测试技术基础实验报告
2017年06月8日
实验一光栅传感器测位移实验
1、四倍频辨向电路的工作原理
四倍频电路是一种位置细分法，就是使正弦信号在0度、90度、180度、270度都有脉冲输出，可使测量精度提高四倍。
光栅传感器输出两路相位相差为90的方波信号A和B.如图l所示，用A，B 两相信号的脉冲数表示光栅走过的位移量，标志光栅分正向与反向移动．四倍频后的信号，经计数器计数后转化为相对位置.计数过程一般有两种实现方法：一是由微处理器内部定时计数器实现计数；二是由可逆计数器实现对正反向脉冲的计数．
①当光栅正向移动时，光栅输出的A相信号的相位超前B相90，则在一个周期内，两相信号共有4次相对变化：00→10→11→01→00．这样,如果每发生一次变化，可逆计数器便实现一次加计数,一个周期内共可实现4次加计数，从而实现正转状态的四倍频计数．
②当光栅反向移动时，光栅输出的A相信号的相位滞后于B相信号90，则一个周期内两相信号也有4次相对变化：00→01→11→10→00．同理，如果每发生一次变化，可逆计数器便实现一次减计数，在一个周期内，共可实现4次减计数，就实现了反转。
2、四倍频辨向电路波形图
实验二：电容式、涡流式传感器的特性及应用实验
一变面积传感器实验原理及电路
实验电路框图如图2所示。
电容的变化通过电容转换电路转换成电压信号，经过差动放大器后，用数字电压表显示出来。
图2 电容式传感器实验电路框图
图3 电容转换电路原理图
图4 二极管环形电桥原理图
1、根据表1实测数据，画出输入/输出特性曲线Uo=f（X)，并且计算灵敏度和
非线性误差。
表1-1变面积电容传感器实测数据记录表
输入/输出特性曲线
由表一数据及所绘制的X-Uo曲线可得电容传感器的系统灵敏度即曲线的斜率；曲线拟合直线方程为Uo=0.0698 X+0.0012
灵敏度计算公式为S=ΔUo/ΔX=-0.0698v/mm
由所得X-Uo函数表达式及所测的实验数据用excel计算出各点误差如表1-2所示，可得输出V的最大误差ΔU=0.01613v.
非线性误差δ=最大误差ΔV/满量程输出FSu=0.081%
表1-2电容传感器位移与输出电压值及各点误差值
二差动式电容传感器实验原理及电路
实验电路图如图5所示。
与变面积式电容实验不同之处在于，该实验接入电容转换电路的两个电容为可变电容，当电容传感器的动极上下移动时，两个电容器的电容量都发生变化，但方向相反，这样就构成了差动式的电容传感器。
图5 差动电容式传感器实验电路框图
根据表2实测数据，画出输入/输出特性曲线Uo=f（X)，并且计算灵敏度和非线性误差。
表2-1变差动电容传感器实测数据记录表
输入/输出特性曲线
率；曲线拟合直线方程为Uo=0.1385X-0.0029
灵敏度计算公式为S=ΔUo/ΔX=0.1385v/mm
由所得X-Uo函数表达式及所测的实验数据用excel计算出各点误差如表2-2所示，可得输出V的最大误差ΔU=0.02915v.
非线性误差δ=最大误差ΔV/满量程输出FSu=0.146%
表2-2电容传感器位移与输出电压值及各点误差值
通过高频电流的线圈产生磁场，当有导电体接近时，因导电体涡流效应产生涡流损耗，引起线圈的电感发生变化。
而涡流损耗与导电体离线圈的距离有关，因此可以进行位移测量。
实验电路如图6所示。
采用电容式三点式振荡器，用于产生高频电流，电流的大小与电感L2（及涡流传感器线圈）的大小有关，滤波后输出直流信号。
根据表3、表4和表5数据，分别画出涡流式传感器的输入/输出特性曲线Uo=f （X)，并求出拟合曲线的方程。
表3 涡流式传感器被测体为铁片时的实测数据记录
绘制曲线时，应去掉前5个点。
涡流式传感器的输入/输出特性曲线（铁片）
拟合曲线方程：
Uo=f（x）=2.7561x-22.024
表4 涡流式传感器被测体为铝片时的实测数据记录
涡流式传感器的输入/输出特性曲线（铝片）
拟合曲线方程：
Uo=f（x）=0.3458x+7.8718
表5 涡流式传感器被测体为铜片时的实测数据记录
涡流式传感器的输入/输出特性曲线（铜片）
拟合曲线方程：
Uo=f（x）=0.0936x+10.568
思考题
1. 比较差动式和变面积式电容传感器的优劣。
差动式电容传感器灵敏度比普通变面积式电容传感器高1倍，对于外界干扰，电磁吸引力、静电引力等有一定补偿作用。
2. 涡流式传感器的量程与那些因素有关？
涡流式传感器量程与金属导体材料的电阻率，线圈匝数以及线圈与金属块距离X 等有关。
3. 转速测试中，输出频率与转速的对应关系，如何提高测试精度？
f=n*p f为频率 n 为转速 p为磁极数
增大磁极分布圆周的半径，适当增加磁极数可以提高测试精度。
实验三.切削力测量实验
1、实验目的
1）通过实验验证应力测量原理与具体实施方法。
2）通过实验初步掌握力的应变测试技术。
2、实验设备
1）SDC系列测力仪一台
2）YD-1121/4四通道应变仪一台
3）A/D卡（已置于微机内）一块
4）微机及相关配置一套
3、实验数据与图形
1).标定实验中，通过对X、Y、Z轴进行分别标定，得到如下标定系数：X=23.7208；Y=-24.7854；Z=100.5477.具体如图（1）所示。
注：挂载砝码为1KG。
图（1）各轴标定实验截图
X轴
Y轴
Z轴
2.实验相关图形截图如图（2）（3）所示。
图（2）实验数据回放波形截图
实验四：微机在测量信号中的应用实验
1、实验目的
通过实验使同学了解在PC机为主机的系统中，如何实现由加速度传感器感受到振动信号，经过放大和转换后送微机进行数据采集及测量信号的分析和处理的方法。
2、实验设备
1).测力仪一台；
2.)计算机一台；
3.)加速度传感器1个；
4.)AD转换器1台。
由资料知：悬臂梁的各阶固有频率计算公式如下：
n
f=-----------------①
其中：本实验所用钢板尺尺寸为：b=26.3mm；h=1.0mm。
故有：A=b*h=26.3*1=26.3mm2
I0=bℎ3
12=26.3∗13
12
=2.1917mm4
本钢板尺材料33
7.810/,E196
kg m GPa
ρ=⨯=。
将相关数据均代入上式①即可求得各尺寸下的固有频率的准确值。
如上表所示。
4、波形图
本实验相关波形图截图如下所示：
1）.时域图：
2）.幅域图（幅值谱与相频谱）：
3.）自相关图：。