實驗二 多傳感器的工程檢測綜合實驗VIP

實驗二多傳感器的工程檢測綜合實驗（Ⅱ）一、實驗目的 1．掌握磁電、光電等各種傳感器的工作原理；利用以上傳感器進行振動、速度等參數(shù)的測量，并采用適當?shù)男盘柗治龇椒▽y量結果進行分析和顯示。2．結合本實驗項目，掌握檢測系統(tǒng)的結構和組成，并熟悉振動、速度、軸心軌跡等物理量的測量和工程應用方法。二、實驗臺簡介多功能轉子實驗臺較好地模擬大型設備（如機床）運行時候的工作狀態(tài)，提供了振動、轉速等測試對象，可以開設磁電、光電、壓電等多種傳感器的綜合實驗。利用不同的傳感器，可以對同一個物理量，采用多種方式測量，再現(xiàn)了實際工程應用中物理量的工程測試方法。轉子實驗臺由以下幾個部分組成：1底座、2主軸、3偏心飛輪、4直流電機、5主軸支座、6含油軸承及油杯、7電機支座、8連軸器及護罩、9RS9008電渦流傳感器支架、10磁電轉速傳感器支架、11測速齒輪(15齒)、12保護擋板支架，如圖1所示。圖1DRZZS-A型多功能轉子試驗臺傳感器安裝位置示意圖主要技術指標為：可調轉速范圍：0~2500轉/分，無級；電源：DC12V；主軸長度：500mm；主軸直徑：12mm；外形尺寸：640×140×160mm；重量：12.5kg。三、實驗原理1、轉子實驗臺底座振動測量實驗機械在運動時，由于旋轉件的不平衡、負載的不均勻、結構剛度的各向異性、間隙、潤滑不良、支撐松動等因素，總是伴隨著各種振動。機械振動往往會降低機器性能，破壞其正常工作，縮短使用壽命，甚至導致事故，因此有必要進行機械結構的振動分析和振動測試。對于轉子實驗臺的振動，可以采用磁電速度傳感器和壓電加速度傳感器進行測量。將帶有磁座的速度和加速度傳感器放置在試驗臺的底座上，如圖2所示。圖圖2加速度和速度傳感器振動測量1）采用磁電速度傳感器的振動測量：磁電速度傳感器是由一個線圈組件和殼體組成的。如圖3所示，殼體中固定有磁鐵，線圈組件用彈性元件懸掛在殼體上。工作時，將傳感器殼體固定在振動體上，這樣當振動體振動時，在傳感器工作頻率范圍內，線圈與磁鐵相對運動，切割磁力線，在線圈內產(chǎn)生感應電壓，該電壓值正比于振動速度值。圖3圖3磁電式振動速度傳感器結構示意圖2）采用壓電加速度傳感器測量：根據(jù)壓電效應，當晶體受到振動作用力后，將產(chǎn)生電荷量，該電荷量與作用力成正比，這就是壓電傳感器完成機電轉換的工作原理。2、實驗臺轉速測量對于轉子實驗臺的轉速，可以分別采用光電轉速傳感器和磁電轉速傳感器進行測量。1）采用光電傳感器測量：將反光紙貼在圓盤的側面，使其前面的紅外光源對準反光紙，使在反光紙經(jīng)過時傳感器的探測指示燈亮，反光紙轉過后探測指示燈不亮。當旋轉部件上的反光貼紙通過光電傳感器前時，光電傳感器的輸出就會跳變一次。通過測出這個跳變頻率f，就可知道轉速n。圖4圖4反射式光電轉速傳感器圖5磁電轉速傳感器的工作方式將磁電傳感器安裝在轉子實驗臺上專用的傳感器架上，如圖5所示。使其探頭對準測速用15齒齒輪的中部，調節(jié)探頭與齒頂?shù)木嚯x，使測試距離為1mm。齒輪在旋轉過程會導致磁阻的改變，從而導致輸出信號的變化。在已知齒輪齒數(shù)的情況下，測得的傳感器輸出信號脈沖的頻率就可以計算出測速齒輪的轉速。如設齒輪齒數(shù)為N，轉速為n，脈沖頻率為f，則有：n=f/N。通常，轉速的單位是轉/分鐘，所以要在上述公式的得數(shù)再乘以60，才能轉速數(shù)據(jù)，即n=60圖5磁電轉速傳感器的工作方式3、軸心軌跡測量電渦流傳感器一般由探頭、延伸電纜、前置器組成，如圖6所示。前置器中高頻振蕩電流通過延伸電纜流入探頭線圈，在探頭頭部的線圈中產(chǎn)生交變的磁場。當有被測金屬體靠近這一磁場，在此金屬表面產(chǎn)生電渦流，其大小與探頭和金屬物體的距離等參數(shù)有關。與此同時該電渦流將產(chǎn)生一個方向與頭部線圈方向相反的交變磁場，使頭部線圈的電感量發(fā)生改變，導致振蕩器的振蕩能力衰減，傳感器將輸出跳變的信號。圖6圖6電渦流傳感器基本工作系統(tǒng)將兩個電渦流位移傳感器探頭安裝到實驗臺支架上，如圖7所示。轉子工作時，主軸的軸心會在偏心飛輪的帶動下會發(fā)生偏移，改變了探頭和軸心之間的距離，則傳感器的輸出信號就反應了軸心的位置變化情況。實驗中，讓兩個傳感器相互成90度，則它們所測量的就是軸心在兩個垂直方向(X,Y)上的瞬時位移，合成為李沙育圖就是轉子的軸心運動軌跡。圖7軸心軌跡測量圖7軸心軌跡測量1．計算機１臺2．檢測軟件DRVI1套3．轉子實驗臺1個4．USB數(shù)據(jù)采集器1臺五、實驗要求預習要求：閱讀、理解實驗指導書的實驗原理，并思考回答以下問題：a)為什么磁電傳感器能用來測量轉速？b)對比光電轉速傳感器和磁電轉速傳感器的測量結果，哪個的精度更好？為什么？c)在軸心軌跡測量中，什么狀態(tài)下軸心的位置是良好的，這時候的輸出波形是什么？2.實驗內容：利用不同的傳感器對振動、轉速等物理量進行測量，并對比相同物理量用不同傳感器所得的測量結果。3．注意事項：a)軸心軌跡測量中，兩個傳感器探頭到主軸的距離應調為約1.6mm，目的是使從前置器輸出的信號剛好為0（mV）。b)光電轉速測試中，測量信號不好的情況下，應適當調整光電傳感器的位置，傳感器探頭一般放置在被測物體前2～3cm，必要時可調節(jié)傳感器后部的敏感度電位器。六、實驗步驟第一步搭建“檢測系統(tǒng)”硬件平臺關閉DRDAQ-USB型數(shù)據(jù)采集儀電源，將選用的傳感器、信號預處理模板等連接到采集儀的數(shù)據(jù)采集通道上。(禁止帶電從采集儀上插拔傳感器，否則會損壞采集儀和傳感器)開啟總電源、DRDAQ-USB型數(shù)據(jù)采集儀電源、直流電源以及將模塊電源選擇選擇在第一模塊上，如都顯示綠燈，進行下一步實驗。第二步啟動相應的數(shù)據(jù)采集與處理軟件，熟悉其軟件結構、界面內容和使用方法運行“DRVI”主程序，點擊DRVI快捷工具條上的"聯(lián)機注冊"圖標，選擇其中的“DRVI采集儀主卡檢測（USB）”進行軟件注冊。點擊DRVI工具條上的“腳本樣例”圖標，在菜單中選擇“轉子實驗臺[服務器]”。在實驗“菜單”欄選擇“速度傳感器振動測量實驗（服務器）”，得到軟件測試環(huán)境。6.啟動轉子實驗臺，調整到一個穩(wěn)定的轉速，點擊面板中的"開關"按鈕，觀察和分析所得到振動信號的波形和頻譜，改變電機轉速，并分快、中、慢三種情況，記錄實驗結果。7.在實驗“菜單”欄選擇“加速度傳感器振動測量實驗（服務器）”，得到軟件測試環(huán)境。8.點擊面板中的"開關"按鈕，觀察和分析所得到振動信號的波形和頻譜，9.分別點擊“原始信號”和“低通濾波”，觀察濾波前后振動信號波形和頻譜的變化情況，改變電機轉速，分快、中、慢三種情況，記錄實驗結果。10.在實驗“菜單”欄選擇“光電傳感器轉速測量（服務器）”，得到軟件測試環(huán)境。11.點擊面板中的"開關"按鈕進行測量，觀察并記錄測量的轉速值，調整傳感器的位置，同時觀察檢測到的轉速波形和傳感器位置之間的關系，并分析由此帶來的測量誤差。

12.在實驗“菜單”欄選擇“磁電傳感器轉速測量（服務器）”，得到軟件測試環(huán)境。13.點擊面板中的"開關"按鈕進行測量，調整傳感器的位置，同時觀察檢測到的轉速波形，并改變電機轉速，分快、中、慢三種情況，記錄實驗結果。14.在實驗“菜單”欄選擇“軸心軌跡測量（服務器）”，得到軟件測試環(huán)境。15.調節(jié)電機轉速，觀察隨著轉速的變化，軸心軌跡曲線的變化情況，分析并記錄實驗結果。七、思考題1.常用的振動信號測量方式有那些？2.電渦流傳感器有什么特性？可以用在那些特征量的檢測上？3.采用光電傳感器測量轉速的精度如何，怎樣保證測量的準確性？4.轉速測量還可以采用其它那些傳感器進行？5.為什么要采用加速度傳感器來測量振動信號？八、實驗報告要求實驗報告除填寫“實驗目的”外，在內容欄應主要包括如下幾部分：