转子台综合实验指导书

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1、转子实验台综合实验指导书一. 实验目的 通过本实验让学生掌握回转机械转速、振动、轴心轨迹测量方法，了解回转机械动平衡的概念和原理以及传感器的在实际测试中的应用技术。二. 实验台简介 DRZZS-A型多功能转子试验台由：1-底座、2-主轴、3-飞轮、4-直流电机、5-主轴支座、6-含油轴承及油杯、7-电机支座、8-连轴器及护罩、9-RS9008电涡流传感器支架、10-磁电转速传感器支架、11-测速齿轮(15齿)、12-保护挡板支架，几部分组成，如图1所示。 图1 DRZZS-A型多功能转子试验台传感器安装位置示意图 主要技术指标为： 可调转速范围：0 2500转/分，无级 电源：DC12V 主轴

2、长度：500mm 主轴直径：12mm 外形尺寸：640140160mm 重量：12.5kg 与DRVI软件平台结合，可以开设以下实验：（学生可跟根据课程要求选择一个或多个实验）1. 加速度传感器/速度传感器振动测量实验 2. 磁电传感器/光电传感器转速测量 3. 三点加重法转子动平衡实验 4. 转子轴心轨迹测量实验 5. 荷重传感器应用实验6. 声传感器噪声测量实验一 转子实验台底座振动测量实验（一）、加速度传感器振动测量实验一、实验目的通过本实验了解并掌握机械振动信号测量的基本方法。二、实验原理1. 振动测量原理机械在运动时，由于旋转件的不平衡、负载的不均匀、结构刚度的各向异性、间隙、润滑不

3、良、支撑松动等因素，总是伴随着各种振动。机械振动在大多数情况下是有害的，振动往往会降低机器性能，破坏其正常工作，缩短使用寿命，甚至导致事故。机械振动还伴随着同频率的噪声，恶化环境，危害健康。另一方面，振动也被利用来完成有益的工作，如运输、夯实、清洗、粉碎、脱水等。这时必须正确选择振动参数，充分发挥振动机械的性能。在现代企业管理制度中，除了对各种机械设备提出低振动和低噪声要求外，还需随时对机器的运行状况进行监测、分析、诊断，对工作环境进行控制。为了提高机械结构的抗振性能，有必要进行机械结构的振动分析和振动设计。这些都离不开振动测试。 振动测试包括两种方式：一是测量机械或结构在工作状态下的振动，如

4、振动位移、速度、加速度、频率和相位等，了解被测对象的振动状态，评定等级和寻找振源，对设备进行监测、分析、诊断和预测。二是对机械设备或结构施加某种激励，测量其受迫振动，以便求得被测对象的振动力学参量或动态性能，如固有频率、阻尼、刚度、频率响应和模态等。振动的幅值、频率和相位是振动的三个基本参数，称为振动三要素。幅值：幅值是振动强度的标志，它可以用峰值、有效值、平均值等方法来表示。频率：不同的频率成分反映系统内不同的振源。通过频谱分析可以确定主要频率成分及其幅值大小，从而寻找振源，采取相应的措施。 相位：振动信号的相位信息十分重要，如利用相位关系确定共振点、测量振型、旋转件动平衡、有源振动控制、降

5、噪等。对于复杂振动的波形分析，各谐波的相位关系是不可缺少的。在振动测量时，应合理选择测量参数，如振动位移是研究强度和变形的重要依据；振动加速度与作用力或载荷成正比，是研究动力强度和疲劳的重要依据；振动速度决定了噪声的高低，人对机械振动的敏感程度在很大频率范围内是由速度决定的。速度又与能量和功率有关，并决定动量的大小。2. YD-37加速度传感器简介压电传感器的力学模型可简化为一个单自由度质量弹簧系统。根据压电效应的原理，当晶体上受到振动作用力后，将产生电荷量，该电荷量与作用力成正比，这就是压电传感器完成机电转换的工作原理。压电式加速度传感器在振动测试领域中应用广泛，可以测量各种环境中的振动量。

6、YD-37加速度传感器与DRBS-12-A型简易电荷放大器的综合灵敏度约是6080mV/m.s-2 。三、实验仪器和设备1. 计算机 n台2. DRVI快速可重组虚拟仪器平台 1套3. 加速度传感器（YD-37） 1套4. 加速度传感器变送器（DRBS-12-A） 1台5. 蓝津数据采集仪（DRDAQ-EPP2） 1台6. 开关电源（DRDY-A） 1套7. 5芯对等线 1条四、实验步骤及内容1. 振动测量实验结构如图36.1所示，将加速度传感器通过配套的磁座吸附在转子实验台底座上，然后将其输出端和变送器的输入端相连，变送器的输出端通过一根带五芯航空插头的电缆和数据采集仪A/D输入通道连接。图

7、36.1 振动测量结构示意图2. 启动服务器，运行DRVI程序，点击DRVI快捷工具条上的“联机注册”图标，选择其中的“DRVI采集仪主卡检测”进行服务器和数据采集仪之间的注册。联机注册成功后，从DRVI工具栏和快捷工具条中启动 “内置的Web服务器”，开始监听8500端口。3. 打开客户端计算机，启动计算机上的DRVI程序，然后点击DRVI快捷工具条上的“联机注册”图标，选择其中的“DRVI局域网服务器检测”，在弹出的对话框中输入服务器IP地址（例如：192.168.0.1），点击“发送”按钮，进行客户端和服务器之间的认证。4. 在收藏菜单栏中选中“实验指导书”菜单项打开WEB版实验指导书，

8、在实验目录中选择“加速度传感器振动测量”实验，按实验原理和要求设计该实验。5. 本实验的目的是了解用加速度传感器进行振动测量的方法，首先需要将数据采集进来，蓝津信息提供了一个配套的8通道并口数据采集仪来完成外部信号的数据采集，在DRVI软件平台中，对应的数据采集软件芯片为“蓝津DAQ_A/D”芯片；数据采集仪的启动采用一片“0/1按钮”芯片来控制；振动信号的频谱，用一片“FFT”芯片来计算；另外，由于在用加速度传感器获取振动信号的时候，会带入一部分高频干扰信号，为了测量的方便，可以插入一片“数字滤波”芯片，用于构成低通滤波器，滤出高频成分，滤波前后的波形对应结果用一片“多路接线开关” 来选择；

9、还需要选择两片“波形/频谱显示”芯片，用于显示振动信号的时域波形和频谱；然后再根据所需的数组型数据总线的数量，插入5片“内存条”芯片，用于存储数组型数据；再加上一些文字显示芯片和装饰芯片，就可以搭建出一个“振动测量实验”的服务器端，所需的软件芯片数量、种类、与软件总线之间的信号流动和连接关系如图36.2所示，根据实验原理设计图在DRVI软面包板上插入上述软件芯片，然后修改其属性窗中相应的连线参数就可以完成该实验的设计和搭建过程。说明：红线和虚线表示单变量数据线，蓝线和实线表示数组型数据线，箭头代表数据或信号在软件总线中的流动方向。0160006001600260036004图36.2 振动测量

10、实验（服务器端）设计原理图6. 对于客户端，与以前设计过的实验类似，必须在完成网络数据采集的基础上进行信号的分析和处理，在DRVI软件平台中，客户端是通过“TCP客户端”芯片和“定时器”芯片的组合来完成网络数据采集功能，另外还需采用“IP地址输入”芯片来指定数据共享服务器的IP地址，其它的芯片则与服务器端基本相同，客户端所需的软件芯片数量、种类、与软件总线之间的信号流动和连接关系如图36.3所示。说明：黄线表示服务器端数组型数据线，红线和虚线表示单变量数据线，蓝线和实线表示数组型数据线，箭头代表数据或信号在软件总线中的流动方向。N600012600060016002600360040图36.3

11、 振动测量实验（客户端）设计原理图7. 在Web版的实验指导书中，还提供了本实验的参考脚本，可以直接点击附录中该实验脚本文件“服务器端”和“客户端”的链接，将参考的实验脚本文件读入DRVI软件平台中并运行。服务器端实验效果示意图如图36.4所示。图36.4 加速度传感器振动测量实验（服务器端）效果图8. 在振动实验台的电机转子上添加试重，启动电机，调整到一个稳定的转速，点击面板中的“开关”按钮，观察和分析所得到振动信号的波形和频谱，点击“多路接线开关”，观察滤波前后振动信号波形和频谱的变化情况并记录实验结果。9. 关闭电机，在电机转子上改变试重和位置，再次启动电机进行测量，观察和分析所得到振动

12、信号的波形和频谱。10. 关闭电机，改变加速度传感器的测量位置，再次启动电机进行测量，观察和分析随着测量位置的改变，振动信号的波形和频谱的变化情况。图36.5 加速度传感器振动测量实验（客户端）实验效果图11. 对于客户端的分析，首先设定数据共享服务器的IP地址，然后在确保数据共享服务器端8500端口打开的前提下，点击“开关”按钮进行网络数据采集，观察数据共享服务器端振动信号的变化情况，并记录实验结果。客户端实验效果示意图如图36.5所示。五、扩展实验设计在图36.4的实验基础上增加窗函数和采样频率调节功能。六、实验报告要求 (实验报告统一用A4纸)1. 简述实验目的和原理。2. 整理和分析实

13、验中得到的振动信号的数据，并分析其结果。七、思考题1. 为什么要采用加速度传感器来测量振动信号？2. 常用的振动信号测量方式有那些？八、附录本实验的流程框图如图36.6所示。图36.6 加速度传感器振动测量实验信号处理框图（二）、速度传感器振动测量实验一、实验目的通过本实验了解并掌握机械振动信号测量的基本方法。二、实验原理1. 振动测量原理机械在运动时，由于旋转件的不平衡、负载的不均匀、结构刚度的各向异性、间隙、润滑不良、支撑松动等因素，总是伴随着各种振动。机械振动在大多数情况下是有害的，振动往往会降低机器性能，破坏其正常工作，缩短使用寿命，甚至导致事故。机械振动还伴随着同频率的噪声，恶化环境

14、，危害健康。另一方面，振动也被利用来完成有益的工作，如运输、夯实、清洗、粉碎、脱水等。这时必须正确选择振动参数，充分发挥振动机械的性能。在现代企业管理制度中，除了对各种机械设备提出低振动和低噪声要求外，还需随时对机器的运行状况进行监测、分析、诊断，对工作环境进行控制。为了提高机械结构的抗振性能，有必要进行机械结构的振动分析和振动设计。这些都离不开振动测试。 振动测试包括两种方式：一是测量机械或结构在工作状态下的振动，如振动位移、速度、加速度、频率和相位等，了解被测对象的振动状态，评定等级和寻找振源，对设备进行监测、分析、诊断和预测。二是对机械设备或结构施加某种激励，测量其受迫振动，以便求得被测

15、对象的振动力学参量或动态性能，如固有频率、阻尼、刚度、频率响应和模态等。振动的幅值、频率和相位是振动的三个基本参数，称为振动三要素。幅值：幅值是振动强度的标志，它可以用峰值、有效值、平均值等方法来表示。频率：不同的频率成分反映系统内不同的振源。通过频谱分析可以确定主要频率成分及其幅值大小，从而寻找振源，采取相应的措施。 相位：振动信号的相位信息十分重要，如利用相位关系确定共振点、测量振型、旋转件动平衡、有源振动控制、降噪等。对于复杂振动的波形分析，各谐波的相位关系是不可缺少的。在振动测量时，应合理选择测量参数，如振动位移是研究强度和变形的重要依据；振动加速度与作用力或载荷成正比，是研究动力强度

16、和疲劳的重要依据；振动速度决定了噪声的高低，人对机械振动的敏感程度在很大频率范围内是由速度决定的。速度又与能量和功率有关，并决定动量的大小。2. CD-21加速度传感器简介图37.1 CD-21型磁电式振动速度传感器结构示意图CD-21振动速度传感器的基本原理是基于一个惯性质量（线圈组件）和壳体，壳体中固定有磁铁，惯性质量用弹性元件悬挂在壳体上工作时，将传感器壳体固定在振动体上，这样当振动体振动时，在传感器工资频率范围内，线圈与磁铁相对运动，切割磁力线，在线圈内产生感应电压，该电压值正比于振动速度值，这就是振动速度传感器的工作原理。图37.1是CD-21振动速度传感器的内部结构示意图。CD-2

17、1振动速度传感器的测量范围是101000Hz，灵敏度约是200mv/cms-1，并且灵敏度K也是随着振动频率的改变而改变的，这个数据需要参考传感器的检定证书。另外，随DRMU-ME-B型综合实验台提供的转子实验模块内对速度传感器的信号也进行了放大，放大器的增益是10倍。三、实验仪器和设备1. 计算机 n台2. DRVI快速可重组虚拟仪器平台 1套3. 速度传感器（CD-21）1套4. 蓝津数据采集仪（DRDAQ-EPP2）1台5. 开关电源（DRDY-A）1套6. 5芯-BNC转接线1条7. 转子实验台（DRZZS-A）1 台四、实验步骤及内容1. 振动测量实验结构如图37.2所示，将速度传感

18、器通过配套的磁座吸附在转子实验台底座上，然后通过一根带五芯航空插头-BNC转接电缆和数据采集仪A/D输入通道连接。图37.2 振动测量结构示意图2. 启动服务器，运行DRVI程序，点击DRVI快捷工具条上的“联机注册”图标，选择其中的“DRVI采集仪主卡检测”进行服务器和数据采集仪之间的注册。联机注册成功后，从DRVI工具栏和快捷工具条中启动 “内置的Web服务器”，开始监听8500端口。3. 打开客户端计算机，启动计算机上的DRVI程序，然后点击DRVI快捷工具条上的“联机注册”图标，选择其中的“DRVI局域网服务器检测”，在弹出的对话框中输入服务器IP地址（例如：192.168.0.1），

19、点击“发送”按钮，进行客户端和服务器之间的认证。4. 在收藏菜单栏中选中“实验指导书”菜单项打开WEB版实验指导书，在实验目录中选择“速度传感器振动测量”实验，按实验原理和要求设计该实验。5. 本实验的目的是了解用速度传感器进行振动测量的方法，首先需要将数据采集进来，蓝津信息提供了一个配套的8通道并口数据采集仪来完成外部信号的数据采集过程，图37.7显示了本实验的信号处理流程。在DRVI软件平台中，对应的数据采集软件芯片为“蓝津DAQ_A/D”芯片；数据采集仪的启动采用一片“0/1按钮”芯片来控制；振动信号的频谱，用一片“FFT”芯片来计算；另外还需要选择两片“波形/频谱显示”芯片，用于显示振

20、动信号的时域波形和频谱；然后再根据所需的数组型数据总线的数量，插入3片“内存条”芯片，用于存储数组型数据；再加上一些文字显示芯片和装饰芯片，就可以搭建出一个“速度传感器振动测量实验”的服务器端，所需的软件芯片数量、种类、与软件总线之间的信号流动和连接关系如图37.3所示，根据实验原理设计图在DRVI软面包板上插入上述软件芯片，然后修改其属性窗中相应的连线参数就可以完成该实验的设计和搭建过程。说明：红线和虚线表示单变量数据线，蓝线和实线表示数组型数据线，箭头代表数据或信号在软件总线中的流动方向。01600060016002图37.3 振动测量实验（服务器端）设计原理图6. 对于客户端，与以前设计

21、过的实验类似，必须在完成网络数据采集的基础上进行信号的分析和处理，在DRVI软件平台中，客户端是通过“TCP客户端”芯片和“定时器”芯片的组合来完成网络数据采集功能，另外还需采用“IP地址输入”芯片来指定数据共享服务器的IP地址，其它的芯片则与服务器端基本相同，客户端所需的软件芯片数量、种类、与软件总线之间的信号流动和连接关系如图37.4所示。说明：黄线表示服务器端数组型数据线，红线和虚线表示单变量数据线，蓝线和实线表示数组型数据线，箭头代表数据或信号在软件总线中的流动方向。N6000126000600160020图37.4 振动测量实验（客户端）设计原理图7. 在Web版的实验指导书中，还提

22、供了本实验的参考脚本，可以直接点击附录中该实验脚本文件“服务器端”和“客户端”的链接，将参考的实验脚本文件读入DRVI软件平台中并运行。服务器端实验效果示意图如图37.5所示。图37.5 速度传感器振动测量实验（服务器端）效果图8. 在转子实验台的电机转子上添加试重，启动电机，调整到一个稳定的转速，点击面板中的“开关”按钮，观察和分析所得到振动信号的波形和频谱，点击“多路接线开关”，观察滤波前后振动信号波形和频谱的变化情况并记录实验结果。9. 关闭电机，在电机转子上改变试重和位置，再次启动电机进行测量，观察和分析所得到振动信号的波形和频谱。图37.6速度传感器振动测量实验（客户端）实验效果图1

23、0. 关闭电机，改变速度传感器的测量位置，再次启动电机进行测量，观察和分析随着测量位置的改变，振动信号的波形和频谱的变化情况。11. 对于客户端的分析，首先设定数据共享服务器的IP地址，然后在服务器端8500进行测量的同时，点击“开关”按钮进行网络数据采集，观察服务器端振动信号的变化情况，并记录实验结果。客户端实验效果示意图如图37.6所示。五、扩展实验设计为图37.4的脚本添加信号微分功能，观察微分谱与原谱的区别。六、实验报告要求 (实验报告统一用A4纸)1. 简述实验目的和原理，根据实验原理和要求整理本实验的设计原理图。2. 整理和分析实验中得到的振动信号的数据，并分析其结果。七、思考题1

24、. 采用速度传感器来测量振动信号有什么特点？2. 常用的振动信号测量方式有那些？八、附录本实验的流程框图如图37.7所示。图37.7速度传感器振动测量实验信号处理流程框实验二 实验台转速测量实验（一）、光电传感器转速测量实验一、实验目的1. 通过本实验了解和掌握采用光电传感器测量的原理和方法。2. 通过本实验了解和掌握转速测量的基本方法。二、实验原理直接测量电机转速的方法很多，可以采用各种光电传感器，也可以采用霍尔元件。本实验采用光电传感器来测量电机的转速。由于光电测量方法灵活多样，可测参数众多，一般情况下又具有非接触、高精度、高分辨率、高可靠性和相应快等优点，加之激光光源、光栅、光学码盘、C

25、CD器件、光导纤维等的相继出现和成功应用，使得光电传感器在检测和控制领域得到了广泛的应用。光电传感器在工业上的应用可归纳为吸收式、遮光式、反射式、辐射式四种基本形式。图38.1说明了这四种形式的工作方式。 图38.1 光电传感器的工作方式图38.2直射式光电转速传感器的结构图直射式光电转速传感器的结构见图38.2。它由开孔圆盘、光源、光敏元件及缝隙板等组成。开孔圆盘的输入轴与被测轴相连接，光源发出的光，通过开孔圆盘和缝隙板照射到光敏元件上被光敏元件所接收，将光信号转为电信号输出。开孔圆盘上有许多小孔，开孔圆盘旋转一周，光敏元件输出的电脉冲个数等于圆盘的开孔数，因此，可通过测量光敏元件输出的脉冲

26、频率，得知被测转速，即n=f/N式中：n - 转速 f - 脉冲频率 N - 圆盘开孔数。反射式光电传感器的工作原理见图38.3，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多个反光片或反光贴纸，那么，n=f/N。N-反光片或反光贴纸的数量。图38.3 反射式光电

27、转速传感器的结构图三、实验仪器和设备1. 计算机 n台2. DRVI快速可重组虚拟仪器平台 1套3. 并口数据采集仪（DRDAQ-EPP2） 1台4. 开关电源（DRDY-A） 1台5. 光电转速传感器（DRHYF-12-A） 1套6. 转子/振动实验台（DRZZS-A）/(DRZD-A) 1 台四、实验步骤及内容1. 光电传感器转速测量实验结构示意图如图38.4所示，按图示结构连接实验设备，其中光电转速传感器接入数据采集仪A/D输入通道。图38.4 转速测量实验结构示意图2. 启动服务器，运行DRVI程序，点击DRVI快捷工具条上的“联机注册”图标，选择其中的“DRVI采集仪主卡检测”进行服

28、务器和数据采集仪之间的注册。联机注册成功后，从DRVI工具栏和快捷工具条中启动 “内置的Web服务器”，开始监听8500端口。3. 打开客户端计算机，启动计算机上的DRVI程序，然后点击DRVI快捷工具条上的“联机注册”图标，选择其中的“DRVI局域网服务器检测”，在弹出的对话框中输入服务器IP地址（例如：192.168.0.1），点击“发送”按钮，进行客户端和服务器之间的认证，认证完毕即可正常运行客户端所有功能。4. 在收藏菜单栏中选中“实验指导书”菜单项打开WEB版实验指导书，在实验目录中选择“转速测量”实验，按实验原理和要求设计该实验。说明：红线和虚线表示单变量数据线，蓝线和实线表示数组

29、型数据线，箭头代表数据或信号在软件总线中的流动方向。012346000图38.5 转速测量实验（服务器端）设计原理图5. 本实验的目的是了解转速测量的方法，并且要实现服务器端的数据共享功能，需要分别设计服务器端和客户端的实验脚本。对于服务器端，首先需要将数据采集进来，6. 蓝津信息提供了一个配套的8通道并口数据采集仪来完成外部信号的数据采集过程，在DRVI软件平台中，对应的数据采集软件芯片为“蓝津DAQ_A/D”芯片；数据采集仪的启动采用一片“0/1按钮”芯片来控制；为完成转速的计算，使用一片“VBScript脚本”芯片，在其中添加转速计算的脚本，计算出电机的旋转频率和转速，并通过“数码LED

30、”芯片显示出来；另外，为了控制计算的准确性，插入一片“数字调节”芯片，用于设定门限值，只有大于该门限值的信号才被认为是正常的转速信号；还需要选择一片“波形/频谱显示”芯片，用于显示通过光电传感器获取的转速信号的时域波形；然后再插入1片“内存条”芯片，用于数据采集仪采集到的存储数组型数据；再加上一些文字显示芯片和装饰芯片，就可以搭建出一个“转速测量”服务器端的实验，所需的软件芯片数量、种类、与软件总线之间的信号流动和连接关系如图38.5所示，根据实验原理设计图在DRVI软面包板上插入上述软件芯片，然后修改其属性窗中相应的连线参数就可以完成该实验的设计和搭建过程。7. 在本实验中，转速的计算是通过

31、在“VBScript脚本”芯片中添加脚本实现的，该芯片由内存芯片6000来驱动，当6000中数据产生变化，也就是有新的采样数据进来时，启动“VBScript脚本” 芯片计算电机的旋转频率和转速。其参考计算脚本如下：Dim data(2030),a(2000)GetArray 6000,1024,datagate=Getline(4)k=0j1=0j2=0For i = 0 To 500 If data(i)gate Then j1=0 End If If j22 Then npoint=a(k-1)-a(1) If npoint = 0 Then npoint = a(k)-a(1) End

32、If t=dt*npoint interval=t/(k-2) Fre=1.0/interval Speed=Fre*60 Setline 2,fre Setline 3,SpeedEnd IfIf k3 Then Setline 2,-1 Setline 3,-1End If8. 对于客户端，与以前设计过的实验类似，必须在完成网络数据采集的基础上进行信号的分析和处理，在DRVI软件平台中，客户端是通过“TCP客户端”芯片和“定时器”芯片的组合来完成网络数据采集功能，另外还需采用“IP地址输入”芯片来指定数据共享服务器的IP地址，其它的芯片则与服务器端基本相同，客户端所需的软件芯片数量、种类、

33、与软件总线之间的信号流动和连接关系如图38.6所示。说明：黄线表示服务器端数组型数据线，红线和虚线表示单变量数据线，蓝线和实线表示数组型数据线，箭头代表数据或信号在软件总线中的流动方向。2304560001N6000图38.6 转速测量实验（客户端）设计原理图图38.7 转速测量实验（服务器端）效果图9. 在Web版的实验指导书中，还提供了本实验的参考脚本，可以直接点击附录中该实验脚本文件“服务器端”和“客户端”的链接，将参考的实验脚本文件读入DRVI软件平台中并运行。服务器端实验效果示意图如图38.7所示。10. 在电机转子侧面上贴上反光纸，将光电传感器探头对准反光纸，调节传感器后面的灵敏度

34、旋钮至传感器对反光纸敏感，对其它部位不敏感，然后启动实验台，调节转速旋钮使电机达到某一稳定转速。11. 设定合适的门限值，点击面板中的“开关”按钮进行测量，观察并记录测量的转速值，调整传感器的位置，同时观察检测到的转速波形和传感器位置之间的关系，并分析由此带来的测量误差。12. 调节电机转速至另一稳定转速，再次进行测量。13. 对于客户端的分析，首先设定数据共享服务器的IP地址，然后在确保数据共享服务器端8500端口打开的前提下，点击“开关”按钮进行网络数据采集，观察数据共享服务器端转速测量值随外界条件变化而变化的情况，并记录实验结果。客户端实验效果示意图如图38.8所示。图38.8 转速测量

35、实验（客户端）实验效果图五、扩展实验设计1. 用自相关分析法测定转速。2. 用频谱分析法测转速。六、实验报告要求 (实验报告统一用A4纸)1. 简述实验目的和原理，根据实验原理和要求整理实验设计原理图。2. 根据实验步骤分析并整理转速测量结果。七、思考题1. 转速测量还可以采用其它那些传感器进行？2. 采用光电传感器测量转速的精度如何，怎样保证测量的准确性？八、附录本实验的流程框图如图38.9所示。图38.9 转速测量实验信号处理框图（二）、磁电传感器转速测量实验一、实验目的1. 通过本实验了解和掌握采用磁电传感器测量的原理和方法。2. 通过本实验了解和掌握转速测量的基本方法。二、实验原理1.

36、 磁电转速传感器的结构和工作原理图39.1 磁电传感器的内部结构磁电传感器的内部结构请参考图39.1，它的核心部件有衔铁、磁钢、线圈几个部分，衔铁的后部与磁性很强的磁钢相接，衔铁的前端有固定片，其材料是黄铜，不导磁。线圈缠绕在骨架上并固定在传感器内部。为了传感器的可靠性，在传感器的后部填入了环氧树脂以固定引线和内部结构。使用时，磁电转速传感器是和测速（发讯）齿轮配合使用的，如图39.2。测速齿轮的材料是导磁的软磁材料，如钢、铁、镍等金属或者合金。测速齿轮的齿顶与传感器的距离d比较小，通常按照传感器的安装要求，d约为1mm。齿轮的齿数为定值（通常为60齿）。这样，当测速齿轮随被测旋转轴同步旋转的

37、时候，齿轮的齿顶和齿根会均匀的经过传感器的表面，引起磁隙变化。在探头线圈中产生感生电动势，在一定的转速范围内，其幅度与转速成正比，转速越高输出的电压越高，输出频率与转速成正比。图39.2直射式光电转速传感器的工作方式那么，在已知发讯齿轮齿数的情况下，测得脉冲的频率就可以计算出测速齿轮的转速。如设齿轮齿数为N，转速为n，脉冲频率为f，则有：n=f/N 通常，转速的单位是转/分钟（rpm），所以要在上述公式的得数再乘以60，才能得到以rpm为单位的转速数据，即n=60f/N。在使用60齿的发讯齿轮时，就可以得到一个简单的转速公式n=f。所以，就可以使用频率计测量转速。这就是在工业中转速测量中发讯齿

38、轮多为60齿的原因。2. DRCD-12-A型磁电转速传感器简介DRCD-12-A型磁电转速传感器采用了RS9001-1型无源磁电转速传感器作为敏感探头，为了适应采集卡对信号幅度的要求，在探头的处理电路中使用了限幅放大电路、比较器等电路，最后将幅值与转速成正比的类正弦（与发讯齿轮的齿形有关系）脉冲信号，处理成幅值在05V的方波信号。传感器的探头与转子实验模块通过BNC连接器连接，探头本身就是一个完整的RS9001-1型工业用无源磁电转速传感器。探头的工作信号可以接到模拟示波器上进行观察。据资料，RS9001-1型无源磁电转速传感器的测量范围在1010000rpm（60齿），发讯齿轮的齿形最好是

39、渐开线齿形，模数24。输出的波形是近似正弦波。如果使用大模数的齿轮或者用其他齿形将会产生巨大的波形畸变，妨碍精确测量。DRZZS-A型转子实验台的发讯齿轮齿数为15，为了安全的考虑，并没有将齿轮做成标准的渐开线齿形，而是做成了圆顶。三、实验仪器和设备1. 计算机 n台2. DRVI快速可重组虚拟仪器平台 1套3. 并口数据采集仪（DRDAQ-EPP2） 1台4. 开关电源（DRDY-A） 1台5. 磁电转速传感器（DRCD-12-A） 1套6. 转子/振动实验台（DRZZS-A）/(DRZD-A) 1 台四、实验步骤及内容1. 将磁电传感器安装在转子试验台上专用的传感器架上，使其探头对准测速用

40、15齿齿轮的中部，调节探头与齿顶的距离，使测试距离为1mm。图39.3为DRZZS-A型多功能转子试验台传感器安装位置示意图，其中1号位置即为磁电转速传感器安装位置。2. 启动服务器，运行DRVI程序，点击DRVI快捷工具条上的“联机注册”图标，选择其中的“DRVI采集仪主卡检测”进行服务器和数据采集仪之间的注册。联机注册成功后，从DRVI工具栏和快捷工具条中启动 “内置的Web服务器”，开始监听8500端口。3. 打开客户端计算机，启动计算机上的DRVI程序，然后点击DRVI快捷工具条上的“联机注册”图标，选择其中的“DRVI局域网服务器检测”，在弹出的对话框中输入服务器IP地址（例如：19

41、2.168.0.1），点击“发送”按钮，进行客户端和服务器之间的认证，认证完毕即可正常运行客户端所有功能。图39.3 DRZZS-A型多功能转子试验台传感器安装位置示意图4. 在收藏菜单栏中选中“实验指导书”菜单项打开WEB版实验指导书，在实验目录中选择“磁电传感器转速测量”实验，按实验原理和要求，在DRVI软件平台中搭建该实验。说明：红线和虚线表示单变量数据线，蓝线和实线表示数组型数据线，箭头代表数据或信号在软件总线中的流动方向。012346000图39.4 转速测量实验（服务器端）设计原理图5. 本实验的目的是了解转速测量的方法，并且要实现服务器端的数据共享功能，需要分别设计服务器端和客户

42、端的实验脚本。对于服务器端，首先需要将数据采集进来，蓝津信息提供了一个配套的8通道并口数据采集仪来完成外部信号的数据采集过程，在DRVI软件平台中，对应的数据采集软件芯片为“蓝津DAQ_A/D”芯片；数据采集仪的启动采用一片“0/1按钮”芯片来控制；为完成转速的计算，使用一片“VBScript脚本”芯片，在其中添加转速计算的脚本，计算出电机的旋转频率和转速，并通过“数码LED”芯片显示出来；另外，为了控制计算的准确性，插入一片“数字调节”芯片，用于设定门限值，只有大于该门限值的信号才被认为是正常的转速信号；还需要选择一片“波形/频谱显示”芯片，用于显示通过光电传感器获取的转速信号的时域波形；然

43、后再插入1片“内存条”芯片，用于数据采集仪采集到的存储数组型数据；再加上一些文字显示芯片和装饰芯片，就可以搭建出一个“转速测量”服务器端的实验，所需的软件芯片数量、种类、与软件总线之间的信号流动和连接关系如图39.4所示，根据实验原理设计图在DRVI软面包板上插入上述软件芯片，然后修改其属性窗中相应的连线参数就可以完成该实验的设计和搭建过程。6. VBScript程序设计指导：在本实验中，转速的计算是通过在“VBScript脚本”芯片中添加脚本实现的，该芯片由内存芯片6000来驱动，当6000中数据产生变化，也就是有新的采样数据进来时，启动“VBScript脚本” 芯片计算电机的旋转频率和转速

44、。程序主要设计思路如下：由于内存IC中的数据是不能直接用来运算的，所以，需要定义一个数组，将内存的数据拷贝到数组中，再来组织运算。将数组中的数据进行分析，以得到脉冲信号的频率。实际上，我们得到的信号是已经调理好的正向方波信号，只需要计算出这些方波信号的周期就可以得到脉冲的频率。根据实验原理所给的公式，进而可以计算出电机的转速。作为计算机，对脉冲信号周期的分析是需要准确测量信号上“对应点”的相距点数。“对应点”是指会周期性出现的点，并且有可识别的特征。比如正弦信号的过零点，峰值点，脉冲信号的上升和下降沿。程序的具体写法在光电传感器转速测量实验中已经有介绍，在这里不再重复。本实验与光电传感器的转速

45、测量实验略有不同请同学们注意，需要在程序上稍作调整。具体的程序需要同学们自己来完成。说明：黄线表示服务器端数组型数据线，红线和虚线表示单变量数据线，蓝线和实线表示数组型数据线，箭头代表数据或信号在软件总线中的流动方向。2304560001N6000图39.5 转速测量实验（客户端）设计原理图7. 对于客户端，与以前设计过的实验类似，必须在完成网络数据采集的基础上进行信号的分析和处理，在DRVI软件平台中，客户端是通过“TCP客户端”芯片和“定时器”芯片的组合来完成网络数据采集功能，另外还需采用“IP地址输入”芯片来指定数据共享服务器的IP地址，其它的芯片则与服务器端基本相同，客户端所需的软件芯

46、片数量、种类、与软件总线之间的信号流动和连接关系如图39.5所示。图39.6 磁电转速传感器转速测量实验效果示意图8. 在Web版的实验指导书中，还提供了本实验的参考脚本，可以直接点击附录中该实验脚本文件“服务器端”和“客户端”的链接，将参考的实验脚本文件读入DRVI软件平台中并运行。服务器端实验效果示意图如图39.6所示。9. 启动转子实验台，调节转速旋钮使电机达到某一稳定转速，点击面板中的“开关”按钮进行测量，观察并记录测量的转速值，调整传感器的位置，同时观察检测到的转速波形和传感器位置之间的关系，并分析由此带来的测量误差。10. 调节电机转速至另一稳定转速，再次进行测量，观察并记录测量结

47、果。11. 对于客户端的分析，首先设定数据共享服务器的IP地址，然后在确保数据共享服务器端8500端口打开的前提下，点击“开关”按钮进行网络数据采集，观察数据共享服务器端转速测量值随外界条件变化而变化的情况，并记录实验结果。五、扩展实验设计1. 用自相关分析法测定转速。2. 用频谱分析法测转速。六、实验报告要求 (实验报告统一用A4纸)简述实验目的和原理，根据实验原理和要求整理实验设计原理图。1. 根据实验步骤分析并整理转速测量结果。七、思考题1. 转速测量还可以采用其它那些传感器进行？2. 采用磁电传感器测量转速的精度如何，怎样保证测量的准确性？八、附录本实验的流程框图如图39.7所示。图3

48、9.7 磁电转速传感器转速测量实验参考信号处理框图实验三 电涡流传感器轴心轨迹测量实验一、实验目的通过本实验了解和掌握电涡流传感器测量的原理和方法。二、实验原理电涡流传感器就是能静态和动态地非接触，高线性度，高分辨力地测量被测金属导体距探头表面的距离。它是一种非接触的线性化计量工具。电涡流位移传感器能准确测量被测体（必须是金属导体）与探头端面之间的静态和动态距离及其变化。图40.1 电涡流传感器工作原理图探头、(延伸电缆)、前置器以及被测体构成基本工作系统。前置器中高频振荡电流通过延伸电缆流入探头线圈，在探头头部的线圈中产生交变的磁场。如果在这一交变磁场的有效范围内没有金属材料靠近，则这一磁场

49、能量会全部损失；当有被测金属体靠近这一磁场，则在此金属表面产生感应电流，电磁学上称之为电涡流，与此同时该电涡流场也产生一个方向与头部线圈方向相反的交变磁场，由于其反作用，使头部线圈高频电流的幅度和相位得到改变（线圈的有效阻抗），这一变化与金属体磁导率、电导率、线圈的几何形状、几何尺寸、电流频率以及头部线圈到金属导体表面的距离等参数有关。通常我们使线圈的特征阻抗Z成为距离D的单值函数，虽然它整个函数是一非线性的，其函数特征为“S”型曲线，但可以选取它近似为线性的一段。于此，通过前置器电子线路的处理，将线圈阻抗Z的变化，即头部体线圈与金属导体的距离D的变化转化成电压或电流的变化。输出信号的大小随探

50、头到被测体表面之间的间距而变化，电涡流传感器就是根据这一原理实现对金属物体的位移、振动等参数的测量。涡流检测只适用于能产生涡流的导电材料。同时，由于涡流是电磁感应产生的，在检测时，不必要求线圈与试件紧密接触，也不必在线圈和试件之间充填满合剂，从而容易实现自动化检验。对管、棒、丝材表面缺陷，涡流检查法有很高的速度和效率。涡流及其反作用磁场对代表金属试件物理和工艺性能的多种参数有反应，因此是一种多用途的试验方法。然而，正是由于对多种试验参数有敏感反应，也就会给试验结果带来干扰信息，影响检测的信号。本实验所使用的传感器是RS-9008（03）型传感器，其输入/输出特性是一个基本线性的曲线，量程2mm

51、。需要注意的是，电涡流传感器的探头与前置器是配套使用的。如果探头与前置器不配套，其输出的线性程度可能会受到影响，并且需要重新标定！附录中表40.1是两个电涡流传感器的实际标定数据。测试的试件为45钢，标准灵敏度5V/mm。三、实验仪器和设备1. 计算机 n台2. DRVI快速可重组虚拟仪器平台1套3. 转子实验台 1套4. 开关电源（DRDY-A）1台5. 并口数据采集仪（DRDAQ-EPP2） 1台6. 电涡流传感器 2套四、实验步骤及内容1. 在转子实验台支架上安装电涡流传感器探头（X、Y向互成90度），将输出电缆与前置器相连，信号经前置器处理后再经过信号采集仪最终输入到计算机中。图40.

52、5显示本实验的信号处理流程。2. 启动服务器，运行DRVI主程序，点击DRVI快捷工具条上的“联机注册”图标，选择其中的“DRVI采集仪主卡检测”进行服务器和数据采集仪之间的注册。联机注册成功后，从DRVI工具栏和快捷工具条中启动 “内置的Web服务器”，开始监听8500端口。3. 打开客户端计算机，启动计算机上的DRVI客户端程序，然后点击DRVI快捷工具条上的“联机注册”图标，选择其中的“DRVI局域网服务器检测”，在弹出的对话框中输入服务器IP地址（例如：192.168.0.1），点击“发送”按钮，进行客户端和服务器之间的认证。 图40.2 电涡流传感器轴心估计测量实验原理设计参考图4.

53、 在收藏菜单栏中选中“实验指导书”菜单项打开WEB版实验指导书，在实验目录中选择“电涡流传感器轴心轨迹测量”实验，参照实验原理和要求设计该实验。5. 本实验的原理设计参考图如图40.2所示。6. 点击附录中该实验脚本文件“服务器端”的链接，将参考的实验脚本文件贴入DRVI软件平台。启动转子试验台，点击面板中的“运行”按钮，进行轴心轨迹的测量。如果波形不清楚，需要调节电涡流探头与轴之间的距离，直到两个方向的波形稳定，振幅相近为止。服务器端实验效果图如图40.3所示。图40.3 转子实验台-电涡流传感器轴心轨迹测量实验（服务器）7. 调节电机转速，观察随着转速的变化，轴心轨迹曲线的变化情况，分析并

54、记录实验结果。8. 对于客户端的分析，首先设定数据共享服务器的IP地址，在服务器端进行数据采集的同时，点击“运行”按钮进行网络数据采集，观察随着转速的变化，轴心轨迹的变化情况，并记录实验结果。五、扩展实验设计去掉脚本中的数字滤波器芯片，观察传感器输出的原始波形，并按原始波形绘出X-Y图。六、实验报告要求 (实验报告统一用A4纸)简述实验目的和原理，根据实验步骤要求，整理和分析相应的波形和特性曲线。七、注意事项1. 安装电涡流探头时，必须首先把初始间隙调好。（调整方法请参考转子实验台使用说明）2. 由于原始信号波形干扰较大，特征不明显，所以一般使用有低通滤波功能的实验脚本。3. 在转子实验台的飞

55、轮上安装不同质量的配重螺钉可以取得不同的实验效果，但是请注意不要在某个方向上添加过多的配重螺钉，以免发生意外。4. 严禁用手重压飞轮！以免造成主轴的永久变形。5. 在转子旋转过程中，请勿去除保护罩！八、思考题1. 电涡流传感器有什么特性？可以用在那些特征量的检测上？2. 电涡流传感器测距与超声波传感器测距在测量范围上有何区别？九、附录本实验的参考流程框图图40.5电涡流传感器轴心轨迹测量实验信号处理框图表40.1 电涡流传感器的实际标定数据传感器A传感器B 探头编号：200406-300559 探头编号：200406-300550前置器编号：200406-300559前置器编号：200406-

56、300550间距（mm）输出（V）间距（mm）输出（V）0.70-4.900.70-5.010.80-4.400.80-4.510.90-3.910.90-4.011.00-3.431.00-3.511.10-2.941.10-3.021.20-2.451.20-2.521.30-1.961.30-2.021.40-1.471.40-1.521.50-0.981.50-1.011.60-0.491.60-0.491.700.011.700.011.800.501.800.521.901.001.901.042.001.512.001.542.102.012.102.052.202.512.20

57、2.562.303.022.303.062.403.532.403.562.504.032.504.062.604.522.604.562.705.022.705.04非线性误差：0.30非线性误差：0.40灵敏度偏差：0.80灵敏度偏差：0.50实验四 转子现场动平衡实验一、实验目的通过本实验了解动平衡实验的基本方法二、实验原理在实际工作过程中人们通常用单面加重三元作图法进行叶轮、转子等设备的现场动平衡，以消除过大的振动超差。这一方法的优点是设备简单只需一块测振表。但缺点是作图分析的过程复杂，不易被掌握，而且容易出现错误。为此，我们在这里提出了一种简单易行的方法单面现场动平衡的三点加重法。假设在假设转子上有一不平衡量m，所处角度为，用分量mx、my表示不平衡量。mx=mcosmy=msin为了确定不平衡量m的大小和位置，启动转子在工作转速下旋转，用测振设备在一固定点测试振动振速，设振速为V0，则存在下列关系式中为比例系数P1(M,0)120O240O0xym(mx,my)图42.1三点加重法示意图在P1(=0 )点加试重M，启动转子到工作转速，测得振动振速V1，有如下关系：用同样的方式分别在P2(=120o )和P3(=240 o )点加试重M，并测得振动值V2 ，V3，有如下关系：从以上三式推导可得：