機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)-機械測試大作業(yè)

..精品精品.精品HarbinInstituteofTechnology課程大作業(yè)說明書課程名稱：機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ) 設(shè)計題目：測試技術(shù)與儀器大作業(yè) 院系： 班級： 設(shè)計者： 學號： 指導教師： 設(shè)計時間： 2014/05/06哈爾濱工業(yè)大學..精品精品.精品題目一信號的分析與系統(tǒng)特性題目：寫出下列信號中的一種信號的數(shù)學表達通式，求取其信號的幅頻譜圖（單邊譜和雙邊譜）和相頻譜圖，若將此信號輸入給特性為傳遞函數(shù)為的系統(tǒng)，試討論信號參數(shù)的取值，使得輸出信號的失真小。名稱、、波形圖三角波0.005，0.010.015，0.02等T0tT0/2AT0tT0/2A0教師指定作業(yè)要求（1）要求學生利用第1章所學知識，求解信號的幅頻譜和相頻譜，并畫圖表示出來。（2）分析其頻率成分分布情況。教師可以設(shè)定信號周期及幅值，每個學生的取值不同，避免重復。（3）利用第2章所學內(nèi)容，畫出表中所給出的系統(tǒng)的伯德圖，教師設(shè)定時間常數(shù)或阻尼比和固有頻率的取值，每個同學取值不同，避免重復。（4）對比2、3圖分析將2所分析的信號作為輸入，輸入給3所分析的系統(tǒng)，求解其輸出的表達式，并且討論信號的失真情況（幅值失真與相位失真）若想減小失真，應如何調(diào)整系統(tǒng)的參數(shù)。..精品精品.精品解：求解周期性三角波的傅里葉函數(shù)。在一個周期中，三角波可以表示為：x常值分量a余弦分量幅值：a正弦分量幅值：b相頻譜：φ所以x取：A=則：ω所以x（1）利用matlab畫出三角波函數(shù)的幅頻譜如下：雙邊譜：單邊譜：..精品精品.精品-利用matlab畫出三角波函數(shù)的相頻譜如下：（2）由信號的傅里葉級數(shù)形式及其頻譜圖可以看出，三角波是由一系列正弦波疊加而成，正弦波的頻率由到3，5……，其幅值由8Aπ2,到8A9（3）當時，利用matlab畫出的bode圖如下：當，利用matlab畫出的bode圖如下：（在這里，假定ωn=40不變，改變阻尼比..精品精品.精品(4)當時，對于該輸入信號可以對每一項單獨計算系統(tǒng)輸出相應，然后相加即可。由前知：x對于每一個頻率成分，一階系統(tǒng)的響應為：式中，，由于T0=2π對于，=，3，5…，即ω=1,3,5，?。，A=8AA'π2,8AA'9Aw0.10.50.7077.9607.1556.53230.8510.4930.37950.2860.1190.087（°)w0.10.50.707..精品精品.精品-5.7106-26.5651-35.26033-16.700-56.3099-64.75735-26.5651-68.1986-74.2046當，對于該輸入信號可以對每一項單獨計算系統(tǒng)輸出相應，然后相加即可。對于每一個頻率成分，二階系統(tǒng)的響應為：，是系統(tǒng)在阻尼比為時（）做有阻尼振蕩時的圓頻率 當時，利用matlab中simulink進行仿真得到如下輸出響應：由結(jié)果知：為了實現(xiàn)近似不失真，要求。下圖繪制出了在不同的時間常數(shù)下一階系統(tǒng)對于不同的ω下幅值和相位被放大和滯后的變化趨勢。..精品精品.精品當時，利用matlab中simulink進行仿真利用仿真數(shù)據(jù)，得到如下輸出響應：由結(jié)果知：為了實現(xiàn)近似不失真，阻尼比，輸入信號中不可忽視的最高頻率應小于，以使A(w)=A盡量接近。下圖繪制出了在不同的ωn下二階系統(tǒng)對于不同的ω..精品精品.精品參考文獻邵東向.李良主編機械工程材料測試基礎(chǔ).哈爾濱工業(yè)大學出版社.2003年..精品精品.精品題目二傳感器綜合運用題目：如圖所示的工件，根據(jù)圖中所示測量要求，選用適合的傳感器，設(shè)計相應的測量方案。2）工件如圖所示，要求測量出工件的剛度值，在力F的作用下頭部將產(chǎn)生偏角（約3度）。力的大小為300N，選擇力傳感器，及位移傳感器，設(shè)計測量方案。作業(yè)提示：高精度的角度測量比較難，可以轉(zhuǎn)換為線位移測量。FθFθ作業(yè)要求（1）學生選題可以多人選一題，但是要求獨立完成作業(yè)內(nèi)容。同一測量對象，可以有多種測量方法，可以用不同傳感器。（2）根據(jù)被測物理量選用適合的傳感器系列；例如尺寸量測量傳感器，電阻應變式傳感器，電感式傳感器，電容傳感器，磁電傳感器、CCD圖像傳感器等等。（3）分析所給任務的測量精度，并根據(jù)精度指標初選適合該精度的傳感器系列；測量精度一般根據(jù)被測量的公差帶利用的是誤差不等式來確定，例如公差帶達到10時測量精度一般應達到公差帶的1/5，即小于2。滿足此精度的傳感器有電阻應變式傳感器，電感式傳感器等，但考慮精度的同時還要考慮量程等其它方面的因素，參考第3章傳感器的選用原則一節(jié)。（4）測量方法是確定成敗的，好的測量方法可以充分發(fā)揮傳感器的性能。學生要根據(jù)被測量的特點及題目要求，綜合考慮測量方便，適合于批量測量的特點，確定合理的測量方案，并畫出測量方案簡圖，可以配必要的文字說明。..精品精品.精品·設(shè)計說明書測試要求根據(jù)題目的測試要求，傳感器需要測量兩個物理量：①施加在頭部的作用力F（300N左右）；②頭部在力F下的角度變形。由于高精度的角度測量比較難，可將其轉(zhuǎn)換為線位移測量。根據(jù)剛度公式：K=可得測量工件的剛度。式中：K為工件的剛度；F為施加在工件上的作用力；y為在力F作用下的位移；根據(jù)上式，測定剛度的方式有兩種，一種是在恒力的作用下測定工件頭部的變形量；一種是在一定變形量的作用下測定力的大小。對于后種方法，需要控制工件的位移量一定，這是比較困難的。對于前種方法，給工件施加一定大小的力是比較容易做到的，只需要測定該力的作用下位移的大小即可。因此，采用第一種測定剛度的方法。傳感器的選用2.1測力傳感器-根據(jù)參考文獻1的表3-1知，測力傳感器包括機械式的彈性壓力計，電磁及光電子式的電感、壓磁和電阻應變片式的測力傳感器?？紤]到測量精度和測量成本，選擇拉壓力傳感器。查詢了一些拉壓式傳感器的特性，選擇了下面一款傳感器，其參數(shù)和外形尺寸如下圖：..精品精品.精品2.2位移傳感器在頭部的力作用下，頭部發(fā)生的角度位移約為3度，因此頭部對應的線位移為：ε=根據(jù)測試系統(tǒng)的位移大小，我們應該近盡量使測量器件工作在線形區(qū)域內(nèi)，測試量程應該稍大一些。根據(jù)參考文獻1的表3-1，可以采用電感式位移傳感器或者電容式傳感器。查詢了一些傳感器的特性，選擇了下面一款傳感器，其參數(shù)和外如下圖：..精品精品.精品控制系統(tǒng)為了保證施加的力為300N,采用力傳感器測量施力測頭所施加給工件的力，并將其反饋給控制器，根據(jù)反饋在對施加的力進行調(diào)節(jié)，相關(guān)的伺服控制系統(tǒng)如下：夾具設(shè)計及工件測量設(shè)置為了便于批量的測量，因此我們需要設(shè)計一套專用夾具裝置來進行工件的夾持，同時，對測量方法進行設(shè)計。由于我們在測量時多