指導(dǎo)書-測試技術(shù)實(shí)驗(yàn)

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1、測試技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)說明書北京航空航天大學(xué)機(jī)械學(xué)院機(jī)械制造實(shí)驗(yàn)室13實(shí)驗(yàn)一光柵傳感器測位移實(shí)驗(yàn)１）.實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?了解光柵傳感器的基本結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)、工作原理。２.掌握光柵傳感器測量位移的原理及方法。２）．實(shí)驗(yàn)原理　　光柵位移傳感器由光源、聚光燈、標(biāo)尺光柵、指示光柵和光電元件組成。光源發(fā)出的光線經(jīng)過透鏡照射在光柵上，再通過光柵照射在光電元件上，把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。光柵測量位移的工作原理是基于莫爾條紋現(xiàn)象。兩塊柵距w相同，黑白寬度相同的長光柵，當(dāng)它們的刻線面彼此平行互相靠近，且沿刻線方向保持成一個(gè)很小的夾角θ時(shí)，由于遮光效應(yīng)或光的衍射作用，在a-a線上，兩塊光柵的黑色刻線相交，透光縫隙相重，因此形成一條

2、亮帶。在b-b線上，一塊光柵上的黑色刻線正好將另一塊光柵的透光部分擋住，形成一條暗帶。這些明暗相間的條紋就是所謂的莫爾條紋。當(dāng)光柵透過的光線越多，光電元件的輸出越大，當(dāng)光柵透過的光線越少，輸出信號(hào)與位移間的關(guān)系可近似的用正弦函數(shù)表示。即：V=Vo+VmSin(2πx/w)式中：V--光電元件輸出的電壓信號(hào)；Vo--輸出信號(hào)中的平均直流分量；Vm--輸出正弦信號(hào)的幅值；W--柵距。X--兩光柵間的瞬時(shí)相對(duì)位移量。由上式可見，光電元件的輸出電壓的大小反映了光柵瞬時(shí)位移量的大小，從而實(shí)現(xiàn)了位移量向電量的轉(zhuǎn)換。在實(shí)際應(yīng)用中，被測物體的移動(dòng)方向是經(jīng)常改變的，而莫爾條紋的明暗變化只與位移有關(guān)，而與位移方向

3、無關(guān)，為了辨別位移的方向必須增加一個(gè)觀測點(diǎn)，然后根據(jù)兩個(gè)觀測點(diǎn)輸出信號(hào)U1、U2間的相位關(guān)系來定位移的方向。當(dāng)光柵正向運(yùn)動(dòng)時(shí)，U1超前U290度，當(dāng)光柵反向運(yùn)動(dòng)時(shí)，U2超前U190度，利用這一特點(diǎn)，便可構(gòu)成簡單的辨向電路。通常采用的是“四倍頻辨向電路”。所謂四倍頻電路是一種位置細(xì)分法，就是使正弦信號(hào)在0度、90度、180度、270度都有脈沖輸出，可使測量精度提高四倍。將辨向電路輸出信號(hào)（Y1、Y2）送到加、減計(jì)數(shù)電路進(jìn)行記數(shù)，再通過譯碼驅(qū)動(dòng)電路，將位移量顯示出來。本實(shí)驗(yàn)所采用的光柵柵距為0.02毫米，即每毫米為50對(duì)線，經(jīng)四倍頻后，每移動(dòng)一毫米則應(yīng)顯示200。３）.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容　　１＞實(shí)驗(yàn)裝置13

4、　　２＞實(shí)驗(yàn)步驟1.熟悉四倍頻辯向電路圖，熟悉74LS04、74LS00、74LS54四件的功能，按照線路圖插接線路板。2.檢查無誤后，再通過實(shí)驗(yàn)，同時(shí)用示波器觀察各點(diǎn)的波形，并將辯向、四倍頻波形描繪下來。3.與光柵傳感器聯(lián)調(diào)，測試板首先清零顯示為00000，移動(dòng)動(dòng)尺前進(jìn)100mm，觀察記數(shù)顯示結(jié)果并記錄下來，然后動(dòng)尺后退到原點(diǎn)，觀察記錄顯示結(jié)果并記錄下來。４）.實(shí)驗(yàn)報(bào)告13實(shí)驗(yàn)二.微機(jī)在測量信號(hào)中的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)１）實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^實(shí)驗(yàn)使同學(xué)了解在PC機(jī)為主機(jī)的系統(tǒng)中，如何實(shí)現(xiàn)由加速度傳感器感受到振動(dòng)信號(hào)，經(jīng)過放大和轉(zhuǎn)換后送微機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集及測量信號(hào)的分析和處理的方法。２）實(shí)驗(yàn)原理　實(shí)驗(yàn)信號(hào)源是由懸臂

5、梁產(chǎn)生的振動(dòng)信號(hào)，經(jīng)加速度傳感器拾取后，將振動(dòng)物體產(chǎn)生機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能，當(dāng)加速度傳感器感受振動(dòng)信號(hào)時(shí)，在其輸出端產(chǎn)生一個(gè)與加速度傳感器感受到的振動(dòng)信號(hào)的加速度成正比的電荷量送到電荷放大器，電荷放大器能夠接受到電荷量經(jīng)過放大轉(zhuǎn)變成標(biāo)準(zhǔn)的電壓信號(hào)。經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換卡（AC1820）變成數(shù)字信號(hào)，送入計(jì)算機(jī)，就可進(jìn)行信號(hào)分析及處理。13●AC1820可提供16路單端輸入12位AD轉(zhuǎn)換，AD轉(zhuǎn)換速度最快為800KHZ支持1-16的波形信號(hào)的采集。AC1820板上帶有128K字RAM。AC1820適合：中告訴信號(hào)，波形采集及紀(jì)錄等應(yīng)用場合?！馎D啟動(dòng)方式：軟件，外部觸發(fā)（實(shí)驗(yàn)中采用軟件觸發(fā)）●板上時(shí)鐘：4

6、MHZ基準(zhǔn)，16位分辨率，程控轉(zhuǎn)換速度800KHZ-16毫秒●采樣長度：16-512KAD數(shù)據(jù)讀入采用16位ISA總線，16位操作AD轉(zhuǎn)換完畢后，AC1820會(huì)發(fā)出一個(gè)轉(zhuǎn)換完畢的信號(hào)，計(jì)算機(jī)接收到此信號(hào)后，立將存儲(chǔ)在AC1820上的RAM中的信號(hào)讀入到計(jì)算機(jī)中，從而完成了數(shù)據(jù)的采集。接下來要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。這里我們要用到軟件“多路信號(hào)分析及處理系統(tǒng)軟件”，做數(shù)字濾波、FFT運(yùn)算、幅值譜，相頻譜，自相關(guān)分析、自功率譜分析，如果是多路信號(hào)還可進(jìn)行互相關(guān)分析，互功率譜分析。３）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)步驟：1.將加速度傳感器按照框圖所示固定在鋼板尺做的懸臂梁上，另一端連接電荷放大器，電荷放大器的輸出端連接

7、到并行接口板上的輸出端，一切準(zhǔn)備完畢后給電荷放大器通電。2.開啟計(jì)算機(jī)，運(yùn)行信號(hào)采集分析及處理系統(tǒng)，選擇菜單信號(hào)采集，出現(xiàn)對(duì)話框后，輸入采集通道、采集點(diǎn)數(shù)、采集頻率。用手扳動(dòng)鋼板尺的同時(shí)，按回車鍵，一次數(shù)據(jù)采集過程結(jié)束。3.經(jīng)過濾波、FFT運(yùn)算，顯示頻率域的幅頻、相頻波形。4.經(jīng)過自相關(guān)函數(shù)運(yùn)算、顯示自相關(guān)波形。5.經(jīng)過自功率譜函數(shù)運(yùn)算，顯示自功率譜波形改變測試點(diǎn)位置，重復(fù)1-5步驟。４）實(shí)驗(yàn)報(bào)告