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1、测试技术与信号分析实验指导书适用专业: 机械类、自动化 课程代码: 8400271、8400301 学 时: 610 编写单位:机械工程与自动化学院 编 写 人: 黄惟公 余愚 刘克服 审 核 人: 审 批 人: 实验1 周期信号波形的合成和分解1 实验目的1. 学习使用Matlab，学会用Matlab提供的函数对信号进行频谱分析；2. 加深了解信号分析手段之一的傅立叶变换的基本思想和物理意义；3. 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. 观察和分析频率、幅值相同，相位角不同的正弦波叠加的合成波形；5. 通过本实验熟悉信号的合成、分解原理，了解信号频谱的含义。
2、 2 实验原理按富立叶分析的原理，任何周期信号都可以用一组三角函数、的组合表示 (n=1，2，3，)也就是说，我们可以用一组正弦波和余弦波来合成任意形状的周期信号。对于典型的方波，其时域表达式为： 根据傅立叶变换，其三角函数展开式为： 由此可见，周期方波是由一系列频率成分成谐波关系，幅值成一定比例的正弦波叠加合成的。 那么，我们在实验过程中就可以通过设计一组奇次谐波来完成波形的合成和分解过程，达到对课程教学相关内容加深了解的目的。3 实验内容1用Matlab编程，绘出7次谐波叠加合成的方波波形图及幅值谱；2用Matlab编程，改变上述7次谐波中其中两项谐波的幅值绘出合成波形及幅值谱；3用Mat
3、lab编程，改变上述7次谐波中其中一项谐波的相位绘出合成波形及幅值谱。4 实验报告要求1. 简述实验目的及原理；2. 写出实验内容一的程序，绘出7次谐波叠加合成的方波波形图及其幅值谱，得出结论；3. 写出实验内容二的程序，绘出其叠加合成波形图及其幅值谱，得出结论；4. 写出实验内容三的程序，绘出其叠加合成波形图及其幅值谱，得出结论。 实验2 用FFT对信号进行频谱分析1 实验目的1. 学习使用Matlab，学会用Matlab提供的函数对信号进行频谱分析；2. 掌握采样定理；3. 理解加窗对频谱分析的影响；4. 理解量化误差对频谱分析的影响；5. 掌握采样点数N、采样频率、数据长度对频谱分析的作
4、用。2 实验原理和实验设备原理：机械工程测试技术与信号分析第2章，特别是2.4离散傅立叶变换的内容。设备：PC机；软件：Matlab3 实验内容1. 画出x(t)=3sin(2f t)+ 7sin(10f t)+ 12sin(15f t)的幅值谱图(f=50Hz)。2. 用Mablab设计一程序，能形象地验证离散傅里叶变换中的4个重要问题：（1）采样定理 a），其频谱不失真，其频谱失真；b）（工程中常用），可从频域中不失真恢复原时域信号；（2）加窗、截断a）信号截断后，其频谱会产生泄漏，出现“假频”；b）信号截断后，降低了频率分辨率；c）采用适当的窗函数后，可以减少泄漏和提高频率分辨率。（3）
5、量化误差 a）对信号进行采样，Hz，采集N64点。用3、8位量化器量化信号每点的幅值，画出原始波形和量化后的信号波形，得出结论。（4）栅栏效应如何才能提高频率分辨率？采样点数N、采样频率起何作用？用例子说明。4 实验报告1. 用A4，按标准的格式写出实验报告；2. 实验内容一的Matlab程序和幅值频谱图；3. 实验内容二的设计原理、Matlab程序和实验结果图形。4. 实验感想和提出改进意见。实验3 箔式应变片性能单臂、半桥、全桥1 实验目的 观察了解箔式应变片的结构及粘贴方式。 测试应变梁变形的应变输出。 比较各桥路间的输出关系。2 实验原理 本实验说明箔式应变片及单臀直流电桥的原理和工作
6、情况。应变片是最常用的测力传感元件。当用应变片测试时，应变片要牢固地粘贴在测试体表面，当测件受力发生形变，应变片的敏感栅随同变形，其电阻值也随之发生相应的变化。通过测量电路，转换成电信号输出显示。电桥电路是最常用的非电量电测电路中的一种，当电桥平衡时，桥路对臂电阻乘积相等，电桥输出为零，在桥臀四个电阻R、R、R、R中，电阻的相对变化率分别为RR，RR，RR，RR。当使用一个应变片时，RRR；当二个应变片组成差动状态工作，则有R2RR；用四个应变片组成二个差动对工作，且R1=R2=R3=R4=R，R4RR。由此可知，单臂，半桥，全桥电路的灵敏度依次增大。3 实验所需部件直流稳压电源(士4V档，、
7、电桥、差动放大器、箔式应变片、测微头、电压表。4 实验步骤:4.1 半桥单臂1调零。开启仪器电源，差动放大器增益置100倍(顺时针方向旋到底)，十、一输入端用实验线对地短路。输出端接数字电压表，用调零电位器调整差动放大器输出电压为零，然后拔掉实验线。调零后电位器位置不要变化。如需使用毫伏表，则将毫伏表输入端对地短路，调整调零电位器，使指针居零位。拔掉短路线，指针有偏转是有源指针式电压表输入端悬空时的正常情况。调零后关闭仪器电源。2按图(4)将实验部件用实验线连接成测试桥路。桥路中R1、R2、R3和WD为电桥中的固定电阻和直流调平衡电位器，R为应变片(可任选上、下梁中的一片工作片)。直流激励电源
8、为 士4v。测微头装于悬臂梁前端的永久磁钢上，并调节使应变梁处于基本水平状态。图（4）3确认接线无误后开启仪器电源，并预热数分钟。调整电桥WD电位器，使测试系统输出为零。4，旋动测微头，带动悬臂梁分别作向上和向下的运动，以水平状态下输出电压为零，向上和向下移动各5mm，测微头每移动0.5mm记录一个差动放大器输出电压值，并列表。位移mm电压V根据表中所测数据计算灵敏度S，S=X/V，并在坐标图上做出VX关系曲线。4.2 半桥双臂和全桥在完成半桥单臂的基础上，不变动差动放大器增益和调零电位器，依次将图(4)中电桥固定电阻R1、R2、R3换成箔式应变片，分别接成半桥和全桥测试系统。重复实半桥单臂中
9、的3一4步骤，测出半桥和全桥输出电压并列表，计算灵敏度。在同一坐标上描出V一X曲线，比较三种桥路的灵敏度，并做出定性的结4 注意事项1实验前应检查实验接插线是否完好，连接电路时应尽量使用较短的接插线，以避免引入干扰。2接插线插入插孔时轻轻地做一小角度的转动，以保证接触良好，拔出时也轻轻地转动一下拔出，切忌用力拉扯接插线尾部，以免造成线内导线断裂。3稳压电源不要对地短路。4应变片接入电桥时注意其受力方向，一定要接成差动形式。5直流激励电压不能过大，以免造成应变片自热损坏。6由于进行位移测量时测微头要从零到正的最大值，又回复到零，再到负的最大值，因此容易造成零点偏移，因此计算灵敏度时可将正X的灵敏
10、度与负的X的灵敏度分开计算。再求平均值，以后实验中凡需过零的实验均可采用此种方法。5 思考题 1 再半桥单臂步骤（3）为什么要调整WD电位器使系统输出为零？2 该实验使用的一种什么样的电桥？3 根据三种桥路的结果做出定性的结论。4 应变片接入电桥时为什么要接成差动形式?如果不接成差动形式会产生什么后果?实验4 差动变压器的标定1实验目的说明差动变压器测试系统的组成和标定方法。2实验所需部件差动变压器、音频振荡器、电桥、差动放大器、移相器、相敏检波器、低通滤波器、电压表、示波器、测微头。3实验步骤1 按图（5）接线，差动放大器增益适度，音频振荡器LV端输出5KHZ，Vp-p值V。2 调节电桥WD
11、、WA电位器，调节测微头带动衔铁改变其在线圈中的位置，是系统输出为零。3 旋动测微头是衔铁在线圈中上、下有一个较大的位移，用电压表和示波器观察系统输出是否正负对称。如不对称则须反复调节衔铁位置和电桥、移相器、做到正负输出对称。4 旋动测微头，带动衔铁向上5mm，向下5mm位移，每旋一周（0.5mm）记录一电压值并填入表格。 图（5）位移mm电压V4注意事项系统标定须调节电桥、移相器、衔铁三者位置，须反复调节才能做到系统输出为零并正负对称。5思考题1 接成差动型有哪些优点？如不接成差动型会导致那些后果？2 差动变压器式传感器与可变磁阻式传感器各自的工作原理是什么？实验5 差动变压器的振动测量1实
12、验目的了解差动变压器的实际使用。2实验所需部件差动变压器、音频振荡器、电桥、差动放大器、移相器、相敏检波器、低通滤波器、电压表、示波器。3实验步骤1按图（3）接好线调节好系统各部分。2低频振荡器接入“激振”，使振动圆盘保持适当振幅。3维持低频振荡器输出幅度不变，用示波器观察低通滤波器的输出，电压/频率表2KHZ挡接低频输出端，改变震荡频率从5HZ30HZ，读出Vop-p值，填入下表：f(HZ)Vop-p根据实验结果作出震动台的振幅频率特性曲线，指出自振频率，并与实验十二应变电桥所测结果作比较。4注意事项1. 仪器中两副悬臂梁的固有频率因尺寸不同而不同。2. 衔铁位置可松开支架上小螺丝稍做上、调
13、节。5思考题1动变压器测量振动时要注意哪些问题？2差动变压器式传感器的特点？应用范围如何？实验6 差动螺管式电感传感器位移、振幅测量1实验原理通过实验说明差动螺管式电感传感器的应用，用差动螺管式电感传感器可以进行较大动态范围的测试。2实验原理利用差动变压器的两个次级线圈和衔铁组成。衔铁和线圈的相对位置变化引起螺管线圈电感值的变化。次级二个线圈必须成差动状态连接，当衔铁移动时将使一个线圈电感增加，而另一个线圈的电感减小。3实验所须部件差动变压器、音频振荡器、电桥、差动放大器、移相器、相敏检波器、低通滤波器、电压表、示波器、测微头。4实验步骤： 4.1 位移测量1. 差动变压器二个次级线圈组成差动状态，按图（6）接线，音频振荡器LV端作为恒流源供电，差动放大器增益
