實(shí)驗(yàn)二 多傳感器的工程檢測(cè)綜合實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)二多傳感器的工程檢測(cè)綜合實(shí)驗(yàn)（Ⅱ）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1．掌握磁電、光電等各種傳感器的工作原理；利用以上傳感器進(jìn)行振動(dòng)、速度等參數(shù)的測(cè)量，并采用適當(dāng)?shù)男盘?hào)分析方法對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行分析和顯示。2．結(jié)合本實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，掌握檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和組成，并熟悉振動(dòng)、速度、軸心軌跡等物理量的測(cè)量和工程應(yīng)用方法。二、實(shí)驗(yàn)臺(tái)簡(jiǎn)介多功能轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)臺(tái)較好地模擬大型設(shè)備（如機(jī)床）運(yùn)行時(shí)候的工作狀態(tài)，提供了振動(dòng)、轉(zhuǎn)速等測(cè)試對(duì)象，可以開(kāi)設(shè)磁電、光電、壓電等多種傳感器的綜合實(shí)驗(yàn)。利用不同的傳感器，可以對(duì)同一個(gè)物理量，采用多種方式測(cè)量，再現(xiàn)了實(shí)際工程應(yīng)用中物理量的工程測(cè)試方法。轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)臺(tái)由以下幾個(gè)部分組成：1底座、2主軸、3偏心飛輪、4直流電機(jī)、5主軸支座、6含油軸承及油杯、7電機(jī)支座、8連軸器及護(hù)罩、9RS9008電渦流傳感器支架、10磁電轉(zhuǎn)速傳感器支架、11測(cè)速齒輪(15齒)、12保護(hù)擋板支架，如圖1所示。圖1DRZZS-A型多功能轉(zhuǎn)子試驗(yàn)臺(tái)傳感器安裝位置示意圖主要技術(shù)指標(biāo)為：可調(diào)轉(zhuǎn)速范圍：0~2500轉(zhuǎn)/分，無(wú)級(jí)；電源：DC12V；主軸長(zhǎng)度：500mm；主軸直徑：12mm；外形尺寸：640×140×160mm；重量：12.5kg。三、實(shí)驗(yàn)原理1、轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)臺(tái)底座振動(dòng)測(cè)量實(shí)驗(yàn)機(jī)械在運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于旋轉(zhuǎn)件的不平衡、負(fù)載的不均勻、結(jié)構(gòu)剛度的各向異性、間隙、潤(rùn)滑不良、支撐松動(dòng)等因素，總是伴隨著各種振動(dòng)。機(jī)械振動(dòng)往往會(huì)降低機(jī)器性能，破壞其正常工作，縮短使用壽命，甚至導(dǎo)致事故，因此有必要進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)的振動(dòng)分析和振動(dòng)測(cè)試。對(duì)于轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)臺(tái)的振動(dòng)，可以采用磁電速度傳感器和壓電加速度傳感器進(jìn)行測(cè)量。將帶有磁座的速度和加速度傳感器放置在試驗(yàn)臺(tái)的底座上，如圖2所示。圖圖2加速度和速度傳感器振動(dòng)測(cè)量1）采用磁電速度傳感器的振動(dòng)測(cè)量：磁電速度傳感器是由一個(gè)線圈組件和殼體組成的。如圖3所示，殼體中固定有磁鐵，線圈組件用彈性元件懸掛在殼體上。工作時(shí)，將傳感器殼體固定在振動(dòng)體上，這樣當(dāng)振動(dòng)體振動(dòng)時(shí)，在傳感器工作頻率范圍內(nèi)，線圈與磁鐵相對(duì)運(yùn)動(dòng)，切割磁力線，在線圈內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電壓，該電壓值正比于振動(dòng)速度值。圖3圖3磁電式振動(dòng)速度傳感器結(jié)構(gòu)示意圖2）采用壓電加速度傳感器測(cè)量：根據(jù)壓電效應(yīng)，當(dāng)晶體受到振動(dòng)作用力后，將產(chǎn)生電荷量，該電荷量與作用力成正比，這就是壓電傳感器完成機(jī)電轉(zhuǎn)換的工作原理。2、實(shí)驗(yàn)臺(tái)轉(zhuǎn)速測(cè)量對(duì)于轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)臺(tái)的轉(zhuǎn)速，可以分別采用光電轉(zhuǎn)速傳感器和磁電轉(zhuǎn)速傳感器進(jìn)行測(cè)量。1）采用光電傳感器測(cè)量：將反光紙貼在圓盤(pán)的側(cè)面，使其前面的紅外光源對(duì)準(zhǔn)反光紙，使在反光紙經(jīng)過(guò)時(shí)傳感器的探測(cè)指示燈亮，反光紙轉(zhuǎn)過(guò)后探測(cè)指示燈不亮。當(dāng)旋轉(zhuǎn)部件上的反光貼紙通過(guò)光電傳感器前時(shí)，光電傳感器的輸出就會(huì)跳變一次。通過(guò)測(cè)出這個(gè)跳變頻率f，就可知道轉(zhuǎn)速n。圖4圖4反射式光電轉(zhuǎn)速傳感器圖5磁電轉(zhuǎn)速傳感器的工作方式將磁電傳感器安裝在轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)臺(tái)上專(zhuān)用的傳感器架上，如圖5所示。使其探頭對(duì)準(zhǔn)測(cè)速用15齒齒輪的中部，調(diào)節(jié)探頭與齒頂?shù)木嚯x，使測(cè)試距離為1mm。齒輪在旋轉(zhuǎn)過(guò)程會(huì)導(dǎo)致磁阻的改變，從而導(dǎo)致輸出信號(hào)的變化。在已知齒輪齒數(shù)的情況下，測(cè)得的傳感器輸出信號(hào)脈沖的頻率就可以計(jì)算出測(cè)速齒輪的轉(zhuǎn)速。如設(shè)齒輪齒數(shù)為N，轉(zhuǎn)速為n，脈沖頻率為f，則有：n=f/N。通常，轉(zhuǎn)速的單位是轉(zhuǎn)/分鐘，所以要在上述公式的得數(shù)再乘以60，才能轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)，即n=60圖5磁電轉(zhuǎn)速傳感器的工作方式3、軸心軌跡測(cè)量電渦流傳感器一般由探頭、延伸電纜、前置器組成，如圖6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，在探頭頭部的線圈中產(chǎn)生交變的磁場(chǎng)。當(dāng)有被測(cè)金屬體靠近這一磁場(chǎng)，在此金屬表面產(chǎn)生電渦流，其大小與探頭和金屬物體的距離等參數(shù)有關(guān)。與此同時(shí)該電渦流將產(chǎn)生一個(gè)方向與頭部線圈方向相反的交變磁場(chǎng)，使頭部線圈的電感量發(fā)生改變，導(dǎo)致振蕩器的振蕩能力衰減，傳感器將輸出跳變的信號(hào)。圖6圖6電渦流傳感器基本工作系統(tǒng)將兩個(gè)電渦流位移傳感器探頭安裝到實(shí)驗(yàn)臺(tái)支架上，如圖7所示。轉(zhuǎn)子工作時(shí)，主軸的軸心會(huì)在偏心飛輪的帶動(dòng)下會(huì)發(fā)生偏移，改變了探頭和軸心之間的距離，則傳感器的輸出信號(hào)就反應(yīng)了軸心的位置變化情況。實(shí)驗(yàn)中，讓兩個(gè)傳感器相互成90度，則它們所測(cè)量的就是軸心在兩個(gè)垂直方向(X,Y)上的瞬時(shí)位移，合成為李沙育圖就是轉(zhuǎn)子的軸心運(yùn)動(dòng)軌跡。圖7軸心軌跡測(cè)量圖7軸心軌跡測(cè)量1．計(jì)算機(jī)１臺(tái)2．檢測(cè)軟件DRVI1套3．轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)臺(tái)1個(gè)4．USB數(shù)據(jù)采集器1臺(tái)五、實(shí)驗(yàn)要求預(yù)習(xí)要求：閱讀、理解實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)的實(shí)驗(yàn)原理，并思考回答以下問(wèn)題：a)為什么磁電傳感器能用來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)速？b)對(duì)比光電轉(zhuǎn)速傳感器和磁電轉(zhuǎn)速傳感器的測(cè)量結(jié)果，哪個(gè)的精度更好？為什么？c)在軸心軌跡測(cè)量中，什么狀態(tài)下軸心的位置是良好的，這時(shí)候的輸出波形是什么？2.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：利用不同的傳感器對(duì)振動(dòng)、轉(zhuǎn)速等物理量進(jìn)行測(cè)量，并對(duì)比相同物理量用不同傳感器所得的測(cè)量結(jié)果。3．注意事項(xiàng)：a)軸心軌跡測(cè)量中，兩個(gè)傳感器探頭到主軸的距離應(yīng)調(diào)為約1.6mm，目的是使從前置器輸出的信號(hào)剛好為0（mV）。b)光電轉(zhuǎn)速測(cè)試中，測(cè)量信號(hào)不好的情況下，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整光電傳感器的位置，傳感器探頭一般放置在被測(cè)物體前2～3cm，必要時(shí)可調(diào)節(jié)傳感器后部的敏感度電位器。六、實(shí)驗(yàn)步驟第一步搭建“檢測(cè)系統(tǒng)”硬件平臺(tái)關(guān)閉DRDAQ-USB型數(shù)據(jù)采集儀電源，將選用的傳感器、信號(hào)預(yù)處理模板等連接到采集儀的數(shù)據(jù)采集通道上。(禁止帶電從采集儀上插拔傳感器，否則會(huì)損壞采集儀和傳感器)開(kāi)啟總電源、DRDAQ-USB型數(shù)據(jù)采集儀電源、直流電源以及將模塊電源選擇選擇在第一模塊上，如都顯示綠燈，進(jìn)行下一步實(shí)驗(yàn)。第二步啟動(dòng)相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集與處理軟件，熟悉其軟件結(jié)構(gòu)、界面內(nèi)容和使用方法運(yùn)行“DRVI”主程序，點(diǎn)擊DRVI快捷工具條上的"聯(lián)機(jī)注冊(cè)"圖標(biāo)，選擇其中的“DRVI采集儀主卡檢測(cè)（USB）”進(jìn)行軟件注冊(cè)。點(diǎn)擊DRVI工具條上的“腳本樣例”圖標(biāo)，在菜單中選擇“轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)臺(tái)[服務(wù)器]”。在實(shí)驗(yàn)“菜單”欄選擇“速度傳感器振動(dòng)測(cè)量實(shí)驗(yàn)（服務(wù)器）”，得到軟件測(cè)試環(huán)境。6.啟動(dòng)轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)臺(tái)，調(diào)整到一個(gè)穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速，點(diǎn)擊面板中的"開(kāi)關(guān)"按鈕，觀察和分析所得到振動(dòng)信號(hào)的波形和頻譜，改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，并分快、中、慢三種情況，記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。7.在實(shí)驗(yàn)“菜單”欄選擇“加速度傳感器振動(dòng)測(cè)量實(shí)驗(yàn)（服務(wù)器）”，得到軟件測(cè)試環(huán)境。8.點(diǎn)擊面板中的"開(kāi)關(guān)"按鈕，觀察和分析所得到振動(dòng)信號(hào)的波形和頻譜，9.分別點(diǎn)擊“原始信號(hào)”和“低通濾波”，觀察濾波前后振動(dòng)信號(hào)波形和頻譜的變化情況，改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，分快、中、慢三種情況，記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。10.在實(shí)驗(yàn)“菜單”欄選擇“光電傳感器轉(zhuǎn)速測(cè)量（服務(wù)器）”，得到軟件測(cè)試環(huán)境。11.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。

12.在實(shí)驗(yàn)“菜單”欄選擇“磁電傳感器轉(zhuǎn)速測(cè)量（服務(wù)器）”，得到軟件測(cè)試環(huán)境。13.點(diǎn)擊面板中的"開(kāi)關(guān)"按鈕進(jìn)行測(cè)量，調(diào)整傳感器的位置，同時(shí)觀察檢測(cè)到的轉(zhuǎn)速波形，并改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，分快、中、慢三種情況，記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。14.在實(shí)驗(yàn)“菜單”欄選擇“軸心軌跡測(cè)量（服務(wù)器）”，得到軟件測(cè)試環(huán)境。15.調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，觀察隨著轉(zhuǎn)速的變化，軸心軌跡曲線的變化情況，分析并記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。七、思考題1.常用的振動(dòng)信號(hào)測(cè)量方式有那些？2.電渦流傳感器有什么特性？可以用在那些特征量的檢測(cè)上？3.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？4.轉(zhuǎn)速測(cè)量還可以采用其它那些傳感器進(jìn)行？5.為什么要采用加速度傳感器來(lái)測(cè)量振動(dòng)信號(hào)？八、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求實(shí)驗(yàn)報(bào)告除填寫(xiě)“實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹蓖?，在?nèi)容欄應(yīng)主要包括如下幾部分：