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1、实验三 测试装置动态特性的测量实验指导书实验项目名称：测试装置动态特性的测量实验项目名称：测试装置动态特性的测量实验项目性质：综合性实验项目性质：综合性所属课程名称：测试技术实验所属课程名称：测试技术实验实验计划学时：实验计划学时：2一实验目的一实验目的1了解差动变压器式位移传感器的工作原理2掌握测试装置动态特性的测试3掌握m-k-c二阶系统动态特性参数的影响因素二实验内容和要求二实验内容和要求1. 差动变压器式位移传感器的标定2弹簧振子二阶系统的阻尼比和固有频率的测量三实验主要的仪器设备和材料三实验主要的仪器设备和材料该实验需要的主要仪器设备有：弹簧振子实验台、计算机、采集卡、电源。1弹簧振
2、子实验台弹簧振子实验台弹簧振子实验台的原理如图 1 所示，主要由弹簧 k、质量振子 m、阻尼器 c、传感器、台架、振子位置调节器等组成。阻尼器由阻尼薄片实验三 测试装置动态特性的测量和介质阻尼及传感器铁心运动副组成，更换不同面积的阻尼薄片和介质，可获得不同的阻尼系数。实验台为一典型的 m-k-c 二阶系统，系统的传递函数为* 21( )G smscsk MERGEFORMAT 1(1)系统的无阻尼固有频率为* MERGEFORMAT nkm2(2)系统的无因次阻尼比为* MERGEFORMAT 2c mk3(3)系统的有阻尼固有频率* MERGEFORMAT 21dn4(4)图 1 弹簧振子实
3、验台 原理图弹簧 k振子 m传感器台架阻尼 cUSB 数据采集仪计算机调节器2测量原理测量原理实验三 测试装置动态特性的测量1) 原理根据测量出的弹簧振子欠阻尼二阶系统的阶跃响应曲线来求系统的动态特性：固有频率和阻尼比 。关于该方法的详细说明可参见n教材。 2) 实验步骤先将质量振子偏离平衡，具有一定的初始位移，然后松开。该二阶系统在初始位移的作用下，产生一定的输出，位移传感器采集到系统的输出并传输给计算机，该输出曲线如图 2 所示。该输出是由初始状态引起的，可称之为零输入响应，也可看作是由初始位置到零的阶跃响应。(1) 求有阻尼固有频率d阶跃响应的振荡频率为系统的有阻尼固有频率。根据图 2
4、中的d曲线的振荡周期，可测得* MERGEFORMAT 2d dT图 2 欠阻尼二阶系统的阶跃响 应TdTdM1M2M3实验三 测试装置动态特性的测量5(5)(2) 求阻尼比利用任意两个超调量和可求出其阻尼比，n 是该两个峰值相iMi nM隔的某一整周期数。计算公式为* MERGEFORMAT 22224nnn6(6)其中* lni n i nM MMERGEFORMAT 7(7)当时，可采用下面的简化公式0.3* ln2ii nM M nMERGEFORMAT 8(8)(3) 求无阻尼固有频率n计算出有阻尼固有频率、阻尼比 之后，根据公式(4)可求出系d统的固有频率n* 21d n MERG
5、EFORMAT 9(9)(4) 求弹簧的刚度和振子组件的质量振子组件主要由振子、滑杆、振子位置调节器、阻尼片、传感器连接杆等组成。利用已知质量的 U 型质量块，求出弹簧的刚度 K。* mgKx实验三 测试装置动态特性的测量MERGEFORMAT 10(10)式中，m 为 U 型质量块的质量，为将 U 型质量块叠放在振子上之后x弹簧长度的变化量。求出系统的无阻尼固有频率和弹簧刚度 K 之后，就可以根据公n式得出振子组件的质量 mz，* 2z nKmMERGEFORMAT 11(11)3系统的组成系统的组成质量振子在平衡位置的振动位移由计算机实现自动采集。计算机采集系统的原理框图如图 3 所示。差
6、动变压器质量振子台架+12V(红)-12V（绿）地线(白）信号线(兰)USB 数据采集仪(A/D)12V 直流电源计算机图 3 计算机数据采集系统框图USB(1) 差动变压器该系统利用差动变压器位移传感器来检测质量振子的位移。差动变压器的工作原理参见教材及传感器的说明书。该位移传感器的测量范围为60mm，满量程输出为10V 直流电压信号。其工作电源为12V 直流电源。该位移传感器的电缆线由 4 根线组成，红色的接+12V 电源，绿色线接-12V 电源，白色线为地线，兰色线为信号线。(2) USB7325A 数据采集仪实验三 测试装置动态特性的测量USB7325A 数据采集仪可同时采集 16 路
7、信号，但面板上只接出了其中 10 个通道。可选用其中任何一个通道来采集位移传感器的输出。USB7325A 数据采集仪接受差动变压器输出的10V 范围内的模拟直流电压信号，在采集仪的内部进行 A/D 转换之后，将得到的数字量电压信号通过 USB 接口发送给计算机。(3) 计算机及实验软件运行于计算机的实验软件可实现实验数据的自动采集、保存、显示和处理等。实验软件可实现采集通道的选择和采集速度等设置。计算机采集得到的是差动变压器输出的电压信号，而我们需要的是位移信号。因此，在实验软件里，将采集得到的电压信号除以传感器的灵敏度 S 后，即可得到质量振子的位移信号。4系统参数的说明: 质量振子组件(包
8、括振子、水平滑杆、阻尼器)的质量, 具体数值未知。zm: 1 号 U 型质量块（长度约为 40mm） ，其质量约为 mu1=130 克（无标1um注）或 mu1=115 克(有标注): 2 号 U 型质量块（长度约为 60mm） ，其质量约为 mu2=210 克。2um：1 号弹簧（刚度小、直径约为 12mm）的刚度，具体数值未知。1K：2 号弹簧（刚度大、直径约为 10mm）的刚度，具体数值未知。2K: 阻尼器放在空气中时系统的阻尼，具体数值未知。1c: 阻尼器放在水中时系统的阻尼，具体数值未知。2c实验三 测试装置动态特性的测量四、实验程序的操作四、实验程序的操作(1) 启动实验软件“测试
9、装置动态特性测试.exe”。(2) 用鼠标单击屏幕上“采集”框内“采样设置”按钮，进行实验软件的参数设置，如采样频率和所选用的数据采集仪的采用通道、传感器的灵敏度等。(3) 单击“采集”框内的“开始采样”按钮，启动数据采集，传感器输出的电压信号被实时采集到计算机里并以数字和曲线的形式显示在屏幕上。(4) 利用振子位置调节器，调整振子的平衡位置，使传感器的输出接近为零。(5) 用手将振子往下拉，使其偏离平衡位置一定距离后松手，振子将会振动起来。实验三 测试装置动态特性的测量实验指导书实验项目名称：实验项目名称：虚拟仪器（虚拟仪器（Labview）上机实验）上机实验实验项目性质：实验项目性质：综合
10、性综合性所属课程名称：测试技术实验所属课程名称：测试技术实验实验计划学时：实验计划学时：2一、实验目的一、实验目的1掌握 LabView 的编程和上机调试；2了解热电偶温度传感器和应变片式力传感器的工作原理、特点和应用；3掌握温度和压力的测量。二、实验内容和要求二、实验内容和要求1LabView 的编程和调试、运行；2利用 LabView 实现温度和压力的测量。三、实验主要仪器设备和材料三、实验主要仪器设备和材料本实验的主要仪器设备有：虚拟仪器开发平台 LabView8.2，机械转子系统，USB 数据采集卡，热电偶温度传感器，应变片式力传感器，计算机。四实验方法和步骤四实验方法和步骤(7325
11、A 采集卡采集卡)（一）温度测量编程与调试。实验三 测试装置动态特性的测量说明：一个完整的 VI 程序包括程序前面板和程序框图两大部分。简单的采集过程为：打开采集卡初始化读取采集结果。1、启动 LabView8.2 编程环境。从开始程序National Instruments LabVIEW 8.2或者双击桌面快捷图标 。2、新建温度测试 VI。在 LabView8.2 开始界面左上角文件新建栏，单击 VI。则生一对空白的前面板和框图窗口。如图示： 3、在框图面板中放置顺序结构。方法：在框图面板任意空白位置单击右键，弹出函数选择框，单击选中编程结构层叠式顺序结构，在框图中空白处单击以确定顺序结
12、构放置的坐上角点，向右下拖动鼠标，再次单击以确定顺序结构放置的右下角点，可以通过拖动边框来改变结构位置和大小（类似结构放置方法一样） 。在边框上单击右键，选中弹出菜单中的“在后面添加帧”项。这样操作两次后，就生成了具有三帧的层叠式顺序结构，编号依次为 0、1、2。如图示：4、创建参数传递簇。在前面板空白处单击右键，在控件选择菜中单击选中新式数组、矩阵簇，放置于前面板，双击标签“簇” ，修改为BS。选中新式数值数值输入控件，放置于刚才创建的簇中，并更改数值控件标签为 lIndex。右键单击数值控件，在弹出的菜单中，选中表实验三 测试装置动态特性的测量示法I32（长整型）。按照同样的方法在簇 BS
13、 中创建其余五个数值控件，数据类型均为 I32（长整型） ，标签分别为：lIndex、hHandle、nCh、lData、plData、lCode，输入初值分别为：0、0、6、512、0、1536。在前面板创建打开结果的数值显示控件，标签设置为“打开” ，数据类型为 I32（长整型） 。建好后的 BS 簇如图示：建好簇 BS 后，在程序框图中将簇 BS 图标拖到顺序结构外面， “打开”显示控件放在顺序结构里。 5、打开采集设备程序。选择顺序结构的第 0 帧为当前工作帧（可参照第 3 步的图示，前面打钩的为当前工作帧） 。在空白处单击右键，在弹出的程序选中菜单中选中选择，通过弹出的选种对话框选择
14、D:/labview上机实验/Open7325A.VI，置于顺序结构的第 0 帧。用鼠标单击，连接簇 BS 端子和 Open7325A 子 VI 的输入端子，Open7325A 子 VI 的输出端子和“打开”显示控件。如图示：实验三 测试装置动态特性的测量6、初始化采集设备程序。切换到顺序结构的第 1 帧。在前面板创建“初始化”显示控件，数据类型为 I32（长整型） 。用与上述类似的方法加载 Init7325A.VI，其路径为：D:/labview上机实验/Init7325A.VI，并连线至如图所示：7、读数、处理程序。要连续地从采集卡中读取数据就必须将整个读数和数据转换程序放置在循环结构中。
15、切换至顺序帧的第 2 帧，并创建“读数”显示控件，数据类型为 I32（长整型） 。在程序菜单中选中编程结构While循环，置于第二帧中（中间留出较大空间） 。在While 循环内，调用 Read7325A.VI。连接簇 BS 和子 VI。在程序选择菜单中选择编程簇与变体按名称解除捆绑，与簇 BS 连接，单击该解绑函数，选择所要的元素 lData。选择编程数组初始化数组，在编程数值数值常数，改常数值为 2048。连线至图示。选择编程数值商与余数、除、乘、减 函数和常数，并按图示连接。选择实验三 测试装置动态特性的测量编程数组抽取一维数组 ，放置好后，拖动其下边框使得其有十个输出端子，输出数据从第
16、六路引出（温度采集为第六通道） 。选取编程数组索引数组 函数、数值常数，按图示连接。8、在前面板创建新式图形波形图表，改其标签为“电压（V） ” 。同样，创建标签为“温度()”的波形图表。创建“电压（V） ”和“温度()”数值显示控件，用来实时显示电压和温度值。创建启停按钮，新式布尔开关按钮。9、数据保存程序。选择编程数组创建数组，拖动其下边框使其具有两个输入端子。分别连接电压和温度值。选择编程文件/写入电子表格文件。在前面板创建路径输入控件，选择新式字符串与路径文件路径输入控件， 并将其值写为：D:labview上机实验温度测量数据.txt。 连接至写入电子表格文件函实验三 测试装置动态特性的测量数的“文件路径”端子。在程序选择菜单选择编程布尔真常量，连接至写入
