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文档简介
..精品精品波尔共振试验动〔无阻尼振动、阻尼振动和受迫振动。振动中物理量随时间做周期性变化,在工程技术电声器件,利用核磁共振和顺磁共振争论物质的构造等。表征受迫振动性质是受迫振动的振幅-频率特性和相位-频率特性〔简称幅频和相频特性〕。本试验中承受波尔共振仪定量测定机械受迫振动的幅频特性和相频特性法来测定动态的物理量——相位差。【试验目的】争论波尔共振仪中弹性摆轮受迫振动的幅频特性和相频特性。争论不同阻尼力矩对受迫振动的影响,观看共振现象。学习用频闪法测定运动物体的相位差。【试验原理】称为强迫力。力和阻尼力的作用。所以在稳定状态时物体的位移、速度变化与强迫力变化不是同相位的,为90 。试验承受摆轮在弹性力矩作用下自由摇摆迫振动特性,可直观地显示机械振动中的一些物理现象。当摆轮受到周期性强迫外力矩MM0cost的作用,并在有空气阻尼和电磁阻尼的媒质中运动时〔阻尼力矩为bd〕其运动方程为dtdt2
kbdMdt
cost (1)式中,J为摆轮的转动惯量,k为弹性力矩,M 为强迫力矩的幅值,为强迫力的0k b M圆频率。令20
2 m 0,则式〔1〕变为J J J 2 2 mcos t (2)dt2 dt 0当mcost0时,式〔2〕即为阻尼振动方程。当0,即在无阻尼状况时式〔2〕变为简谐振动方程,系统的固有频率为0
。方程〔2〕的通解为1 f
t)2
0
) (3)由式〔3〕可见,受迫振动可分成两局部:第一局部,etcos(1 f
t)和初始条件有关,经过肯定时间后衰减消逝。态。振幅为
(2(22)242202
(4)它与强迫力矩之间的相位差为tan1
2
tan1
T2T0
(5)22 (T2T2)0 0由式〔4〕和式〔5〕可看出,振幅2
与相位差的数值取决于强迫力矩m、频率、系统的固有频率0
和阻尼系数四个因素,而与振动初始状态无关。由
[(22)2422]0极值条件可得出,当强迫力的圆频率 时,222产生共振,有极大值。假设共振时圆频率和振幅分别用、表示,则r r22220r2 22 2220r
(7)式6〔〕也r越大。振幅和相位差随频率比r
变化的曲线称幅频特性曲线和相频特性曲线,如图12图1幅频特性曲线 图2相频特性曲线【试验仪器】ZKY-BG3所示,铜质圆形摆轮AB的一端与摆轮A长形凹槽C比其它凹槽长出很多。机架上对准长型缺口处有一个光电门H,它与电器掌握箱相K,摆轮A恰巧嵌在铁芯的空隙,当线圈中通过直流电流后,摆轮受到一个电磁阻尼力的作用A轮,通过连杆机构E带动摆轮,在电动机轴上装有带刻线的有机玻璃转盘F,它随电机一起转动。由它可以从角度读数盘G读出相位差。调整掌握箱上的十圈电机转速调整旋钮,可以准确转变加于电机上的电压,使电机的转速在试验范围〔30-45转/分〕内连续可调,由于电路中承受特别稳速装置,电动机承受惯性很小的带有测速发电机的特种电机,所以转速极F上装有两个挡光片G中心上方90处也有光电门〔强迫力矩信号,并与掌握箱相连,以测量强迫力矩的周期。受迫振动时摆轮与外力矩的相位差是利用小型闪光灯来测量的门掌握,每当摆轮上长型凹槽CHF好象始终“停在”某一刻度处,所以此数值可便利地直接读出,误差不大于23搁置在底座上,切勿拿在手中直接照耀刻度盘。摆轮振幅是利用光电门H测出摆轮读数A处圈上凹型缺口个数,并在掌握箱液晶显示器上直接显示出此值,精度为3波尔振动仪3波尔振动仪1-H;2-C;3-短凹槽D;4-A;5-摇杆M;6-B;7-E;10-摇杆调整螺丝;11-I;12-G;13-F;14-底座;15-L;16-闪光灯波耳共振仪电器掌握箱的前面板如图4示。1 2 3 47 6 54波尔共振仪前面板示意图1-液晶显示屏幕;2-方向掌握键;3-确认按键;4-复位按键;5-电源开关;6-闪光灯开关;7-强迫力周期调整电位器。电机转速调整旋钮,系带有刻度的十圈电位器,调整此旋钮时可以准确转变电机转速,5于该位置的另一边。0.1档旋转一圈,1档走一个字。一般调整刻度仅供试验时作参考,以便大致确定强迫力矩周期值在多圈电位器上的相应位置。阻尼选择(e)阻尼选择(e)10(f)可以通过软件掌握阻尼线圈内直流电流的大小,到达转变摆轮系统的阻尼系数的目的。3尼13尼12试验时依据不同状况进展选择〔可先选择在阻尼“2”150左右。〔实际有机玻璃F上的刻度线始终在匀速转动差时才按下按钮。【试验内容和步骤】1.试验预备试验步骤自由振荡阻尼振荡强迫振荡(b)周期×1阻尼000秒(摆轮)振幅回查试验步骤自由振荡阻尼振荡强迫振荡(b)周期×1阻尼000秒(摆轮)振幅回查(c)返回按键说明◄► →▲▼ →确定→选择工程功能项确定(a)(d)周期×1阻尼1==秒〔摆轮〕秒〔电机〕振幅(g)周期×1=01.442 秒(摆轮)周期×0=〔摆轮〕阻尼0 振幅1341232振幅↑↓按确定键返回00回查返回1.4251.425秒〔摆轮〕周期×1 =1.425秒〔电机〕阻尼1 振幅12200周期1电机开返回(h)周期×阻尼110=5=秒〔摆轮〕秒〔电机〕振幅0110电机开返回(i)66屏幕示意图复介绍。自由振荡自由振荡试验的目的,是为了测量摆轮的振幅与系统固有振动周期T0
的关系。在图6〔a〕状态按确认键,显示图6〔b〕所示的试验类型,默认选中项为自由振荡,字体反白为选中。再按确认键显示如图〔。用手转动摆轮160左右,放开手后按“▲”或“▼”键,测量状态由“关”变为“掌握箱开头记录试验数据,振幅的有效数值范围为:160 50〔振幅小于160测量开,小于50测量自动关闭。测量显示关时,此时数据已保存并发送主机。查询试验数据,可按“◄”或“►”键,选中回查,再按确认键。如图6〔d〕所示,表示第一次记录的振幅 134,对应的周期T1.422秒,然后按“▲”或“▼”键查看全部0记录的数据,该数据为每次测量振幅相对应的周期数值,回查完毕按确认键返回到图6〔c〕状态。此法可作出振幅与T0
的对应表。该对应表将在稍后的“幅频特性和相频特性”数据处理过程中使用。6〔b〕状态进展其它试验。因电器掌握箱只记录每次摆轮周期变化时所对应的振幅值〔其间能看到振幅变化。当回查数据时,有的振幅数值被自动剔除了。6〔b〕状态下,依据试验要求,按“►”键,选中阻尼振荡,按确认键显示阻尼:如图〔e。阻尼分三个档次,阻尼1最小,阻尼3例如选择阻尼2档,按确认键显示如图〔。首先将角度盘指针F放在01600
在150或“▼”键,测量由“关”变为“开”并记录数据,仪器记录十组数据后,测量自动关闭,此时振幅大小还在变化,但仪器已经停顿记数。操作步骤即可。从液显窗口读出摆轮作阻尼振动时的振幅数值,
,利用公式1 nln 0
et
n
Tln
0 (8)e(tnT) 0 n求出值,式中n为阻尼振动的周期次数,为第n次振动时的振幅,T为阻尼振动周n期的平均值。此值可以测出10个摆轮振动周期值,然后取其平均值。一般阻尼系数需测量2-3测定受迫振动的幅频特性和相频特性曲线在进展强迫振荡前必需先做阻尼振荡,否则无法试验。6〔b〕6〔g〕默认状态选中电机。按“▲”或“▼”键,让电机启动。此时保持周期为1,待摆轮和电机的周期一样,特别是振幅已稳定,变化不大于1,说明两者已经稳定了〔如图6〔h〕,方可开头测量。测量前应先选中周期,按“▲”或“▼”键把周期由〔如图g〕改为1〔如图i〕〔键,测量翻开并记录数据〔6〔i〕。强迫力间的相位差。调整强迫力矩周期电位器,转变电机的转速,即转变强迫外力矩频率,从而转变电机转动周期。电机转速的转变可依据掌握在10左右来定,可进展屡次这样的测量。每次转变了强迫力矩的周期,都需要等待系统稳定,约需两分钟,即返回到图6〔h〕状态,等待摆轮和电机的周期一样,然后再进展测量。引起很大转变。电机转速旋钮上的读数是一参考数值,建议在不同时都登记此值,以便试验中快速查找要重测量时参考。测量相位时应把闪光灯放在电动机转盘前下方认真观看相位位置。强迫振荡测量完毕,按“◄”或“►”键,选中返回,按确定键,重回到图6〔b〕状态。关机在图6〔b〕状态下,按住复位按钮保持不动,几秒钟后仪器自动复位,此时所做试验数据全部去除,然后按下电源按钮,完毕试验。【数据处理】摆轮振幅与系统固有周期T关系01振幅与T关系0振幅振幅固有周期振幅固有周期振幅固有周期振幅固有周期(°)T(s)0(°)T(s)0(°)T(s)0(°)T(s)0的计算利用公式〔9〕2值。5Tlni (9)i为阻尼振动的周期次数,i2阻尼振荡的振幅i
i5为第i次振动时的振幅。
阻尼档位序号序号振幅(°)序号振幅(°)ln ii516273849510lni 平均值i510T = 秒; T= 秒; = 。幅频特性和相频特性测量将记录的试验数据〔强迫力矩周期T、相位差、振幅〕3,并依据表1振幅对应的固有频率T0
,将T0
3。强迫力矩3-18-1周期T(s)
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