《机械工程测试技术》实验指导书分析.doc

《机械工程测试技术》 实验指导书 山东大学机械工程学院实验中心 2008年2月 目录 实验一 信号分析实验——————2 实验二 传感器的标定实验——————8 实验三 测试装置特性实验——————————15 实验四 静态应力应变测试实验——————23 实验五 动态应力应变测试实验——————33 实验六 机械振动测试梁的固有频率测定实验————42 实验七 传感器应用---转速测量实验————48 实验八 扭转振动测量实验 ————————38 实验九 设计实验—————————————50 实验一 信号分析 一、 实验目的 1.掌握信号时域参数的识别方法，学会从信号时域波形中观察和获取信号信息。 2.加深理解傅立叶变换的基本思想和物理意义，熟悉典型信号的频谱特征，掌握使用频谱分析提取测量信号特征的方法。 3.理解信号的合成原理，观察和分析由多个频率、幅值和相位成一定关系的正弦波叠加的合成波形。 4. 初步了解虚拟仪器的概念。 二、实验原理 1．信号时域分析 信号时域分析又称为波形分析或时域统计分析，它是通过信号的时域波形计算信号的均值、均方值、方差等统计参数。信号的时域分析很简单，用示波器、万用表等普通仪器就可以进行分析。通过本实验熟悉时域参数的识别方法，能够从信号波形中观测和读取所需的信息，也就是具备读波形图的能力。 2信号频谱分析 信号频谱分析是采用傅里叶变换将时域信号x(t)变换为频域信号X(f)，从而帮助人们从另一个角度来了解信号的特征。频谱是构成信号的各频率分量的集合，它完整地表示了信号的频率结构，即信号由哪些谐波组成，各谐波分量的幅值大小及初始相位，揭示了信号的频率信息。信号频谱X(f)代表了信号在不同频率分量成分的大小，能够提供比时域信号波形更直观，丰富的信息。工程上习惯将计算结果用图形方式表示，以频率f为横坐标，X(f)的实部和虚部 为纵坐标画图，称为时频－虚频谱图；以频率f为横坐标，X(f)的幅值。和相位 为纵坐标画图，则称为幅值－相位谱。 附：软件介绍 机械工程测试实验程序是以LabVIEW为平台开发的虚拟仪器软件，程序包含了信号分析、信号合成、采样定理、窗函数、相关分析等子程序。程序可以按照设定的信号类型、频率、相位等参数生成仿真信号，并可以对生成的信号进行频谱分析、信号合成、滤波等操作。波形可以通过显示窗口中呈现出来（如图1-1所示）。 图1-1 波形显示缩放的操作坊法 在显示窗口中的工具栏，可以对窗口中的波形现实进行调整。 1 拖动工具：用来对波形进行拖动； 2 缩放工具：来实现对波形的多种形式的缩放，此包括图1-2所示的选择项。 矩形区域缩放：实现对选定区域放大； X轴缩放：对选区域沿横坐标放大； Y轴缩放：对选区域沿纵坐标放大； 图1-2 自适应缩放：将波形在XY轴上自动缩放至窗口大小。 三.实验内容 1. 分析典型信号的幅值谱特性； 2. 分析合成信号的频谱特点； 四. 实验仪器和设备 1. 计算机 2. 机械工程测试实验软件 五、实验步骤： 一 、打开“机械工程测试实验”程序，选择进入“信号分析”子程序。 1.设置一个周期信号的频率、幅值、相位等参数，调整信号显示缩放，分析典型信号的幅值和频率，记录数据并填写表1-1。 2．在非周期信号面板中选择不同的信号，设置相关参数，调整信号显示缩放，观察记录不同信号的频谱，记录数据并填写表1-2。 3．观察噪声的频域特点。 二、打开“信号合成”子程序，设置滤波器为off，设置白噪声幅值为0 1. 设置信号1和信号2为同频、不同相位的正弦波，观察验证合成信号的幅值和相位。 2. 两个频率接近、振幅不等的正弦信号迭加就会形成“拍振”。设置信号1和信号2为频率相近的正弦波，观察合成信号的特点，并记录数据和波形填写表1-3。 3. 设置信号1和信号2为不同类型信号，观察合成信号频谱的特点，能够从频谱中看出合成信号的组成。 实验报告 姓名 班级 时间 同组者 一、实验目的 二、实验设备 三、预习作业 1 简述信号分类 2写出信号：方波、三角波、锯齿波、Sin(ωt)×e(-at)的傅立叶级数展开式 3推导下列公式 (1)积化和差 A×sin(ωt)×(3-sin(10πt)) (2)和差化积 A1×sin(ω1t+φ1)+ A2×sin(ω2t+φ2) 四、实验结果 表1-1典型周期信号频谱数据 信号 正弦波 三角波 锯齿波 方波 频率 幅值 相位 占空比： 峰值 频率 幅值 频率 幅值 频率 幅值 频率