labview測(cè)試實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)

1、吉林工程技術(shù)師范學(xué)院 測(cè)試技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū) 主編：孫艷紅 張曉奇 主審：周廣文 機(jī)電工程學(xué)院 2009年5月 刖言 1 實(shí)驗(yàn)1典型信號(hào)虛擬發(fā)生器4 實(shí)驗(yàn)2典型信號(hào)的頻譜分析6 實(shí)驗(yàn)3周期信號(hào)波形的合成和分解9 實(shí)驗(yàn)4典型信號(hào)的相關(guān)分析和功率譜分析 .11 實(shí)驗(yàn)5信號(hào)的調(diào)制和解調(diào) .14 實(shí)驗(yàn)6巴特沃斯濾波器 .18 實(shí)驗(yàn)7信號(hào)采樣定理 .21 實(shí)驗(yàn)8測(cè)試系統(tǒng)靜態(tài)性能測(cè)量和系統(tǒng)標(biāo)定 .24 實(shí)驗(yàn)9測(cè)試系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能測(cè)量 26 實(shí)驗(yàn)10金屬箔式應(yīng)變計(jì)性能一一應(yīng)變電橋 28 實(shí)驗(yàn)11電渦流開(kāi)關(guān)物體檢測(cè) .30 實(shí)驗(yàn)12光電傳感器轉(zhuǎn)速測(cè)量 .33 實(shí)驗(yàn)13霍爾傳感器速度測(cè)量.35 實(shí)驗(yàn)14力傳感器稱(chēng)重 .

2、37 實(shí)驗(yàn)15典型信號(hào)的虛擬仿真信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì) .39 實(shí)驗(yàn)16典型信號(hào)的自相關(guān)分析儀的設(shè)計(jì) .41 實(shí)驗(yàn)17典型信號(hào)的頻譜分析儀的設(shè)計(jì).43 實(shí)驗(yàn)18某工程信號(hào)的綜合分析系統(tǒng) 45 測(cè)試技術(shù)是具有實(shí)驗(yàn)性質(zhì)的測(cè)量技術(shù)，和計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、通信 技術(shù)構(gòu)成完整的信息技術(shù)學(xué)科，主要研究各種物理量的測(cè)量原理和測(cè)量信號(hào)的分 析處理方法，是進(jìn)行各種科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究和生產(chǎn)過(guò)程參數(shù)檢測(cè)等必不可少的手段。 隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)械工程測(cè)試作為一門(mén)和之密切相關(guān)的課程，其 重要性是不言而喻的，這是一門(mén)以算法為核心的理論性、 工程實(shí)用性均較強(qiáng)的課 程。但由于目前關(guān)于信號(hào)處理的有關(guān)書(shū)籍大都是只講解算法和推

3、導(dǎo)過(guò)程，而和工 程實(shí)際聯(lián)系很少，這使得書(shū)中所涉及的有關(guān)概念比較抽象，再加上教學(xué)方法和手 段的單一以及實(shí)驗(yàn)條件的限制，長(zhǎng)期以來(lái)使該課程一直處于“難教難學(xué)”的一種 境地，學(xué)生很難把書(shū)中所講的數(shù)學(xué)函數(shù)和實(shí)際的波形聯(lián)系起來(lái)，給學(xué)習(xí)帶來(lái)了很 大的困難，大大降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，影響了本課程的教學(xué)效果。因此，如何 有效的理論聯(lián)系實(shí)際，提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果一直以來(lái)是該課程教學(xué)中思考和 探索的問(wèn)題。而計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展對(duì)機(jī)械工程測(cè)試的教學(xué)帶來(lái)了新的思路， 尤其是將虛擬儀器引入教學(xué)過(guò)程具有重要的意義，為該課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革提供 了強(qiáng)有力的支持。 一.虛擬儀器和LabVIEW 軟件簡(jiǎn)介 虛擬儀器是1986年

4、美國(guó)國(guó)家儀器公司(National Instrument,即NI公司)首 先提出的，是指通過(guò)程序編制將通用計(jì)算機(jī)和數(shù)量有限的功能板卡相結(jié)合所構(gòu)成 的功能靈活、模塊化、操作方便且可視化的軟件系統(tǒng)。用戶可以根據(jù)自己的習(xí)慣 利用虛擬儀器系統(tǒng)來(lái)完成相應(yīng)的控制、數(shù)據(jù)分析、存儲(chǔ)和顯示等操作。 LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Work Bench)是 NI公司開(kāi)發(fā) 的、采用圖形化程序語(yǔ)言一一G語(yǔ)言，通過(guò)各功能圖標(biāo)間的邏輯連接實(shí)現(xiàn)程序功 能的圖形化程序設(shè)計(jì)軟件，是虛擬儀器的主要支持技術(shù)之一。該軟件提供了靈活 強(qiáng)大的函數(shù)庫(kù)，在數(shù)據(jù)處理控制方面

5、有動(dòng)態(tài)連接庫(kù)、共享庫(kù)、數(shù)字信號(hào)處理和產(chǎn) 生、頻譜分析、濾波、平滑窗口、概率統(tǒng)計(jì)等VI。LabVIEW也提供了大量的通過(guò) ActiveX等和外部代碼或軟件進(jìn)行連接的功能。 例如可以和C/C+、VC VB Matlab 等軟件相連。 二.LabVIEW 在機(jī)械工程測(cè)試實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的使用 機(jī)械工程測(cè)試課程的主要教學(xué)內(nèi)容包括信號(hào)時(shí)域波形的統(tǒng)計(jì)分析、頻域的頻 譜和功率譜分析、時(shí)差域的相關(guān)分析等信號(hào)分析方法和信號(hào)的濾波、采樣、截?cái)唷?調(diào)制和解調(diào)等信號(hào)的調(diào)理方法，以及信號(hào)發(fā)生、存儲(chǔ)、顯示等輔助設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)項(xiàng) 目可分為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。 2.1 驗(yàn)證性虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 機(jī)械工程測(cè)試課程的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)是

6、針對(duì)基礎(chǔ)理論的模擬再現(xiàn)而設(shè)置的實(shí)驗(yàn) 項(xiàng)目，涵蓋了典型信號(hào)發(fā)生器、信號(hào)表述及分析處理的各種基本的方式方法。本 文針對(duì)上述實(shí)驗(yàn)要求設(shè)計(jì)了一套滿足機(jī)械工程測(cè)試課程特點(diǎn)的虛擬測(cè)試實(shí)驗(yàn)系 統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)充分體現(xiàn)了虛擬儀器技術(shù)在機(jī)械工程測(cè)試實(shí) 驗(yàn)教學(xué)中的巨大優(yōu)勢(shì)。 圖1虛擬測(cè)試實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖 2.2 LabVIEW在綜合性、設(shè)計(jì)性虛擬測(cè)試實(shí)驗(yàn)中的使用 綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)主要體現(xiàn)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)的工程實(shí)際使用價(jià)值，按照 實(shí)際測(cè)試信號(hào)的特點(diǎn)由學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的測(cè)試知識(shí)，自行設(shè)計(jì)完成對(duì)信號(hào)的分 析處理，來(lái)提取反映被測(cè)對(duì)象狀態(tài)和特征的明確信息。LabVIEW在綜合性、設(shè)計(jì) 性虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中的

7、使用更加廣泛，在熟練掌握LabVIEW軟件運(yùn)用技巧的前提 下，學(xué)生可以以工程實(shí)際使用為例，自主設(shè)計(jì)工程實(shí)際測(cè)試信號(hào)采集和處理系統(tǒng)， 從而綜合考查學(xué)生對(duì)機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)的掌握程度和運(yùn)用能力。 實(shí)驗(yàn)1典型信號(hào)虛擬發(fā)生器 一. 實(shí)驗(yàn)要求 在理論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，通過(guò)本實(shí)驗(yàn)熟悉正弦波、方波、三角波、鋸齒波和隨 機(jī)信號(hào)等幾種典型信號(hào)的波形和參數(shù)特征，熟悉信號(hào)的時(shí)域波形變化趨勢(shì)。 二. 實(shí)驗(yàn)原理提示 本實(shí)驗(yàn)利用虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)來(lái)仿真生成正弦波、 方波、三角波、鋸齒波和隨機(jī) 信號(hào)幾種典型信號(hào)波形，實(shí)驗(yàn)結(jié)果利用虛擬示波器用時(shí)域波形方式在計(jì)算機(jī)上顯 示出來(lái)，也可以通過(guò)打印機(jī)打印出來(lái)。同時(shí)可以隨機(jī)變換信號(hào)的參數(shù)，觀察信號(hào)

8、 的幅值、頻率、相位等主要信息，并分析采樣頻率和采樣點(diǎn)數(shù)等對(duì)信號(hào)波形的影 響。 三. 實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備 計(jì)算機(jī)1臺(tái)，虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)1套，打印機(jī)1臺(tái)。 四. 實(shí)驗(yàn)步驟及內(nèi)容 1. 打開(kāi)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中的信號(hào)分析腳本，進(jìn)行信號(hào)仿真實(shí)驗(yàn)。 渡形選擇卻三角波 信號(hào)頻率(Hr 采祥頻率(Hr ) jo 幅v) :JO:i 初相角 100% 三實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備 計(jì)算機(jī)若干臺(tái)，虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)1套。 四. 實(shí)驗(yàn)步驟及內(nèi)容 1. 打開(kāi)靜態(tài)標(biāo)定實(shí)驗(yàn)?zāi)_本，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 2. 選擇標(biāo)定次數(shù)，設(shè)置標(biāo)定力值，進(jìn)程等參數(shù)。 3開(kāi)始作圖，觀察曲線，并記錄靜態(tài)參數(shù)數(shù)值，繪制曲線 五. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄在下表: 標(biāo)定次數(shù)

9、 波形 靈敏度 回程誤差 線性誤差 六. 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求 1. 簡(jiǎn)述實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮驮?2. 根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟整理實(shí)驗(yàn)結(jié)果，繪制相應(yīng)波形曲線，并分析其結(jié)果。 實(shí)驗(yàn)9測(cè)試裝置動(dòng)態(tài)性能分析和測(cè)量 一、實(shí)驗(yàn)要求 1、掌握測(cè)試系統(tǒng)性能的動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)及各種評(píng)價(jià)方法； 2、了解系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的分析方法。 二、實(shí)驗(yàn)原理 1、對(duì)一階、二階系統(tǒng)分別進(jìn)行頻率特性分析及各種激勵(lì)信號(hào)作用下頻率響 應(yīng)分析。 2、實(shí)現(xiàn)不失真測(cè)量的條件 設(shè)有一個(gè)測(cè)試系統(tǒng)，其輸出y(t)和輸入x(t)滿足關(guān)系 y(t)=A ox(t-t o) 對(duì)上式做傅里葉變換，則有丫( 3 )=Aej 窓()，測(cè)試系統(tǒng)的輸出波形不失真， 則其幅頻特性和相頻特性應(yīng)分別

10、滿足 A 3 )=Ao=常數(shù) ( 3 )=-t 0 3 A (3)不等于常數(shù)時(shí)所引起的失真稱(chēng)為幅值失真， ( 3 )和3之間的非 線性關(guān)系所引起的失真稱(chēng)為相位失真。 三實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備 計(jì)算機(jī)若干臺(tái)，虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)1套。 四. 實(shí)驗(yàn)步驟及內(nèi)容 1. 打開(kāi)無(wú)失真測(cè)試實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)_本，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 2. 選擇系統(tǒng)階次，設(shè)置參數(shù)，選擇分析類(lèi)型，觀察曲線，并分析結(jié)果 3. 開(kāi)始作圖，觀察曲線，并記錄靜態(tài)參數(shù)數(shù)值，繪制曲線。 五. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄在下表: 系統(tǒng) 特性參數(shù)值 Bode 圖 Nyquist 圖 任意激勵(lì)響應(yīng) 六. 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求 1. 簡(jiǎn)述實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮驮怼?2. 根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟整理實(shí)

11、驗(yàn)結(jié)果，繪制相應(yīng)波形曲線，并分析其結(jié)果 實(shí)驗(yàn)10金屬箔式應(yīng)變計(jì)性能應(yīng)變電橋 、實(shí)驗(yàn)要求 1、觀察了解箔式應(yīng)變片的結(jié)構(gòu)及粘貼方式； 2、測(cè)試應(yīng)變梁變形的應(yīng)變輸出； 3、比較各種橋路間的輸出關(guān)系。 、實(shí)驗(yàn)原理 本實(shí)驗(yàn)說(shuō)明箔式應(yīng)變片及其直流電橋的原理和工作情況。 應(yīng)變片是最常見(jiàn)的測(cè)力傳感元件。當(dāng)用應(yīng)變片測(cè)試時(shí)，應(yīng)變片要牢固地粘貼 在測(cè)試體表面，測(cè)件受力發(fā)生變形，應(yīng)變片的敏感柵隨同變形，其電阻值也隨之 發(fā)生變化，通過(guò)測(cè)量電路，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出顯示。 電橋電路是最常見(jiàn)的非電量測(cè)量電路中的一種，當(dāng)電橋平衡時(shí)，橋路對(duì)臂電 阻乘機(jī)相等，電橋輸出為零，在橋臂四個(gè)電阻中，電阻的相對(duì)變化率分別為dRi/Ri, dR

12、2/R2 ,dR3/R3 ,dR4/R4,當(dāng)使用一個(gè)應(yīng)變片時(shí)，R二纏，稱(chēng)為單臂半橋；當(dāng)使 Ri 用二個(gè)應(yīng)變片時(shí)， R二管，稱(chēng)為雙臂半橋；當(dāng)使用四個(gè)應(yīng)變片組成兩個(gè)差 動(dòng)對(duì)工作時(shí)Z詈，則稱(chēng)為全橋 三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備 直流穩(wěn)壓電源、應(yīng)變式傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)K、貼于主機(jī)工作臺(tái)懸臂梁上的箔式應(yīng) 變計(jì)、螺旋測(cè)微儀、數(shù)字電壓表。 四、實(shí)驗(yàn)步驟 1、連接主機(jī)和模塊電路電源連接線， 差動(dòng)放大器增益置于最大位置（順時(shí)針 方向到底），差動(dòng)放大器 + -輸入端對(duì)地用實(shí)驗(yàn)線短路。輸出端接電壓表 2V檔。開(kāi)啟主機(jī)電源，用調(diào)零電位器調(diào)整差動(dòng)放大器輸出電壓為零，然后拔掉 實(shí)驗(yàn)線，調(diào)零后模塊上的“增益”、“調(diào)零”電位器均不應(yīng)變動(dòng)。 2、觀

13、察帖于懸臂梁根部的應(yīng)變計(jì)的位置和方向，按圖將所需實(shí)驗(yàn)器件連接成 測(cè)試橋路，圖中電阻分別為模塊上的固定阻值標(biāo)準(zhǔn)電阻， 圖中每?jī)蓚€(gè)節(jié)之間可理 解為一根實(shí)驗(yàn)連線，注意連接方式，勿使直流激勵(lì)電源短路。 將螺旋測(cè)微儀裝于梁前端永久磁鋼上，并調(diào)節(jié)測(cè)微儀使懸臂梁基本處于水平 位置。 3、確認(rèn)接線無(wú)誤后，開(kāi)啟主機(jī)，并預(yù)熱數(shù)分鐘，使電路工作趨于穩(wěn)定。調(diào)節(jié) 模塊上的Wd電位器，使橋路輸出為零。 4、用螺旋測(cè)微儀帶動(dòng)懸臂梁分別向上和向下位移各5mm，每位移1mm記錄 一個(gè)輸出電壓值，并記錄在下表。 位移mm 電壓V 根據(jù)表中所測(cè)數(shù)據(jù)在坐標(biāo)圖上作出 V-X曲線，計(jì)算靈敏度S=dV/dX 5、在完成的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，依次將

14、圖中的固定電阻，換接應(yīng)變計(jì)組成半橋、全 橋。重復(fù)實(shí)驗(yàn)步驟，完成測(cè)試實(shí)驗(yàn)。 6、在同一坐標(biāo)上描出曲線，比較三種電橋的靈敏度，并做定性分析。 五. 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求 1. 簡(jiǎn)述實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮驮怼?2. 根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟整理實(shí)驗(yàn)結(jié)果，繪制相應(yīng)波形曲線，并分析其結(jié)果。 實(shí)驗(yàn)11電渦流開(kāi)關(guān)物體檢測(cè) 一. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1. 通過(guò)本實(shí)驗(yàn)熟悉電渦流傳感器的工作原理。 2. 通過(guò)本實(shí)驗(yàn)了解和掌握采用LDG-12-A型電渦流傳感器進(jìn)行鐵磁性物體檢 測(cè)實(shí)驗(yàn)的原理和方法。 二. 實(shí)驗(yàn)原理 電渦流傳感器是一種非接觸式傳感器，一般由探頭、延伸電纜、前置器構(gòu)成 基本的工作系統(tǒng)（如圖所示）。前置器中高頻振蕩電流通過(guò)延伸電纜流入探頭線 圈

15、，在探頭頭部的線圈中產(chǎn)生交變的磁場(chǎng)。 如果在這一交變磁場(chǎng)的有效范圍內(nèi)沒(méi) 有金屬材料靠近，則這一磁場(chǎng)能量會(huì)全部損失；當(dāng)有被測(cè)金屬體靠近這一磁場(chǎng)， 則在此金屬表面產(chǎn)生感應(yīng)電流，電磁學(xué)上稱(chēng)之為電渦流，和此同時(shí)該電渦流場(chǎng)也 產(chǎn)生一個(gè)方向和頭部線圈方向相反的交變磁場(chǎng)，由于其反作用，使頭部線圈高頻 電流的幅度和相位得到改變（線圈的有效阻抗），這一變化和金屬體磁導(dǎo)率、電 導(dǎo)率、線圈的幾何形狀、幾何尺寸、電流頻率以及頭部線圈到金屬導(dǎo)體表面的距 離等參數(shù)有關(guān)。通常假定金屬導(dǎo)體材質(zhì)均勻且性能是線性和各項(xiàng)同性，則線圈和 金屬導(dǎo)體系統(tǒng)的物理性質(zhì)可由金屬導(dǎo)體的電導(dǎo)率磁導(dǎo)率&尺寸因子T頭部 體線圈和金屬導(dǎo)體表面的距離 D

16、、電流強(qiáng)度I和頻率3參數(shù)來(lái)描述。則線圈特征 阻抗可用Z=F（t , E ,6 , D函數(shù)來(lái)表示。通常我們能做到控制 t , E , 6這幾個(gè)3 參數(shù)在一定范圍內(nèi)不變，則線圈的特征阻抗 Z就成為距離D的單值函數(shù)，雖然 它整個(gè)函數(shù)是一非線性的，其函數(shù)特征為 “ S型曲線，但可以選取它近似為線性 的一段。于此，通過(guò)前置器電子線路的處理，將線圈阻抗 Z的變化，即頭部體 線圈和金屬導(dǎo)體的距離D的變化轉(zhuǎn)化成電壓或電流的變化。輸出信號(hào)的大小隨 探頭到被測(cè)體表面之間的間距而變化，電渦流傳感器就是根據(jù)這一原 理實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬 物體的位移、振動(dòng)等參數(shù)的測(cè)量。 其工作過(guò)程是，當(dāng)被測(cè)金屬和探頭之間的距離發(fā)生變化時(shí)。則探頭

17、中線圈 的Q值發(fā)生變化，Q值的變化引起振蕩電壓幅度的變化，這個(gè)隨距離變化的振 蕩電壓經(jīng)過(guò)檢波、濾波、放大歸一處理轉(zhuǎn)化成電壓（電流）變化。最終完成機(jī)械 位移（間隙）轉(zhuǎn)換成電壓（電流）。 由上所述，電渦流傳感器工作系統(tǒng)中被測(cè)體可看作傳感器的一半，即一個(gè)電 渦流位移傳感器的性能和被測(cè)體有關(guān)。 三. 實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備 1. 輸送線實(shí)驗(yàn)臺(tái)架(LCSX-12-A )1套 2. 電渦流傳感器(LDG-12-A )1套 3. 數(shù)據(jù)采集儀(LDAQ-EPP2)1套 4. 開(kāi)關(guān)電源(LDY-A)1套 5. 傳感器支架(LZJ-A) 若干 6. 鐵性試件若干 7. 個(gè)人計(jì)算機(jī)n臺(tái) 四. 實(shí)驗(yàn)步驟及內(nèi)容 1. 鐵磁性物

18、體檢測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示，將電渦流傳感器接入輸送線 模塊對(duì)應(yīng)通道。 2. 啟動(dòng)主機(jī)，運(yùn)行控制主程序，開(kāi)啟數(shù)據(jù)采集儀電源， 3. 如果計(jì)數(shù)值不為零，則點(diǎn)擊其中的 復(fù)位”按鈕將計(jì)數(shù)器清零，然后點(diǎn)擊 開(kāi) 始”按鈕進(jìn)行物件計(jì)數(shù)實(shí)驗(yàn)。 4. 分別在輸送線上放置鐵塊和塑料塊，仔細(xì)觀察輸出波形的跳變和物件計(jì) 數(shù)量間的關(guān)系，記錄和分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 五. 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求 簡(jiǎn)述實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮驮恚治霾⒄韺?shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果。 六. 思考題 1. 該實(shí)驗(yàn)還可以采用其它哪些傳感器進(jìn)行？ 2. 調(diào)整傳感器的位置(和被測(cè)物體的距離)后，輸出信號(hào)有何變化？和其工 作原理相符嗎？ 實(shí)驗(yàn)12光電傳感器轉(zhuǎn)速測(cè)量 一. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1. 通

19、過(guò)本實(shí)驗(yàn)了解和掌握采用光電傳感器測(cè)量的原理和方法。 2. 通過(guò)本實(shí)驗(yàn)了解和掌握轉(zhuǎn)速測(cè)量的基本方法。 二. 實(shí)驗(yàn)原理 直接測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速的方法很多，可以采用各種光電傳感器，也可以采用霍爾 元件。本實(shí)驗(yàn)采用光電傳感器來(lái)測(cè)量電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 由于光電測(cè)量方法靈活多樣，可測(cè)參數(shù)眾多，一般情況下又具有非接觸、高 精度、高分辨率、高可靠性和相應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，加之激光光源、光柵、光學(xué)碼盤(pán)、 CCD器件、光導(dǎo)纖維等的相繼出現(xiàn)和成功使用，使得光電傳感器在檢測(cè)和控制 領(lǐng)域得到了廣泛的使用。光電傳感器在工業(yè)上的使用可歸納為吸收式、遮光式、 反射式、輻射式四種基本形式。 三. 實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備 1.計(jì)算機(jī)n臺(tái) 2虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)1套

20、 3. 并口數(shù)據(jù)采集儀(LDAQ-EPP2)1臺(tái) 4. 開(kāi)關(guān)電源(LDY-A)1臺(tái) 5. 光電轉(zhuǎn)速傳感器(LHYF-12-A)1套 6. 轉(zhuǎn)子/振動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)(LZS-A)/(LZD-A) 1臺(tái) 四. 實(shí)驗(yàn)步驟及內(nèi)容 1. 光電傳感器轉(zhuǎn)速測(cè)量實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示，按圖示結(jié)構(gòu)連接實(shí)驗(yàn) 設(shè)備，其中光電轉(zhuǎn)速傳感器接入數(shù)據(jù)采集儀 5通道。 2啟動(dòng)主機(jī)，運(yùn)行控制主程序，開(kāi)啟數(shù)據(jù)采集儀電源，開(kāi)始測(cè)試。 3. 在電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)面上貼上反光紙，將光電傳感器探頭對(duì)準(zhǔn)反光紙，調(diào)節(jié)傳 感器后面的靈敏度旋鈕至傳感器對(duì)反光紙敏感，對(duì)其它部位不敏感，然后啟動(dòng)實(shí) 驗(yàn)臺(tái)，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速旋鈕使電機(jī)達(dá)到某一穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。 4. 設(shè)定合適的門(mén)限值

21、，點(diǎn)擊面板中的開(kāi)關(guān)按鈕進(jìn)行測(cè)量，觀察并記錄測(cè)量 的轉(zhuǎn)速值，調(diào)整傳感器的位置，同時(shí)觀察檢測(cè)到的轉(zhuǎn)速波形和傳感器位置之間的 關(guān)系，并分析由此帶來(lái)的測(cè)量誤差。 5. 調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速至另一穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，再次進(jìn)行測(cè)量。 五. 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求 1. 簡(jiǎn)述實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮驮?，根?jù)實(shí)驗(yàn)原理和要求整理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理圖。 2. 根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟分析并整理轉(zhuǎn)速測(cè)量結(jié)果。 六. 思考題 1. 轉(zhuǎn)速測(cè)量還可以采用其它那些傳感器進(jìn)行？ 2. 采用光電傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)速的精度如何，怎樣保證測(cè)量的準(zhǔn)確性？ 實(shí)驗(yàn)13霍爾傳感器傳輸速度測(cè)量 一. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1. 通過(guò)本實(shí)驗(yàn)熟悉霍爾傳感器的工作原理。 2. 通過(guò)本實(shí)驗(yàn)了解和掌握采用LHG-5-A型霍爾

22、傳感器進(jìn)行轉(zhuǎn)速測(cè)量實(shí)驗(yàn) 原理和方法。 二. 實(shí)驗(yàn)原理 霍爾傳感器是利用霍爾效應(yīng)來(lái)工作的一類(lèi)傳感器的總稱(chēng)。霍爾效應(yīng)的產(chǎn)生是 由于運(yùn)動(dòng)電荷受磁場(chǎng)中洛倫茲力作用的結(jié)果。 霍爾元件具有對(duì)磁場(chǎng)敏感，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單、體積小、頻響寬、動(dòng)態(tài)范圍大（輸出電勢(shì)的變化大）、無(wú)活動(dòng)部件、使用壽命 長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，因此在測(cè)量技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)等方面有著廣泛的使用 利用霍爾輸出正比于控制電流和磁感應(yīng)強(qiáng)度乘積的關(guān)系，可分別使其中一個(gè) 量保持不變，另一個(gè)量作為變量；或兩者都作為變量。因此，霍爾元件大致可分 為三種類(lèi)型的使用。例如，當(dāng)保持元件的控制電流恒定，而使元件所感受的磁場(chǎng) 因元件和磁場(chǎng)的相對(duì)位置、角度的變化而變化時(shí)，元件的輸出正比于

23、磁感應(yīng)強(qiáng)度， 這方面的使用有測(cè)量恒定和交變磁場(chǎng)的高斯計(jì)等。 當(dāng)元件的控制電流和磁感應(yīng)強(qiáng) 度都作為變量時(shí)，元件的輸出和兩者乘積成正比，這方面的使用有乘法器、功率 計(jì)等。 霍爾元件也可以用來(lái)測(cè)量旋轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)速。利用霍爾元件測(cè)量轉(zhuǎn)速的方案很多。 其一是將永久磁鐵裝在旋轉(zhuǎn)體上，霍爾元件裝在永久磁鐵旁，相隔Imm左右。 當(dāng)永久磁鐵通過(guò)霍爾元件時(shí)，霍爾元件輸出一個(gè)電脈沖（如圖23.1所示）。由脈沖 信號(hào)的頻率便可得到轉(zhuǎn)速值。其二是將永久磁鐵裝在靠近帶齒旋轉(zhuǎn)體的側(cè)面，磁 鐵N極和S極的距離等于齒距?；魻栐迟N在磁極的端面。齒輪每轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè) 齒，霍爾元件便輸出一個(gè)電脈沖，測(cè)定脈沖信號(hào)的頻率便可得到轉(zhuǎn)速值。本實(shí)驗(yàn)

24、利用LHG-5-A型霍爾傳感器采用第一種方案來(lái)進(jìn)行速度測(cè)量。 三. 實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備 1. 輸送線實(shí)驗(yàn)臺(tái)架（LCSX-12-A）1套 2. 霍爾傳感器（LHG-5-A）1套 3. 數(shù)據(jù)采集儀（LDAQ-EPP2）1套 4. 開(kāi)關(guān)電源（LDY-A）1套 5. 傳感器支架（LZJ-A）1套 6. 個(gè)人計(jì)算機(jī)n臺(tái) 四. 實(shí)驗(yàn)步驟及內(nèi)容 1. 輸送線傳輸速度測(cè)量實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)如圖 23.2所示，將LHG-5-A型霍爾傳感器 接入輸送線模塊對(duì)應(yīng)通道。 2. 啟動(dòng)主機(jī)，運(yùn)行控制主程序，開(kāi)啟數(shù)據(jù)采集儀電源，開(kāi)始測(cè)試。 3. 點(diǎn)擊開(kāi)始”按鈕運(yùn)行，如果顯示波形沒(méi)有出現(xiàn)近似矩形波，并且相關(guān)的 速度測(cè)量是無(wú)效的，請(qǐng)調(diào)整脈沖

25、計(jì)數(shù)門(mén)限，直到出現(xiàn)正常的波形為止。 實(shí)驗(yàn)14力傳感器稱(chēng)重 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?通過(guò)本實(shí)驗(yàn)了解和掌握力傳感器的測(cè)量原理和方法。 二. 力傳感器工作原理簡(jiǎn)介 電阻應(yīng)變計(jì)是利用物體線性長(zhǎng)度發(fā)生變形時(shí)其阻值會(huì)發(fā)生改變的原理制成 的，其電阻絲一般用康銅材料，它具有高穩(wěn)定性及良好的溫度、蠕變補(bǔ)償性能。 測(cè)量電路普遍采用惠斯通電橋（如圖所示），利用的是歐姆定律，測(cè)試輸出量是 電壓差。 本實(shí)驗(yàn)采用的電阻應(yīng)變計(jì)采用的是惠斯通全橋電路，當(dāng)物料加到載物臺(tái)后， 4個(gè)應(yīng)變片會(huì)發(fā)生變形，產(chǎn)生電壓輸出，經(jīng)采樣后送到計(jì)算機(jī)由 DRVI快速可重 組虛擬儀器平臺(tái)軟件處理。因?yàn)殡姌蛟谏a(chǎn)時(shí)有一些誤差，不可能保證每一個(gè)電 橋的電阻阻值和斜率保

26、持一致。所以，傳感器在使用之前必須要經(jīng)過(guò)線性校正, 這是由于計(jì)算機(jī)得到的是經(jīng)過(guò)采樣后的數(shù)字量，和真實(shí)質(zhì)量之間是一種線性關(guān) 系，需要由標(biāo)定來(lái)得到這個(gè)關(guān)系。 在實(shí)驗(yàn)中采用的力傳感器是LYB-5-A型應(yīng)變力傳感器具有精度高、復(fù)現(xiàn)性好 的特點(diǎn)。其外形見(jiàn)圖。需要特別強(qiáng)調(diào)的是：由于力傳感器的過(guò)載能力有限（150%）, 所以，在實(shí)際使用過(guò)程中應(yīng)盡量避免用力壓傳感器的頭部或沖擊傳感器。否則， 極易導(dǎo)致傳感器因過(guò)載而損壞！ 三實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備 1. DRVI可重組虛擬實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)平臺(tái) 1套 2. 數(shù)據(jù)采集儀（LDAQ-EPP2）1套 3. 開(kāi)關(guān)電源（LDY-A）1套 4. 稱(chēng)重臺(tái)1個(gè) 四.實(shí)驗(yàn)步驟及內(nèi)容 1. 將稱(chēng)重

27、臺(tái)的傳感器輸出線和實(shí)驗(yàn)臺(tái)上對(duì)應(yīng)的接口相連。 2. 首先進(jìn)行傳感器的標(biāo)定：用標(biāo)準(zhǔn)砝碼測(cè)定 K，b值，取兩個(gè)點(diǎn)（即分別用 兩個(gè)不同的砝碼），計(jì)算出K，b的值作為標(biāo)定結(jié)果。具體操作過(guò)程為：點(diǎn)擊面 板上的 運(yùn)行”按鈕，在載物臺(tái)上放置一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)砝碼 100克（或其他大小），然后 輸入“ 10（或其他值）”到試載參數(shù)x1”輸入框中，然后點(diǎn)擊 標(biāo)定T按鈕記錄 下第一點(diǎn)的值；改變砝碼的質(zhì)量，比如 300質(zhì)量的砝碼，輸入“300”試載參數(shù) x2”輸入框中，然后點(diǎn)擊 標(biāo)定2”按鈕記錄下第二點(diǎn)的值；再點(diǎn)擊 標(biāo)定結(jié)果”按鈕, 得到Kb標(biāo)定值。 3. 標(biāo)定完畢，即可進(jìn)行物體測(cè)量。將所測(cè)物體放在載物臺(tái)上，然后點(diǎn)擊實(shí) 測(cè)質(zhì)量

28、”按鈕，得到被測(cè)物體質(zhì)量值。再改變質(zhì)量塊的大小，觀察和分析計(jì)算結(jié) 果。 五. 注意事項(xiàng) 1. LYB-5-A型傳感器的稱(chēng)重或測(cè)量不超過(guò)2Kg的力（平穩(wěn)，不含過(guò)強(qiáng)沖擊） 2. 在客戶端標(biāo)定過(guò)程中，必須保持客戶端和服務(wù)器端同步。 3. 不要沖擊傳感器或在其上施加過(guò)大的力，以免因過(guò)載而損壞傳感器。 六. 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求 1. 根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容整理實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并分析和說(shuō)明其檢測(cè)原理。 2. 在客戶端標(biāo)定過(guò)程中，必須保持客戶端和服務(wù)器端同步。 七. 思考題 1. 分析測(cè)量誤差。 2. 使用于稱(chēng)重的傳感器還有那些？簡(jiǎn)述其工作原理。 實(shí)驗(yàn)15信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì) 一、實(shí)驗(yàn)要求 要求學(xué)生可從方波、三角波、鋸齒波、余弦波等幾

29、種典型信號(hào)中選擇其一進(jìn) 行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。 1、寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)方案； 2、前面板布置合理，美觀大方； 3、后面板程序設(shè)計(jì)正確、簡(jiǎn)潔； 4、寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)步驟； （*必須經(jīng)指導(dǎo)教師答疑通過(guò)以上實(shí)驗(yàn)方案，方可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)） 5、完成實(shí)驗(yàn)過(guò)程，記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果； 6完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，要求對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，談?wù)勗搶?shí)驗(yàn)的心得體會(huì)及建 議。 二、功能描述 該仿真信號(hào)發(fā)生器可產(chǎn)生相應(yīng)信號(hào)。指標(biāo)如下： 頻率范圍：0.1Hz 10kHz，可選。 初相位：00 1800，可選。 幅 值：0.1 5.0V，可選。 生成波形的總點(diǎn)數(shù)：8512,可選。 三、設(shè)計(jì)提示 可參照虛擬正弦波仿真信號(hào)發(fā)生器實(shí)驗(yàn)進(jìn)行。具體如下： 1、前面板設(shè)計(jì) (1) 五個(gè)

30、輸入型數(shù)字控件。 由使用者鍵入生成波形的頻率、相位、幅值、總采樣點(diǎn)數(shù)和采樣頻率。 (2) 個(gè)輸出顯示型圖形控件。 該控件的橫軸為時(shí)間軸，縱軸為幅值，要求信號(hào)信號(hào)幅值范圍充斥整個(gè)圖面， 簡(jiǎn)潔，大方。 2、流程圖設(shè)計(jì) 利用相應(yīng)功能控件完成程序設(shè)計(jì)。 3、運(yùn)行檢驗(yàn)。 觀察當(dāng)各參數(shù)不同時(shí)信號(hào)波形的變化情況。 四、實(shí)驗(yàn)報(bào)告 1、存儲(chǔ)設(shè)計(jì)程序。 2、寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)心得。 3、記錄信號(hào)波形。 實(shí)驗(yàn)16典型信號(hào)自相關(guān)分析儀設(shè)計(jì) 一、實(shí)驗(yàn)要求 要求學(xué)生可從方波、三角波、鋸齒波、余弦波等幾種典型信號(hào)中選擇其一進(jìn) 行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。 1、寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)方案； 2、前面板布置合理，美觀大方； 3、后面板程序設(shè)計(jì)正確、簡(jiǎn)潔； 4、寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)步驟 （*必須經(jīng)指導(dǎo)教師答疑通過(guò)以上實(shí)驗(yàn)方案，方可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)） 5、完成實(shí)驗(yàn)過(guò)程，記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 6完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，要求對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，談?wù)勗搶?shí)驗(yàn)的心得體會(huì)及建 議。 二、功能描述 該仿真信號(hào)自相關(guān)分析儀可觀察： 1、典型信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)。 2、仿真信號(hào)波形。 頻率范圍：0.1Hz 10kHz, 初相位：00 180, 幅 值：0.1 5