测试技术与信号分析实验指导书 组中的第4列全部数据，利用No1(1:2,1)提取数组中的第4列中的第11-2行数据。由 于第1列保存的是采样数据的序号，因此时间应该是序号与采样间隔(=1f采样频率)， 单位为秒(s)。 纵坐标为电压，是数组No1中的第2列。利用No1(,2)提取数组中的第2列。 如果采样频率戶10000（即10KHz),则在命令窗口输入： plot(No1(1:8192,1)*(1/10000),No1(1:8192,2) plot命令会得到一个后缀为.fg的图形文件，显示为电压曲线。对fig图形文件的处 理参见实验“典型信号的合成与分解”的相关内容。主要是将背景改为白色及改变纵坐标的 显示范围。如图4所示。 10 9 6 5 3 2 0 0.10.20.30.40.50.60.70.80.9 图4光电传感器的输出波形 (⑤)根据电压曲线，计算转子的转速 如果转子上粘贴的反光纸的片数为2，则电压每2次跳变所经历的时间为一个周期 T,即转子转一圈所需要的时间，则转子的转速n=60T(单位，r/min)。 由图4可看出，=T,2=2T,=3T。建议利用多个周期的时间来计算，可均化误 差。因此，图4所示的曲线，最好利用3来求周期T,即T=/3。 直接根据图4的横坐标来求取3，误差比较大。建议利用文本文件No1.txt中第一列 数据中保存的采样数据序号ⅰ和采样频率来求取。 43=(62-)×(11f) 2—右跳变时的采样数据序号； —t左跳变时的采样数据序号： 五、振动速度测量实验主要仪器设备和材料 1.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，磁电式振动速度传感 器，USB数据采集卡，计算机等。 2.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
测试技术与信号分析实验指导书 组中的第 4 列全部数据，利用 No1(l1:l2,1)提取数组中的第 4 列中的第 l1-l2 行数据。由 于第 1 列保存的是采样数据的序号，因此时间应该是序号与采样间隔（=1/f 采样频率）， 单位为秒（s）。 纵坐标为电压，是数组 No1 中的第 2 列。利用 No1(:,2)提取数组中的第 2 列。 如果采样频率 f=10000（即 10KHz），则在命令窗口输入： plot(No1(1:8192,1)*(1/10000),No1(1:8192,2)) plot 命令会得到一个后缀为.fig 的图形文件，显示为电压曲线。对 fig 图形文件的处 理参见实验“典型信号的合成与分解”的相关内容。主要是将背景改为白色及改变纵坐标的 显示范围。如图 4 所示。 t3=3T t2=2T t1=T 图 4 光电传感器的输出波形 (5) 根据电压曲线，计算转子的转速 如果转子上粘贴的反光纸的片数为 2，则电压每 2 次跳变所经历的时间为一个周期 T，即转子转一圈所需要的时间，则转子的转速 n=60/T (单位，r/min)。 由图 4 可看出，t1=T，t2=2T，t3=3T。建议利用多个周期的时间来计算，可均化误 差。因此，图 4 所示的曲线，最好利用 t3 来求周期 T，即 T=t3/3。 直接根据图 4 的横坐标来求取 t3,误差比较大。建议利用文本文件 No1.txt 中第一列 数据中保存的采样数据序号 i 和采样频率 f 来求取。 3 21 t ii f ( ) (1/ ) i 2——t3 右跳变时的采样数据序号； i 1——t3 左跳变时的采样数据序号； 五、振动速度测量实验主要仪器设备和材料 1. 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，磁电式振动速度传感 器，USB 数据采集卡，计算机等。 2. 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
测试技术与信号分析实验指导书 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。 六.振动速度测量实验步骤 1.启动实验程序“机械转子系统的振动测量.xe”；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，批量采样频率 (建议设为10KHz)、批量采样点数（建议设为10000）。 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、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：rs)。 (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、批量采样频 率（建议设为10KHz)、批量采样点数（建议设为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。如果信号不正常，重复点击“批量采样”按钮 (3)单击“保存”按钮，将采集到的磁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 磁电传感器检测到的数据。 (5)将文本文件另存为Nol.tt,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.ExperiDatal”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(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)。 七.思考题 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
测试技术与信号分析实验指导书 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。 六．振动速度测量实验步骤 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，批量采样频率 （建议设为 10KHz）、批量采样点数（建议设为 10000）。 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、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、批量采样频 率（建议设为 10KHz）、批量采样点数（建议设为 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。如果信号不正常，重复点击“批量采样”按钮 (3) 单击“保存”按钮，将采集到的磁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 磁电传感器检测到的数据。 (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）。 七．思考题 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
测试技术与信号分析实验指导书 2.根据实验的结果，分析转子实验台底座振动产生的原因。 八、实验报告要求 1.实验报告写作大纲 (1)实验的目的和要求 (2)实验的内容和结果 整理实验得到的图形（波形图和功率谱图），并进行分析，找出振动信号的主频和转子 的转速之间的关系；进行频谱分析，通过频域得出系统的固有频率，和时域中测量分析得到 的速度进行对比。 4)结论 2.实验报告采用打印，一组一份实验报告，按组内进行排序，写贡献比例，由大到小
测试技术与信号分析实验指导书 2. 根据实验的结果，分析转子实验台底座振动产生的原因。 八、实验报告要求 1．实验报告写作大纲 (1) 实验的目的和要求 (2) 实验的内容和结果 整理实验得到的图形（波形图和功率谱图），并进行分析，找出振动信号的主频和转子 的转速之间的关系；进行频谱分析，通过频域得出系统的固有频率，和时域中测量分析得到 的速度进行对比。 4) 结论 2. 实验报告采用打印，一组一份实验报告，按组内进行排序，写贡献比例，由大到小
测试技术与信号分析实验指导书 实验一(2)：基于弹簧阵子的二阶系统动态特性测量实验 实验项目性质：综合性 所属课程名称：测试技术与信号分析 实验计划学时：同实验一一起为4个学时。 一.实验目的 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 二.实验内容和要求 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 三。实验主要的仪器设备和材料 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。 1.弹簧振子实验台 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、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。 实验台为一典型的m-k-c二阶系统，系统的传递函数为 G(s)= (1) ms+cs+k 系统的无阻尼固有频率为 o.-m (2) 系统的无因次阻尼比为 2c 5= (3) √mk 系统的有阻尼固有频率 0a=0nV1-5 (4) 2.测量原理 1)原理 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 o,和阻尼比5。关于该方法的详细说明可参见教材。 2)实验步骤 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，该输出曲线如图2 所示。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
测试技术与信号分析实验指导书 实验一（2）：基于弹簧阵子的二阶系统动态特性测量实验 实验项目性质：综合性 所属课程名称：测试技术与信号分析 实验计划学时：同实验一一起为 4 个学时。 一．实验目的 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 二．实验内容和要求 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 三．实验主要的仪器设备和材料 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。 1．弹簧振子实验台 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。 实验台为一典型的 m-k-c 二阶系统，系统的传递函数为 2 1 G s( ) ms cs k (1) 系统的无阻尼固有频率为 n k m (2) 系统的无因次阻尼比为 2c mk (3) 系统的有阻尼固有频率 2 1 d n (4) 2．测量原理 1) 原理 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 n 和阻尼比 。关于该方法的详细说明可参见教材。 2) 实验步骤 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，该输出曲线如图 2 所示。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