1、機械工程測試技術課程實驗教學要求一、實驗教學要求實驗教學分為課外虛擬儀器仿真實驗，課內必修驗證性實驗，課內必修設計性實驗，進一步的選修開放實驗四部分。通過實驗，加深學生對重點教學內容的理解和掌握，培養學生機械量測試的方案設計、試驗、分析技能。（一）課外虛擬儀器仿真實驗：數字濾波，自譜與自相關分析儀，互相關分析儀，FFT分析，隨機信號分析，雙通道動態信號分析儀，在測試技術學習網中。學生課外自己做。（二）課內必修實驗（兩個）：電阻應變片的粘貼技術 HYPERLINK l _實驗二_動態應變儀的使用及應變式測力_1 及動態應變儀的使用及應變式測力（驗證性實驗），2學時2、機械量測試及分析（設計性實驗

2、），4學時由測試技術學習網站列出的3個機械量測試及分析實驗中，選一個實驗。（三）選修實驗可多選機械量測試及分析實驗。進一步培養學生機械量測試的試驗和分析技能。二、實驗教學方式基于網上資源的測試技術開放性實驗教學。在校園網上有專業的測試技術學習網站：（）。學生可在教學實驗專欄中了解實驗教學要求，學習或下載實驗課教程。下載課外虛擬儀器仿真實驗，自己做。下載電阻應變片的粘貼技術 HYPERLINK l _實驗二_動態應變儀的使用及應變式測力_1 及動態應變儀的使用及應變式測力（驗證性實驗）的實驗指導書，預約后來實驗室完成實驗，查閱所列出的必修和增選項目及要求，按項目要求查訊實驗室現有的全部儀器設備及

3、下載使用說明書等資料，查訊與某實驗項目相關的知識要點，學生自主選擇并設計實驗，在網上與教師或同學討論，網上申報所選擇的實驗項目和提交實驗設計方案，教師修改、批準后學生來實驗室領取儀器設備組成系統完成所選擇或設計的實驗，網上提交實驗報告。三、實驗教學內容及要求（一）虛擬儀器仿真實驗（上網下載）（共6項）1、數字濾波 Bottworth數字濾波器，可選低通、高通、帶通、帶阻，被濾波信號是一寬帶白噪聲。可設置濾波器的階數、信號的采樣頻率、采樣點數、濾波器的低通截止頻率、高通截止頻率。觀察濾波前后波形，濾波器的幅頻及相頻特性。自譜與自相關分析儀 觀察四種典型隨機信號的自功率譜圖與自相關圖。四種隨機信號

4、是：正弦加白噪聲、沖擊響應、隨機初相位正弦、某結構隨機振動。自譜分析時的平均次數可設置。3、互相關分析儀 觀察正弦加白噪聲或階躍加白噪聲的信號，在不同時差下的互相關函數的形態。FFT分析觀察六種典型確定性信號的FFT分析結果。信號樣本點數和初相角可設置。六種典型信號是：正弦波、三角波、方波、鋸齒波、整流波、負指數函數。5、隨機信號分析觀察五種典型隨機信號的時域波形，自相關函數、自功率譜圖、概率密度函數。五種隨機信號是高斯白噪聲、周期寬帶白噪聲、均勻白噪聲、正弦加白噪聲、隨機初相位正弦。統計分析的平均次數可設置6、雙通道動態信號分析儀一白噪聲（A通道）輸入一線性系統，得輸出信號（B通道）。觀察輸

5、入、輸出信號的時域波形，幅值譜圖，自功率譜圖；觀察輸入、輸出的互相關圖，互功率譜圖，凝聚函數圖，觀察系統的脈沖響應函數圖、頻率響應函數圖。平均次數，采樣頻率，子樣本長，時域窗等均可設置。（二）電阻應變片的粘貼技術 HYPERLINK l _實驗二_動態應變儀的使用及應變式測力_1 及動態應變儀的使用及應變式測力實驗指導書（上網下載）。（三）機械量測試及分析（設計性實驗，目前有3個項目）電阻應變片的粘貼技術 HYPERLINK l _實驗二_動態應變儀的使用及應變式測力_1 及動態應變儀的使用及應變式測力（驗證性實驗） HYPERLINK l _實驗一_電阻應變片的粘貼技術 電阻應變片的粘貼技術

6、一、實驗目的1.初步掌握常溫用電阻應變片的粘貼技術。2.為后續電阻應變測量的實驗做好在試件上粘貼應變片、接線、防潮、檢查等準備工作。二、實驗內容 掌握應變片的粘貼方法與技巧。三、實驗方法和步驟1.選片：在確定采用那種類型的應變計后，用肉眼或放大鏡檢查絲柵是否平行，有否霉點、銹點、用數字式萬用表測量各應變片電阻值，選擇電阻值差在土05歐姆內的810枚應變片供粘貼用。2.測點表面的清潔處理：為使應變計與被測試件貼得牢,對測點表面要進行清潔處理。首先把測點表面用砂輪，銼刀或砂紙打磨；使測點表面平整并使表面光潔度達。然后用棉花球蘸丙酮擦洗表面的油污，到棉花球不黑為止。然后用劃針在測片位置處劃出應變計的

7、座標線。打磨好的表面，如暫時不貼片，可涂以凡士林等防止氧化。 如果測量對象為混凝土構件，則須用噴漿方法把表面墊平。然后同樣進行表面打磨清洗等工作。此外，在貼片部位，還得先涂一層隔潮層,可采用環氧樹脂膠或用鋁箔紙，應變計就貼于隔潮底層上。3.貼片：在測點位置和應變計的底基面上，涂上薄薄一層膠水，一手捏住應變片引出線，把應變計軸線對準座標線,上面蓋一層聚乙烯塑料膜作為隔層，用手指在應變計的長度方向滾壓，擠出片下汽泡和多余的膠水，直到應變計與被測物緊密粘合為止。手指保持不動約1分鐘后再放開，注意按住時不要使應變片移動，輕輕掀開薄膜檢查有無氣泡、翹曲、脫膠等現象，否則需重貼。注意粘結劑不要用得過多或過

8、少，過多則膠層太厚影響應變片性能，過少則粘結不牢不能準確傳遞應變。 應變計的保護4.干燥處理：應變計粘貼好后應有足夠的粘結強度以保證與試件共同變形。此外，應變計和試件間應有一定的絕緣度，以保證應變讀數的穩定。為此，在貼好片后就需要進行干燥處理，處理方法可以是自然干燥或人工干燥。如氣溫在20以上，相對濕度在55左右時用502膠水粘貼，采用自然干燥即可。人工干燥可用紅外線燈或電吹風進行加熱干燥，烘烤時應適當控制距離，注意應變計的溫度不得超過其允許的最高工作溫度,以防應變計底基烘焦損壞。5.接線：應變計和應變儀之間用導線連接。需根據環境與試驗的要求選用導線。通常靜應變測定用雙蕊多股平行線。在有強電磁

9、干擾及動應變測量時，需用屏蔽線。焊接導線前，先用萬用電表檢查導線有否斷路，然后在每根導線的兩端貼上同樣的號碼標簽，避免測點多時造成差錯。在應變計引出線下，貼上膠帶紙，以免應變計引出線與被測試件(如被測試件是導電體的話)接觸造成短路。然后把導線與應變計引線焊接在一起，焊接時注意防止假焊。焊完后用萬用電表在導線另一端檢查是否接通。為防止在導線被拉動時應變計引出線被拉壞，可使用接線端子,接線端子相當于接線柱，使用時先用膠水把它粘在應變計引出線前端,然后把應變計引出線及導線分別焊于接線端子的兩端，以保護應變計，如圖30-1所示。6.防潮處理：為避免膠層吸收空氣中的水份而降低絕緣電阻值，應在應變計接好線

10、并且絕緣電阻達到要求后，立即對應變計進行防潮處理。防潮處理應根據試驗的要求和環境采用不同的防潮材料。常用的簡易的防潮劑可用703、704硅膠。四、實驗設備和器材1.常溫用電阻應變片，每小組一包20枚。2.數字式萬用表。3.502粘結劑（氰基丙烯酸酯粘結劑）。4.電烙鐵、鑷子、鐵沙紙等工具。5.懸臂梁，溫度補償塊。6.丙酮、藥棉等清洗器材。7.防潮用硅膠。8.測量導線若干。五.實驗報告1.簡述貼片、接線、檢查等主要實驗步驟。2.畫布線圖和編號圖 HYPERLINK l _實驗二_動態應變儀的使用及應變式測力 動態應變儀的使用及應變式測力一、實驗目的掌握動態應變儀的工作原理和使用方法。掌握電阻應變

11、片在電橋中的接法。掌握在靜載荷下使用應變儀的單點應變測量方法。學會在動載荷下使用應變儀的應變測量分析方法。二、實驗內容以標準重量進行標定。測試已有力傳感器上的重物的重量。要在不同配重下作多次測試和分析。三、實驗原理 LC1004 動態應變儀 為八通道 采用電子自動平衡技術，其主要技術指標處于國際領先水平，配接不同類型的應變片及應變式傳感器，除了測量結構和材料的應變外，還可以測量力、壓力、扭矩、溫度、加速度、速度、位移等多種物理量。橋路零點自動平衡 測試方便快捷；自動修正長電纜測量時引入的誤差。1、測量系統方框圖： 2、橋壓的選擇 LC1004 提供四種橋壓 2、4、6、8V；出廠時予置 4V；

12、通常 橋壓宜低不宜高 供橋電流應小于60mA在應變片長電阻大應變小時 可適當提高橋壓,以提高信噪比。 3、橋盒是連接應變儀與用戶的橋梁，熟悉橋盒的使用至關重要橋盒的接線。橋盒接線圖 A為橋壓正端，C為橋壓負端，B為電橋輸出負端，D為電橋輸出正端，GND接橋盒外殼。焊盤 GND 與屏蔽電纜屏蔽網相連，屏蔽網是否與橋盒外殼連接由一螺釘決定，螺釘擰到焊盤下面的螺柱上，屏蔽網與橋盒外殼相連，不擰螺釘屏蔽網與橋盒外殼斷開，屏蔽網是否與橋盒外殼相連，以引進的干擾最小為準，通常，橋盒與帶電物體絕緣時，可將螺釘擰上。4、應變片與橋盒的各種接線方法圖為 一應變片方式2線系統圖為 二應變片方式2線系統圖為 四應變

13、片方式 在連接成三種接線方式時，必須使用 120 的應變測量片，為防止電磁干擾，特別是50Hz干擾，橋盒與應變片之間的連線要用屏蔽線，并且屏蔽網要做好接地處理。四、實驗儀器設備1.懸臂梁 ，加載砝碼。2.應變片、數字萬用電表、502膠水等貼片材料及在補償塊一個。3. LC1004動態應變儀。五、實驗步驟及內容1. 靜載荷下使用應變儀的單點應變測量方法初調：按圖所示各種接法接成橋路。 a.接好應變片及橋盒、記錄儀器、電源線等， b.出廠前，通道前面板、測量-校準開關(CAL-MEASURING)置正校( CAL+ )，校準值開關置 1000(100)，靈敏度選擇(SENS.SELECTOR)置2

14、，靈敏度微調(SENS.)置大約 5/6 位置，高頻上限(UPPER Hz)置10 KHz，電源前面板AC/DC開關置DC ，2V/20V開關置2V，開啟電源，旋轉通道選擇(CHANNELSELECTOR )波段開關，1-8通道31/2表均指示 1.000V,表示1對應 1mV。c.將校準值撥到預計的測量值，調節靈敏度選擇開關(SENS. SELECTOR)和靈敏度微調(SENS.)，使輸出幅度滿足測量儀器的要求，然后將測量-校準開關(CAL-MEASURING)置測量(MEA)，在試件加載之前，按自動平衡按鈕，(BAL-AUTO)，通道選擇 (CHANNEL SELECTOR)波段開關選擇相

15、應通道，31/2表近似為零。精調：予熱 30分鐘后進行下列調節：a、調節校準調零(CAL ZERO) 使正校/負校(CAL+ CAL-)輸出相等，調節靈敏度微調(SENS.)使校準輸出一滿意電平，例如1對應 1mV。b、校準-測量開關(CAL-MEASURING)置測量(MEA)，調節平衡微調電位器(BAL-VERN)，使 3 1/2 表及記錄儀器為零。注意：如調節平衡微調電位器(BAL-VERN)在某一方向已調到頭，仍不能使 31/2 表及記錄儀器為零，可反方向調節平衡微調電位器(BAL-VERN)5 圈左右，再重按自動平衡按鈕(BAL-AUTO)一次，便可以進行平衡微調調節。測量：a、加載

16、：其間不得再按自動復零按鈕(BAL-AUTO)b、在3 1/2 表上讀數，其值為1000對應1V。c、按加載過程逐步進行，加載-讀數-記錄數據。使用注意事項：a、測量過程中不允許按動自動平衡按鈕，b、使用不同靈敏系數應變片時的修正， 本儀器設計使用的應變片靈敏系數 K=2.000,如果使用其他靈敏系數的應變片,測量值要按下式進行修正: P= 2.000/KP C式中：P為實際的應變值；C為測得的應變值；KP為使用電阻應變片的靈敏系數c、測量時的溫度補償片要貼在離測量片最近無應變的相同材料上，且補償片與測量片要同一材料，同一阻值同一環境溫度，避免陽光暴曬，對地絕緣電阻在 500M 以上。d、盡量

17、縮短應變片與橋盒之間的測試連線，使用同軸電纜做測量導線時，屏蔽層不能作為一條測量導線，而只能做屏蔽保護連到橋盒的接地端，測量導線應遠離干擾源，如變壓器、電機、大型用電設備及動力線等，測量導線在連接時要盡可能采用對稱結構安裝，這樣既有利于電橋平衡又有利于抗干擾，尤其是在長導線測量時更為必要。e、在實際測量中，為了提高被測信號的精度，同時實現溫度補償，常將應變片組合成半橋、全橋使用，這時測量值要進行修正，注意應變式傳感器不用修正。結果的修正： (1) A1和D1兩只應變片組成半橋用于應變測量，測量結果要被 2 除。 P= 1/2C (2) 四只應變片同時用做測量片時組成全橋，測量結果要被 4 除。

18、 P= 1/4C 2. 動載荷下使用應變儀的應變測量分析方法以上進行了靜態下的應變測量方法，當系統在動載下工作時，通常我們需要知道沖擊載荷下的最大沖擊值，此時僅靠應變儀無法得到要求的數據，這里我們使用虛擬儀器進行數據的記錄及分析。a、先靜態測試，將1 kgf的載荷靜止地放在剛架的B點上，讀出測點的應變值。b、用數據線聯接應變儀后部的輸出線與USB數據采集卡的輸入AI0-AI4差端連接。c、編寫labVIEW程序，包括數據采集、實時波形的觀察、低通濾波、最大值的提取、數據的保存等。d、加動載或沖擊載荷，采集數據并保存，提取分析值，驗證受力。剛架的沖擊測量六、實驗報告要求1.討論應變片各種接橋方法

19、，比較其優缺點。2.按實驗步驟完成實驗，并整理各種接法的實驗數據。七、思考題：1、試分析實驗中同一載荷下，半橋聯接相對于單臂和全橋接法的儀器輸出有什么不同? 為什么？2、單臂測量時如試件溫度升高，儀器的輸出（指針）如何變化？說明變化的原因。設計性實驗的工程背景與要求（三項）實驗項目一 回轉機構振動測試及譜分析實驗背景 回轉機械，由于回轉件的不平衡總是伴隨著各種振動。以該回轉機械為一振動系統，系統的輸入（振源）是回轉件不平衡產生的力或力矩，輸出則是回轉機械上各處的振動。工程實際中，我們或需實測該機械在不同工作轉速下的振動強度，或需通過實測和分析振動來獲取輸入和機械結構的一些特性。實驗要求已有一帶

20、偏心盤，可調轉速的回轉機構，選擇合適的傳感器并組建計算機輔助測試系統，實測該回轉機構在不同工作轉速下的振動加速度強度，并通過實測和分析振動來識別機構的回轉件轉速，識別該回轉機構可能有的振動固有頻率。三、相關知識要點回轉機械引起振動的原因，振動信號的性態；振動加速度測量原理，傳感器選擇，傳感器性能指標，振動加速度強度的表述及方法； 采樣頻率及采樣長度的選擇及影響，信號的頻譜分析原理，頻率分辯率； 虛擬儀器及其使用。可提供的實驗設備振動、轉速、噪聲測量實驗臺，加速度傳感器及放大器，USB6009數據采集卡，PC機，虛擬儀器程序及說明。四、可提供的實驗設備振動、轉速、噪聲測量實驗臺，加速度傳感器及放

21、大器，USB6009數據采集卡，PC機，虛擬儀器程序及說明。五、實驗報告要求 1、實驗目的和原理； 2、實驗過程；3、 整理和分析實驗中得到的振動信號的數據，并分析其結果；4、振動測試及譜分析方面的當前科技發展狀況。 實驗項目二 回轉機構噪聲聲級測試及譜分析實驗背景 各種機械，運行中總是伴隨著各種噪聲。工程實際中，我們需實測該機械在不同工作轉速下的噪聲強度，并對其進行譜分析。實驗要求已有一帶偏心盤，可調轉速的回轉機構，選擇合適的傳感器并組建計算機輔助測試系統，實測該回轉機構在不同工作轉速下的噪聲強度（聲壓級），并通過譜分析識別其頻率成份。也可對人發出的聲作同樣的測量分析。三、相關知識要點回轉機

22、械產生噪聲的原因，機械噪聲或人發聲的性態；噪聲測量原理，傳感器選擇，傳感器性能指標，噪聲強度（聲壓）及噪聲高低的表述及方法。 經PC機，用虛擬儀器LabVIEW編程，可用兩種方法來測量和分析聲信號。其一是用傳聲器采集聲信號，經前置放大器放大，經PC機聲卡轉換成數字信號；其二是由聲級計采集聲信號，可經聲級計的AC / DC 信號輸出模擬電量，再經A/D轉換成數字信號。PC機再對獲得的數字信號作各類分析處理。要求用兩種方法完成實驗要求。測試系統的標定，聲級校準器。采樣頻率及采樣長度的選擇及影響，信號的頻譜分析原理，頻率分辯率； 虛擬儀器及其使用。四 可提供的實驗設備振動、轉速、噪聲測量實驗臺，傳聲

23、器，前置放大器，聲級校準器，聲級計，USB6009數據采集卡，PC機，虛擬儀器程序及說明。五、實驗報告要求 1、實驗目的和原理； 2、實驗過程；3、 整理和分析實驗中得到的噪聲信號的數據，并分析其結果；4、噪聲聲級測試及譜分析方面的當前科技發展狀況。六、各種可能的方案（3種，教師備課）（一）傳聲器，前置放大器與PC機聲卡組合（二）傳聲器，前置放大器與USB6009數據采集卡組合（三）聲級計與USB6009數據采集卡組合實驗項目三 懸臂梁一階固有頻率及阻尼系數測試一、實驗背景 各階固有頻率，阻尼，振型是機械結構的主要動態特性之一。工程上常需要用振動測試和分析的方法來識別這些動態特性。本實驗以簡單

24、的懸臂梁為例，使同學們對此有一些初步的認識。實驗要求1.已有一鋼質懸臂梁，選擇合適的傳感器并組建計算機輔助測試系統，識別其一階固有頻率和阻尼系數； 2.識別出的一階固有頻率，和理論計算值對比，分析兩者差異的原因。三、相關知識要點 懸臂梁前三階的振動型態如圖若只按一階振動型振動，其自由端的橫向振動可看成為一單自度振動，其型態也可用控制工程中所述的二階欠阻尼系統來描述（注意：一階振型和二階欠阻尼系統中的兩個“階”是不同的概念）。從懸臂梁系統、自由端處的輸入、自由端處的振動輸出三者關系來看，屬已知（但要測出來）輸入、輸出，識別（分析出）系統的問題。因此可通過頻率特性分析，獲取懸臂梁系統的一些動態特性

25、。頻率特性可用實、虛頻，或幅、相頻，或Nyquist圖表示。從懸臂梁自由端處的振動來看，若自由端施加一初位移或初速度，梁將作衰減振動。在自由端拾取振動，其類同一個二階小阻尼系統在一初位移或初速度下的階躍或脈沖響應過程（見控制工程，二階系統時域響應分析）。自由端拾取的振動（時域響應）也含有該懸臂梁一階固有頻率和阻尼系數的的信息。 以上兩種方法分屬頻域方法和時域方法。輸入可用多種方式，或力，或位移，或需測試，或可不測試；輸出（橫向振動）也可由多種方式測試，送入計算機并作分析。因此可設計出多種實驗和分析方案來完成實驗要求。選取傳感器時請注意其測量原理，性能指標；數據采集時請注意采樣頻率及采樣長度的選擇及對分析結果影響；信號的頻譜分析原理，頻率分辯率；虛擬儀器及其使用。附：懸臂梁固有頻率的理論計算可按下式計算懸臂梁的前三階固有頻率： （rad/s） i =1,2,3 或 （Hz） i=1,2,3 其中：A為等截面懸臂梁的橫截面積，A=截面寬度b *截面高度h；（m）l為等截面懸臂梁的長度（m）；梁的材料密度7.