测试技术与信号分析实验指导书 廣束2黄大擎 《测试技术与信号分析》 实验指导书 肖体兵邹大鹏 机电工程学院 二0二0年修订
测试技术与信号分析实验指导书 《测试技术与信号分析》 实验指导书 肖体兵 邹大鹏 机电工程学院 二０二０年修订
《测试技术与信号分析》课程实验要求 实验班级：机电专硕研究生班级 实验时间和地点： 实验一号楼405。时间参照具体通知。 1、工程测试技术实验顺序分别是：参看实验指导书。 第一次：实验一故障诊断-机械转子底座的振动测量和分析： (综合实验：基于光电传感器的转速测量实验： 集成实验：基于弹簧阵子的二阶系统动态特性测量实验) 第二次：实验二基于Labview的虚拟仪器技术测试系统实验： (综合实验：基于弹簧阵子的二阶系统测量采集实验) 2、实验要求与注意事项： ●提前5分钟到实验室。 ●来实验室前一定要预先熟悉实验指导书和实验方案。 ●实验分组（按照点名册序号顺序进行分组，共分10组）。 ●实验报告要求：按照《测试技术与信号分析实验报告》电子文档填写打印，一组组 员完成手动签名上交。 ●每组一份实验报告（实验报告双面打印）：组内人员要排出名次，名次按照实验分工和 写报告时的讨论的贡献排出，可以给出贡献百分比，是给出一个组内成绩分布的依据。 按照指导书要求做好实验，并完成好实验报告。 ●上交实验指导书时间另行通知。 4、参考书籍 ●《测试技术与信号分析》实验指导书，主编：肖体兵，邹大鹏。 ●《工程测试技术基础》，主编：张春华，肖体兵，李迪
《测试技术与信号分析》课程实验要求 实验班级：机电专硕研究生班级 实验时间和地点： 实验一号楼 405。时间参照具体通知。 1、工程测试技术实验顺序分别是：参看实验指导书。 第一次：实验一 故障诊断-机械转子底座的振动测量和分析； （综合实验：基于光电传感器的转速测量实验； 集成实验：基于弹簧阵子的二阶系统动态特性测量实验） 第二次：实验二 基于 Labview 的虚拟仪器技术测试系统实验； （综合实验：基于弹簧阵子的二阶系统测量采集实验） 2、实验要求与注意事项： 提前 5 分钟到实验室。 来实验室前一定要预先熟悉实验指导书和实验方案。 实验分组(按照点名册序号顺序进行分组，共分 10 组)。 实验报告要求：按照《测试技术与信号分析实验报告》电子文档填写打印， 一组组 员完成手动签名上交。 每组一份实验报告(实验报告双面打印)；组内人员要排出名次，名次按照实验分工和 写报告时的讨论的贡献排出，可以给出贡献百分比，是给出一个组内成绩分布的依据。 按照指导书要求做好实验，并完成好实验报告。 上交实验指导书时间另行通知。 4、参考书籍 《测试技术与信号分析》实验指导书，主编：肖体兵，邹大鹏。 《工程测试技术基础》，主编：张春华，肖体兵，李迪
测试技术与信号分析实验指导书 实验一 故障诊断-机械转子底座的振动测量和分析 (综合实验：基于光电传感器的转速测量实验) 实验项目性质：综合 所属课程名称：测试技术与信号分析 实验计划学时：4 一.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，应用于故障诊断的测量分析方法。 3.掌握光电传感器的测量原理。 4.基于两种传感器进行转速测量对比。 二.实验内容和要求 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。 三.光电测量转速 1、本试验需要的主要仪器设备有：机械转子系统，计算机，采集卡，磁电式传感器， 光电式传感器，实验软件。 2、机械转子系统：机械转子系统是模拟工业生产常见的转动机构如机床等设计而成， 其组成如图1所示。 接线盒 机械转子关验合 广东工业大学机吧你联合研两 Q深圳市德普施科技有限公司 热电偶温 光电转速磁电式加速 直流电机调速器 度传感器 传感器 度传感器 图1机械转子实验系统
测试技术与信号分析实验指导书 实验一 故障诊断-机械转子底座的振动测量和分析 （综合实验：基于光电传感器的转速测量实验） 实验项目性质：综合 所属课程名称：测试技术与信号分析 实验计划学时：4 一．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，应用于故障诊断的测量分析方法。 3. 掌握光电传感器的测量原理。 4. 基于两种传感器进行转速测量对比。 二．实验内容和要求 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。 三．光电测量转速 1、本试验需要的主要仪器设备有：机械转子系统，计算机，采集卡，磁电式传感器， 光电式传感器，实验软件。 2、机械转子系统：机械转子系统是模拟工业生产常见的转动机构如机床等设计而成， 其组成如图 1 所示。 接线盒 光电转速 直流电机 调速器 传感器 磁电式加速 度传感器 热电偶温 度传感器 图 1 机械转子实验系统
测试技术与信号分析实验指导书 3.光电转速传感器及转速测量原理 机械转子系统中的光电转速传感器属于反射式光电传感器，其转速测量系统的工作原理如 图2所示。主要由被测旋转部件、反光片（或反光贴纸）、反射式光电传感器组成，在可以进 行精确定位的情况下，在被测部件上对称安装多个反光片或反光贴纸会取得较好的测量效果。 在本实验中，由于测试距离近且测试要求不高，仅在被测部件上只安装了一片反光贴纸，因 此，当旋转部件上的反光贴纸通过光电传感器前时，光电传感器的输出就会跳变一次。通过 测出这个跳变频率f,就可知道转速n,n=f。如果在被测部件上对称安装m个反光片或反 光贴纸，那么，n=f/m。 旋转部件 反光片/反光粘纸 反射式光电传感器 图2光电传感器的转速测量原理 四.光电测量实验方法和步骤 1.说明 单点采样：利用定时器，每10ms采集一个数据点： 批量采样：按照设定的批量采样频率一次采集一批数据： 批量采样频率：设定批量采集的频率，单位为Hz,表示1s内采集的数据个数：采集光 电传感器的输出电压和转子转速比较低时，频率可以低一点：采集磁电传 感器的输出电压和转子转速比较高时，频率应该高一点。 采样通道：设定采样的通道，采集卡有16个通道，但是接线板上只用了前面的1-10个 通道。 批量采样点数：设定批量采样的数据个数。 2.实验步骤 1)启动实验程序转子转速和齿轮齿数测量.x”；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)观察转子转动时光电和磁电传感器的输出电压的变化规律，理解实验原理。 a.单击“采样设置”按钮，输入采集卡连接光电传感器的采样通道号； b.单击“单点采样”，然后用手转动转子的转轴，观察光电传感器转过反光纸时输出电压 的变化规律：观察转子旋转一圈时，光电传感器电压变化的次数与反光纸片数的关系。 ℃.单击“采样设置”按钮，输入采集卡连接磁电传感器的采样通道号： b.单击“单点采样”，然后用手转动转子的转轴，观察磁电传感器转过齿轮的齿顶和齿谷 时输出电压的变化规律：观察转子旋转一圈时，磁电传感器电压变化的次数与齿轮齿 数的关系
测试技术与信号分析实验指导书 3．光电转速传感器及转速测量原理 机械转子系统中的光电转速传感器属于反射式光电传感器，其转速测量系统的工作原理如 图 2 所示。主要由被测旋转部件、反光片（或反光贴纸）、反射式光电传感器组成，在可以进 行精确定位的情况下，在被测部件上对称安装多个反光片或反光贴纸会取得较好的测量效果。 在本实验中，由于测试距离近且测试要求不高，仅在被测部件上只安装了一片反光贴纸，因 此，当旋转部件上的反光贴纸通过光电传感器前时，光电传感器的输出就会跳变一次。通过 测出这个跳变频率 f，就可知道转速 n，n f 。如果在被测部件上对称安装 m 个反光片或反 光贴纸，那么， 。 n f / m 图 2 光电传感器的转速测量原理 四．光电测量实验方法和步骤 1.说明 单点采样：利用定时器，每 10ms 采集一个数据点； 批量采样：按照设定的批量采样频率一次采集一批数据； 批量采样频率: 设定批量采集的频率，单位为 Hz，表示 1s 内采集的数据个数；采集光 电传感器的输出电压和转子转速比较低时，频率可以低一点；采集磁电传 感器的输出电压和转子转速比较高时，频率应该高一点。 采样通道: 设定采样的通道，采集卡有 16 个通道，但是接线板上只用了前面的 1-10 个 通道。 批量采样点数:设定批量采样的数据个数。 2. 实验步骤 1）启动实验程序“转子转速和齿轮齿数测量.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）观察转子转动时光电和磁电传感器的输出电压的变化规律，理解实验原理。 a. 单击“采样设置”按钮，输入采集卡连接光电传感器的采样通道号； b. 单击“单点采样”，然后用手转动转子的转轴，观察光电传感器转过反光纸时输出电压 的变化规律；观察转子旋转一圈时，光电传感器电压变化的次数与反光纸片数的关系。 c. 单击“采样设置”按钮，输入采集卡连接磁电传感器的采样通道号； b. 单击“单点采样”，然后用手转动转子的转轴，观察磁电传感器转过齿轮的齿顶和齿谷 时输出电压的变化规律；观察转子旋转一圈时，磁电传感器电压变化的次数与齿轮齿 数的关系
测试技术与信号分析实验指导书 d.通过上述观察，理解本实验的原理。 3)打开转子电机的电源，旋转调节旋钮改变转子的转速，先调为低速。 4)转子的转速和齿轮齿数的测量 (1)单击“采样设置”按钮，输入采集卡连接光电传感器的采样通道号、批量采样频率、 批量采样点数。 (2)单击“批量采样按钮，完成采样： (3)观察采集到的光电传感器输出电压的曲线是否正常，如果不正常（如存在异常跳变、 数据个数过少)，则重新采集一次。 (4)单击“保存”按钮，将采集到的光电传感器的电压数据保存为文本文件。单击“保存设 置”改变保存的目录和文件名。文件默认保存到C:ExperiData”目录下。 (⑤)根据保存在文本文件中数据，计算出转子的转速（课后完成）。 (6)重复测量5次，注意更改文件名。取5次测量的平均值作为测量结果（课后完成）。 (⑦)单击“采样设置”按钮，输入采集卡连接磁电传感器的采样通道号、批量采样频率、 批量采样点数。 (8)单击“批量采样”按钮，完成采样： (9)观察采集到的磁电传感器输出电压的曲线是否正常，如果不正常（如存在异常跳变、 数据个数过少)，则重新采集一次。 (10)单击“保存”按钮，将采集到的磁电传感器的电压数据保存为文本文件。单击“保存 设置”改变保存的目录和文件名。文件默认保存到C:ExperiData”目录下。注意更改 文件名。 (11)根据保存在文本文件中数据和测量出来转子的转速，计算出齿轮的齿数： (12)重复测量5次，取5次测量的平均值作为测量结果（课后完成）。 5)旋转调节旋钮改变转子的转速，先调为中速，重复步骤4)。 6)旋转调节旋钮改变转子的转速，先调为高速，重复步骤4)。 3.数据的处理（课后完成，建议利用matlab完成） 1)启动matlab 2)转子转速n的计算 (1)打开保存有光电转速传感器输出电压数据的文本文件，如打开文件“3104000402张 三Nol.txt,将该文件另存为Nol.txt”后，选中并删除文本文件Nol.txt”开头包含 有汉字的前7行（有5行汉字，2个空格行）。删除了开头几行汉字的No1.txt文本 文件的开头如图2所示。 (2)将文本文件Nol.txt复制到matlab的当前工作目录下或将Nol.txt所在的文件夹设为 matlab的当前工作目录。 (3)在matlab的命令窗口中输入1 load Nol.txt”。 通过上述命令将文本文件Nol.txt”中的数据导入matlab的工作空间，生成一个名 为No1的多行4列的数组，可利用whos命令查看，如图3所示。 (4)绘制电压曲线 DNnl,tx对-记事本 日回☒ C:'ExperData 文件调城)格式)查看)帮动回 Commind Widow 团☒ +9.日自00 +1.3006 11813 +9.0000 41.8●00 11018 Using Toolbox Fath Cache,Type "help toolbor path cache" 11018 +9.0080 41.000 1101g Te get starte4,s1et"WATh姐Halr”fron th=1pn*nu 6 +9.0100 11010 118 +9.0明00 +1.0000 1110 》ho Bytes Class 1012 181018 +9.008 +1.090 101010 5●181924 262144 double wrray Grand total is 32768 elenents using 262144 bytes 图2 图3 横坐标为时间，根据数组No1中第1列和采样频率来计算。利用No1(,1)提取数
测试技术与信号分析实验指导书 d. 通过上述观察，理解本实验的原理。 3）打开转子电机的电源，旋转调节旋钮改变转子的转速，先调为低速。 4) 转子的转速和齿轮齿数的测量 (1)单击“采样设置”按钮，输入采集卡连接光电传感器的采样通道号、批量采样频率、 批量采样点数。 (2)单击“批量采样”按钮，完成采样； (3)观察采集到的光电传感器输出电压的曲线是否正常，如果不正常(如存在异常跳变、 数据个数过少)，则重新采集一次。 (4)单击“保存”按钮，将采集到的光电传感器的电压数据保存为文本文件。单击“保存设 置”改变保存的目录和文件名。文件默认保存到“C:\ExperiData\”目录下。 (5)根据保存在文本文件中数据，计算出转子的转速（课后完成）。 (6)重复测量 5 次，注意更改文件名。取 5 次测量的平均值作为测量结果（课后完成）。 (7)单击“采样设置”按钮，输入采集卡连接磁电传感器的采样通道号、批量采样频率、 批量采样点数。 (8)单击“批量采样”按钮，完成采样； (9)观察采集到的磁电传感器输出电压的曲线是否正常，如果不正常(如存在异常跳变、 数据个数过少)，则重新采集一次。 (10)单击“保存”按钮，将采集到的磁电传感器的电压数据保存为文本文件。单击“保存 设置”改变保存的目录和文件名。文件默认保存到“C:\ExperiData\”目录下。注意更改 文件名。 (11) 根据保存在文本文件中数据和测量出来转子的转速，计算出齿轮的齿数； (12) 重复测量 5 次，取 5 次测量的平均值作为测量结果（课后完成）。 5）旋转调节旋钮改变转子的转速，先调为中速，重复步骤 4）。 6）旋转调节旋钮改变转子的转速，先调为高速，重复步骤 4）。 3. 数据的处理（课后完成，建议利用 matlab 完成） 1) 启动 matlab 2) 转子转速 n 的计算 (1) 打开保存有光电转速传感器输出电压数据的文本文件，如打开文件“3104000402_张 三_No1.txt”, 将该文件另存为“No1.txt”后，选中并删除文本文件“No1.txt” 开头包含 有汉字的前 7 行（有 5 行汉字，2 个空格行）。删除了开头几行汉字的“No1.txt”文本 文件的开头如图 2 所示。 (2) 将文本文件 No1.txt 复制到 matlab 的当前工作目录下或将 No1.txt 所在的文件夹设为 matlab 的当前工作目录。 (3) 在 matlab 的命令窗口中输入“load No1.txt”。 通过上述命令将文本文件“No1.txt”中的数据导入 matlab 的工作空间，生成一个名 为 No1 的多行 4 列的数组，可利用 whos 命令查看，如图 3 所示。 (4) 绘制电压曲线 横坐标为时间，根据数组 No1 中第 1 列和采样频率来计算。利用 No1(:,1)提取数 图 2 图 3