传感器实验
传感器实验实验报告
传感器实验实验报告传感器实验实验报告引言：传感器是一种能够将各种物理量、化学量或生物量转换为可测量电信号的装置。
它在各个领域中都有着广泛的应用，如环境监测、医疗诊断、智能家居等。
本次实验旨在通过对不同类型传感器的测试和比较，深入了解传感器的原理和性能。
实验一：温度传感器温度传感器是一种常见的传感器类型，用于测量环境中的温度。
我们选择了一款热敏电阻温度传感器进行测试。
实验中，我们将传感器连接到一个电路板上，并使用示波器测量输出电压随温度的变化。
通过改变环境温度，我们观察到传感器输出电压与温度之间的线性关系。
这表明该传感器具有良好的灵敏度和稳定性。
实验二：光照传感器光照传感器是一种能够测量环境中光照强度的传感器。
我们选择了一款光敏电阻光照传感器进行测试。
实验中，我们将传感器暴露在不同光照条件下，并使用万用表测量输出电阻的变化。
结果显示，传感器输出电阻随光照强度的增加而减小。
这说明该传感器能够准确地感知光照强度，并将其转化为电信号输出。
实验三：湿度传感器湿度传感器是一种用于测量环境湿度的传感器。
我们选择了一款电容式湿度传感器进行测试。
实验中，我们将传感器放置在一个密封的容器中，并通过改变容器内的湿度来模拟不同湿度条件。
通过连接传感器到一个数据采集系统，我们能够实时监测到传感器的输出信号。
结果显示，传感器的输出电容随湿度的增加而增加。
这说明该传感器对湿度变化非常敏感，并能够准确地测量环境湿度。
实验四：气体传感器气体传感器是一种能够检测环境中气体浓度的传感器。
我们选择了一款气敏电阻气体传感器进行测试。
实验中，我们将传感器暴露在不同浓度的气体环境中，并使用示波器测量输出电阻的变化。
结果显示，传感器的输出电阻随气体浓度的增加而减小。
这表明该传感器能够准确地感知气体浓度，并将其转化为电信号输出。
结论：通过本次实验，我们深入了解了不同类型传感器的原理和性能。
温度传感器、光照传感器、湿度传感器和气体传感器在各自的应用领域中都具有重要的作用。
传感器实验指导书2023
传感器实验指导书
一、实验目的
本实验旨在帮助学生了解和掌握各种传感器的原理及应用，通过实际操作加深对传感器技术的理解，提高实践能力和创新思维。
二、实验器材
电阻式传感器
电容式传感器
电感式传感器
压电式传感器
磁电式传感器
热电式传感器
光电式传感器
光纤传感器
化学传感器
生物传感器
三、实验步骤与操作方法
电阻式传感器实验：
（1）将电阻式传感器接入电路，测量其阻值；
（2）改变被测物体的电阻值，观察电路中电压或电流的变化；
（3）记录实验数据，分析电阻式传感器的输出特性。
电容式传感器实验：
（1）将电容式传感器接入电路，测量其电容值；
（2）改变被测物体的介电常数，观察电路中电压或电流的变化；
（3）记录实验数据，分析电容式传感器的输出特性。
电感式传感器实验：
（1）将电感式传感器接入电路，测量其电感值；
（2）改变被测物体的磁导率，观察电路中电压或电流的变化；
（3）记录实验数据，分析电感式传感器的输出特性。
压电式传感器实验：
（1）将压电式传感器接入电路，测量其输出电压；（2）施加压力或振动，观察电路中电压的变化；（3）记录实验数据，分析压电式传感器的输出特性。
磁电式传感器实验：
（1）将磁电式传感器接入电路，测量其输出电压；（2）改变磁场强度，观察电路中电压的变化；
（3）记录实验数据，分析磁电式传感器的输出特性。
传感器标定实验方案
传感器标定实验方案
传感器标定实验方案主要包括以下步骤：
1. 实验准备：准备好需要标定的传感器设备，以及标定所需的辅助设备和工具，如计算机、数据采集卡、标定板等。
2. 确定标定参数：根据传感器的工作原理和应用需求，确定需要标定的参数，如灵敏度、非线性误差、温度漂移等。
3. 搭建标定系统：将传感器与数据采集卡连接，将标定板放置在传感器的测量范围内，确保传感器与标定板之间的距离和角度等条件满足标定要求。
4. 数据采集：通过数据采集卡采集传感器输出的原始数据，同时记录标定板的真实值，可以使用不同的标定板数据，以覆盖不同工作范围和条件。
5. 数据处理：对采集到的数据进行处理，包括滤波处理、数据对齐、数据校正等，得到传感器的标定数据。
6. 标定方法选择：根据传感器的特性和标定参数的要求，选择合适的标定方法，如线性回归、多项式拟合、曲线拟合等。
7. 标定曲线拟合：对处理后的数据进行曲线拟合，得到传感器的标定曲线，可以使用数学工具或专业的标定软件进行拟合。
8. 标定结果评估：对标定曲线进行评估，包括拟合误差、残差分析等，判断标定结果的精度和可靠性。
9. 标定参数提取：从标定曲线中提取所需的标定参数，如灵敏度、偏移量、非线性误差等。
10. 标定结果验证：使用独立的测试数据对标定结果进行验证，评估标定结果的准确性和稳定性。
11. 标定报告撰写：根据实验结果撰写标定报告，包括实验目的、实验过程、数据处理方法、标定结果和分析等内容。
12. 标定结果应用：将标定结果应用到实际工程中，对传感器的测量数据进行修正和校准，提高传感器的测量精度和可靠性。
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。
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。
传感器实验大全(附思考题答案+实验过程+结果)
传感实验总结传感器技术与应用这门课虽只历时八周，但这却是第一次理论与实践结合能同步的专业课。
实验室去了两次，也做了很久，然自己想法甚多，多么渴望能多做些实验让自己所学的理论知识活起来。
这次试验主要做了四个实验：差动变压器的位移特性、电容式传感器的位移特性、电涡流传感器的位移特性、光纤传感器的位移特性。
下面分别说明：一．差动变压器的性能实验１.实验目的：了解差动变压器的工作原理及特性。
２. 基本原理：差动变压器由一只初级线圈和二只次线圈及一个铁芯组成，根据内外层排列不同，有二段和三段式，本实验是三段式结构。
当传感器随着被测体移动时，由于初级线圈（做为差动变压器激励用，相当于变压器原边）和次级线圈（由两个结构尺寸和参数相同的线圈反相串接而成，相当于变压器副边）之间的互感发生变化促使次级线圈感应电势产生变化，一只次级感应电势增加，另一只感应电势则减少，将两只次级反向串接（同名端连接），就引出差动输出。
其输出电势反映出被测体的移动量。
３. 需用器件与单元：差动变压器实验模板、测微头、双踪示波器、差动变压器、音频信号源、直流电源（音频振荡器）、电压表。
４.实验步骤：１）根据图1－1，将差动变压器装在差动变压器实验模板上。
图1－1 差动变压器电容传感器安装示意图２）在模块上按图1－２接线，音频振荡器信号必须从主控箱中的Lv端子输出，调节音频振荡器的频率，输出频率为4－5KHz（可用主控箱的频率表输入Fin来监测）。
调节输出幅度为峰－峰值Vp-p＝2V（可用示波器监测：X轴为0.2ms/div）。
图中1、2、3、4、5、6为连接线插座的编号。
接线时，航空插头上的号码与之对应。
当然不看插孔号码，也可以判别初次级线圈及次级同名端。
判别初次线图及次级线圈同中端方法如下：设任一线圈为初级线圈，并设另外两个线圈的任一端为同名端,按图1—2接线。
当铁芯左、右移动时，观察示波器中显示的初级线圈波形，次级线圈波形，当次级波形输出幅度值变化很大，基本上能过零点，而且相应与初级线圈波形（Lv音频信号Vp-p＝2ｖ波形）比较能同相或反相变化，说明已连接的初、次级线圈及同名端是正确的，否则继续改变连接再判别直到正确为止。
传感器实验报告
传感器实验报告传感器实验实验⼀、电阻应变⽚传感器1．实验⽬的(1) 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。
(2) 了解半桥的⼯作原理，⽐较半桥与单臂电桥的不同性能、了解其特点(3) 了解全桥测量电路的原理及优点。
(4) 了解应变直流全桥的应⽤及电路的标定。
2．实验数据整理与分析由以上两趋势图可以看出，其中⼀个20.9997R =,另⼀个20.9999R =，两个的线性都较好。
其中产⽣⾮线性的原因主要有：（1）04x R e e R R ?=+?，0e 和R ?并不成严格的线性关系，只有当0R R ?<<才有04x Re e R=，所以理论上并不是绝对线性的，总会出现⼀些⾮线性。
（2）应变⽚与材料的性能有关，这也可能产⽣⾮线性。
（3）实验中外界因素的影响，包括外界温度之类的影响。
为什么半桥的输出灵敏度⽐单臂时⾼出⼀倍，且⾮线性误差也得到改善？答：单臂：04x R e e R ?=半桥：1201()2x R R e e R R ??=-灵敏度公式：U S W=；所以半桥测量时是单臂测量的灵敏度的两倍。
0k 受电阻变化影响变得很⼩改善了⾮线性误差。
3．思考题a ．半桥测量时两⽚不同受⼒状态的电阻应变⽚接⼊电桥时，应放在：（1）对边（2）邻边。
解：邻边 b ．桥路（差动电桥）测量时存在⾮线性误差，是因为：（1）电桥测量原理上存在⾮线性（2）应变⽚应变效应是⾮线性的（3）调零值不是真正为零。
解：（1）（2）（3）。
c ．全桥测量中，当两组对边（R1、R3为对边）值R 相同时，即R1＝R3，R2＝R4，⽽R1≠R2时，是否可以组成全桥：（1）可以（2）不可以。
解：（1）d ．某⼯程技术⼈员在进⾏材料拉⼒测试时在棒材上贴了两组应变⽚，如何利⽤这四⽚电阻应变⽚组成电桥，是否需要外加电阻。
解：可组成全路电桥实验⼆差动变压器1.实验⽬的(1)了解差动变压器的⼯作原理和特性(2)了解三段式差动变压器的结构(3)了解差动变压零点残余电压组成及其补偿⽅法(4)了解激励频率低差动变压器输出的影响2.实验数据整理与分析实验A中产⽣⾮线性误差的原因：（1）存在零点残余电压（2）零点附近波动较⼤（3）读数时的⼈为误差分析产⽣零点残余电压的原因，对差动变压器的性能有哪些不利影响。
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U O14/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。
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传感器实验精04 张为昭 2010010591实验二电涡流传感器变换特性一、实验目的1. 了解电涡流传感器的结构、工作原理及应用；2. 了解电涡流传感器调频电路的特点，测试电涡流传感器变换特性。
二、实验装置及原理1.装置图2.1 电涡流传感器装置2.原理涡流传感器是七十年代以后发展较快的一种新型传感器。
它广泛应用在位移振动监测、金属材质鉴别、无损探伤等技术领域中。
涡流传感器通常由扁平环形线圈组成。
在线圈中通以高频（通常为2.5MHz 左右）电流，则在线圈中产生高频交变磁场。
当导电金属板接近线圈时，交变磁场在板的表面层内产生感应电流即涡流。
涡电流又产生一个反方向的磁场，从而减弱了线圈的原磁场，也就改变了原线圈的自感量L、阻抗Z及Q值。
线圈上述参数的变化在其它条件不变的情况下仅是线圈与金属板之间距离的单值函数。
实验中采用了测量线圈自感量L的调频电路，即把线圈作为谐振回路的一个电感元件。
当线圈与金属板之间距离h发生变化时，谐振回路的频率f也发生变化，再用鉴频器将频率变化转换成电压变化输出。
图2.2 电涡流传感器原理三、实验内容及步骤1. 测量前置器输出频率f与距离h之间的关系；输出电压V与距离h之间（1）被测金属板先采用铝板。
转动微调机构或千分尺使金属板与传感器端面接触即h＝0，记下相应的输出信号频率，然后改变h并记下相应的输出频率f 的数值于表2－1中。
（2）改变h并记下涡电流传感器相应的输出电压峰峰值于表2－2中。
（3）改变h并记下测量电路最终的输出电压于表2－3中。
2. 换上钢板重复1的步骤，注意钢板在与传感器距离很小时传感器无输出，调整距离至有输出时作为零点，再开始进行后续测量。
3. 估测电涡流传感器的工作测量范围：铝板：1.5mm钢板：1.5mm（相对零点的位移）四、数据整理及问题分析1.实验数据整理2.数据处理及分析传感器输出频率与h的关系如图2.3所示。
图2.3 传感器输出频率与h的关系传感器输出信号的峰峰值与h 的关系如图2.4所示。
图2.4 传感器输出信号的峰峰值与h 的关系传感器电路最终的输出值与h 的关系如图2.5所示。
图2.5 传感器电路最终的输出值与h 的关系数据分析：由以上三个曲线可以发现： （1）电涡流传感器的滞回现象不明显；（2）测量铝板时，频率随距离增大而降低，这是因为铝为非磁性材料，线圈等效电感221222222M L L L R L ωω=-+中第一项不变，第二项代数值随距离增加而增加，由于f =，频率下降。
而在测量钢板时，频率先上升再下降，这是因为钢为磁性材料，有效导磁率影响的电感L1随距离增大而减小，电涡流产生的电感的代数值-L2w2M2R22+w2L22随距离增大而增大，二者叠加，导致总的线圈等效电感随距离先减小后增大，使频率先增大后减小。
同时注意到距离很近时钢板的频率测试有滞回现象，这可能是因为钢板为导磁材料，测量时产生的电涡流大，发热温升高，使电感发生了变化（增大）。
（3）两种材料的电压输出均随距离增大而增大，但均有饱和区。
铝板的上升段线性度较好，钢板则分成了两端线性度较好的部分，第一段灵敏度高，第二段灵敏度低。
（4）铝板频率及电压始终高于钢板且频率灵敏度比钢板高。
这是因为铝的导电性好，可以产生更大的感应电流和感应磁场，使电感较小且变化较快，由式f=可知此时灵敏度高，也正是因为铝板的导电性好，感应电流和磁场大，所以输出的电压也大。
3.误差分析（1）由于读数使用数字设备，输出数据老是跳动，可能会导致读数结果与实际不符。
（2）板与传感器并不是完全平行放置，距离测量存在误差。
（3）由于钢板的零点为调整后得到，所以它的输出和铝板比较得到的结论会存在一定的误差。
（5）由于感应电流产生热量使板温度升高，可能导致导磁率发生变化而产生误差。
（6）钢板输出电压的饱和区到达较晚，测试范围较大。
4.实验中问题的讨论实验中发现测量钢板距离时需要达到一定距离以上之后系统才会有输出。
分析原因可能是钢板在距离传感器太近时线圈等效电感太大，以及涡电流热产生的温升太高使输出太小不能被系统识别而显示为零输出。
五、思考问题1. 前置器是如何产生高频率振荡电压的？振荡频率主要由哪些元件决定？传感器到前置器之间的电缆为2米，若增加1米，有何影响？（1）前置器内是电容三点式振荡电路和射极输出器，由此电路产生高频率振荡电压。
前置器内部前级的电容三点式振荡电路输出高频振荡电流，通过LC 振荡电路产生交变磁场，后级的射极输出器将传感器产生的振荡电流和输入振荡电流叠加并跟随，并降低前后级连接带来的负载效应，另外，通过调整输入输出电阻的大小关系，可以降低外界对输出信号的干扰作用。
（2）振荡频率主要由前置器内部的电容、电阻和电感元件决定。
（3）若传感器到前置器之间的电缆长度增加1米，则由电缆引入的杂散电容增大，对振荡电流将产生干扰，由式f=1/2p LC，最终的输出频率将减小，而由于射极输出器的跟随作用，幅值不会产生变化。
2. 前置器到电源之间及到调频输出之间用一根单芯电缆，其上传输着几种信号？他们是怎样分离的？线路中1212L L C C 、、、起什么作用？采用单芯电缆有什么好处？（1）前置器与电源和调频输出之间的一根单芯电缆上传输着两种信号，一种是由传感器输出的高频交流振荡信号，一种是直流电源的直流信号分量。
（2）1212L L C C 、、、构成滤波电路，产生的振荡信号与原传感器中的振荡信号相互抵消，从而将（1）中两种信号分离。
（4）采用单芯电缆的好处是可以减小杂散电容，减小干扰。
3. 传感器与金属板之间加入纸、塑料、油和脂等物，对频率输出有无影响？为什么？加入金属板是否也无影响？（1）传感器与金属板之间加入纸、塑料、油和脂等物，对频率输出无影响。
因为这些材是不导电的，所以不会产生感应电流和感应磁场而影响感应磁场的分布规律情况。
（2）加入金属板有影响。
因为金属是导体，在交变磁场中会产生感应电流即涡电流，从而产生一个磁场，对原磁场产生影响，影响输出。
4. 由所得数据绘制出曲线，分析不同测试对象的材质对涡流传感器使用上有何影响（铝材质与45#钢材质在范围及灵敏度上有何不同）？由所得数据发现：铝板输出频率的灵敏度比钢板的高，因为铝板与传感器构成的等效电感随距离的变化更大，所以在移动相同距离时输出频率和输出电压变化更大，灵敏度更高。
同时在实验中还发现，钢板距离测量时有最小值的限制，不能从零开始，但钢板的测试范围更大。
因此在用电涡流传感器测距时，应根据灵敏度和使用范围选用不同材质。
5. 实验中所用传感器的可测范围为多少毫米？一般的涡流传感器的测量范围是多少？（1）依照线性测量的原则，由输出曲线可得实验中所使用传感器的可测范围是：铝板约0～1.5毫米，钢板0.1～0.4及0.4～1.2毫米两段。
（2）一般的涡流传感器测量的距离可为0~30mm mm ，频率范围为40~10Hz Hz ，线性误差约为1%~3%，分辨率最高可达0.05m 。
实验四 悬臂梁动态参数测试一、 实验目的及要求本实验主要目的是培养同学面对实际测试任务，自己独立实施实验的能力。
要求同学综合运用已学知识，构思自己的实验方案——如何组成测试系统；选用哪些仪器及设备；在该系统中起何作用？实验要求为：1. 测试悬臂梁的动态参数；2. 掌握传感器、激振器等常用振动测试设备的使用方法；3. 了解振动测试的基本方法和系统构成。
二、 实验仪器1. 功率放大器2. 激振器3. 信号发生器4. 加速度传感器5. 涡流传感器 三、 实验任务现有一根钢板，长L ＝40cm ，宽c ＝5cm ，厚b ＝0.5cm 。
用它做成插入端悬臂梁（如图4.1所示）。
图4.1 悬臂梁外伸臂长可调节成两种长度：长L 1=25cm , L 2=20cm 。
1. 试计算该两种长度下悬臂梁的一阶固有频率0f 。
已给出插入端悬臂梁固有频率0f 的计算公式为：0f =式中：262220 1.875()(/) 1.710/(/)a a L cm E kgf cm E kgf cm I kgf s cm ==⨯ ——振型常数，一阶振型时——悬臂梁外伸长度——梁的弹性模量——梁的截面惯性矩梁的尺寸为： L 可调横截面积为：b ×c 代入数据：332405(0.5)0.052 5.2101212cb I cm -⨯====⨯r L =r V i b i c =7.8(g /cm 3)´0.5´5(cm 2)=19.5(g /cm )=19.5´10-3kg /cm 式中V ρ为梁的单位体积质量，将kg 化为工程质量的单位：211/9.8kg kgf s m =⋅ 2352219.5110 1.9910/9.8kgf s L kgf s cm m cmρ--⋅=⨯=⨯⋅ 故：L=25cm 时，f 0=59.67HzL=20cm时，f=93.23Hz3. 设计一个测试系统，用实验的方法实测这三种长度的悬臂梁的一阶固有频率f，阻尼率ζ。
（a）实验原理方法在本实验中采用两种方法进行测量：（1）脉冲相应法：在悬臂梁的悬臂端安装传感器，将信号通过示波器显示出来进行观察和测量。
要产生脉冲相应，可以通过手或刚性物件（如钢尺）等敲击悬臂梁末端，模拟脉冲激励，则欠阻尼系统的响应曲线如图4.2所示，脉冲相应函数为y(t)=-zw n t sin1-z2wnt()其中：z»ln(x1xn) 2p n图4.2 欠阻尼二阶系统脉冲响应依据输出曲线上的数据点，可以求出阻尼比，再依据式：nω=可以求出固有频率。
（2）频率响应法：欠阻尼输入不同频率的正弦波时，有关系式：ArA=其中Ar 为谐振峰值，A为0频率处幅值。
依此可求出阻尼比。
又有：wn=其中w为谐振频率。
依此可以求出固有频率。
p（b）测试系统框图（1）脉冲响应法框图：（2）频率测试法框图：（c（d（1）脉冲激励测量时，要以第3、4个波峰作为起点进行计算以减小最初响应中高频部分的干扰。
且要多隔开几个波峰测量以减小误差。
（2）敲击生成脉冲激励时要注意选取合适的敲击物以保证实际激励与脉冲的近似度较高。
（3）使用信号发生器时注意生成的为正弦波且输出频率数量级正确。
（4）激振器的位置及与梁的距离要合适。
四、数据处理及分析1.实验数据及处理（1）脉冲激励法L=20cm时，阻尼比：z»ln(x1x7)2p´7=0.0213固有频率：f==71.44Hz L=25cm时，阻尼比：z»ln(x1x7)2p´7=0.0206固有频率：f==50.52Hz（2）频率测试法L=20cm。
幅频特性曲线如图4.3所示。
图4.3 L=20cm 时的幅频特性曲线由曲线可知谐振频率为72.4Hz ，由于系统阻尼比很小，所以可以认为谐振频率就是固有频率。