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第二部分 基本实验指导 1 机械参数综合测试系统的组成 实验目的 1、建立对机械参数电测技术的感性认识，了解测试系统的基本组成。 2、了解计算机测试系统的组成。 3、巩固和加深理解电阻应变片测量原理。 4、认识常用的各类传感器，了解其工作原理及应用。 实验原理 1、实验装置的组成：由一自由端受动载荷激振的等强度梁，并在其上安装了各种类型的传感器如图1所示。 图1 实验装置组成 2、典型的测试系统： 3、信号变换： 悬臂梁在动载激振力的作用下，其力学、运动学参数分别由各类传感器将这些待测的非电参数的变化转换成电量的变化。 应变（ε）——电阻应变片的阻值变化(ΔR/R)-——电压变化 位移（S）——差动变压器传感器的电压变化 速度（V）——磁电式速度传感器的电压变化 加速度（a）——压电式加速度传感器的电荷的变化 频率（f）——光电转速传感器的光电流的变化 4、信号测量： 由于经传感器转换所得的电量一般都是很微弱的，不能直接显示或记录下来，必须经过测量电路将这些微弱信号进行放大处理，其测量所用的仪器如下： 5、信号分析 悬臂梁在受迫振动下，由上述方法测得的五个参数，根据示波图可进行计算、分析。 6、包含信号处理功能的测试系统 用典型的CRAS采集、分析处理系统，对信号测试过程的各个环节进行计算机采集、分析处理实验。 主要仪器及耗材 静态数字电阻应变仪、悬臂梁实验台、压电式加速度传感器、电荷放大器、ＹＤ２８－Ａ型动态电阻应变仪、DRVI虚拟仪器、计算机。 实验内容和步骤 1、利用金属材料的特性，将非电量的变化转换成电量的变化，应变测量的转换元件为应变片，用粘结剂将应变片牢固地贴在试件上，当被测试件受到外力作用长度发生变化时，粘贴在试件上的应变片也发生相应变化，应变片的电阻值也随着发生了变化，这样就把机械量——变形，转换成电量——电阻值的变化。用灵敏的电阻测量仪器——电桥，测出电阻值的变化，就可以换算出相应的应变，如果这个电桥用应变来刻度，就可以直接读出应变，完成非电量的电测。 2、 将压电式传感器固定在被测物体上，利用压电晶体材料的压电效应，将被测振动量即加速度转化为电荷量，通过电荷放大器放大，由CRAS采集与分析系统数字化采集数据，由计算机将振动波形显示记录出来。 6 差动变面积式电容传感器的特性测试 实验目的 1、了解差动变面积式电容传感器的原理及其特性。 2、掌握电容式传感器的工作原理和测量方法。 3、掌握电容式传感器的测量电路的构成和原理。 实验原理 电容式传感器有多种型式，本仪器中是差动平行变面积式。传感器由两组定片和一组动片组成。当安装于振动台上的动片上、下改变位置，与两组定片之间的重叠面积发生变化，极间电容也发生相应变化，成为差动电容。如将上层定片与动片形成的电容定为Cx1，下层定片与动片形成的电容定为Cx2，当将Cx1和 Cx2接入桥路作为相邻两臂时，桥路的输出电压与电容量的变化有关，即与振动台的位移X有关。 主要仪器及耗材 电容传感器、电容变换器（或电容放大器）、差动放大器、低通滤波器、电压表、测微头。 实验内容和步骤 1、差动放大器调零。按图5接线，电容变换器和差动放大器的增益适中。 图5 电容式传感器实验电路图 2、装上测微仪，带动振动台位移，使电容动片位于两定片之间，此时差动放大器输出为零。 3、以此为起点，向上和向下位移电容动片，每次0.5mm，直至动片与一组静片全部重合为止。记录数据，分别填入表1、表2中。 数据处理与分析 1、根据表中所测数据计算灵敏度S，并分析非线性误差，说明误差产生的原因。。 2、在坐标纸上描出X - V关系曲线。 实验注意事项 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接插线，以避免引入干扰。 2、接插线插入插孔，以保证接触良好，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。所有单元电路的地均须与电源地相连。 4、电容动片与两定片之间的片间距离须相等，必要时可稍做调整。位移或振动时均应避免擦片现象，否则会造成输出信号突变。 5、如果差动放大器输出跳动幅度或者输出幅值较大，请将电容变换器增益进一步减小。 6、电容变换器1、2为差动电容输入，3为输出。为什么要采用差动电容结构？ 观察差动电容传感器，试推导覆盖面积而变化的表达式。（设差动电容分别为C1、C2） 图3 差动变压器结构原理及输出特性图 由于零点残余电压的存在会造成差动变压器零点附近的不灵敏区，此电压经过放大器还会使放大器未级趋向饱和，影响电路正常工作，因此必须采用适当的方法进行补偿使之减小。