工程测试技术实验指导书

1、测 试 技 术 实 验报告(第二学期)姓 名： 学 号： 专 业： 班 级： 实验指导教师： 成 绩： 2013年实验一 典型信号频谱分析一、 实验目的1、 在理论学习的基础上，通过本实验熟悉典型信号的波形和频谱特征，并能够从信号频谱中读取所需的信息。2、 了解信号频谱分析的基本方法及仪器设备。二、 实验原理本实验利用在DRVI上搭建的频谱分析仪来对信号进行频谱分析。由虚拟信号发生器产生多种典型波形的电压信号，用频谱分析芯片对该信号进行频谱分析，得到信号的频谱特性数据。分析结果用图形在计算机上显示出来，也可通过打印机打印出来。三、 实验仪器和设备 1. 计算机 n台2. DRVI快速可重组虚拟

2、仪器平台 1套3. 打印机 1台四、 实验步骤及内容 1. 启动服务器，运行DRVI主程序，开启DRVI数据采集仪电源，然后点击DRVI快捷工具条上的联机注册图标，选择其中的DRVI采集仪主卡检测进行服务器和数据采集仪之间的注册。2. 点击实验脚本文件的链接，将本实验的脚本文件贴入并运行，实验截屏效果图如图2所示。图1 典型信号频谱分析实验原理设计图图2 典型信号频谱分析实验3. 点击DRVI典型信号频谱分析实验中的白噪声按钮，产生白噪声信号，分析和观察白噪声信号波形和幅值谱特性。4. 点击DRVI典型信号频谱分析实验中的正弦波按钮，产生正弦波信号，分析和观察正弦波信号波形和幅值谱特性。5.

3、点击DRVI典型信号频谱分析实验中的方波按钮，产生方波信号，分析和观察方波信号波形和幅值谱特性。6. 点击DRVI典型信号频谱分析实验中的三角波按钮，产生三角波信号，分析和观察三角波信号波形和幅值谱特性。7. 其余依此类推，分析和观察信号波形和幅值谱特性。五、 实验分析白噪声信号频谱分析：白噪声的波形杂乱无章，幅值随时变化正弦波信号频谱分析：正弦波的波形呈正弦波形周期变化，幅值一定，在最高处。方波信号频谱分析：方波的波形呈矩形周期变化，幅值为定值并持续一段时间三角波频谱信号分析：三角波的波形呈三角形周期变化，幅值一定但出现在波形的三角形顶点处六、 思考题1、 为何白噪声信号对信号的波形干扰很大

4、，但对信号的频谱影响很小？答：由于白噪声的带宽无穷大，在整个频带上均匀分布的噪声，从频谱上看，只是把有用信号的频谱抬高了一点而已。而在时域上，白噪声是完全随机的信号，叠加到波形上后是信号的波形完全杂乱无章。2、 在DRVI快速可重组平台上面搭建一个“频谱分析仪”需要采用哪些软件芯片？它们相互之间的关系怎样？答：在DRVI快速可重组平台上面搭建一个“频谱分析仪”需要采用的软件芯片有： 发生器芯片、多联开关芯片、数字信号发生器芯片、开/关按钮芯片、频谱计算芯片、时域参数计算芯片、波形/频谱显示芯片、方形仪表芯片、波形/频谱曲线操作芯片、内存条芯片、文字显示芯片、装饰芯片等。它们之间的关系可由下图说

5、明实验二 典型信号相关分析一. 实验目的1. 在理论学习的基础上，通过本实验加深对相关分析概念、性质、作用的理解。2. 掌握用相关分析法测量信号中周期成分的方法。二. 实验原理1.相关的基本概念相关是指客观事物变化量之间的相依关系，在统计学中是用相关系数来描述两个变量x，y之间的相关性的，即： 式中xy是两个随机变量波动量之积的数学期望，称之为协方差或相关性，表征了x、y之间的关联程度；x、y分别为随机变量x、y的均方差，是随机变量波动量平方的数学期望。 2.相关函数 如果所研究的随机变量x, y是与时间有关的函数，即x(t)与y(t)，这时可以引入一个与时间有关的量xy()，称为相关系数，并

6、有： 式中假定x(t)、y(t)是不含直流分量(信号均值为零)的能量信号。分母部分是一个常量，分子部分是时移的函数，反映了二个信号在时移中的相关性，称为相关函数。因此相关函数定义为： 或 如果 x(t)=y(t)，则称为自相关函数，即： 若 x(t)与y(t)为功率信号，则其相关函数为： 计算时，令x(t)、y(t)二个信号之间产生时差，再相乘和积分，就可以得到时刻二个信号的相关性。连续变化参数，就可以得到x(t)、y(t)的相关函数曲线。相关函数描述了两个信号或一个信号自身波形不同时刻的相关性（或相似程度），揭示了信号波形的结构特性，通过相关分析我们可以发现信号中许多有规律的东西。相关分析作

7、为信号的时域分析方法之一，为工程应用提供了重要信息，特别是对于在噪声背景下提取有用信息，更显示了它的实际应用价值。三. 实验仪器和设备1. 计算机 n台2. DRVI快速可重组虚拟仪器平台 1套3. 打印机 1台四实验步骤1.点击“该实验脚本文件”，启动该实验。实验效果图如图所示。2. 点击DRVI典型信号相关分析实验中的通道1的白噪声按钮，产生白噪声信号，然后点击通道2的白噪声、正弦波、方波、三角波等按钮，分析和观察上述波形与白噪声信号进行相关分析后的结果。3. 点击DRVI典型信号相关分析实验中的通道1的正弦波按钮，产生正弦波信号，然后点击通道2的白噪声、正弦波、方波、三角波等按钮，分析和

8、观察上述波形与正弦波信号进行相关分析后的结果。4. 点击DRVI典型信号相关分析实验中的通道1的方波按钮，产生方波信号，然后点击通道2的白噪声、正弦波、方波、三角波等按钮，分析和观察上述波形与方波信号进行相关分析后的结果。5. 其它信号的相关分析参照以上步骤进行。五、实验分析白噪声与白噪声的相干分析：白噪声与方波的相关分析：白噪声与三角波的相干分析： 正弦波与白噪声的相干分析：正弦波与正弦波的相干分析：正弦波与方波的相干分析：正弦波与三角波的相干分析：方波与白噪声的相干分析：方波与正弦波的相干分析：方伯与方波的相干分析：方波与三角波的相干分析：三三角波与白噪声的相干分析： 三角波与正弦波的相干

9、分析：三角波与方波的相干分析：三角波与三角波的相干分析：六、思考题1、如何用相关分析法测量信号中的周期成分？答：根据周期函数的自相关函数仍然是同频率的周期信号，但不具有原信号的相位消息；两周期信号的互相关函数仍然是同频率的周期信号，但保留了原信号的相位信息。能够分析出测量信号中的周期成分。其中两个非周期信号互不相关，随机信号的自相关函数很快趋于零。2、如何在噪声背景下提取有用信息？答：依据线性系统的频率保持性，用于激振而引起的响应幅值和相位信息。因此，可利用有用信息的同频信号与实际信号作互相关分析，提取出互相关的波形和信号即可。实验三 力传感器标定及称重实验一、 实验目的通过本实验了解和掌握力

10、传感器的测量原理和方法。二、 力传感器工作原理简介 电阻应变计是利用物体线性长度发生变形时其阻值会发生改变的原理制成的，其电阻丝一般用康铜材料，它具有高稳定性及良好的温度、蠕变补偿性能。测量电路普遍采用惠斯通电桥（如图3.1所示），利用的是欧姆定律，测试输出量是电压差。本实验采用的电阻应变计采用的是惠斯通全桥电路，当物料加到载物台后，4个应变片会发生变形，产生电压输出，经采样后送到计算机由DRVI快速可重组虚拟仪器平台软件处理。因为电桥在生产时有一些误差，不可能保证每一个电桥的电阻阻值和斜率保持一致。所以，传感器在使用之前必须要经过线性校正，这是由于计算机得到的是经过采样后的数字量，与真实质量

11、之间是一种线性关系，需要由标定来得到这个关系。在实验中采用的力传感器是LYB-5-A型应变力传感器具有精度高、复现性好的特点。其外形见图3.2。需要特别强调的是：由于力传感器的过载能力有限（150%），所以，在实际使用过程中应尽量避免用力压传感器的头部或冲击传感器。否则，极易导致传感器因过载而损坏！ 图3.1 惠斯通电桥 图3 .2力传感器实物三. 实验仪器和设备1. DRVI可重组虚拟实验开发平台 1套2. 蓝津数据采集仪（LDAQ-EPP2） 1套3. 开关电源（LDY-A） 1套4. 称重台 1个四、实验步骤1.选择实验脚本文件“服务器端”的链接，将参考的实验脚本文件贴入DRVI软件平台

12、，如图3.3所示。图3.3应变式力传感器称重实验（服务器）2. 首先进行传感器的标定：用标准砝码测定K，b值，取两个点（即分别用两个不同的砝码），计算出K，b的值作为标定结果。具体操作过程为：点击面板上的“运行”按钮，在载物台上放置一个标准砝码100克（或其他大小），然后输入“100（或其他值）”到“试载参数x1”输入框中，然后点击“标定1” 按钮记录下第一点的值；改变砝码的质量，比如300质量的砝码，输入“300”到“试载参数x2”输入框中，然后点击“标定2”按钮记录下第二点的值；再点击“标定结果”按钮，得到K,b标定值。3 . 标定完毕，即可进行物体测量。将所测物体放在载物台上，然后点击“

13、实测质量”按钮，得到被测物体质量值。再改变质量块的大小，观察和分析计算结果。五. 注意事项1. LYB-5-A型传感器的称重或测量不超过2Kg的力（平稳，不含过强冲击）。2. 不要冲击传感器或在其上施加过大的力，以免因过载而损坏传感器。六、实验分析1、分析测量误差：答：砝码在制作时存在误差；秤盘上有灰尘会导致测量结果不准确；传感器因工作时间过长，周围 环境温度过高，导致测量结果不准确。2、应用于称重的传感器还有哪些？简述其工作原理。答：称重传感器按转换原理分为电磁力式、光电式、液压式、电容式、磁极变形式、振动式、陀螺仪式、电阴应变式。电阻应变式称重传感器是基于这样一个原理：弹性体（弹性元件，敏

14、感梁）在外力作用下产生弹性变形，使粘贴在他表面的电阻应变片（转换元件）也随同产生变形，电阻应变片变形后，它的阻值将发生变化（增大或减小），再经相应的测量电路把这一电阻变化转换为电信号（电压或电流），从而完成了将外力变换为电信号的过程。由此可见，电阻应变片、弹性体和检测电路的电阻应变式称重传感器中不可缺少的几个主要部分。实验四、光电传感器转速测量实验 一、 实验目的1.通过本实验了解和掌握采用光电传感器测量的原理和方法。2. 通过本实验了解和掌握转速测量的基本方法。二、 实验原理直接测量电机转速的方法很多，可以采用各种光电传感器，也可以采用霍尔元件。本实验采用光电传感器来测量电机的转速。光电传感

15、器在工业上的应用可归纳为吸收式、遮光式、反射式、辐射式四种基本形式。反射式光电传感器的工作原理见图4.2，主要由被测旋转部件、反光片（或反光贴纸）、反射式光电传感器组成，在可以进行精确定位的情况下，在被测部件上对称安装多个反光片或反光贴纸会取得较好的测量效果。在本实验中，由于测试距离近且测试要求不高，仅在被测部件上只安装了一片反光贴纸，因此，当旋转部件上的反光贴纸通过光电传感器前时，光电传感器的输出就会跳变一次。通过测出这个跳变频率f，就可知道转速n。 n=f如果在被测部件上对称安装多个反光片或反光贴纸，那么，n=f/N。N-反光片或反光贴纸的数量。三. 实验仪器和设备1. 计算机 n台2.

16、DRVI快速可重组虚拟仪器平台 1套3. 并口数据采集仪（LDAQ-EPP2） 1台4. 开关电源（LDY-A） 1台5. 光电转速传感器（LHYF-12-A） 1套6. 转子/振动实验台（LZS-A）/(LZD-A) 1 台 图4.1 光电传感器的工作方式图 4.2 反射式光电转速传感器的结构图四、实验步骤1、启动服务器，运行DRVI主程序，开启DRVI数据采集仪电源，然后点击DRVI快捷工具条上的联机注册图标。2、点击实验脚本文件“服务器端”的链接，运行该实验。如图4.3所示。图4.3 转速测量实验（服务器端）效果图3、在电机转子侧面上贴上反光纸，将光电传感器探头对准反光纸，调节传感器后面

17、的灵敏度旋钮至传感器对反光纸敏感，对其它部位不敏感，然后启动实验台，调节转速旋钮使电机达到某一稳定转速。4、设定合适的门限值，点击面板中的开关按钮进行测量，观察并记录测量的转速值，调整传感器的位置，同时观察检测到的转速波形和传感器位置之间的关系，并分析由此带来的测量误差。 5.、调节电机转速至另一稳定转速，再次进行测量。五、实验报告要求1、转速测量还可以采用其他哪些传感器进行？答：凡能随转速而变化的物理量都可用作转速传感器。例如：电磁传感器、霍尔传感器、光电传感器、闪烁传感器等。2、采用光电传感器测量转速的精度如何，怎样保证测量的准确性？答：采用光电传感器测量转速的精度很高。转数测量仪上有测量

18、采样时间为1s、10s等，采样时间为1s，在轴上安装的挡光的齿盘要有60个孔；采样时间为10s，在轴上安装的挡光的齿盘要有6个孔。实验五 速度传感器振动测量实验一、 实验目的通过本实验了解并掌握机械振动信号测量的基本方法二、 实验原理CD-21振动速度传感器的基本原理是基于一个惯性质量（线圈组件）和壳体，壳体中固定有磁铁，惯性质量用弹性元件悬挂在壳体上工作时，将传感器壳体固定在振动体上，这样，当振动体振动时，在传感器工资频率范围内，线圈与磁铁相对运动，切割磁力线，在线圈内产生感应电压，该电压值正比与振动速度值，这就是振动速度传感器的工作原理。三、 实验仪器和设备1.计算机 n台2. DRVI快速可重组虚拟仪器平台 1套3. 速度传感器（CD-21） 1套4. 蓝津数据采集仪（LDAQ-EPP2） 1台6. 开关电源（LDY-A） 1套7. 5芯-BNC转接线 1条8. 转子实验台（LZS-A） 1 套四、 实验步骤和内容1、 将加速度传感器通过配套的磁座吸附在振动实验台底座上，然后将其输出端和变送器的输入端相连，变送器的输出端通过一根带五芯航空插头的电缆和数据采集仪通道连接。 2、 启动服务器，运行DRVI主程序，开启DRVI数据采集仪电源，然后点