(diǎn)的幅值，畫出原始波形和量化后的信號(hào)波形，得出結(jié)論。（4）柵欄效應(yīng)如何才能提高頻率分辨率？采樣點(diǎn)數(shù)N、采樣頻率fs起何作用？用例子說明。4實(shí)驗(yàn)報(bào)告1. 用A4,按標(biāo)準(zhǔn)的格式寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告;2. 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)計(jì)原理、Matlab程序和實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖形。3. 實(shí)驗(yàn)感想和提出改進(jìn)意見。實(shí)驗(yàn)原理

8、按傅里葉分析的原理，任何周期信號(hào)都可以用一組三角函數(shù)sin(2二nf0t)、con(2二nf0t)的組合表示oOx(t)=a° ' (a. cos2二 nfot bn sin2二 nfot)(n=1，2,n -13,)一也就是說，我們可以用一組正弦波和余弦波來合成任意形狀的周期信號(hào)。對(duì)于典型的方波，其時(shí)域表達(dá)式為：(-7/2<£ <0)= i A/ 2)根據(jù)傅立葉變換，其三角函數(shù)展開式為：4A11x(t) sin(2 二 f0t)sin(6二 f0t)sin(10二 f0t)兀354AJ： 1sin(2 二 nf0t)心 n =1 n由此可見，周期方波是

9、由一系列頻率成分成諧波關(guān)系，幅值成一定比例的正弦波疊加合成的。那么，我們在實(shí)驗(yàn)過程中就可以通過設(shè)計(jì)一組奇次諧波來完成波形的合成和分解過程，達(dá)到對(duì)課程教學(xué)相關(guān)內(nèi)容加深了解的目的。一.FFTExample 1:Matlab程序t=0:.001:.255;%從 0 開始，間隔 0.001 至U 0.255x=sin(2*pi*25*t);%產(chǎn)生信號(hào) xsubplot(211),plot(x(1:180); title('Original time domain signal');個(gè)數(shù)據(jù)X=fft(x,256)/128;Mx=abs(X);f=1000/256*(0:127); % (

10、211 ) 2排，1列，第1張圖%求 x的傅立葉變換%求 X的幅值頻率間隔f=1000/256subplot(212),plot(f(1:128), Mx(1:128); title('Magnitude spectrum'); xlabel('Frequency (Hz)');實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖形Example 2:Matlab程序t=0:.001:.255;win=ha nnin g(256);x=sin(2*pi*25*t).*win'% 力廿 Hanning窗subplot(211),plot(x(1:256), title('Windowed

11、time domain signal'); X=fft(x,256)/128;Mx=abs(X);f=1000/256*(0:127);subplot(212),plot(f(1:128), Mx(1:128), title('Magnitude spectrum'); xlabel('Frequency (Hz)');丿 Figure No. 1File Edit 企理 frisert lools Window Help a； y a * a尸/閉月cWindowad timi domain signalFrequency (Hz)Example 3:

12、Matlab程序Fs=1OOO;t=(0:1/Fs:0.511);% from 0 step 0.001 to 0.511, 512 poi nts.x=2*si n( 2*pi*60*t)+2.5*si n(2*pi*120*t);y=x+3*ra ndn( size(t);X=fft(x,256)/128;Y=fft(y,256)/128;Mx=abs(X);My=abs(Y);f=1000/256*(0:127);subplot(221),plot(x(1:128), title(subplot(222),plot(f(1:128),spectrum' );xlabel( 

13、9;Freque ncy (Hz)');subplot(223),plot(y(1:127),'g'),subplot(224),plot(f(1:127),My(1:127),spectrum' );'Origi nal time doma in sig nal');%(221 ) 2排，2列，第1張圖Mx(1:128),title('Mag ni tude% ( 222 ) 2排，2列，第2張圖title( 'Noisetime doma in sig nal');% ( 223 ) 2排，2列，第3張圖'g&

14、#39; ),title( 'Mag nitude實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖形Example 4:Matlab程序t=0:0.001:0.512;y=si n(2*pi*50*t)+si n(3*2*pi*50*t)/3+si n(5*2*pi*50*t)/5+si n(7*2*pi*50*t)/7;Y=fft(y);Pyy=abs(Y)/195;f=1000*(0:255)/512;subplot(211),plot(t(1:60),y(1:60),title('Time-domain sig nal') subplot(212),plot(f,Pyy(1:256), title(&

15、#39;Spectrum')二、量化誤差仿真Example :Matlab程序t=0:.001:.064;x1=sin(2*pi*25*t); x=uencode(x1,3,1,'signed');%繪出時(shí)域圖形，subplot(211),plot(x1(1:64); subplot(212),stem(x(1:64);x=ue ncode(x1,8,1,'sig ned');-ID x* Figure Nd. 1file Edt 劉bvq Insert lools Window tlelpDQIH 尋 kA/1/ ® Q三、相關(guān)函數(shù)Matla

16、b程序N=1000 ;n=0:N-1;Fs=500;t=n/Fs;x1=si n(2*pi*10*t)+0.6*ra ndn (1,le ngth(t);c,lags=xcorr(x1,'u nbiased');自相關(guān)函數(shù)subplot(2,2,1),plot(t,x1),xlabel('t'),ylabel('x1(t)'),grid;subplot(2,2,2),plot(lags/Fs,c),ylabel('Rxx1(t)'),title('x1'),grid;x2=ra ndn (1,le ngth(t);c,lags=xcorr(x2,'u nbiased');互相關(guān)函數(shù)subplot(2,2,3),plot(t,x2),xlabel('t'),ylabel('x2(t)'),grid subplot(2,2,4),plot(lags/Fs,c),ylabel('Rxx2(t)'),title('x2'),grid;四、功率譜估計(jì)Mat