传感器技术实验报告-机械工程(机械工程测试技术基础)

1、传感器技术实验报告 专业： 机械工程 姓名： 陈顶柱 年级： 2020级 班级： 测控系 学号： 202003701099 武汉科技大学 机械自动化学院2020年 9月 10日实验一 测试装置与数据采集设备一、实验目的学会应力应变测试装置构建及数据采集设备使用。二、实验内容（1） 应力、应变、压力测试装置组成；（2）学习NI-MyDAQ数据采集设备基本功能及使用方法； （3）学习NI-LabView基本操作方法（搭建数据采集程序、学习滤波组态使用方法）。实验二 电阻应变片的粘贴一、实验目的学习金属电阻应变片的粘贴方法。二、实验内容（1）熟悉金属电阻应变片的结构，基本参数；（2）熟悉等强度梁标定

2、设备结构；（3）实践金属电阻应变片的粘贴方法、步骤；三、实验步骤（1）仪器设备 电阻应变片、模拟试件、万用表、502胶水、砂纸、医用酒精、镊子、剪刀、导线、电烙铁、焊锡膏、焊锡丝等。（2）粘贴程序应变片的粘贴工序主要包括：应变片的检查与筛选，试件表面处理，应变片的粘贴、固化，导线的焊接与固定，防潮处理和质量检查等。1） 应变片的检查与筛选：应变片的选择根据应力测试和传感器精度要求对照应变片系列表选择相应的应变计。2） 试件表面处理：用细砂纸（布）对构件或弹性体粘贴面进行交叉打磨，使试件表面呈细密，均匀粗糙毛面，其面积要大于应变片的面积。打磨后的表面采用纯度较高的无水乙醇，丙醇，三氯乙烯等有机溶

3、剂反复清洗，确保贴片部位清洁干洁，无尘。3） 应变片的粘贴、固化：一般采用502胶水粘贴应变片，注意粘贴应变片的方向尽量与主应力方向一致。贴片、固化粘贴位置确定后，取适量胶液均匀涂刷在被粘处表面，将应变计表面用无水乙醇棉球擦洗干净，晾干后涂一薄层胶液，待胶液变稠后，将应变片准确粘贴在试件表面，其上盖一层聚四氟乙烯薄膜用手指顺着应变片的轴向挤出多余胶液并排出胶层中的气泡。应变片粘贴完成后，粘贴质量检查应检查贴片位置是否准确，粘贴层是否有气泡和杂质，敏感栅有无断栅和变形。在应变片引出线端附近用同样方法粘贴接线片，然后将应变片引出线用焊锡固定在接线片上，减去多余的线头用万用表检查绝缘和电阻情况。4）

4、 根据预定的组桥方式焊接电线，完成后再一次检查电阻及绝缘情况。5） 确保电桥绝缘和阻值无问题的前提下，为了防止粘贴好的应变片受潮和腐蚀物质的浸蚀，并防止机械损伤，对应变片应采取一定的保护措施。试验中采用703硅胶保护。7）根据测量对象和目的的不同，决定组桥方式。四、实验报告（1）等强度梁结构及其有限元分析在ANSYS软件中进行有限元分析。现模拟试验梁在2kg负载（1kg托盘+1kg砝码）的环境下，其应力分布与挠度分布如图1-1和1-2所示。图1-1图1-2实验三 等强度梁弯矩、拉力测试与标定实验一、实验目的学会制定梁的弯矩和拉力传感器制作方法；学会金属电阻应变片的标定方法；学会通过弯矩信号推导

5、等强度梁垂向结构参数（固有频率和阻尼比系数）二、实验仪器电阻应变片、LC1002动态应变仪、数据采集卡、万用表、502胶水、砂纸、医用酒精、镊子、剪刀、导线、电烙铁、焊锡膏、焊锡丝、砝码5个、电脑一台。3、 实验内容（1）在等强度梁上粘贴金属电阻应变片，并自行组桥，用于测量弯矩，并进行标定；（2）在等强度梁上粘贴金属电阻应变片，并自行组桥，用于测量拉力；（3）采用阶跃响应法测量等强度梁的固有频率和阻尼比系数；四、实验依据（1）应变片是最常用的测量应变的传感元件。测试时，应变片牢固地粘贴在等强度梁上下两表面，当等强度梁受力发生形变时，应变片的敏感栅随同变形，其电阻值也随之发生相应的变化。通过测量

6、电路，转换成电信号输出显示。由于电阻值，其长度、截面积A、电阻率均将随应变片的变形而变化。（2）脉冲激励：用脉冲锤敲击试件，产生近似于半正弦的脉冲信号。信号的有效频率取决于脉冲持续时间 ，越小则频率范围越大。 （3）幅值：幅值是振动强度的标志，它可以用峰值、有效值、平均值等方法来表示。 （4）频率：不同的频率成分反映系统内不同的振源。通过频谱分析可以确定主要频率成分及其幅值大小，可以看到共振时的频率，也就可以得到悬臂梁的固有频率。  （5）自由衰减法：在结构被激起自由振动时，由于存在阻尼，其振幅呈指数衰减波形，可算出阻尼比。五、实验原理(1)实

7、验原理图：图5-1(2)应变片R1 R2 R3 R4接线图图5-2(3)等强度梁拉力及弯矩测量原理 初始平衡条件：，此时。由，可得：实验中采用全等臂电桥，。六、实验步骤 1.按要求，把各实验仪器连接好接入电脑中，然后在悬臂梁上粘紧压电式加速度传感器打开计算机。  2.打开计算机，启动计算机上的“振动测试及谱分析“vi ”。  3.选择适当的采样频率和采样点数以及硬件增益。点击 LabVIEW 上的运行按钮（Run）观察由脉冲信号引起梁自由衰减的曲线的波形和频谱。  4.尝试输入不同的滤波截止频率，观察振动信号的波形和频谱的变化。

8、60; 5.尝试输入不同的采样频率和采样点数以及硬件增益，观察振动信号的波形变化。  6.根椐最合适的参数选择，显示最佳的结果。然后按下“结束按钮，完成信号采集。最后我选择的参数是：采样频率sf 为500HZ,采样点数N为500点。 7.记录数据，copy读到数据的程序，关闭计算机。七、实验数据及其分析1.电阻应变片的标定 （1)贴片 贴片方法如实验一所述。 (2)连接电路应变片的电桥连接，导线1、2、3、4分别连接动态电阻应变仪的四个接口。如图7-1所示。图7-1将动态电阻应变仪接到数据采集卡，然后接入电脑Labview软件。如图所示。图7-2图7-3(3)电阻

9、应变片弯矩标定先将测量-校准开关置“正校”，校准值开关置“100”，灵敏度置“2”，高频上限置“10kHz”AC/DC置“DC”。开启电源，表上显示1V，表示。将测量-校准开关置“测量”，按红色按钮，调零，弯矩标定数据如表所示。图7-3M/Kg123454321V/V0.731.462.202.943.682.952.221.490.75表1全臂电桥实验数据表计算系数 在Excel中将得到的数据转换，得到的曲线图如图7-3所示。可以看出，输出电压值与输入配重值基本呈线性关系。图7-43.等强度梁结构参数计算用砝码自由落体模拟阶跃激励信号，通过对输出信号的分析，计算等强度梁的固有频率和阻尼比系数

10、，如图2-5所示为采集到的信号。 图7-4时域响应图数据处理： 截取一部分数据如图2-6所示 得到的稳态值为-0.03，取5个峰值计算，每相邻两个求，然后求均值。其中。编号1234峰值0.060.050.030.0150.090.080.060.0450.1270.2870.2870.127 由公式，计算系统阻尼比为：取5个相邻周期计算周期值编号123450.150.20.150.20.25系统周期为系统的有阻尼固有频率为系统无阻尼固有频率为实验四 扭矩测试与标定实验一、实验目的学会制定梁的弯矩和拉力传感器制作方法；学会金属电阻应变片的标定方法；学会通过弯矩信号推导等强度梁垂向结构参数（固有频

11、率和阻尼比系数）二、实验仪器电阻应变片、LC1002动态应变仪、数据采集卡、万用表、502胶水、砂纸、医用酒精、镊子、剪刀、导线、电烙铁、焊锡膏、焊锡丝、砝码5个、电脑一台。3、 实验内容（1）在轴上粘贴金属电阻应变片，并自行组桥，用于测量扭矩，并进行标定；（2）采用阶跃响应法测量轴的固有频率和阻尼比系数；四、实验依据 1.测试轴扭矩测试值的计算公式为式中 i测试轴表面的剪应力 MPa Ki标定值 me / V Ui被测轴实测信号的电平 V2.测试轴(弹性模量Ei，泊松比ui)测点处的外径为D，其断面的抗扭模量为；剪应力为5、 实验步骤 1.电阻应变片的标定 (1)在实验室用25mm实心小轴(

12、2Cr13不锈钢，弹性模量E =205GPa，泊松比u = 0.253)对扭矩进行标定。在小轴上沿与轴线成45°方向粘贴4片电阻应变片，并按组成全桥测试电路，并依次接入扭矩测试系统中。小轴端部装有0.3m长的臂，在臂端悬挂标准砝码。（2）贴片：在直径30mm试验轴上沿与轴线成45°方向粘贴4片电阻应变片。 图5-1 图5-2（3）连接电桥与电路采用全桥测试电路，导线1、2、3、4分别连接动态电阻应变仪的四个接口。将动态电阻应变仪接到数据采集卡，然后接入电脑Labview软件。（4）扭矩标定 小轴端部装有0.3m长的臂，在臂端悬挂标准砝码。砝码质量从零开始，每次增加1kg，一

13、直加到5kg。记下不同质量砝码使扭矩测试系统产生的电压值V。标定结果如图所示。 图5-3图5-4将电压输出转化为扭矩输出得到灵敏度为6、 实验数据及其分析1.扭矩标定值的计算（1）小轴的抗扭截面模量:（2）每千克标准砝码对标定小轴产生的扭矩为，此时小轴表面的剪应力为（3）相应沿与轴线成45°方向的应变为（4）0.3m长的臂端砝码重量从零开始，每次增加1kg，一直加到5kg。记下不同重量砝码使扭矩测试系统产生的电压值，并算出平均每增加1kg砝码轴扭矩测试系统产生的电压值，由此得出各测点剪应力的标定值。 对于外径为150mm内径为50mm的轴，其断面的抗扭模量： 求得扭矩标定值：2.等强度梁结构参数计算用砝码自由落体模拟阶跃激励信号，通过对输出信号的分析，计算等强度梁的固有频率和阻尼比系数，如图为采集到的信号。图6-1数据处理： 截取一部分数据如下图所示图6-2 得到的稳态值为0.004，取5个峰值计算，每相邻两个求，然后求均值。其中。编号12345峰值0.0460.0420.0400.0430.04