現(xiàn)代流體測試技術綜合實驗

1、研究生教學實驗指導書現(xiàn)代流體測試技術綜合實驗北京航空航天大學 能源與動力工程學院2007年10月“信號合成與分解實驗”教學實驗指導書教學實驗編號：041701-1 （可不填）教學實驗名稱：信號合成與分解實驗（中文）Synthesis and Analysis of Signal （英文）學分/學時：1學分/16學時適用專業(yè)：發(fā)動機、工程熱物理、宇航、氣動、汽車專業(yè)先修課程和環(huán)節(jié)：掌握測量放大器的工作原理和傅里葉變換的理論知識；各種諧波的理 論分析和頻率結構；濾波器（低通、高通、帶通、帶阻）的相關知識; 了解信號的分類。一、實驗目的在測試技術課程中，非正弦周期信號的諧波分析是教學中的重點內容之一

2、。諧 波分析的數(shù)學工具是將周期函數(shù)展開為付氏級數(shù)。本實驗的主要目的是為了使同學 對信號分析中的波形分解、合成及非正弦周期信號的幅值頻譜的物理實質建立感性 認識與了解。在精確的測試中，要求測試系統(tǒng)能夠確保信號的檢測與傳輸遵循不失真的條件。即 要求測試系統(tǒng)是線性的。且幅頻特性水平，相頻特性為零或與頻率成線性關系，本 實驗的另一個目的是通過實際觀察合成某一確定周期信號時，必須保持合理的頻率 結構，正確的幅值比例和初始相位關系，不管什么原因。如果破壞了其中任何一條， 都會導致波形失真，從而加深理解信號檢測與運輸中確保不失真條件的重要性。學會用示波器檢查各高次諧波與基波之間初始相位差是否為零的測試方法。

3、二、實驗內容及基本原理本實驗內容包括以下四個部分：1、測帶通濾波器頻率特性實驗將信號發(fā)生器的乒乓開關打到上方，通過旋鈕改變頻率，使其在80120Hz范圍內變化，在輸出端測出其相對應的電壓，填入表1。表1F (Hz)809096989999.599.899.9100100.1100.5101103105110120V (V)2、信號分解實驗3、信號合成實驗4、觀察合理的頻率結構，正確的幅值比例和正確的初始相位關系在合成波形中的重要作用實驗原理如下：對某一個非正弦周期信號f （t），其周期為T，頻率為f，則可以分解為無窮項諧波之 和，即(1)f (t) = c +切 c sin(t + ) = c

4、 +尤 c sin(2寸 t + ) TOC o 1-5 h z 0n T n 0n0 nn=1n=1上式表明，各次諧波的頻率分別是基波頻率f 0的整數(shù)倍。如果f (t)是一個鋸齒波，其波形 如圖1-1所示。其數(shù)學表達式為：4(2)f (t) = t ,0 t 圖1-1鋸齒波即鋸齒波可以分解為基波的一次、二次.n次.無窮多項諧波之和。其幅值分別為基波幅值 的1。且各次諧波之間初始相位角差為零。(基波幅值為f) n2兀反過來，用上述這些諧波可以合成一個鋸齒波。同理，只要選擇符合要求的不同頻率成分和相應的幅值比例及相位關系的諧波，便可 近似地合成相應的方波，三角波等非正弦周期波形。三、實驗使用的儀

5、器設備及實驗裝置XPFII諧波分析實驗儀一臺雙蹤示波器一臺數(shù)字電壓表一臺信號發(fā)生器一臺四、具體實驗步驟（一）波形分解接通交流220V電源，撥動電源開關，指示燈亮用示波器從C1點觀察鋸齒波圖形，從C2點觀察方波圖形檢查信號頻率是否為100HZ左右用插頭線連接C1與B兩點（即把鋸齒波信號送入各帶通濾波器）緩慢調節(jié)中電位器，確定BPF1的中心頻率使之為與信號頻率相同，即100HZ （通過示波器點應觀察到100HZ的正弦波）左右，精測出頻率（不 得用頻率計）調節(jié)觀察方法有兩種方法一：用示波器測量，讀出f處的幅值，調節(jié)中使幅值最大（請思考這是 什么道理？）方法二：用雙線示波器觀察比較鋸齒波與基波的波形，

6、使之同相位。用上述方法一，調節(jié)2，3，7依次確定BPF-2，BPF-3，.BPF-7中心頻率分別為2,3,.7驗證各高次諧波與基波之間的初始相位差是否為零，方法有二方法一：李沙育圖形法。把處基波送入示波器的X輸入，再分別把 2,3.7次的高次諧波送入y輸入，觀察李沙育圖形。（正確圖形見附錄） 方法二：觀察兩波疊加后的波形，把基波分別與二、三、.七次諧波進行疊加， 在輸出點觀察疊加結果（正確圖形見附錄）注意：用此法之前必須將各高次諧波的幅值調節(jié)為基波幅值的1，當各次諧 n波與基波之間的初始相位差不為零時，需再次微調中2，3，7用示波器分別從f，2f ,3f .7f處測量并記錄幅值（可預先調節(jié)鋸齒

7、波的0000幅值，使f0處的基波成分為1V，以便于計算，分析比較各諧波之間的比例關 系）把插頭的一端從C1，改接到C2 （即把方波送入各帶通濾波器），改接前應先 調整對稱電位器，使方波對稱。觀察并測量各諧波成分幅值，并與鋸齒波分解的結果進行對照（比較諧波成分 及其幅值和相位）（二）波形合成根據(jù)合成波形的種類預先計算結果（見課前預習要求）分別確定出諧波成分及 各次諧波與基波之間的初相位差和幅值比例關系保持，2，3，. O7不變（即保持各高次諧波與基波之間初始相位差 為零）根據(jù)預先計算確定各高次諧波的符號，波動倒相器開關（或正、或負）按計算好的幅值比例關系，分別調節(jié)各次諧波幅值（A1，A* . A

8、7）根據(jù)計算好的頻率結構，有選擇的依次接通K1，K2, . K7，由輸出點即可用示波器分別觀察到合成的近似波形（鋸齒波、方波、三角波等均可以合成）（三）觀察幅值、相位及頻率結構在波形合成中的作用分別改變頻率結構（即分別打開開關%. %和K6. K7，觀察頻率結 構正確與否，對波形失真影響的情況）分別改變A】，A2和A6，A7觀察幅值正確與否，對波形失真的影響分別改變，2和6，7觀察相位正確與否，對波形失真的影響五、實驗準備及預習要求將要合成的幾種典型的非正弦周期信號（如鋸齒波、方波、三角波）進行付氏級 數(shù)展開，確定出所含諧波分量及各高次諧波與基波之間的初始相位差和幅值比例 關系（要求此項工作在

9、課前完成）。參考測試技術信號處理教材中心章節(jié)：（1）信號的分類；信號的描述方式；周期信號的頻譜及分析（2）傅立葉級數(shù)的應用（3）測量儀器的一階、二階頻響特性（4）濾波器原理（高通、低通、帶通）六、實驗報告內容及格式實驗報告內容要求：整理實驗數(shù)據(jù)，分析實驗現(xiàn)象，畫出幅值頻譜圖將理論計算結果與實驗結果進行比較、對照和分析回答12個思考問題體會和建議實驗報告格式：實驗目的實驗內容實驗裝置實驗原理（測試實驗系統(tǒng)圖）實驗步驟實驗結果與分析（包括實驗數(shù)據(jù)、處理圖形、主要關系式和有關程序）思考題解析七、開課教師及聯(lián)系方式開課教師：伍耐明 劉艷明聯(lián)系方式：附錄：1、濾波器的幅相頻特性曲線圖1-2頻率特性及相頻

10、特性曲線本機采用同類型的七個帶通濾波器實現(xiàn)波分解的功能，適當選擇調整帶通濾波器的參數(shù) 從而得到中心頻率分別為100HZ, 200HZ700HZ的帶通濾波器。2、介紹兩種觀察頻率正弦波相位差為零的方法。由信號分析的理論知，信號傳輸?shù)牟皇д鏃l件是幅值和相位都不失真，在信號的合成實 驗中，要用到兩個以上不同頻率的信號。這信號之間相位必須保持某個確定的相位差（如相 位差為零）才能得出正確的合成結果，因此，相位差的測定在實驗中是不可少的，下面簡單 介紹兩種測試相位差的方法。（1）李沙育圖形法這種方法是大家經(jīng)常采用的，圖1-3給出了各高次諧波同基波間初始相位差為零的李沙 育圖形。當相位差不為零時，其圖形必

11、有扭曲。在觀察李沙育圖形時，有時因高次諧波中包含有基波，故李沙育圖形不會和理想情況完 全重合，這是只要抓住關鍵點（圖1-3中均已標出），就可以較方便的判斷相位差是否為零。（2）通過觀察兩個波形的合成，調節(jié)初始相位差角（二波合成法）上面介紹的李沙育圖形法是基本方法，也是要求學生應該掌握的一種測試方法，但是在 測試中有時感到李沙育圖形法不大方便，一種簡單有效的方法就是通過觀察兩個波形的合成 調節(jié)其初始相位差角。下面做一簡單說明。我們首先選擇一倍頻分別同三倍、五倍、七倍頻各次諧波相加，當其初始差為零時，其 合成的圖形見圖1-4,可以看出，圖形都有一個共同點，即當初始相位差為零時，二波合成兀3k后，波

12、形在（0丸）及（丸2兀）區(qū)間上都是關于及軸對稱，而當破壞了相位差 為零的條件時，其對稱性也遭到破壞，利用這一性質，可以很方便的測定基頻同三倍頻（圖 形為雙峰）、五倍頻（圖形為三峰）、七倍頻（圖形為四峰）之間是否初始相位差為零。美建點ABC羌健點E C3二倍皺圖1-3各高次諧波同基波間初始相位差為零的李沙育圖形圖1-4基頻同三倍頻、五倍頻、七倍頻諧波相加后初始相位差為零的波形圖現(xiàn)在我們再畫出基頻分別同二倍頻、四倍頻、六倍頻各次諧波相加后的波形圖，見圖1-5。圖1-5基頻分別同二倍頻、四倍頻、六倍頻諧波相加后初始相位差為零的波形圖從圖中可發(fā)現(xiàn)，合成后的波形均是關于軸對稱，且在0，：，兀，壽，2兀處

13、保持與 基頻幅值相同，抓住幾個關鍵部位，就可以在示波器上方便的測試出一倍頻、二倍頻四倍頻、 六倍頻諧波之間初始相位差是否為零。應強調指出，這種方法只是用來觀察基頻同高次諧波初始相位差是否保持某一固定的 值，若要精確測量其間的初始相位差值，用這種方法不一定方便。3、波形分解與合成實驗的電路實現(xiàn)（即諧波分析實驗儀的電路結構原理及其作用）整個實驗儀的電路由四個部分組成。其原理框圖如圖1-6所示。各部分原理及功能簡述 如下：傅里葉展開波形分醉電路圖1-6協(xié)波分析實驗儀電路原理框圖思考問題：如果將圖1-1所示的鋸齒波僅把坐標移一下，使之成為圖1-7所示，試對其進行諧 波分析，并比較二者同異之處波形合成的

14、不失真條件是什么？實驗中如何保證？用什么方法觀察調節(jié)？在從2f ,3f7f處觀察諧波波形時，會出現(xiàn)不等幅現(xiàn)象，且越是高次諧波，這000種現(xiàn)象越明顯，何故？（提示：這是由于帶通濾波器的Q值不能做到理想值所造成的，本 機的帶通濾波器Q值一般為20左右，所以非中心頻率的諧波不可避免地進入帶通濾波器而造成一定程度地失真，此現(xiàn)象可在學習濾波器時再進行分析。）圖1-7鋸齒波“數(shù)據(jù)采控及計算機接口實驗”教學實驗指導書教學實驗編號：041701-2 （可不填）教學實驗名稱： 數(shù)據(jù)采控及計算機接口實驗 （中文）Data Acquisition System and Computer Interface Tech

15、nique （央文） 學分/學時：1學分/16學時適用專業(yè)：發(fā)動機、工程熱物理、宇航、氣動、汽車專業(yè)先修課程和環(huán)節(jié)：數(shù)據(jù)采集及其硬件（A/D變換器和數(shù)據(jù)采集卡）選擇的基本知識；G語言編程環(huán)境和虛擬儀器的含義。一、實驗目的數(shù)據(jù)采集、儀器控制、過程監(jiān)控和自動測試是實驗室研究和工業(yè)自動化領域廣泛存 在的實際任務，其中數(shù)據(jù)采集又是測試信號從模擬信號變成計算機能夠接受和處理的數(shù)字信 號的過程，是計算機與外部物理世界聯(lián)系的橋梁。通過本實驗不但可以使學生了解現(xiàn)代測試 系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集的一般方法，也可以使學生對數(shù)據(jù)采控系統(tǒng)工作原理有一定的認識。熟悉以計算機為核心的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的實物構成，包括：（1）由PC機、I

16、SA總線A/D板卡、外接端子板組成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（2）由PC機、PCI總線A/D板卡、外接端子板組成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)LabVIEW既是實驗室虛擬儀器集成環(huán)境，也是目前應用最廣、發(fā)展最快、功能最 強的圖形化軟件開發(fā)集成環(huán)境。在本實驗中通過LabVIEW編程和使用DAQ（Data Acquisition ）板卡進行數(shù)據(jù)采集，使學生了解虛擬儀器和G語言編程的一般知識，并初步掌握LabVIEW 程序在DAQ中的應用。進一步理解采樣定理的意義，利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟硬件驗證采樣定理。數(shù)據(jù)處理是 數(shù)據(jù)采集的關鍵內容之一，是將原始數(shù)據(jù)轉換為所需數(shù)據(jù)進行分析的重要步驟，通過實驗可 使學生明確數(shù)據(jù)處理的基本方法及其系

17、統(tǒng)的組成和工作原理。二、實驗內容及基本原理本實驗內容主要包括以下幾個部分：1、利用LabVIEW和DAQ數(shù)據(jù)采集卡進行模擬信號的數(shù)據(jù)采集自動數(shù)據(jù)采集/處理系統(tǒng)由計算機和各種電子測量、記錄儀器組成。被測參數(shù)由傳感器變換為相應的電壓或脈沖信號后，輸入測試系統(tǒng)。電壓或脈沖信號經(jīng)調理、采樣至轉換器， 將電壓或脈沖轉換為數(shù)字量，存入計算機的存貯器內。當每次輸入數(shù)據(jù)采樣完成后，對于不 需要計算處理的數(shù)據(jù)，將其從存貯器中取出，由打印機打印輸出。對于需要計算處理的數(shù)據(jù)， 按預先編制好的程序進行運算，運算結果由打印機打印輸出或由繪圖儀繪出曲線，以供實驗 人員分析、判斷，確定下一步試驗的進程，這大大縮短了試驗研究

18、的周期，節(jié)省了能源的消 耗。對數(shù)據(jù)采集板卡來說，模數(shù)轉換芯片是其最關鍵的器件。模數(shù)轉換通常簡寫成A/D變圖1 A/D轉換的采樣過程描述換(Analog-Digital)。模數(shù)轉換的輸入信號是在時間上和幅度上都是連續(xù)變化的模擬信號， 輸出信號是在時間上和幅度上都是離散的數(shù)字信號，從連續(xù)信號到離散信號的變換過程可以 看成是采樣和量化的過程。模擬信號的一個數(shù)據(jù)采集過程可以用圖2表示。其中數(shù)據(jù)采集卡即Device 1，數(shù)據(jù)采集 卡通過多路開關、A/D轉換芯片和數(shù)據(jù)緩存(Buffer)幾個部件將多通道的模擬信號轉換成數(shù) 字信號并存儲在其緩存中，而計算機通過LabVIEW中的數(shù)據(jù)采集子VI對數(shù)據(jù)采集卡中的

19、 幾個部件的動作進行控制，數(shù)據(jù)采集卡和計算機之間通過計算機總線實現(xiàn)通信，交換數(shù)據(jù)和 控制信息。數(shù)據(jù)味集I： (DeWeI)圖2模擬信號的數(shù)據(jù)采集過程&旦巨芨MJIM.旦5U岌 II. 1 |1 MLn ita 何爪四通曲近此d2、采樣定理驗證實驗：如圖1所示可以描述采樣過程，M(t)是一個模擬信號，采樣脈沖信號在一系列離散的時 刻打開采樣開關，對M(t)進行采樣，于是得到采樣信號Ms(t)。Ms(t)是一系列脈沖信號，在 采樣期間Ms(t)=M(t)，在其它時間Ms(t)=0。采樣信號Ms(t)必須能真實反映M(t)的變化情況， 也就是說Ms(t)經(jīng)過一個適當?shù)牡屯V波器，能被復原出信號M(t

20、)的原始形狀，圖1(a)中的 M(t)就是一個被復原的信號。為了達到這個目的，必須保證有足夠高的采樣頻率二，f必 須大于模擬信號M(t)的最高頻率的兩倍即：f 2 fmax其中：f -采樣開關的采樣頻率fmax -連續(xù)信號頻譜中的最高頻率這就是采樣定理，通常選擇采樣頻率時取4-10倍連續(xù)信號的最大頻率，工程上有時為 了更好的復原被采樣信號，甚至取更高倍數(shù)。實驗中，信號源產(chǎn)生周期性信號，計算機通過 A/D板將信號采集入內存，通過軟件示波器顯示出來，調整采樣頻率，可以得到不同的采樣 結果，以波形圖直觀顯示出來。由此，可考察波形失真程度，以驗證采樣定理。3、了解LabVIEW軟件的強大數(shù)據(jù)控制和處理

21、功能，以及網(wǎng)絡發(fā)布功能。三、實驗使用的儀器設備及實驗裝置裝有LabVIEW7.0軟件和PCI-6220數(shù)據(jù)采集卡的服務器一臺實驗室局域網(wǎng)信號發(fā)生器一臺示波器一臺外接端子板CB-68LP、68芯電纜、數(shù)據(jù)采集板NI PCI-6220基于LabVIEW的信號測試系統(tǒng)主要包括信號發(fā)生器、DAQ數(shù)據(jù)采集卡和計算機軟件 三部分組成。A/D數(shù)據(jù)采集采用美國NI公司的PCI-6220型多功能數(shù)據(jù)采集卡和L abVIEW 7.0軟件。將PCI-6220數(shù)據(jù)采集卡插到服務器主板上的一個空閑的PCI插槽中，安裝其驅動程序 NI-DAQmxo接好各種附件，附件包括一條68芯的數(shù)據(jù)線，一個型號為CB-68LP的轉接板

22、， 轉接板直接與外部信號連接。配置好實驗室局域網(wǎng)，保證網(wǎng)絡中每一臺計算機都能訪問服務器。由信號發(fā)生器產(chǎn)生正弦波信號，模擬傳感器產(chǎn)生的物理電信號，將電信號通過連接在轉 接板上的數(shù)據(jù)線接入數(shù)據(jù)采集卡，再通過裝有LabVIEW 7.0軟件的服務器對正弦信號進行 采集。服務器將數(shù)據(jù)采集程序廣播發(fā)布給網(wǎng)絡中的每一臺計算機，由每一臺計算機輪流控制 數(shù)據(jù)采集程序進行數(shù)據(jù)采集，并將采集到的數(shù)據(jù)以文件的方式存入本機，改變采樣頻率，重 新進行數(shù)據(jù)采集并保存數(shù)據(jù)文件。每個學生分別將自己采集到的數(shù)據(jù)在本機通過“軟件示波 器”進行觀察，并與實驗室中的示波器上的波形進行比對（此示波器已經(jīng)與信號發(fā)生器的信 號相連），觀察是

23、否有波形失真現(xiàn)象發(fā)生，體會采樣定理。實驗的基本框架如圖3a、3b所示：圖3a數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基本框架LabVIEW VisNl-DAOmax數(shù)據(jù)采集R圖3b 采集卡和NI-DAQmax以及LabVIEW軟件的層次關系NI6220AIGNDPH B4=l2.0DGND GNDPT 1 VP2.3PFI 10/P2.2DGNDPH 21.2P=l 3/F1.3Al DAl GN口A19A12A1GNDAl 11Al SENSLAIGNDNCMCDGND6fl釧卵33Sfi32陽宙&l306329622B812760265fl2558245723SB22552542DS3195210S117501B49

24、154B14471346124511H441D43H42日417一40B395384373362351Al 8Al 1Al GhIDAl IDAl 3Al GNDAl 4Al GNDAl 13Al 6Al GNDAl IBNCNCNCPD.4GN口P0.1P0-6QND+5 VDQNDDONDPFI Q/P1.0PFi i/Pi.1DGND+5VDGNDPFI 5/P1-5PFI 6/P1.GDQNDPFI 8?P2.1PFI 127F2.4PFI 141P2.6TERMIMAL 34TERMINAL 8STERMINAL 35-ERMIMAL 1NC Mo Connect圖4 PCI-622

25、0接線定義四、具體實驗步驟1、安裝LabVIEW7.0軟件，以及NI-DAQmax采集卡驅動程序。2、安裝數(shù)據(jù)采集卡，在NI-DAQmax中對數(shù)據(jù)采集卡進行配置(配置方法見：預備知 識)，設置PCI-6220設備號為：Device 1，信號輸入方式為單端輸入，數(shù)據(jù)輸入通道為AI0。3、配置好實驗室局域網(wǎng)。以上三步由教師提前完成，并向學生簡要介紹4、將68芯電纜一端與數(shù)據(jù)采集卡的接口相連，另一端與轉接板相連。5、設置信號發(fā)生器的頻率為5赫茲，信號類型為正弦波。根據(jù)數(shù)據(jù)采集卡PCI-6220接 線定義(圖4)，將信號發(fā)生器的輸出端與轉接板的68腳(AI0)相連，將信號地與64腳(AI GND)相連

26、，并將此信號與示波器連接。6、熟悉LabVIEW開發(fā)環(huán)境，了解工具模板(Tools Palette)、前面板、控件模板(Controls Palette)、程序框圖和函數(shù)模板(Functions Palette)的概念和各自的用途，并熟悉函數(shù)模板(Functions Palette)中與數(shù)據(jù)采集相關的控件與設置項(在FunctionsAll FunctionsNI MeasurementsDAQmx-Data Acquisition中)。本步由學生在實驗課前完成。7、編制數(shù)據(jù)采集和顯示軟件(課上完成)。8、應用該軟件進行波形數(shù)據(jù)采集并存儲，采樣頻率分別設為5赫茲、10赫茲和100赫 茲，分別記

27、錄下波形數(shù)據(jù)文件。9、將波形數(shù)據(jù)文件通過本機的軟件示波器進行回放，觀察并記錄波形變化，并與實驗 室的信號發(fā)生器上顯示的信號實際波形對比，體驗采樣定理。五、實驗準備及預習要求1、認真閱讀實驗指導書，在老師答疑和同學討論的基礎上，完成實驗準備任務：. 了解數(shù)據(jù)采集及其硬件(A/D變換器和數(shù)據(jù)采集卡)的基本知識；.熟悉G語言編程環(huán)境和虛擬儀器的含義；2、理解采樣定理的意義；3、 參考書籍LabVIEW7.1測試技術與儀器應用等。4、網(wǎng)站：六、實驗報告內容及格式實驗目的實驗內容實驗裝置實驗原理（測試實驗系統(tǒng)圖）實驗步驟實驗結果與分析（包括實驗數(shù)據(jù)、處理圖形、主要關系式和有關程序）七、開課教師及聯(lián)系方式

28、開課教師：孫玖利 伍耐明聯(lián)系方式：“振動測量和軸系動平衡實驗”教學實驗指導書教學實驗編號：041701-3 （可不填）教學實驗名稱：振動測量和軸系動平衡實驗（中文）Oscillation Measurement and Shafting Inertia Balance （英文）學分/學時：1學分/16學時適用專業(yè)：發(fā)動機、工程熱物理、宇航、氣動、汽車專業(yè)先修課程和環(huán)節(jié)：了解振動測量的基本原理；振動傳感器（位移，速度，加速度）的工 作原理；振動信號的描述；機械振動基本參量的常用測量方法。一、實驗目的1、掌握剛性轉子現(xiàn)場動平衡的基本作業(yè);2、掌握有關測量儀器的使用；3、通過實驗了解動靜法的工程應用

29、。二、實驗內容及基本原理實驗內容即是對一多圓盤剛性轉子用兩平面影響系數(shù)法進行動平衡。工作轉速低于最低階段臨界轉速的轉子稱為剛性轉子，反之稱為柔性轉子。本實驗采取 一種剛性轉子動平衡常用的方法一一兩平面影響系數(shù)法。該方法無需專用平衡機，只要一般 的振動測量，適合在轉子工作現(xiàn)場進行平衡作業(yè)。根據(jù)理論力學的動靜法原理：一勻速旋轉的長轉子，其連續(xù)分布的離心慣性力系可向質心。簡化為一個合力（主向量）R和一個合力偶Mc （主矩），見圖一。如果轉子的質心恰 在轉軸上，且轉軸恰好是轉子的慣性主軸，則合力R和合力偶矩Mc的值均為零，這種情況 稱轉子是平衡的；反之，不滿足上述條件的轉子是不平衡的。不平衡轉子的軸承

30、與軸頸之間 產(chǎn)生交變的作用力和反作用力，可引起軸承座和轉軸本身的強烈振動，從而影響機器的工作 性能和工作壽命。剛性轉子動平衡的目標是，使離心慣性力的合力和合力偶矩的值趨近于零。為此，我們 可以在轉子上任意選定兩個截面I，II稱校正平面，在離軸心一定距離r1，r2 稱校 正半徑，與轉子上某一參考標記成夾角 1和 1處，分別附加一塊質量為m1、m2重塊一一 稱校正質量。如能使兩個質量m1和m2的離心慣性力（其大小分別為m1谷2和m2r2o 2, 為轉動角速度）的合力和合力偶正好與原不平衡轉子的離心慣性力相平衡，那么就實現(xiàn) 了剛性轉子的動平衡。兩平面影響系數(shù)法的過程如下：1）在額定的工作轉速或任選的

31、平衡轉速下，檢測原始不平衡引起軸承或軸頸A、B在 某方位的振動動量V10 =匕| 中1和V20= |匕0|中2，其中|V0|和|匕0|是振動位移，速度 或加速度的幅值，W1和W2是振動信號對轉子上參考標記有關的參考脈沖的相位角。2）根據(jù)轉子的結構，選定年兩個校正平面I、II，并確定校正半徑、r2，現(xiàn)在平面 I上加一試重Q1 = m1 p 1，其中m1 = |ej為試重質量，P 1為試重相對參考標記的方位 角，以順轉向為正。在相同轉速下測量軸承A、B的振動量V11和V21。矢量關系見圖二a、b。顯然，矢量V11V10及V21V20。為平面I上加試重Q1所引 起的軸承振動的變化，稱為試重Q1的效果

32、矢量。方位角為零度的單位試重的效果矢量稱為 影響系數(shù)。因而，我們可以由下面式子求影響系數(shù)：a =V11 Q1V Va =-120-13）取走Q1，在平面上加試重Q2 = m22 P2，mt2 = Q2I為試重質量，P2為試重方 位角。同樣測得軸承A、B的振動量V12和V22，從而求得效果矢量V12V1。和V22V20（見圖二c、d）及影響系數(shù)：圖二V -V TOC o 1-5 h z a = 121012 Q2_V -Va n20-22 Q24）校正平面I、II上所需的校正量P =m 9和P =m 9 ,可通過解矢量方程 111222組求得：a P +a P =-VaaP、V1112 =V10

33、 aaPV1- 2122 Jl 2JI 20 Ja P +a p =-V1 21 122 220J 11 112 210或m廣為校正質量，為校正方向角。求解矢量方程組最好是使用計算機。要求自編計算機兩平面影響系數(shù)法動平衡實用程 序。5）根據(jù)計算結果，在轉子上安裝校正質量，重新啟動轉子，如振動已減小到滿意程度, 則平衡結束，否則可重復上面步驟，再進行一次修正平衡。三、實驗使用的儀器設備及實驗裝置測試系統(tǒng)如圖三所示。1、轉子系統(tǒng)轉子軸上固定有四個圓盤，兩端用含油軸承支承。電動機通過橡膠軟管拖動轉軸，用自 耦調壓器調節(jié)轉速。最高工作轉速為4000 rmin，遠低于轉子一一軸承系統(tǒng)得固有頻率。2、電渦

34、流位移計及ST-5000A型動平衡儀電渦流位移計包括探頭和前置器。探頭前端有一扁型線圈，由前置器提供高頻（2MHz） 電流。當它靠近金屬導體測量對象時，后者表面產(chǎn)生感應電渦流。間隙變化，電渦流的強弱 隨之變化，線圈的供電電流也發(fā)生變化，從而再串連于線圈的電容上產(chǎn)生被調制的電壓信號， 此信號經(jīng)過前置器的調節(jié)、檢波、放大，成為在一定范圍內與間隙大小成比例的直流或低頻 交流電壓信號。本實驗使用兩個電渦流計，分別檢測兩個軸承座的水平振動位移。兩路位移 信號通過切換開關依次饋入動平衡儀，以光電變換器給出的電脈沖為參考，進行同頻檢測（濾 除諧波干擾）和相位比較后，在動平衡儀面板上數(shù)顯出振動位移的幅值、相位

35、及轉速數(shù)據(jù)。同頻檢測前后的振動位移波形，通過電子示波器隨時觀察。圖三3、精密天平用以測量平衡加重的質量4、用電表用以調整電渦流探頭的安裝位置（初始間隙）。四、具體實驗步驟1、按圖三所示連接測試儀器及傳感器。2、打開平衡儀和示波器電源，預熱2分鐘。3、轉速傳感器桿頭調整：適當調整傳感頭端面與標志塊（凹塊）之間的距離，同時觀 察轉速顯示窗口下方的指示燈以表示綠色“OK”燈亮，紅色不亮為最佳位置，綠色燈滅為 太遠，調整時注意凹塊不處在傳感器的端面為合適。4、調整兩個電渦流探頭的位置，使其前端距離軸承座測量表面約1mm，這時用萬用表 測量前置器的輸出，應約為一8.0V，因該電渦流位移的靈敏度為8.0Vmm