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实验四 光线示波器振动子动态特性的测试 本实验包括光线示波器振动子幅频特性的测定、光线示波器振动子相频特性的测定和光线示波器振动子阻尼比的测定实验。 §4-1 光线示波器振动子幅频特性的测定 一．实验目的 1．了解光线示波器的基本结构、工作原理及其使用方法。 2．以光线示波器振动子为例，了解二阶测试系统幅频特性的测试方法。 二．实验原理 光线示波器的振动子是一个二阶扭振系统，结构如图4-1所示，其力学模型可表示为： MJ+Mc+MG=Mi 式中 MJ—转动系统的转动惯性力矩。MJ=Jd2θ/dt2，其中J为转动惯量，θ为振动子线圈的转角； Mc—阻尼力矩。Mc=cdθ/dt，其中c为阻尼系数； MG——张丝的弹性反抗力矩。MG=Gθ，其中G为张丝的扭转刚度； Mi—振动子线圈的电磁力矩。Mi=KI，其中K为比例系数；I为输入振动子线圈的信号电流。 图4-1 光线示波器工作原理 1—光源 2—圆柱透镜 3—光栏 4—振动子 5—张丝 6—支承 7—反射镜 8—线圈 9—磁极 10—弹簧 11—圆柱透镜 12—感光纸及走纸机构 当振动子输入电流为I时，它的线圈就产生θ的转角。因此，可得到振动子转动系统的频率响应函数： （4-1） 式中 ω—输入信号电流的角频率； ωn—振动子转动系统的转动固有频率，； —振动子转动系统的转动阻尼比，。 振动子转动系统的幅频特性为： （4-2） 对光线示波器幅频特性的测定，首先要根据被测振动子的要求选择合适的外接电阻，以保证振动子具有最佳的阻尼比。用信号发生器以等幅值，不同频率的正弦信号逐个输入振动子，便能在记录纸上得到振动子对各不同频率正弦信号的响应曲线。然后，根据响应曲线量出不同频率时响应曲线幅值的大小，经整理可绘得被测振动子的幅频特性曲线。 三．实验仪器和设备 1．SC-16型光线示波器（内装FC6-1200型振动子） 一台 2．低频信号发生器 一台 3．毫伏表 一台 四．实验步骤 1．学习光线示波器的使用方法。 2．按图4-2所示连接实验线路。 图4-2 光线示波器振动子幅频特性实验接线图 振动子分为电磁阻尼和油阻尼两种。对于电磁阻尼的振动子为保证其阻尼率ζ≈0.707，应选择适当阻值的电阻Rs或Rp。当信号源内阻Rm小于振动子要求的外接电阻Ra时，振动子输入回路应串接一个Rs=Ra-Rm的电阻。当信号源内阻大于振动子要求的外接电阻时，振动子输入回路应并接一个Rp电阻，其值等于Ra和Rm并联阻值。对于油阻尼振动子，不需要Rs和Rp。振动子直接和低频信号发生器相接。 3．将信号发生器的频率调整到20Hz，再使输出电压的幅度U0为： U0≤IgmRg （4-3） 式中 Igm—被测振动子的最大允许电流； Rg—被测振动子的线圈内阻。 例如：FC6-1200型振动子，其Igm=5mA，Rg=20Ω，则应先将信号发生器空载输出电压调整到100mV以下，以免损坏振动子。 振动子在接入信号发生器之前，还应注意光线示波器中与被测振动子相并联的可调分流电阻的大小，应使其阻值大于50Ω。 4．打开光线示波器电源开关，按下起辉按钮，当无信号输入时，安装好的振动子应在观察屏的中间位置显示一光点。 5．将20Hz的正弦电压信号输入被测振动子，便可从观察屏上看到一条亮线，其长度与输入信号的峰-峰值成正比，特别要注意控制电压信号的大小，不要使亮线长度超出观察屏，以免损坏振动子。 6．改变信号发生器的输出电压幅度，使输入到振动子的信号电流发生变化，从观察屏上读取相应亮线的长度，即可近似地求得被测振动子的静态定度曲线。 7．保持信号发生器输出等幅值的正弦信号，改变其频率由f/fn=0.1至f/fn=2。其中：f为振动子输入电压的频率；fn为振动子的固有频率。从观察屏上读得相应频率的亮线长度，即可绘出被测振动子的幅频特性曲线。 五．实验数据处理 1．作出被测振动子的静态定度曲线，并根据曲线求出其灵敏度和线性误差。 2．作出被测振动子的幅频特性曲线。 六．思考题 1．为什么实验步骤5、6得到的曲线可视为近似的静态定度曲线？ 2．为保证振动子的测量误差小于±5%，试问用此振动子测量正弦信号时，信号频率最高可达多少？ §4-2 光线示波器振动子相频特性的测定 一．实验目的 1．掌握光线示