压电式传感器测振动实验报告_1
机械振动实验报告
《机械振动基础》实验报告（2015年春季学期）姓名学号班级专业机械设计制造及其自动化报告提交日期 2015.05.07哈尔滨工业大学报告要求1.实验报告统一用该模板撰写，必须包含以下内容：(1)实验名称(2)实验器材(3)实验原理(4)实验过程(5)实验结果及分析(6)认识体会、意见与建议等2.正文格式：四号字体，行距为1.25倍行距；3.用A4纸单面打印；左侧装订；4.报告需同时提交打印稿和电子文档进行存档，电子文档由班长收齐，统一发送至：。
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评语：教师签名：年月日实验一报告正文一、实验名称：机械振动的压电传感器测量及分析二、实验器材1、机械振动综台实验装置(压电悬臂梁) 一套2、激振器一套3、加速度传感器一只4、电荷放大器一台5、信号发生器一台6、示波器一台7、电脑一台8、NI9215数据采集测试软件一套9、NI9215数据采集卡一套三、实验原理信号发生器发出简谐振动信号，经过功率放大器放大，将简谐激励信号施加到电磁激振器上，电磁激振器振动杆以简谐振动激励安装在激振器上的压电悬臂梁。
压电悬臂梁弯曲产生电流显示在示波器上，可以观测悬臂梁的振动情况；另一方面，加速度传感器安装在电磁激振器振动杆上，将加速度传感器与电荷放大器连接，将电荷放大器与数据采集系统连接，并将数据采集系统连接到计算机（PC机）上，操作NI9215数据采集测试软件，得到机械系统的振动响应变化曲线，可以观测电磁激振器的振动信号，并与信号发生器的激励信号作对比。
实验中的YD64-310型压电式加速度计测得的加速度信号由DHF-2型电荷放大器后转变为一个电压信号。
电荷放大器的内部等效电路如图1所示。
q图1 加速度传感器经电荷放大的等效电路压电悬臂梁的简谐振动振幅与频率测量实验原理如图2所示，实验连接图如图3所示。
图2 简谐振动振幅与频率测量原理图图3 实验连接图四、实验过程打开所有仪器电源，将DG-1022型信号发生器的幅值旋钮调至最小，采用正弦激励信号， DHF-2型电荷放大器设置为100mv/UNIT （YD64-310型加速度计的标定电荷灵敏度为13.2PC/ms-2，本实验中将电荷放大器的灵敏度人工设定为132PC/ms-2，并且增益调至10mV/Unit档，则该设定下电荷放大器的总增益为100mV/Unit。
传感器实验
实验一 （1）金属箔式应变片——单臂电桥性能实验一、实验目的：了解金属箔式应变片的应变效应，单臂电桥工作原理和性能。
二、基本原理：电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应，描述电阻应变效应的关系式为：εK R R =∆/式中R R /∆为电阻丝电阻的相对变化，K 为应变灵敏系数，l l /∆=ε为电阻丝长度相对变化，金属箔式应变片就是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件，通过它转换被测部位的受力状态变化，电桥的作用是完成电阻到电压的比例变化，电桥的输出电压反映了相应的受力状态。
单臂电桥输出电压UO14/εEK =。
三、需用器件与单元：应变式传感器实验模块、应变式传感器、砝码、数显表、±15V 电源、±4V 电源、万用表（自备）。
四、实验步骤：1、根据图1-1应变式传感器已装于应变传感器模块上。
传感器中各应变片已接入模块的左上方的R 1、R2、R3、R 4。
加热丝也接于模块上，可用万用表进行测量判别，R 1= R 2= R 3= R 4=350Ω，加热丝阻值为50Ω左右。
2、接入模块电源±15V （从主控箱引入），检查无误后，合上主控箱电源开关，将实验模块调节增益电位器Rw 3顺时针调节大致到中间位置，再进行差动放大器调零，方法为将差放的正、负输入端与地短接，输出端与主控箱面板上的数显表电压输入端Vi 相连，调节实验模块上调零电位器Rw 4，使数显表显示为零（数显表的切换开关打到2V 档）。
关闭主控箱电源。
图1-1 应变式传感器安装示意图3、将应变式传感器的其中一个应变片R 1（即模块左上方的R 1）接入电桥作为一个桥臂与R 5、R 6、R 7接成直流电桥（R 5、R 6、R 7模块内已连接好），接好电桥调零电位器Rw 1，接上桥路电源±4V （从主控箱引入）如图1-2所示。
检查接线无误后，合上主控箱电源开关。
调节Rw 1，使数显表显示为零。
压电传感器的动态响应实验
压电传感器的动态响应实验压电传感器是一种常见的传感器，它利用压电效应来测量力、压力、加速度等物理量。
它的优点包括高灵敏度、快速响应、结构简单等。
在动态响应实验中，我们需要考虑压电传感器的频率响应，因为这关系到它能否正确地测量快速变化的物理量。
以下是一篇关于压电传感器动态响应实验的实验报告。
一、实验目的本实验的目的是探究压电传感器的动态响应特性，了解其在不同频率和振幅下的输出信号表现，以便在实际应用中选择合适的压电传感器，并确保测量结果的准确性。
二、实验原理压电传感器的工作原理是基于压电效应。
当压电传感器受到外力作用时，其内部晶体会发生形变，导致晶体内部电荷分布发生变化，从而产生电信号。
这个电信号与所受外力成正比。
在动态响应实验中，我们通常采用振动台对传感器施加正弦波形的外力，并测量其输出信号。
三、实验步骤1.准备实验器材：压电传感器、振动台、信号发生器、示波器、计算机等。
2.将压电传感器连接到振动台上，确保连接稳定且无松动。
3.通过信号发生器产生不同频率和振幅的正弦波形信号，输入到振动台上，使压电传感器受到不同程度的外力作用。
4.通过示波器实时监测压电传感器的输出信号，并将数据传输到计算机进行记录和分析。
5.重复步骤3和4，进行多次实验，以获取压电传感器在不同条件下的输出信号表现。
6.对实验数据进行整理和分析，绘制压电传感器的频率响应曲线和幅值响应曲线。
四、实验结果及分析1.实验数据整理在实验过程中，我们记录了不同频率和振幅下的压电传感器的输出信号数据。
以下是部分实验数据的表格：根据实验数据，我们绘制了压电传感器的频率响应曲线和幅值响应曲线。
从频率响应曲线中可以看出，随着频率的增加，压电传感器的输出信号逐渐减小。
这主要是因为高频信号会导致传感器的谐振频率发生变化，从而影响其灵敏度和响应速度。
在低频范围内，传感器的输出信号受频率影响较小，因此适用于低频测量。
幅值响应曲线则显示了压电传感器在不同振幅下的输出信号表现。
压电式传感器测振动实验报告_1
( 实验报告)姓名：____________________单位：____________________日期：____________________编号：YB-BH-004578压电式传感器测振动实验报告Experimental report on vibration measurement with piezoelectric压电式传感器测振动实验报告一、实验目的：了解压电传感器的测量振动的原理和方法。
二、基本原理：压电式传感器由惯性质量块和受压的压电片等组成。
（观察实验用压电加速度计结构）工作时传感器感受与试件相同频率的振动，质量块便有正比于加速度的交变力作用在晶片上，由于压电效应，压电晶片上产生正比于运动加速度的表面电荷。
三、需用器件与单元：振动台、压电传感器、检波、移相、低通滤波器模板、压电式传感器实验模板。
双踪示波器。
四、实验步骤：1、压电传感器装在振动台面上。
2、将低频振荡器信号接入到台面三源板振动源的激励源插孔。
3、将压电传感器输出两端插入到压电传感器实验模板两输入端，与传感器外壳相连的接线端接地，另一端接R1。
将压电传感器实验模板电路输出端Vo1，接R6。
将压电传感器实验模板电路输出端V02，接入低通滤波器输入端Vi，低通滤波器输出V0与示波器相连。
3、合上主控箱电源开关，调节低频振荡器的频率和幅度旋钮使振动台振动，观察示波器波形。
4、改变低频振荡器的频率，观察输出波形变化。
光纤式传感器测量振动实验一、实训目的：了解光纤传感器动态位移性能。
二、实训仪器：光纤位移传感器、光纤位移传感器实验模块、振动源、低频振荡器、通信接口（含上位机软件）。
三、相关原理：利用光纤位移传感器的位移特性和其较高的频率响应，用合适的测量电路即可测量振动。
四、实训内容与操作步骤1、光纤位移传感器安装如图所示，光纤探头对准振动平台的反射面，并避开振动平台中间孔。
2、根据“光纤传感器位移特性试验”的结果，找出线性段的中点，通过调节安装支架高度将光纤探头与振动台台面的距离调整在线性段中点（大致目测）。
传感器检测实验报告
一、实验目的1. 了解传感器的基本原理和检测方法。
2. 掌握不同类型传感器的应用和特性。
3. 通过实验，验证传感器检测的准确性和可靠性。
4. 培养动手能力和分析问题的能力。
二、实验原理传感器是将物理量、化学量、生物量等非电学量转换为电学量的装置。
本实验主要涉及以下几种传感器：1. 电阻应变式传感器：利用应变片将应变转换为电阻变化，从而测量应变。
2. 电感式传感器：利用线圈的自感或互感变化，将物理量转换为电感变化，从而测量物理量。
3. 电容传感器：利用电容的变化，将物理量转换为电容变化，从而测量物理量。
4. 压电式传感器：利用压电效应，将物理量转换为电荷变化，从而测量物理量。
三、实验仪器与设备1. 电阻应变式传感器实验装置2. 电感式传感器实验装置3. 电容传感器实验装置4. 压电式传感器实验装置5. 数字万用表6. 示波器7. 信号发生器8. 振动台四、实验步骤1. 电阻应变式传感器实验（1）连接实验装置，确保电路连接正确。
（2）调整信号发生器输出频率和幅度，使振动台产生一定频率和幅度的振动。
（3）观察数字万用表和示波器显示的应变值和电压值。
（4）分析应变值和电压值之间的关系，验证电阻应变式传感器的检测原理。
2. 电感式传感器实验（1）连接实验装置，确保电路连接正确。
（2）调整信号发生器输出频率和幅度，使振动台产生一定频率和幅度的振动。
（3）观察数字万用表和示波器显示的电感值和电压值。
（4）分析电感值和电压值之间的关系，验证电感式传感器的检测原理。
3. 电容传感器实验（1）连接实验装置，确保电路连接正确。
（2）调整信号发生器输出频率和幅度，使振动台产生一定频率和幅度的振动。
（3）观察数字万用表和示波器显示的电容值和电压值。
（4）分析电容值和电压值之间的关系，验证电容传感器检测原理。
4. 压电式传感器实验（1）连接实验装置，确保电路连接正确。
（2）调整信号发生器输出频率和幅度，使振动台产生一定频率和幅度的振动。
振动测试作业报告
振动测试技术期末总结学号：班级：建筑与土木工程（1504班）姓名：杨允宁2016年4月27日目录1 振动测试概述 (1)1.1 振动的分类： (1)1.1.1 按自由度分类： (1)1.1.2 按激励类型分类： (1)1.1.3 振动规律分类： (1)1.1.4 按振动方程分类： (1)1.2 振动基本参量表示方法： (2)1.2.1 振幅(u)： (2)1.2.2 周期(T)/频率(f)： (2)1.2.3 相位( )： (2)1.2.4 临界阻尼（C cr） (2)1.2.5 结构的阻尼系数（c）： (2)1.2.6 对数衰减率（δ）： (3)1.3 振动测试仪器分类及配套使用: (3)1.3.1 振动测试仪器分类 (3)1.3.2 振动测试仪器配套使用: (4)1.4 窗函数的分类及用途 (5)1.4.1 矩形窗（Rectangular窗）： (5)1.4.2 三角窗（Bartlett或Fejer窗）： (5)1.4.3 汉宁窗（Hanning窗）： (5)1.4.4 海明窗（Hamming窗） (6)1.4.5 高斯窗（Gauss窗） (6)1.5 信号采集及分析过程中出现的问题及解决方法 (7)1.5.1 信号采集和分析过程中出现的问题 (7)1.5.2 解决方法 (7)2 惯性式速度型与加速度型传感器 (8)2.1 惯性式传感器的分类： (8)2.2 常用加速度计传感器的工作原理及力学模型： (8)2.2.1 电动式（磁电式）传感器： (8)2.2.2 压电式传感器： (9)2.3 非惯性传感器： (11)2.3.1 电涡流式传感器: (11)2.3.2 参量型传感器: (11)3 振动特性参数的常用量测方法 (11)3.1 简谐振动频率的量测： (12)3.1.1 李萨（Lissajous）如图形比较法： (12)3.1.2 录波比较法： (12)3.1.3 直接测频法： (12)3.2 机械系统固有频率的测量 (13)3.2.1 自由振动法： (13)3.2.2 强迫振动法： (13)3.3 简谐振幅值测量 (13)3.3.1 指针式电压表直读法： (13)3.3.2 数字式电压表直读法 (13)3.3.3 光学法 (14)3.4 同频简谐振动相位差的测量 (14)3.4.1 示波器测量法 (14)3.4.2 相位计直接测量法 (14)3.5 衰减系数测量 (14)4 振动测试及动载测试实验报告 (15)4.1 振动测试实验报告 (15)4.1.1 测量梁模型一阶振型的数据处理 (15)4.1.2 模态分析 (17)4.2 动应变实验报告 (18)4.2.1 测量梁模型的数据处理 (18)4.2.2 模态分析 (21)5 概念 (21)5.1 功率谱 (21)5.2 相关函数 (22)5.2.1 自相关函数 (23)5.2.2 互相关函数 (23)5.3 相干函数 (24)5.4 传递函数 (24)6 模态分析 (25)6.1 基本概念 (25)6.2 方法分类和理解 (26)6.2.1 频域法 (26)6.2.2 时域法 (26)6.2.3 时频法 (27)1振动测试概述1.1振动的分类：1.1.1按自由度分类：单自由度系统振动（结构只有一个质点体系）；多自由度系统振动（结构具有一个以上的质点体系）。
振动传感器的实训报告
一、实训目的通过本次实训，了解振动传感器的原理、结构、工作原理和性能特点，掌握振动传感器的安装、调试和维修方法，提高对振动传感器在实际工程中的应用能力。
二、实训内容1. 振动传感器原理与结构（1）振动传感器原理：振动传感器是一种将振动信号转换为电信号的装置，主要利用压电效应、电磁感应等原理实现。
压电式振动传感器通过振动引起压电元件产生电荷，从而实现振动信号的转换。
（2）振动传感器结构：振动传感器主要由敏感元件、放大电路、信号处理电路、输出电路等组成。
2. 振动传感器性能特点（1）频率响应范围宽：振动传感器能够检测从低频到高频的振动信号。
（2）灵敏度较高：振动传感器对微小振动信号的检测能力强。
（3）抗干扰性能好：振动传感器具有良好的抗电磁干扰、抗温度漂移等性能。
3. 振动传感器安装与调试（1）安装：振动传感器安装位置应根据检测对象和检测要求确定。
通常，振动传感器应安装在设备轴承、振动源或振动敏感部位。
（2）调试：振动传感器安装后，需要进行调试，包括校准、滤波、放大等。
4. 振动传感器维修（1）检查：定期检查振动传感器的性能，如灵敏度、频率响应等。
（2）清洗：清洁振动传感器，去除灰尘、油污等。
（3）更换：更换损坏的部件，如压电元件、电缆等。
三、实训过程1. 实验准备（1）实验器材：振动传感器、信号发生器、示波器、数据采集卡等。
（2）实验环境：实验室、振动台等。
2. 实验步骤（1）安装振动传感器：将振动传感器安装在振动台上，确保传感器安装牢固。
（2）连接信号线：将振动传感器的信号线与数据采集卡连接。
（3）设置参数：在数据采集卡上设置采样频率、滤波器参数等。
（4）进行实验：启动信号发生器，使振动台产生振动，观察示波器波形，记录数据。
（5）数据分析：对实验数据进行处理和分析，得出振动传感器的性能指标。
3. 实验结果与分析（1）实验数据：通过实验，得到了振动传感器的灵敏度、频率响应等性能指标。
（2）结果分析：根据实验数据，分析了振动传感器的性能特点，如频率响应范围宽、灵敏度高等。
传感器实验实习报告
一、实习背景随着科技的不断发展，传感器在各个领域得到了广泛的应用。
为了更好地了解传感器的原理和应用，提高自己的实践能力，我参加了本次传感器实验实习。
通过本次实习，我对传感器的原理、结构、工作方式及在实际应用中的重要作用有了更深入的认识。
二、实习目的1. 了解传感器的基本原理、分类、结构和工作方式。
2. 掌握传感器实验的基本操作方法和技巧。
3. 通过实验验证传感器的性能，提高自己的实践能力。
4. 了解传感器在实际应用中的重要作用。
三、实习内容本次实习主要分为以下几个部分：1. 传感器基本原理学习首先，我们学习了传感器的定义、分类、工作原理和性能指标。
传感器是一种能够将非电学量转换为电学量的装置，它具有测量精度高、响应速度快、便于自动控制等优点。
传感器按照其工作原理可以分为电阻式、电容式、电感式、压电式等。
2. 传感器实验操作（1）电阻应变式传感器实验实验目的：了解电阻应变式传感器的结构、工作原理，掌握电桥测量应变片电阻的微小变化，进而测定悬臂梁的应变。
实验步骤：① 搭建惠斯通电桥，将电阻应变片接入电桥中；② 对悬臂梁施加微小形变，观察应变片电阻的变化；③ 通过电桥测量应变片电阻的微小变化，计算悬臂梁的应变。
（2）压电式传感器实验实验目的：了解压电式传感器的测量振动的原理和方法。
实验步骤：① 将压电传感器安装在振动台上；② 通过低频振荡器产生振动信号，接入振动台；③ 观察压电传感器输出信号的变化，分析振动信号的特点。
3. 传感器性能测试（1）灵敏度测试测试方法：通过改变输入信号的大小，观察输出信号的变化，计算灵敏度。
（2）线性度测试测试方法：在一定的输入范围内，分别测量输出信号，绘制输出信号与输入信号的关系曲线，分析线性度。
（3）频率响应测试测试方法：在一定的频率范围内，分别测量输出信号，绘制输出信号与频率的关系曲线，分析频率响应。
四、实习总结通过本次传感器实验实习，我收获颇丰。
以下是我对本次实习的总结：1. 深入了解了传感器的原理、分类、结构和工作方式。
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( 实验报告)
姓名：____________________
单位：____________________
日期：____________________
编号：YB-BH-004578
压电式传感器测振动实验报告Experimental report on vibration measurement with piezoelectric
压电式传感器测振动实验报告
一、实验目的：了解压电传感器的测量振动的原理和方法。
二、基本原理：压电式传感器由惯性质量块和受压的压电片等组成。
（观察实验用压电加速度计结构）工作时传感器感受与试件相同频率的振动，质量块便有正比于加速度的交变力作用在晶片上，由于压电效应，压电晶片上产生正比于运动加速度的表面电荷。
三、需用器件与单元：振动台、压电传感器、检波、移相、低通滤波器模板、压电式传感器实验模板。
双踪示波器。
四、实验步骤：
1、压电传感器装在振动台面上。
2、将低频振荡器信号接入到台面三源板振动源的激励源插孔。
3、将压电传感器输出两端插入到压电传感器实验模板两输入端，与传感器外壳相连的接线端接地，另一端接R1。
将压电传感器实验模板电路输出端Vo1，接R6。
将压电传感器实验模板电路输出端V02，接入低通滤波器输入端Vi，低通滤波器输出V0与示波器相连。
3、合上主控箱电源开关，调节低频振荡器的频率和幅度旋钮使振动台振动，观察示波器波形。
4、改变低频振荡器的频率，观察输出波形变化。
光纤式传感器测量振动实验
一、实训目的：了解光纤传感器动态位移性能。
二、实训仪器：光纤位移传感器、光纤位移传感器实验模块、振动源、低频振荡器、通信接口（含上位机软件）。
三、相关原理：利用光纤位移传感器的位移特性和其较高的频率响应，用合适的测量电路即可测量振动。
四、实训内容与操作步骤
1、光纤位移传感器安装如图所示，光纤探头对准振动平台的反射面，并避开振动平台中间孔。
2、根据“光纤传感器位移特性试验”的结果，找出线性段的中点，通过调节安装支架高度将光纤探头与振动台台面的距离调整在线性段中点（大致目测）。
3、参考“光纤传感器位移特性试验”的实验连线，Vo1与低通滤波器中的Vi相接，低通输出Vo接到示波器。
4、将低频振荡器的幅度输出旋转到零，低频信号输入到振动模块中的低频输入。
5、将频率档选在6~10Hz左右，逐步增大输出幅度，注意不能使振动台面碰到传感器。
保持振动幅度不变，改变振动频率，观察示波器波形及锋-峰值。
保持频率振动不变，改变振动幅度，观察示波器波形及锋-峰值。
：实验六压电式传感器测振动实验
一、实验目的：了解压电传感器的测量振动的原理和方法。
二、基本原理：压电式传感器由惯性质量块和受压的压电陶瓷片等组成。
（观
察实验用压电加速度计结构）工作时传感器感受与试件相同频率的振动，质量块便有正比于加速度的交变力作用在压电陶瓷片上，由于压电效应，压电陶瓷片上产生正比于运动加速度的表面电荷。
三、需用器件与单元：振动台、压电传感器、检波、移相、低通滤波器模板、压电式传感器实验模板。
双线示波器。
四、实验步骤：
1、压电传感器已装在振动台面上。
2、将低频振荡器信号接入到台面三源板振动源的低频输入源插孔。
压电式传感器性能实验接线图
3、将压电传感器输出两端插入到压电传感器实验模板两输入端，见图7-1，屏蔽线接地。
将压电传感器实验模板电路输出端V01（如增益不够大则V01接入IC2, V02接入低通滤波器）接入低通滤波器输入端VI，低通滤波器输出V0与示波器相连。
4、合上主控箱电源开关，调节低频振荡器的频率与幅度旋扭使振动台振动，观察示波器波形。
5、改变低频振荡器频率，观察输出波形变化。
：实验二压电式传感器测量振动
一、实验目的
（1）了解压电式传感器原理和测量振动的方法。
（2）了解虚拟仪器的组成和使用。
二、基本原理
压电式传感器是一种典型的发电型传感器，其传感元件是压电材料，它以压
电材料的压电效应为转换机理实现力到电量的转换。
压电式传感器可以对各种动态力、机械冲击和振动进行测量，在声学、医学、力学、导航方面都得到广泛应用。
压电加速度传感器测量振动的实验原理如图1所示。
其中，电荷放大器原理如图2所示。
图1 压电加速度传感器测量振动原理图
图2 电荷放大器原理图
三、需用器件与单元
主机箱±15V直流稳压电源、低频振荡器；压电传感器、压电传感器实验模板、移相/相敏检波器/滤波器模拟板；振动源、双踪示波器。
四、实验步骤
1、按图3所示将压电传感器安装在振动台面上(与振动台面中心的磁钢吸合)，振动源的低频输入接主机箱中的低频振荡器，其它连线按图示意接线。
图3 压电传感器测量振动安装、接线示意图
2、将主机箱上的低频振荡器幅值旋钮逆时针转到底（低频输出幅值为零），调节低频振荡器的频率在6～8Hz左右。
检查接线无误后合上主机箱电源开关。
再调节低频振荡器的幅值使振动台明显振动（如振动不明显可调频率）。
注意：振动源振动幅度合适即可，不可让其振幅过大，以免损坏设备。
3、用示波器的两个通道（正确选择双踪示波器的“触发”方式，TIME/DIV 在50mS～20mS范围内选择，VOLTS/DIV在0.5～50mV范围内选择）同时观察低通滤波器输入端和输出端波形，在振动台正常振动时用手指敲击振动台同时观察输出波形变化。
4、改变低频振荡器的频率（调节主机箱低频振荡器的频率），观察输出波形变化。
记录几组波形曲线。
5、将低通滤波器输入端和输出端的信号分别接到数据采集卡的A、B两个端口。
运行虚拟仪器软件。
用虚拟示波器替代示波器，改变低频振荡器的频率（调节主机箱低频振荡器的频率），观察输出波形的变化。
（虚拟仪器软件的使用，课堂上详细讲解。
）
6.改变低频振荡器的频率（调节主机箱低频振荡器的频率），利用实验软件，记录几组波形曲线。
（该软件的使用，课堂上详细讲解。
）
五、思考题
（1）低频振荡器的作用是什么？
（2）实验中压电传感器的测量电路采样电压放大器还是电荷放大器？
（3）分析所记录波形曲线。
（例如：波形的频率或幅值发生什么变化，这样的变化可能是什么原因造成的？或者从中可得出什么推论或结论，等等。
）
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