指导书-测试技术实验

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1、测试技术基础实验说明书北京航空航天大学机械学院机械制造实验室13实验一光栅传感器测位移实验１）.实验目的１.了解光栅传感器的基本结构、特点、工作原理。２.掌握光栅传感器测量位移的原理及方法。２）．实验原理　　光栅位移传感器由光源、聚光灯、标尺光栅、指示光栅和光电元件组成。光源发出的光线经过透镜照射在光栅上，再通过光栅照射在光电元件上，把光信号转换成电信号。光栅测量位移的工作原理是基于莫尔条纹现象。两块栅距w相同，黑白宽度相同的长光栅，当它们的刻线面彼此平行互相靠近，且沿刻线方向保持成一个很小的夹角θ时，由于遮光效应或光的衍射作用，在a-a线上，两块光栅的黑色刻线相交，透光缝隙相重，因此形成一条

2、亮带。在b-b线上，一块光栅上的黑色刻线正好将另一块光栅的透光部分挡住，形成一条暗带。这些明暗相间的条纹就是所谓的莫尔条纹。当光栅透过的光线越多，光电元件的输出越大，当光栅透过的光线越少，输出信号与位移间的关系可近似的用正弦函数表示。即：V=Vo+VmSin(2πx/w)式中：V--光电元件输出的电压信号；Vo--输出信号中的平均直流分量；Vm--输出正弦信号的幅值；W--栅距。X--两光栅间的瞬时相对位移量。由上式可见，光电元件的输出电压的大小反映了光栅瞬时位移量的大小，从而实现了位移量向电量的转换。在实际应用中，被测物体的移动方向是经常改变的，而莫尔条纹的明暗变化只与位移有关，而与位移方向

3、无关，为了辨别位移的方向必须增加一个观测点，然后根据两个观测点输出信号U1、U2间的相位关系来定位移的方向。当光栅正向运动时，U1超前U290度，当光栅反向运动时，U2超前U190度，利用这一特点，便可构成简单的辨向电路。通常采用的是“四倍频辨向电路”。所谓四倍频电路是一种位置细分法，就是使正弦信号在0度、90度、180度、270度都有脉冲输出，可使测量精度提高四倍。将辨向电路输出信号（Y1、Y2）送到加、减计数电路进行记数，再通过译码驱动电路，将位移量显示出来。本实验所采用的光栅栅距为0.02毫米，即每毫米为50对线，经四倍频后，每移动一毫米则应显示200。３）.实验内容　　１＞实验装置13

4、　　２＞实验步骤1.熟悉四倍频辩向电路图，熟悉74LS04、74LS00、74LS54四件的功能，按照线路图插接线路板。2.检查无误后，再通过实验，同时用示波器观察各点的波形，并将辩向、四倍频波形描绘下来。3.与光栅传感器联调，测试板首先清零显示为00000，移动动尺前进100mm，观察记数显示结果并记录下来，然后动尺后退到原点，观察记录显示结果并记录下来。４）.实验报告13实验二.微机在测量信号中的应用实验１）实验目的通过实验使同学了解在PC机为主机的系统中，如何实现由加速度传感器感受到振动信号，经过放大和转换后送微机进行数据采集及测量信号的分析和处理的方法。２）实验原理　实验信号源是由悬臂

5、梁产生的振动信号，经加速度传感器拾取后，将振动物体产生机械能转变成电能，当加速度传感器感受振动信号时，在其输出端产生一个与加速度传感器感受到的振动信号的加速度成正比的电荷量送到电荷放大器，电荷放大器能够接受到电荷量经过放大转变成标准的电压信号。经过A/D转换卡（AC1820）变成数字信号，送入计算机，就可进行信号分析及处理。13●AC1820可提供16路单端输入12位AD转换，AD转换速度最快为800KHZ支持1-16的波形信号的采集。AC1820板上带有128K字RAM。AC1820适合：中告诉信号，波形采集及纪录等应用场合。●AD启动方式：软件，外部触发（实验中采用软件触发）●板上时钟：4

6、MHZ基准，16位分辨率，程控转换速度800KHZ-16毫秒●采样长度：16-512KAD数据读入采用16位ISA总线，16位操作AD转换完毕后，AC1820会发出一个转换完毕的信号，计算机接收到此信号后，立将存储在AC1820上的RAM中的信号读入到计算机中，从而完成了数据的采集。接下来要对数据进行分析和处理。这里我们要用到软件“多路信号分析及处理系统软件”，做数字滤波、FFT运算、幅值谱，相频谱，自相关分析、自功率谱分析，如果是多路信号还可进行互相关分析，互功率谱分析。３）实验内容实验步骤：1.将加速度传感器按照框图所示固定在钢板尺做的悬臂梁上，另一端连接电荷放大器，电荷放大器的输出端连接

7、到并行接口板上的输出端，一切准备完毕后给电荷放大器通电。2.开启计算机，运行信号采集分析及处理系统，选择菜单信号采集，出现对话框后，输入采集通道、采集点数、采集频率。用手扳动钢板尺的同时，按回车键，一次数据采集过程结束。3.经过滤波、FFT运算，显示频率域的幅频、相频波形。4.经过自相关函数运算、显示自相关波形。5.经过自功率谱函数运算，显示自功率谱波形改变测试点位置，重复1-5步骤。４）实验报告