广工研究生测试技术实验报告

实验题目：《机械转子底座的振动测量和分析》实验报告姓名+学号：实验时间：2016年10月24日实验班级：专硕二班实验教师：邹大鹏副教授成绩评定：_______教师签名：_______机电学院工程测试技术实验室广东工业大学广东工业大学实验报告一、预习报告：（进入实验室之前完成）1.实验目的与要求:实验目的：1．掌握磁电式速度传感器的工作原理、特点和应用。2．掌握振动的测量和数据分析。实验要求：先利用光电式转速传感器测量出电机的转速；然后利用磁电式速度传感器测量机械转子底座在该电机转速下的振动速度；对测量出的振动速度信号进行频谱分析；找出振动信号的主频与电机转速之间的关系。2.初定设计方案:先利用光电式转速传感器测量出电机的转速；然后利用磁电式速度传感器测量机械转子底座在该电机转速下的振动速度；利用获得的数据，使用MATLAB对测量出的振动速度信号进行频谱分析；找出振动信号的主频与电机转速之间的关系。3.实验室提供的仪器设备、元器件和材料本次实验的主要仪器设备有：机械转子系统，光电式转速传感器，磁电式速度传感器，USB数据采集卡，计算机等。磁电式速度传感器简介：OD9200系列振动速度传感器，可用于对轴承座、机壳或结构相对于自由空间的绝对振动测量。其输出电压与振动速度成正比，故又称速度式振动传感器。其输出可以是速度值的大小，也可以是把速度量经过积分转换成位移量信号输出。这种测量可对旋转或往复式机构的综合工况进行评价。OD9200系列速度振动传感器属于惯性式传感器。是利用磁电感应原理把振动信号变换成电信号。它主要由磁路系统、惯性质量、弹簧阻尼等部分组成。在传感器壳体中刚性地固定有磁铁，惯性质量（线圈组件）用弹簧元件悬挂于壳体上。工作时，将传感器安装在机器上，在机器振动时，在传感器工作频率范围内，线圈与磁铁相对运动、切割磁力线，在线圈内产生感应电压，该电压值正比于振动速度值。与二次仪表相配接（如OD9000振动系列仪表），即可显示振动速度或振动位移量的大小。也可以输送到其它二次仪表或交流电压表进行测量。二、实验后确定的实验报告1.实验时确定的设计方案:先利用光电式转速传感器测量出电机的转速；然后利用磁电式速度传感器测量机械转子底座在该电机转速下的振动速度；利用获得的数据，使用MATLAB对测量出的振动速度信号进行频谱分析；找出振动信号的主频与电机转速之间的关系。2.实验步骤、实验结果和数据:1．启动实验程序“机械转子系统的振动测量.exe”;输入个人信息，也可以启动之后通过单击“修改”按钮修改个人信息。2．单击“采样设置”按钮，输入采集卡连接磁电速度传感器的采样通道号，默认为7，批量采样频率（建议设为1KHz）、批量采样点数（建议设为1000）。3．打开转子电机的电源，单击“单点采样”。4．旋转调节旋钮改变转子的转速,观察图形区显示的磁电速度传感器采集到的转子底座振动信号；如果振动信号比较小，可适当提高转子的转速。5．转子转速的测量：(1)单击“采样设置”按钮，输入采集卡连接光电转速传感器的采样通道号(默认为3)、批量采样频率（建议值为10KHz）、批量采样点数（建议值为10000）。(2)单击“批量采样”按钮，开始采样；采样完成之后，采集到的波形信号会显示在图形窗口，系统会自动计算出转子的速度并显示出来。记录下此时的转子的转速（单位：r/s）。(3)再重复步骤(2)测量2次。以三次测量的平均值作为此时转子的转速。6．振动信号的测量和频谱分析：(1)单击“采样设置”按钮，输入采集卡连接磁电速度传感器的采样通道号(默认为7)、批量采样频率（建议设为1KHz）、批量采样点数（建议设为1000）。(2)单击“批量采样”按钮，开始采样；采样完成之后，采集到的波形信号会显示在图形窗口。如果信号不正常，重复点击“批量采样”按钮。(3)单击“保存”按钮，将采集到的光电传感器的信号数据保存为文本文件。文件必须保存到“C:\ExperiData\”目录下。可单击“保存设置”更改文件名。(4)打开刚保存的文本文件，文件前面几行保存了个人信息、采样频率、采样通道、保存的数据个数等信息。文件中共有四列数据，第一列为数据的序号，第二列为光电传感器检测到的信号数据。(5)将文本文件另存为No1.txt，删除文本文件“No1.txt”开头包含有汉字的前7行（有5行汉字，2个空格行）。删掉文件前面几行汉字是为了将数据导入matlab。(6)启动matlab，将“C:\ExperiData\”目录设为matlab的当前工作目录。(7)在matlab的命令窗口中输入experi7并回车，matlab会运行当前目录下experi7.m文件完成振动信号的频谱分析。绘出信号的时域波形、功率谱图，并计算出信号的主频。(8)截屏保存图形。7．对比转子的转速(r/s)与测得的振动信号的主频。8．改变（建议增大）转子的转速，重复步骤5和步骤6，观察振动信号的主频是否会随着转子转速的变化而变化。保存数据时注意更改文件名，不要覆盖掉前面的数据文件。9．将保存的数据文本文件和experi7.m文件拷贝回去，用于实验报告的撰写和实验数据的进一步处理分析；仔细阅读experi7.m，在看懂了experi7.m文件基础上进行修改，对振动信号进行其它的分析处理，如滤波、幅值谱、自相关函数、自功率谱等（课后完成）。(3)单击“保存”按钮，将采集到的光电传感器的信号数据保存为文本文件。文件必须保存到“C:\ExperiData\”目录下。可单击“保存设置”更改文件名。(4)打开刚保存的文本文件，文件前面几行保存了个人信息、采样频率、采样通道、保存的数据个数等信息。文件中共有四列数据，第一列为数据的序号，第二列为光电传感器检测到的信号数据。(5)将文本文件另存为No1.txt，删除文本文件“No1.txt”开头包含有汉字的前7行（有5行汉字，2个空格行）。删掉文件前面几行汉字是为了将数据导入matlab。(6)启动matlab，将“C:\ExperiData\”目录设为matlab的当前工作目录。(7)在matlab的命令窗口中输入experi7并回车，matlab会运行当前目录下experi7.m文件完成振动信号的频谱分析。绘出信号的时域波形、功率谱图，并计算出信号的主频。(8)截屏保存图形。7．对比转子的转速(r/s)与测得的振动信号的主频。8．改变（建议增大）转子的转速，重复步骤5和步骤6，观察振动信号的主频是否会随着转子转速的变化而变化。保存数据时注意更改文件名，不要覆盖掉前面的数据文件。9．将保存的数据文本文件和experi7.m文件拷贝回去，用于实验报告的撰写和实验数据的进一步处理分析；仔细阅读experi7.m，在看懂了experi7.m文件基础上进行修改，对振动信号进行其它的分析处理，如滤波、幅值谱、自相关函数、自功率谱等（课后完成）。10.数据处理和图像分析（1）转子转速为12.3r/s时，波形图、功率谱图和频域图。波形图、功率谱图和频域图1（2）转子转速为16.2r/s时，波形图、功率谱图和频域图。波形图、功率谱图和频域图2（3）转子转速为20.7r/s时，波形图、功率谱图和频域图。波形图、功率谱图和频域图3（4）转子转速为27.2r/s时，波形图、功率谱图和频域图。波形图、功率谱图和频域图4（5）转子转速为32.6r/s时，波形图、功率谱图和频域图。波形图、功率谱图和频域图53.结论（含结果分析）:（1）由时域波形可以看出，随着电机转速的增大，振动频率越来越大；（2）由功率谱图可以看出，随着电机转速的增大，振动信号主频快速增大；（3）由频域图可以看出，振动的最大幅值、相位变化，随着电机转速的增大，基本保持不变。3.问题与讨论:要求:必须提出2个以上与本次实验有关的问题进行讨论。（1）简述利用磁电速度传感器测量转子实验台底座振动的原理。OD9200系列速度振动传感器属于惯性式传感器。是利用磁电感应原理把振动信号变换成电信号。它主要由磁路系统、惯性质量、弹簧阻尼等部分组成。在传感器壳体中刚性地固定有磁铁，惯性质量（线圈组件）用弹簧元件悬挂于壳体上。工作时，将传感器安装在机器上，在机器振动时，在传感器工作频率范围内，线圈与磁铁相对运动、切割磁力线，在线圈内产生感应电压，该电压值正比于振动速度值。（2）常用的振动信号测量方式有那些？（1）机械式测量方法：主要用杠杆放大原理或惯性原理加上杠杆放大原理。（2）电测法：将振动参量（位移、速度、加速度）转换成电信号，经电子系统放大后进行测量记录的方法。（3）光测法：把振动参量转换成光信号，经光学系统放大后，加以测量和记录。直接为震动试验提供振动源的设备是激振设备，包括：振动台和激振器两类；有机械式、电动式、电动液压式、压电式。实验题目：《测试装置动态特性的测量》实验报告姓名+学号：实验时间：2016年10月24日实验班级：专硕二班实验教师：邹大鹏副教授成绩评定：_______教师签名：_______机电学院工程测试技术实验室广东工业大学广东工业大学实验报告一、预习报告：（进入实验室之前完成）1.实验目的与要求:目的：1）．了解差动变压器式位移传感器的工作原理2）．掌握测试装置动态特性的测试3）．掌握m-k-c二阶系统动态特性参数的影响因素要求：1).差动变压器式位移传感器的标定2）．弹簧振子二阶系统的阻尼比和固有频率的测量2.初定设计方案:根据测量出的弹簧振子欠阻尼二阶系统的阶跃响应曲线来求系统的动态特性：固有频率ωn和阻尼比ξ。实验时确定的设计方案:先将质量振子偏离平衡，具有一定的初始位移，然后松开。该二阶系统在初始位移的作用下，产生一定的输出，位移传感器采集到系统的输出并传输给计算机，生成阶跃响应曲线。该输出是由初始状态引起的，可称之为零输入响应，也可看作是由初始位置到零的阶跃响应。(1)求有阻尼固有频率ωdωd=2π/Td（2）求阻尼比ξ利用任意两个超调量M和M可求出其阻尼比，n是该两个峰值相隔的某一整周期数。计算公式为ξ=2222n4nn(3)求无阻尼固有频率ωn计算出有阻尼固有频率ωd，阻尼比ξ之后，根据公式可求出系统的固有频率ωnωd=21d(4)求弹簧的刚度和振子组件的质量振子组件主要由振子、滑杆、振子位置调节器、阻尼片、传感器连接杆等组成。利用已知质量的U型质量块，求出弹簧的刚度K。K=xmg式中，m为U型质量块的质量，Δx为将U型质量块叠放在振子上之后弹簧长度的变化量。求出系统的无阻尼固有频率ωn弹簧刚度K之后，就可以根据公式得出振子组件的质量mz。mz=2nK3.实验室提供的仪器设备、元器件和材料该实验需要的主要仪器设备有：弹簧振子实验台、计算机、采集卡、电源。弹簧振子实验台的原理如图1所示，主要由弹簧k、质量振子m、阻尼器c，传感器、台架、振子位置调节器等组成。阻尼器由阻尼薄片和介质阻尼及传感器铁心运动副组成，更换不同面积的阻尼薄片和介质，可获得不同的阻尼系数。二、实验后确定的实验报告1.实验时确定的设计方案:根据测量出的弹簧振子欠阻尼二阶系统的阶跃响应曲线来求系统的动态特性：固有频率ωn和阻尼比ξ。先将质量振子偏离平衡，具有一定的初始位移，然后松开。该二阶系统在初始位移的作用下，产生一定的输出，位移传感器采集到系统的输出并传输给计算机，生成阶跃响应曲线。该输出是由初始状态引起的，可称之为零输入响应，也可看作是由初始位置到零的阶跃响应。(1)求有阻尼固有频率ωdωd=2π/Td（2）求阻尼比ξ利用任意两个超调量M和M可求出其阻尼比，n是该两个峰值相隔的某一整周期数。计算公式为ξ=2222n4nn(3)求无阻尼固有频率ωn计算出有阻尼固有频率ωd，阻尼比ξ之后，根据公式可求出系统的固有频率ωnωd=21d(5)求弹簧的刚度和振子组件的质量振子组件主要由振子、滑杆、振子位置调节器、阻尼片、传感器连接杆等组成。利用已知质量的U型质量块，求出弹簧的刚度K。K=xmg式中，m为U型质量块的质量，Δx为将U型质量块叠放在振子上之后弹簧长度的变化量。求出系统的无阻尼固有频率ωn弹簧刚度K之