机械毕业设计（论文）-振动实验台的设计及测试系统开发【全套图纸】

振动实验台的设计及测试系统开发 第 页 共 75 页 振动实验台的设计及测试系统开发振动实验台的设计及测试系统开发 目录目录 毕业论文任务书 开题报告 指导教师审查意见 评阅老师评语 答辩会议记录 中文摘要 外文摘要 前言 1 1 概述1 1.1 国内外振动台的现状1 1.2 振动台的发展趋势及研究主攻方向1 1.3 振动量测试的发展趋势及研究主攻方向2 2 2 总体方案设计4 3 3 主机结构设计5 3.1 电动机的确定5 3.1.1 电动机的分类5 3.1.2 电动机的选择7 3.2 传动机构的确定7 3.2.1 传动机构的分类7 3.2.2 传动机构的选择8 3.2.3 带的选择及计算11 3.3 振动源的设计11 3.3.1 产生正玄波位移的凸轮的设计12 3.3.2 产生三角形波位移的凸轮的设计13 3.4 振动台台架的设计13 3.5 校核13 3.5.1 计算悬臂梁受的力14 振动实验台的设计及测试系统开发 第 页 共 75 页 3.5.2 校核顶杆的强度15 4 4 测试系统方案设计15 4.1 测试系统的构成15 4.2 测试系统的设计步骤15 4.3 传感器的确定15 4.3.1 传感器分类17 4.3.2 传感器选择20 4.4 A/D 转换器的确定20 4.4.1 A/D 转换器的分类20 4.4.2 A/D 转换器的选择22 5 5 测试软件开发22 5.1 Microsoft Visual Basic 6.0 简介22 5.1.1 Visual Basic 集成开发环境22 5.2 设计 VB 应用程序的步骤25 5.2.1 设计用户界面25 5.2.2 设置属性25 5.2.3 编写代码26 5.2.4 保存和运行调试工程、生成 EXE 文件26 5.3 振动台性能曲线测试系统软件开发26 5.3.1 软件简介26 5.3.2 特点26 5.3.3 系统要求27 5.3.4 运行界面介绍27 6 6 设计小结32 参考文献33 致谢34 附录35 附录一35 附录二36 附录三38 附录四45 附录五55 振动实验台的设计及测试系统开发 第 页 共 75 页 附录六62 振动实验台的设计及测试系统开发振动实验台的设计及测试系统开发 摘要摘要 这篇文章介绍了振动实验台的设计及其测试系统开发。振动实验台就是用来 做振动试验的一种装置。本文对振动实验台的国内外现状以及发展趋势和这次所设 计的机械振动实验台的整个过程都作了详细的论述。这次设计分为机械设计和测试 系统开发两个部分。本次设计主要是争对教学实验的设计，所以在机械设计部分中 的传动机构的设计，激振装置的设计，以及台架的设计都经过方案的筛选。最后选 用悬臂梁机械振动台，其激振装置是设计了一个能产生正玄波位移的凸轮和一个能 产生三角波位移的凸轮。在测试系统开发部分根据需要选择了一些先进的测试仪器， 比如位移传感器和速度传感器以及 A/D 转换器，并且基于用 VB 语言编写程序所实现 的测试软件的开发以便得到激振装置所产生的位移和速度曲线，然后得到振动台的 振动规律。 关键词关键词 振动实验台 悬臂梁 振动测量 传感器 测试系统 程序 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 振动实验台的设计及测试系统开发 第 页 共 75 页 The Design of The Shake Testing Table and Tested Systematic Development AbstractThis article has introduced the design of the shake testing table and tested systematic development. The shake testing table is a kind of device that is used for doing shake testing . This article make detailed argumentation to domestic and international current situation with development trend and the whole course of designing mechanical shake testing table . This design is divided into two parts which is mechanical design and tested systematic development. The design is mainly design that contends for experimenting to the teaching, so the design of transmission organization , the design of device to defy shake and the design of a shelf in the machinery all pass the screening of the scheme. So in tested systematic development choose some advanced testers according to the need, for example moves to spread the feeling machine and speeds to spread the feeling machine and the A/ D conversion machines and also on the basis of programming with VB which is realized the development of a testing software, in order to be arouse to flap to equip the produce to move and the speed curve, then get the vibration regulation of vibrate the pedestal. Key wordsshake testing table Hang the arm beam shake measure sensor testing system programme 振动实验台的设计及测试系统开发 第 页 共 75 页 1 1 概述概述 1.11.1 国内外振动台的现状国内外振动台的现状 对许多人来说，振动试验台是一个冷僻的专业词汇，恐怕大部分人不知其为何 物。实际上，振动试验台应用范围极广，大到火箭制造，小到饼干的生产，都需要 做振动试验。这样一种被广泛使用的关键设备，过去很长一段时间，由于受多种技 术的制约，我国所使用的振动试验台大多一直依靠国外进口。 20世纪70年代，在国内，振动试验台有“1吨推力1吨金”之说，进口1台1吨级的 振动试验台需要花费价值1吨黄金的代价。而且，欧美等发达国家长期以来都对中国 实行中高端技术与产品的禁运。以前，这些国家对中国禁运1吨以上的电动振动台， 时至今日，5吨以上推力的电动振动台仍被禁止运到中国销售，不仅振动台的心脏部 件不允许进入中国，哪怕一个光标都不允许中国进口。 近年来，我国有关部门完全摆脱了模仿、消化、吸收等传统模式，大胆采用新 工艺、新技术、新材料，用全新的创造、最优化的设计、完全自主独立的知识产权 开发电动振动试验系列产品，形成了产业化、规模化和国际化的特色。近3年来，苏 州东菱连创国内新高：开发设计成功的6吨风冷电动振动台，填补了我国大推力风冷 式电动振动台的空白。在此产品的基础上又扩展出国际上最大推力的7吨风冷式电动 台。今年4月，企业研制成功了我国最大的16吨水冷式电动振动台，性能指标全面赶 超世界先进水平，标志着我国研制大推力电动振动试验系统的能力和水平跻身国际 先进行列。 1.21.2 振动台的发展趋势及研究主攻方向振动台的发展趋势及研究主攻方向 振动实验台的设计及测试系统开发 第 页 共 75 页 当前，我国工业生产的特点是产品品种多、更新快和市场竞争激烈。由于电子、 电工及材料技术的提高和机械设计方法的改进，为振动试验系统的发展提供了机遇， 而且随着技术投入的加大，将会为振动试验提供更可靠、高效率、低成本的设备。 因此，振动实验台的发展的趋势是非常明显的。60年代，为满足航天产品振动试验 的需要，开始了振动试验系统的研制，包括推力10N至100kN的振动台及各种振动测 量仪表和传感器。目前，振动试验设备不仅在航天领域而且在其他行业发挥着作用， 成为一项重要民品。用于振动试验的振动台系统从其激振方式上可分为三类：机械 式振动台、电液式振动台和电动式振动台。从振动台的激振方向，即工作台面的运 动轨迹来分，可分为单向(单自由度)和多向(多自由度)振动台系统。从振动台的功能 来分，可分为单一的正弦振动试验台和可完成正弦、随机、正弦加随机等振动试验 和冲击试验的振动台系统。 (1) 机械式振动台 由于其性能的局限，今后用量会越来越小。 (2) 电液式振动台 因其大推力、大位移可以弥补电动振动台的不足，在未来振 动试验中仍将发挥作用，尤其是在船舶和汽车行业会有一定市场。 (3) 电动振动台 将是未来振动试验的主要设备，其制造技术会在两个方面有 所发展。一是新材料的应用，随着大型磁性材料成本的降低，大型的永磁振动台将 成为可能，这种振动台结构简单，节约能源，且有高可靠性。功率放大器会采用更 多的数字化和模块化的电路，体积越来越小，效率越来越高。二是新方法的应用， 随着有限元方法的推广，复杂结构的动力特性可以准确、快速的计算出来。因为振 动台跟汽车等产品相比用户是很少的，只能进行小批量生产，这就便于对不同的用 户、不同的试件进行专门设计，实现运动部件与夹具的一体化设计，使每一个实验 系统都达到最佳性能。 (4) 多向振动台 许多试验件，尤其是航空航天和船舶行业的试验件，所处的 振动环境并不是单自由度，而是多自由度的，显然用目前常用的单方向激振的振动 台无法实现真实的振动环境。为了更真实的模拟振动环境，在 60 年代初期，美国就 开始了三向振动台的研制，到 70 年代已成功的研制了工作频率较高、失真度较小的 三向振动系统。80 年代，702 所也开始了这方面的研究。多向振动台有电动式和液 压式，电动式可以实现高的工作频率和低的波形失真，而液压式适合于低频工作， 容易实现大激振力。目前三向及多向振动系统在美、日等国家应用较多，在我国使 振动实验台的设计及测试系统开发 第 页 共 75 页 用还很少。但随着技术的日益成熟，多向振动台将以其自身的性能优势和高的工作 效率得以推广。 1.31.3振动量测试的发展趋势及研究主攻方向振动量测试的发展趋势及研究主攻方向 振动量测技术的发展是于整个工业生产的发展密切相关的.18世纪,随着世界工 业革命的兴起,生产迅速发展.在工业厂房,机器基础,桥梁等领域中,由于机械转速的 增大,车辆运载能力,运行速度的提高,经典的结构静力学已不能适应,振动理论这门 新的分支应运而生. 实际工程中的振动问题是复杂的,单靠理论分析具有其局限性.由于不熟悉结构 在新条件下的工作性能,由振动引起的工程倒塌事件大量出现,促使人们设法进行振 动试验来验证让结构可靠程度,并寻求结构工作的内在规律为建立新的结构计算理论 奠定基础.为此测试设备也随之发展.早期的振动测量仪是机械式的.此外还有多簧式 频率计. 在40年代,使用叫多的仍然是机械式测试仪,有手持测振仪及盖格尔万能测振仪 等. 在40年代,电阻应变仪研制成功,其适用范围由静应变测量,逐步发展到动应变测 量和振动测量. 随着电子技术的发展,测振用的传感器发展很快.按被测参数来分:有唯一,速度, 加速度传感器等;按传感器敏感元件工作特点来分:有电动式,磁电式,压电式,压阻式,差 容式,应变电阻式等. 测试方法上也发展较快.有相位共振发,矢量分析法.附加质量法,附加刚度法,复 数功率法,多点激振法,机械阻抗法等. 振动实验台的设计及测试系统开发 第 页 共 75 页 2 2 总体方案设计总体方案设计 下图是一般的测试框图（图 1） ，整个测试过程大体上可分为 5 个基本环节。 （1）测试对象 也称为试验模型，它是测试的主体。在工程上它通常是承受动 载荷的动力结构。测试对象既可以是实际结构原型，也可以是按一定相似关系制作 的比例模型。在这里选用的是实际结构原型。 （2）激励环节 为了获得测试所需的结构振动响应，必须对结构施加一定形式 的激励。按试验的要求不同，有多种激励方式和设备可供选用。在这里选用的是悬 臂梁机械振动台。 （3）测量环节 测量环节包括有传感器及配套的测量电路所组成的传感器测量 系统。传感器测量系统在整个测试过程中担当了将机械振动量转换为电信号的重任， 它直接关系到试验的成败和精度。因此，在任何测试场合，首先要保证这一环节的 可靠性。应根据试验所要求的频率范围，幅值量级，测量参数（振动位移，速度， 加速度，力和应变等）及试验模型的条件选择合适的传感器测量系统。 （4）分析环节 分析环节的作用是对来自传感器测量系统的原始振动信号进行 波形分析，变换等处理，以给出试验所要求的结果。随着试验研究的深入和测试技 术的发展，分析的内容也在不断地充实与发展。用于分析的仪器，种类越来越多， 功能也越来越强。 （5）检测环节 测试的最后结果通过检测环节以数据和图表形式提供出来，它 包括多种用于显示，记录和绘图的仪器，比如幅值和相位检测仪器，电子示波仪， 光线示波仪，x-y 函数记录仪，电平记录仪，数字绘图仪，打印机和用于存储分析结 果的磁盘驱动器等。 图图 1 测试框图测试框图 振动台 位移传感器 器 速度传感器 振动信号 分析设备 显示，记录， 绘图设备 振动实验台的设计以测试系统开发 第 页 共 75 页 3 3 主机结构设计主机结构设计 3.13.1 电动机的确定电动机的确定 3.1.13.1.1、电动机的分类、电动机的分类（图 2） 图图 2 2 电动机分类电动机分类 3.1.23.1.2、电动机的选择、电动机的选择 在这里选用的是 SZ 系列的宽调速直流伺服电动机。 (1)结构特点 宽调速直流伺服电动机的结构特点是激磁便于调整，易于安排补偿绕组和换向 极，电机的换向性能得到改善，成本低，可以在较宽的速度范围内得到恒转速特性。 电机定子（磁钢）采用矫顽力高，不易去磁的永磁材料（铁氧体永久磁铁） ，转 子（电枢）直径大并且有槽，因而热容量大，结构上又采用了通常凸极式和隐极式 永磁电机磁路的组合，提高了电动机气隙磁密。同时，在电机尾部装有高精度低纹 波的测速发电机并可加装光电编码器或旋转变压器及制动器为速度环提供了较高的 增量，能获得优良的低速刚度和动态性能。因此，宽调速直流伺复电机是目前机电 电 动 机 按 电 流 类 型 按 容 量 或 尺 寸 直流电动机 交流电动机 同步电动机 异步电动机 鼠笼型电动 机 绕线型电动 机 按 转 子 结 构 按 相 数 单相电动机 多相电动机 大型电动机 中型电动机 小型电动机 小功率电动 机 振动实验台的设计及测试系统开发 第 页 共 75 页 一体化闭环伺复系统中应用较广泛的一种控制电机。 其主要特点是调速范围宽，低速运行平稳；负载特性硬，过载能力强，在一定 的速度范围内可以做到恒力矩输出。反映速度快，动态响应特性好。当然，宽调速 直流伺复电机体积较大，其电刷易磨损，寿命受到一定限制。 (2)型号及参数（表 1） 型号转矩 mN.M 转速 r/min 功率 KW 电压 电枢/激 磁 V 电流 电枢/ 激磁 A 允许顺逆 转速差 r/min 转动惯量 (不大于 kg.m 55SZ0943100000.481100.66/0.0 9 40015 表表 1 1 电动机的型号及参数电动机的型号及参数 (3)外形与尺寸（表 2） （图 3） 以下是端改凸缘安装型式的 SZ 系列伺复电动机的外形及安装尺寸. (mm) Nh2h3MPSD1LDE H7-h120.15-h6- 4242.548584.560101512 L4FGdD2E2L12F1G2D2 -+0.005 -0.015 h11H11h6-+0.005 -0.015 h11H11 13.523.3741213.5光轴 表表 2 2 电动机的外形与尺寸电动机的外形与尺寸 振动实验台的设计以测试系统开发 第 页 共 75 页 P M M LP 图图 3 3 电动机的外形图电动机的外形图 3.23.2传动机构的确定传动机构的确定 3.2.13.2.1、传动机构的分类传动机构的分类（图 4） 图图 4 4 传动机构的分类传动机构的分类 3.2.23.2.2、传动机构的选择传动机构的选择 在选择传动类型时所应根据的主要指标是：效率高，外廓尺寸小，质量小，运 机 械 传 动 摩擦传动 啮合传动 定传动比 传动 变传动比 传动 摩擦轮传动 带传动 齿轮，蜗杆 及螺旋传动 同步带传动 链传动 动 力 方 式 分 改 变 传 动 比 分 有级变速 传动 无级变速 传动 振动实验台的设计及测试系统开发 第 页 共 75 页 动性能良好及符合生产条件（生产的可能性，预期的生产率及生产成本）等。在这 里选用了同步带传动。 带传动（图 5）是有固联于主动轴上的带轮 1（主动轮） ，固联于从动轴上的带 轮 3（从动轮）和紧套在两轮上的传动带 2 组成的 （如下图所示） 。当原动机驱动 主动轮转动时，由于带和带轮间的摩擦（或啮合） ，便拖动从动轮一起转动，并传递 一定动力。带传动具有结构简单，传动平稳，造价低廉以及缓冲吸振等特点，在近 代机械中被广泛应用。 图图 5 5 带传动示意图带传动示意图 3.2.33.2.3、带的选择及计算带的选择及计算 选择同步带传动，电动机型号为 55SZ09，最大转速 n1=10000r/min，额定功率 P=400w，减速传动比 i=10000/6000=1.7，每天工作10 小时。 此小节所查参数表都是来源于杨黎明 主编，王智相 副主编， 机电一体化 系统设计手册 ，国防工业出版社（北京） (1) 计算功率 工作情况系数 KA 由表 2.113 查得 KA=1.2 计算功率 Pd=KA*P=1.2*400=480w (2) 选定带型和节距 根据 Pd 和 n1 由图 2.13 选定带型 L 型。 由表 2.12 选定带节距 Pd=9.525mm (3) 带轮齿数 Z1 v v 振动实验台的设计以测试系统开发 第 页 共 75 页 根据带型和 n1 由表 2.114 查得 Zmin=18，取 Z1=20 (4) 带轮节圆直径 d1 d1=Z1*Pb/=20*9.525/=60.67mm (5) 小带轮的外径 da1 由表 2.17 查得 da1=59.88mm (6) 大带轮齿数 Z2 Z2=I*Z1=1.7*20=34 (7) 大带轮节圆直径 d2 d2=Z2*Pb/=34*9.525/=103.14mm (8) 大带轮外径 da2 由表 2.17 查得 da2=108.39mm (9) 带速 v v=*d1*n1/60000=*60.67*10000/60000=31.7m/s35m/s，合格 (10) 初定轴间距 a0 根据推荐范围：0.7*（d1+d2）a02*（d1+d2） 即 114.67mma0327.62mm，所以初取 a0=220mm (11) 带长 L0 及齿数 Z L0=2*a0+/2*（d1+d2）+（d2-d1）/（4*a0） =2*220+/2*（60.67+103.14）+（103.14-60.67）/（4*220） =440+257.18+2.05 =699.23mm 由表 2.13 选用带长代号为 270 的 L 型同步带，其节线长为 Lp=685.80mm，带齿数 Z=72 (12) 实际轴间距 a a=a0+（Lp-L0）/2=220+（685.80-699.23）/2=213.29mm (13) 小带轮啮合齿数 Zm Zm1/2-（d2-d1）/（6*a）*Z1=1/2-（103.14-60.67） /（6*213.29）*20 =9.34 振动实验台的设计及测试系统开发 第 页 共 75 页 取整 Zm=9 (14) 基本额定功率 P0 由表 2.116 查出 Ta=245N，m=0.096Kg/m 则 P0=（Ta-mv）*v/1000=（245-0.096*31.7）/1000=4.7KW (15) 宽 bs 由表 2.115 查得 L 型带的 bs0=25.4 mm 因为 Zm=96，所以 Kz=1 则 bs=bs0*=25.4* 14 . 1 )0*(PKzPd 14 . 1 )7 . 4*1 ()001 . 0 *48( =24.9mm 由表 2.18 查得应选带宽代号为 100 的 L 型带 标准带宽 bs=25.4mm (16) 带作用在轴上的里 Fr Fr=1000*Pd/v=1000*4.8/31.7=151.42N (17) 带轮结构和尺寸（图 6） （图 7） 由表 2.16，2.17，2.18，2.19 查得带轮尺寸如下所示： 直边齿同步带带轮的尺寸和公差：（表 3） 图图 6 6 带轮轮齿示意图带轮轮齿示意图 齿槽 底 宽 齿高槽半 角 齿跟圆 角半 径 齿顶圆 角半 径 节顶 距 外圆 直 径 外圆 节 距 跟圆节 距 bwhg 1. 5 Rfra 2 daPadfL 型 3.05 0.1 0 2.67201.191.170.762da=d- 2 Pa= *d a/Z df=da-2hg 振动实验台的设计以测试系统开发 第 页 共 75 页 表表 3 3 带轮的尺寸及公差带轮的尺寸及公差 d D l L P 图图 7 7 带轮的结构示意图带轮的结构示意图 3.33.3 振动源的设计振动源的设计 3.3.13.3.1、产生正玄波位移的凸轮的设计、产生正玄波位移的凸轮的设计 偏心轮机械振动台的工作原理是当偏心轮 w 中心 O1 绕着转轴中心 O 点转动时， 振动台面就发生上下往复振动。 方案 1：令凸轮（图 8）圆心为 K，转轴圆心为 O1，则偏距 r=KO1，振动位移 x 为 x=r*sinwt。由此可知：振幅由偏心距 r 决定，频率由直流电动机的转速决定。 理论上，这种振动台在一定的偏心距下其振幅不随试件的质量和使用频率而变化。 为了便于调节偏心距，可采用方案 2。 图图 8 8 偏心凸轮装置示意图偏心凸轮装置示意图 方案 2：此方案采用的是双凸轮装置（图 9） ，内凸轮固定在转轴上，外凸轮套 振动实验台的设计及测试系统开发 第 页 共 75 页 在内凸轮上，内，外两凸轮的相对位置是可调节的。当两个凸轮的圆心 O2，O3 和转 轴 O1 的位置如图所示时，整个凸轮机构的偏心距 e3=e1+e2，e1 表示内吐露以内的 偏心距，e2 表示外凸轮的偏心距。如果将外凸轮相对内凸轮旋转 180，而且如果 e1=e2=c，则外凸轮的圆心 O3 和轴心 O1 重合，即 e0=e2-e1=0。于是通过改变两个 凸轮的相对位置，振动台的振幅既可在 0-2c 范围内调节。 图图 9 9 双凸轮装置示意图双凸轮装置示意图 3.3.23.3.2、产生三角形波位移的凸轮的设计、产生三角形波位移的凸轮的设计 根据要求所要设计的是一顶尖对心直动从动件盘状凸轮机构，其凸轮廓线是根 据图 10（左）所示的从动件位移线图 s- 设计而成的。当凸轮以角速度 w 绕其轴心 O 顺时针等速转速度，从动件的高副元素（顶尖）将沿凸轮的高副元素（廓线）作 相对运动，显然，从动件一定能够再现图 10（左）所示的 s- 位移线图。为了使凸 轮保持静止，可虚拟地给整个机构加上一个绕凸轮转动轴心 O 反转的公共角速度（- w） 。显然，这时凸轮与从动件之间的相对运动并没有改变，但凸轮将保持静止，而 从动件则一方面连同其导轨一起以角速度（-w）绕凸轮轴心 O 转动，同时又在其导 轨内移动，再现图 10（左）所示的位移图。显然，从动件在上述复合运动中其顶尖 的运动轨迹即为凸轮的轮廓曲线。 振动实验台的设计以测试系统开发 第 页 共 75 页 x 图图 1010 三角凸轮示意图三角凸轮示意图 3.43.4 振动台台架的设计振动台台架的设计 振动台台架的结构形状和尺寸大小，决定于安装在它内部或外部的零件和部件 的形状和尺寸及其相互配置，受力与运动情况等。台架的一些结构尺寸，如壁厚， 凸缘宽度，肋板厚度等，对抬架的工作能力，材料消耗，质量和成本，均有重大的 影响。但是由于这些部位形状的不规则和应力分布的复杂性，按照经验公式，经验 数据或比照现用的类似装置进行设计，而略去强度和刚度等的分析与校核。 （尺寸如 副图） 3.5 校核校核 3.5.13.5.1 计算悬臂梁受的力计算悬臂梁受的力 (1)位移为负时 由此可知: RB=-P,MB=-PL,QX=-PX,MX=-PX 挠度 fx=-PL/(6EI)(2-3+) 振动实验台的设计及测试系统开发 第 页 共 75 页 fA=-PL/(3EI) 则 P=-fA(3EI)/L 取 fA=-10mm,E=210GPa，L=400mm,I=bh/12=50mm（5mm）/12， 则 P=-10mm3210GPa50mm（5mm）/12（400mm）=51.3N （2）位移为正时同理 3.5.23.5.2 校核顶杆的强度校核顶杆的强度 顶杆允许的最大轴力为 NmaxA 顶杆的材料是钢，取=60MPa，直径 D=15mm 则 Nmax60MPa（15mm）/4=10.6KN 而 P10.6KN，合格 振动实验台的设计以测试系统开发 第 页 共 75 页 4 4 测试系统方案设计测试系统方案设计 4.14.1 测试系统的构成测试系统的构成 振动测试系统是只测定振动量的总有效值或峰值的仪器或系统。通常它是由传 感器，信号放大器，衰减和检测指示装置，信号变换器（线性-对数转换）等组成。 4.24.2 测试系统的设计步骤测试系统的设计步骤 (1) 根据设计要求可知需要测量的振动信号的位移为正玄波和三角形波两种， 信号的幅值范围为 0-10mm，频率分布范围为 1-100HZ。根据这些基本情况，选择合 适的传感器，放大器及记录设备。若现场需要进行数据处理分析，还要确定对所测 量的信号进行何种数据处理，依此选择数据处理器。 (2) 测试之前对测试所用的传感器要进行性能指标的检查，校准。对整套测试 系统要进行标定，并作详细的记录，包括仪器各旋钮的位置。 (3) 测试之前要根据对时域信号的要求，确定好记录标记的方案，测试系统和 结构的同步方案。 (4) 作好传感器的安装和保护的准备工作。 (5) 仔细确定安装传感器的测点位置，要选择能代表被测对象特征的安装位置， 并尽量减少附加质量对被测结构动态响应的影响。 (6) 根据测试目的和要求，准备好现场测试记录分析表格。主要内容包括：时 间，实验地点，气候条件，测试对象名称，测试条件，测试参数，测试情况等。 (7) 现场安装固定好传感器，并布线连接整套测试系统。然后对测试系统进行 测前检查。 (8) 对初次测试的信号要进行信号的重放和直观分析工作，检查测得的信号是 否正常。 (9) 对整个测试过程要认真仔细地作好记录以便在以后的数据处理和分析中进 行查阅。 4.34.3 传感器的确定传感器的确定 4.3.14.3.1、传感器分类、传感器分类 将各种非电量变换为电量的装置就是传感器 振动实验台的设计及测试系统开发 第 页 共 75 页 传感器是实现自动检测和自动控制的首要环节。如果没有传感器对原始参数进 行精确可靠的测量，那么无论是信号转换或信息处理，或都最佳数据的显示与控制 都是不可能实现的。 分类：（表 4） 传感器分类 转换形式中间参量 转换原理传感器名称典型应用 移动电位器角点改变电阻电位器传感器位移 改变电阻丝或片的尺寸 电阻丝应变传感器、 半导体应变传感器 微应变、力、 负荷 热丝传感器 气流速度、 液体流量 电阻温度传感器 温度、辐射 热 利用电阻的温度效应（电阻 的温度系数） 热敏电阻传感器温度 利用电阻的光敏效应光敏电阴传感器 光强 电阻 利用电阻的湿度效应湿敏电阻湿度 改变电容的几何尺寸 力、压力、 负荷、位移 电容 改变电容的介电常数 电容传感器 液位、厚度、 含水量 改变磁路几何尺寸、导磁体 位置 电感传感器位移 涡流去磁效应涡流传感器 位移、厚度、 含水量 利用压磁效应压磁传感器力、压力 差动变压器位移 自速角机位移 电感 改变互感 旋转变压器位移 振弦式传感器压力、力 振筒式传感器气压频率改变谐振回路中的固有参数 石英谐振传感器力、温度等 利用莫尔条纹光栅 改变互感感应同步器 电参数 计数 利用拾磁信号磁栅 大角位移、 大直线位移 振动实验台的设计以测试系统开发 第 页 共 75 页 数字利用数字编码角度编码器大角位移 温差电动势热电偶温度热流 霍尔效应霍乐传感器磁通、电流 电磁感应磁电传感器 速度、加速 度 电动势 光电效应光电池光强 辐射电离电离室 离子计数、 放射性强度 电能量 电荷 压电效应压电传感器 表表 4 4 传感器分类传感器分类 4.3.24.3.2、传感器的选择、传感器的选择 (1) 位移传感器 在这里选用的是差动变压器式高精度位移传感器（Linear variable differential transformer displacement transducer） 。 用途及特点 差动变压器式（LVDT）位移传感器具有良好的环境适应性、使用寿命长、灵敏 度和分辨率高的特点。使用时只要把 LVDT 的壳体夹固在参照物上，其测杆顶（或夹 固）在被测点上，就可以直接测量物体间的相对变位。广泛用于测量预先被变成位 移的各种物理量。 把 LVDT 的电测线路采用微电子技术全部封装入 LVDT 的壳体内。输入电压 9V15V，输出信号5V 或 05V 或 010V 或 420mA 的信号，可与四位半数 显表配合使用，该仪器便于携带和在无交流电源的环境中使用。DCLVDT 具有较强 的抗干扰能力，可在潮湿，大电流或强磁场等恶劣环境下工作，适宜遥测。 工作原理 LVDT 位移传感器由同心分布在线圈骨架上一初级线圈 P，二个级线圈 S1 和 S2 组成，线圈组件内有一个可自由移动的杆装磁芯（铁芯） ，当铁芯在线圈内移动时， 改变了空间的磁场分布，从而改变了初次级线圈之间的互感量 M，当初级线圈供给 一定频率的交变电压时，次级线圈就产生了感应电动势，随着铁芯的位置不同，次 级产生的感应电动势也不同，这样，就将铁芯的位移量变成了电压信号输出。为了 提高传感器灵敏度改善线性度，实际工作时是将两个次级线圈反串接，故两个次级 振动实验台的设计及测试系统开发 第 页 共 75 页 电缆 线夹测头测杆导向壳 体 传感器外型示意图 线圈电压极性相反，于是，传感器的输出是两个次级线圈电压之差，其电压差值与 位移量成线性关系。原理图（图 11）如下： 图图 1111 位移传感器的原理图位移传感器的原理图 外形图及尺寸（图 12） 图图 1212 位移传感器的外形图位移传感器的外形图 主要技术指标（表 5） 表表 5 5 位移传感器的技术指标位移传感器的技术指标 使用注意事项 a 传感器测杆应与被测物垂直接触。 b 请别让活动的铁芯和测杆受大的侧向力而造成变形弯曲，否则会严重影 响测杆的活动灵活性。传感器不可敲打、跌落。 直流差动变压器参 型 数 号 测量范围(mm) 线性度 (%) 灵敏度 (mV/mm) 外形尺寸(mm) 重量(g) DA 一 55(010) 0.05100019021.4 220 振动实验台的设计以测试系统开发 第 页 共 75 页 c 避免所有引线在焊接处和电缆的夹固处断线。 d 夹持传感器壳体时应避免松动，但也不可用力太大、太猛。 f 安装传感器时应调节（挪动）传感器的夹持位置，使其位移变化不超出 测量范围，既通过观测位移读数，使位移在预定的变化内，信号输出不 超出额定范围。 g 接线图（图 13）如下： 图图 1313 位移传感器的接线图位移传感器的接线图 (2) 速度传感器 在这里选用的是 SD-F 系列的线速度传感器。 用途及特点 它是用来测量直线运动速度的传感器，它可以将直线运动的速度转换成电压输 出，并保持线性关系，从而达到自动控制或测量直线运动的目的。广泛应用于航空， 机械，冶金，兵器，仪器仪表，石油，地质等部门。 主要技术参数（表 6） 表表 6 6 速度传感器的技术参数速度传感器的技术参数 参 型 数 号 工作行 程 (mm) 线性 度 (%) 测量速 度范围 （m/s） 外形 尺寸 (mm) 工作 温度 （C） 输入 电压 （V） 输出 电压 （V） SD-F-25 250.50-105026 -20-652200-5 + 12 V （红色） O V （黄色） 输出信号(高) （白色） 输出信号（低） （兰色） 12 V （绿色） 屏蔽层 振动实验台的设计及测试系统开发 第 页 共 75 页 4.44.4A/DA/D 转换器的确定转换器的确定 4.4.14.4.1、A/DA/D 转换器的分类转换器的分类（图 14） 图图 1414 A/DA/D 转换器的分类转换器的分类 4.4.24.4.2、A/DA/D 转换器的选择转换器的选择（图 15） 在这里选用的是 12 位 32 路 100KHz 转换率 A/D 转换，16 路开关量输入输出板。 图图 1515 A/DA/D 转换器转换器 （1）基本功能 PCI-7422 是 12 位 32 路 A/D 转换接口板，采用 PCI 标准总线（+5V） ，可插入 工业 PC 机或兼容机 PCI 插槽中。该接口板电路简单可靠，价格低廉， A/D 转换芯 片采用 100KHz AD1674(或 BB774)，输入量范围程多。板上有 16 路开关量 TTL 电平 输入、16 路 TTL 电平开关量输出。A/D 信号由 37 芯 D 型孔头接入，开关量信号由 40 芯 IDC 接入接出。 A/D 转换器 积分型 逐次逼近型 并行比较型/ 串并行型 - 调制 型 电容阵列逐 次比较型 压频变换型 振动实验台的设计以测试系统开发 第 页 共 75 页 （2）性能特点 A/D DI/DO 性能 通道数： 单端 32 路 输入电压：05V，010V，2.5V