工程测试技术基础及信息处理实验报告.docx
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工程测试技术基础及信息处理实验报告
测试技术基础
实
验
报
告
班级：
姓名：
学号：
机械与汽车工程学院机械设计系
赵小勇、丁曙光
实验一应变片的粘贴操作
一、实验目的
1、练习电阻应变片粘贴操作。
2、体验工程应用中的实际过程。
二、实验仪器设备
试件、电阻应变片、万用表、台钳、镊子、烙铁、焊锡丝、棉签、丙酮、无水酒精、502胶水、金相砂纸、导线。
三、实验步骤
应变片的粘贴是传感器制作的重要环节，应变片的粘贴质量直接影响数据测量的准确性。
为制作符合产品质量要求的传感器，规定应变片粘贴的方法和步骤如下：
1应变片粘贴前的准备工作：
应保证所粘贴的平面光滑、无划伤，面积应大于应变片的面积。
检查应变片应平整、无折痕，不能用手和不干净的物体接触应变片的底面；把试件安放在操作台面。
2试件的表面处理：
工件表面用金相砂纸打磨光滑，用沾有无水酒精和丙酮的棉签反复擦拭贴片部位，直至棉签不再变黑为止，确保贴片部位清洁。
3在贴片部位和应变片的底面上均匀的涂上薄薄一层应变计粘贴剂。
待粘贴剂变稠后，用镊子轻轻夹住应变片的两边，贴在在试件的贴片部位。
在应变片上覆盖一层聚氯乙烯薄膜（或其它代用品），用手指顺着应变片的长度方向用力挤压，挤出应变片下面的气泡和多余的胶水。
用手指压紧，直到应变片与试件紧密粘合为止。
松开手指，使用专用夹具将应变片和试件夹紧。
注意按住时不要使应变片移动，轻轻掀开薄膜检查有无气泡、翘曲、脱胶等现象，否则需重贴。
注意粘贴剂不要用得过多或过少，过多则胶层太厚影响应变片性能，过少则粘结不牢不能准确传递应变。
4应变片粘贴好后应有足够的粘结强度以保证与试件共同变形。
此外，应变计和试件间应有一定的绝缘度，以保证应变读数的稳定。
因此，在贴好片后就需要进行时效，在通风处放置10分钟以上。
5将引出线焊接在应变片的接线端，在应变片引出线下，贴上胶带纸，以免应变计引出线与被测试件接触造成短路。
焊接时注意防止假焊，焊完后用万用表在导线另一端检查是否接通。
为防止在导线被拉动时应变片引出线被拉坏，应使用接线端子。
用胶水把接线端子粘在应变片引出线的前端，然后把应变片的引出线和输出导线分别焊接到接线端子两端，以保护应变片。
6应变片的防潮处理 为避免胶层吸收空气中的水分而降低绝缘电阻值，应在应变片接好线后，立即对应变计进行防潮处理。
防潮处理应根据要求和环境采用相应的防潮材料。
常用的的防潮剂可用704硅胶，将704硅胶均匀的涂在应变片和引出线上。
7应变片的质量检验：
用目测或放大镜检查应变片是否粘牢固，有无气泡、翘起等现象；用万用表检查电阻值，阻值应和应变片的标称阻值相差不大于1Ω。
注：
蓝色底板就是工件（表面需要金加工），工件表面是需要用金相砂纸打磨的，材料学院的实验有这些材料；一个实验做完，后续小组需要用铲刀将应变片和连接片（接线过渡片）铲除，铲刀可以用平头大尺寸螺丝刀代替，也可以是美工刀。
实验二电阻应变片的灵敏度测定
一、实验目的
1、掌握电阻应变片灵敏系数的一种测定方法。
2、练习使用CM-1C静态电阻应变仪。
二、实验原理
1、电阻应变片的灵敏系数测定原理：
当电阻应变片粘贴在试件上受应变
时，其电阻产生的相对变化
（1—1）
比值K即为应变片的灵敏系数。
只要应变量不过分大时，K为常数。
当
及
值分别测得后，K值即可算出。
等强度梁表面轴向应变
，可从挠度计上百分表的读数算出：
（1—2）
式中f——百分表读出的挠度计中点的挠度值。
h——等强度梁厚度。
l——挠度计跨度。
电阻应变片的相对电阻变化
是根据电阻应变仪测出的指示应变
和应变仪所设定的灵敏系数值K仪（通常用K仪=2.0）算得：
∴应变片的灵敏系数K=
（1—3）
实验时可采用分级加载的方式，分别测量在不同应变值时应变片的相对电阻变化，以而验证它们两者之间的线性关系。
2、CM-1C型静态应变仪的使用方法：
CM-1C型应变仪可用于静动态应变测量。
静态应变测量时操作步骤：
①将应变片出线与应变仪连接，半桥接法时（参见图2—1），将应变片R1、R2分别接到AB和BC接线柱，此时应变仪面板上A’DC’三点用连接铜片接好，应变仪内AA’和CC’一对120Ω精密电阻构成另外半桥；全桥接法时，将A’DC’三点连接铜片拆除，应变片R1，R2，R3，R4分别接到ABCD接线柱上并拧紧。
②按应变片盒上标明的灵敏系数K值，调整应变仪灵敏系数盘
与之符合。
（当K值需通过实验测定时，可先设定
，为计算方便，通常取
=2.0）。
在设定
时请参照灵敏度对照表进行调试。
③应变对应通道静平衡
④进行加载，由应变表头数值读取应变量大小
三、实验仪器设备
1、已贴片的等强度梁和加载装置，温度补偿片。
2、带有千分表（或百分表）的挠度计；
3、CM-1C静态电阻应变仪。
四、实验步骤
电阻应变片灵敏系数测定：
1、分别用千分尺和游标卡尺，测得等强度梁的厚度h和挠度计的跨度l。
2、按图2—1所示安装等强度梁和挠度计，将等强度梁上纵向应变片R1、R2与温度补偿梁上的应变片R5，接入应变仪。
将两种情况下读数预调到零位。
3、记录挠度计上百分表的初读数f0，以后分级加载5公斤、10公斤、15公斤砝码，测量千分表读数fe和R1、R2应变片指示应变读数，列表记录。
（表2—1）。
表2—1灵敏系数测定结果
实验台号3，厚度h=6mm，挠度计跨度l=200mm。
应变片号
Pkg
f0
fe
计算
K
R1
2
0
0.24
1.14×10^-4
1.56×10^-4
3.12×10^-4
2.17
4
0
0.48
2.28×10^-4
3.10×10^-4
6.20×10^-4
2.15
6
0
0.71
4.26×10^-4
4.63×10^-4
9.26×10^-4
2.17
R2
2
0
0.25
1.50×10^-4
-1.51×10^-4
-3.02×10^-4
2.01
4
0
0.49
2.94×10^-4
-3.07×10^-4
-6.14×10^-4
2.09
6
0
0.73
4.38×10^-4
-4.63×10^-4
-9.26×10^-4
2.11
五、实验报告要求
1、按表1—1记录和计算各应变片灵敏系数，和它的平均值
，以及相对标准误差：
（1）电阻应变片R1的灵敏度系数平均值
=1/3（2.17+2.15+2.17）=2.163
所以其相对标准误差为：
=0.53%
（2）电阻应变片R2的灵敏度系数平均值
=1/3（2.01+2.09+2.11）=2.07
所以其相对标准误差为：
=2.56%
2、按表2—2数值，计算正反面两对应变片所算得的横向灵敏系数H，取其平均值。
3、讨论这两种测定时的测量误差。
4、试用材料力学有关公式，计算在加载过程中，等强度梁的上（下）表面的应力和应变数值。
并与实验测定值相比较。
图2—1等强度梁试验装置结构
实验三电阻应变片在电桥中的接法
一、实验目的
1、学会电阻应变片半桥单臂、半桥双臂、全桥接法。
2、检查各种接法时的对应的应变读数值，从而体会电桥的加减特性和补偿原理。
3、学会正确的接桥方法。
二、实验原理
电阻应变仪电桥输出电压U与各桥臂的相对电阻变化率
或各应变片的指示应变值
之间有下列关系：
（2—1）
式中
、
、
、
分别为各桥臂应变片的指示应变；
K为应变片灵敏系数；
E为供桥电压。
从上可知，对同种性质的应变（同为+或同为-），相对桥臂（如
与
、
与
）其应变值是迭加的，而相邻桥臂（如
、
的相邻桥臂为
和
）应变值是相抵消的。
对于不同种应变（一桥臂为+，另一桥臂为-），情况正好相反，相对桥臂应变彼此消减，而相邻桥臂则彼此迭加。
利用上述特性，选择合适的接桥方法，可以使输出电压增大，同时可抵消那些对测量值产生干扰因素的影响。
例如测量过程中对温度的补偿，对某些非线性误差的改善及复杂应力情况下需要测定其中一个应力单独作用所产生的应变……等等，都是电桥加减特性的应用。
三、实验仪器和设备
1、等强度梁试验装置，加载砝码。
2、静动态电阻应变仪（YJD-1）。
四、实验步骤
1、分别按图3—1a、b、c、d所示各种接法接成桥路。
先在初载荷下将应变仪调零，加载5kg和10公斤测量指示应变
记录在表3—1中，加载三次并进行数据处
理，检查
以及它与应变值
的倍数。
（称为对某一应变片的“电桥系数”简称“电桥系数”或“桥臂系数”A）。
表2—1各种接法测量结果
=K=2.2
接法
载荷
kg
次数
（a）
（b）
（c）
（d）
3kg
6kg
3kg
6kg
3kg
6kg
3kg
6kg
1
212
430
382
761
290
582
584
1170
2
214
432
381
759
288
583
586
1173
3
218
436
380
758
289
584
587
1176
平均应变
214.7
432.7
381
759.3
289
583
585.7
1173
桥臂系数A
1
1
1.77
1.75
1.34
1.35
2.73
2.71
2、利用加热体（如红外线灯泡、电烙铁等）在各种接法情况下，分别对工作片单独加热和工作片、补偿片同时加热、观察其输出应变值的变化。
五、实验报告要求
1、讨论各种接桥方法时的特性，比较其优缺点。
答：
半桥单臂接桥：
优点是接法简单，应变仪直接显示测点的应变值；缺点是精确度较低，每次只能测一个点的应变。
半桥双臂接桥：
优点是精确度高，接线灵活，可用于两点之间的应变计算；缺点是接线复杂，应变仪不能直接显示两点之间的应变计算结果。
全桥四臂类似单桥双臂，接线更为复杂，可用于多种应变的计算。
2、试用公式推导不同接法时的桥臂系数A的理论值，并与实测值相比较。
由
可得
（a）
（b）
（c）
（d）
故
3、实验中的心得体会。
答：
区分全桥和半桥主要看参与应变的应变片的数量，如全桥传感器4个桥臂的电阻应变片都参与应变，其中两个在应变的作用下电阻变大，另两个电阻变小，变化相同的应变片位于电桥的对边，并且正应变绝对值=负应变绝对值。
半桥则只有两个电阻参与应变,或两个都感受正应变，或一个为正应变另一个为负应变.这时电桥的输出只有全桥的一半，这就是双臂电桥。
在实验中，要尤其注意接线，不能接错，否则数据将混乱，对于同一数据，要多次测量，取其平均值，以减少误差。
实验四振动测量及信号分析
一、实验目的
了解激振器、加速度传感器、电荷放大器、电阻应变片、动态电阻应变仪、信号采集及分析系统的工作原理，掌握上述设备的使用方法，了解典型测试系统的构成，掌握振动测量的基本内容和测量方法，掌握信号的幅值谱及功率谱分析的基本方法。
二、实验仪器及原理
△机械振动综合实验装置（安装双简支梁）1套
△激振器及功率放大器1套
△加速度传感器2只
△电荷放大器2台
△电阻应变片2片
△动态电阻应变仪4台
△数据采集仪1台
△信号分析软件1套
三、实验方法及步骤
1、将振动器通过顶杆连接到简支梁上（注意确保顶杆与激振器的中心在一直线上），激振点位于双简支梁中心偏左50mm处（已有安装螺孔），将信号发生器输出端连接到功率放大器的输入端，并将功率放大器与激振器相连接。
2、用传感器磁座将加速度传感器安装在双简支梁上（中心偏左50mm）并与电荷放大器连接，将电荷放大器输出端分别与数据采集仪输入端连接。
3、将电阻应变片通过接桥盒接成两个半桥单臂桥和一个半桥双臂桥分别接到XHDT—1型动态综合测试仪的动态电阻应变仪通道的输入端。
4）将两个压电式加速度计分别接到XHDT—1型动态综合测试仪的两个电荷放大器的输入端。
5）、XHDT—1型动态综合测试仪的初步调整，XHDT—1型动态综合测试仪是集四个通道的动态电阻应变仪和两个通道电荷放大器于一体的综合测试仪。
1）CS—1A动态电阻应变仪的调整
供桥电压选为2V、增益选择开关设为1、校准开关达到测量挡，低通滤波器的设到100K档。
2）CA—3型电荷放大器的调整
把传感器灵敏度调节旋纽数值调到与使用的压电式加速度计的灵敏度值相同并锁紧，低通滤波器旋纽调到Lin（100K）档，功能选择旋纽打倒加速度测量档，增益选择开关打倒100挡。
设置完成后，接通电源。
进行动态电阻应变仪的平衡调节，如果表头对应通道的数值不等于0，按以下相应通道的自动平衡按键，直到表头度数为零，重复此操作，直到所有三个通道调整完毕。
6、将信号发生器和功率放大器的幅值旋钮调至最小，打开所有仪器电源。
设置信号发生器在某一频率（可以为5Hz），调节信号发生器的幅值旋钮使其输出电压为2V。
调节功率放大器的幅值旋钮到中间位置，逐渐增大信号发生器的频率，观察简支梁的振动情况，直到找到其振幅较大时的频率，并记下此频率，同时电荷放大是否过荷，如过荷适当调小增益倍数直到不产生过荷为止，停止激振保持信号发生器的各个按钮不动，关闭所有仪器的电源开关。
7、根据步骤6所记录的共振频率，调整动态电阻应变仪和电荷放大器的低通滤波器的截止频率到合适的值。
8、将电阻应变仪的输出和电荷放大器的输出信号接到数字信号采集仪。
9）、打开信号发生器、应变仪、电荷放大器及数字采集系统的开关，用数据采集软件采集各个通道的波形并用信号分析软件对采集到的加速度信号、振动应变信号进行幅值谱、功率谱分析和加速度信号与应变信号的相关分析，并记录一些典型信号的波形。
四、实验数据整理与分析
1、将测量的固有频率与信号放生器的频率读数相比较，若误差较大，找出其原因。
答：
相差较大时，是因为实验台之间是靠着的，在其他组做实验的时候，产生的振动也会传到其他组去，会产生叠加，从而导致误差较大。
2、讨论各个信号的幅值谱与功率谱的关系以及各个通道波形之间的关系。
答：
（1）当同一信号的幅值扩大N倍，其功率扩大N²倍。
（2）各个通道波形图是一样的，但是幅值不一样。
3、讨论加速度信号与应变信号的相关性？
答：
通过加速度信号可以求解速度和位移；通过传感器，利用速度和位移的变化可得到相关的通道的波形是一样的应变信号.
4、用波形说明低通滤波器的作用。
答：
低通滤波是一种过滤方式，规则为低频信号能正常通过，而超过设定临界值的高频信号则被阻隔、减弱。
但是阻隔、减弱的幅度则会依据不同的频率以及不同的滤波程序而改变。
它有的时候也被叫做高频去除过滤或者最高去除过滤。
低通过滤是高通过滤的对立。
所以低通滤波对图像起到平滑模糊的作用。
在做实验的时候，2通道波形有很大锯齿边缘，这是因为混入了高频噪声，经过低通滤波后回复稳定了。
幅值谱
自功率谱
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