一. 实验目的
1. 加深了解信号分析手段之一的傅立叶变换的基本思想和物理意义。 2. 观察和分析由多个频率、幅值和相位成一定关系的正弦波叠加的合成波形。 3. 观察和分析频率、幅值相同，相位角不同的正弦波叠加的合成波形。 4. 通过本实验熟悉信号的合成、分解原理，了解信号频谱的含义。
二. 实验原理
按富立叶分析的原理，任何周期信号都可以用一组三角函数{
示：
,
}的组合表
(1)
也就是说，我们可以用一组正弦波和余弦波来合成任意形状的周期信号。
例如对于典型的方波，其时域表达式为：
(2)
根据傅立叶变换，其三角函数展开式为：
(3)
由此可见，周期方波是由一系列频率成分成谐波关系，幅值成一定比例，相位角为0的正弦波叠加合成的。
图1 方波信号的波形、幅值谱和相位谱
那么，我们在实验过程中就可以通过设计一组奇次正弦波来完成方波信号的合成，同理，对三角波、锯
齿波等周期信号也可以用一组正弦波和余弦波信号来合成。
三. 实验内容
用前5项谐波近似合成一个频率为100Hz、幅值为600的方波。
四. 实验仪器和设备
1. 计算机 1台 2. DRVI快速可重组虚拟仪器平台 1套
五. 实验步骤
1. 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”进行软件注册，出现“注册台数大于0”时表示注册成功，否则表示注册失败。
2. 点击DRVI快捷工具条上“系统”图标，点击“读IC资源文件”图标，在实验目录中选择“C:\\Program Files\\Depush\\DRVI3.0\utorial\\08信号合成与分解实验.xml” 点击“波形合成与分解实验”实验脚本，建立实验环境,如图2。
图2波形合成与分解实验环境
下面是该实验的装配图和信号流图，如图3，图中的线上的数字为连接软件芯片的软件总线数据线号，6015、6029、6040、6043为定义的四片脚本芯片的名字。
图3波形合成与分解实验装配图
3. 按公式迭加正弦波信号，观察合成信号波形的变化。
六. 实验报告要求
1．简述实验目的和原理。
2．按实验步骤绘出 7 次谐波叠加合成的方波波形图。 3．分别绘出两次相位不同的正旋信号相加的合成波形。
一. 实验目的
实验七 滤波器与应用实验
1．掌握用滤波器对信号进行滤波和预处理的方法。
二. 实验原理
滤波器是一种选频装置，可以使信号中特定的频率成分通过，而极大地衰减其它频率成分。在测试装置中，利用滤波器的这种选频作用，可以滤除干扰噪声或进行频谱分析。滤波器分为低通滤波器，高通滤波器，带通滤波器和带阻滤波器几种。
图1 滤波器的种类
下图是用带通滤波器消除信号钢管无损探伤信号中由于传感器晃动带来的低频干扰，以及由于电磁噪声等带来的高频干扰的例子。
图2 用滤波器消除信号中的干扰
三. 实验内容
1. 产生由100Hz、1000Hz和2000Hz三个频率成分的正弦波信号迭加构成的多频率成分信号，然后用一个高通滤波器和一个低通滤波器串联，构成带通滤波器，滤除不同的频率分量，观察滤波器对信号的滤除效果。
2. 用滤波器对实测的钢管无损探伤信号进行处理，提取出钢管缺陷产生的脉冲信号。 3. 用滤波器对实测的机床主轴振动信号进行处理，绘制出机床轴心轨迹图。
四. 实验仪器和设备
1. 计算机 1台 2. DRVI快速可重组虚拟仪器平台 1套
五. 实验步骤
1. 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”或“网络在线注册”进行软件注册。
2. 在DRVI地址信息栏中输入WEB版实验指导书的地址，在实验目录中选择“滤波器的作用实验 ”，建立实验环境，如图3，观察滤波 过程中信号波形变化。
图3滤波器的作用实验
图4是该实验的装配图和信号流图，图中线上的数字为连接软件芯片的软件总线数据线号，6015为定义的脚本IC的名字，**IC为使用的软件芯片。
图4滤波器的作用实验装配图
3. 在DRVI地址信息栏中输入WEB版实验指导书的地址，在实验目录中选择“钢管无损探伤实验模型”，
建立实验环境，添加信号滤波功能，消除信号中的干扰。
图5钢管无损探伤信号滤波实验
4. 在DRVI地址信息栏中输入WEB版实验指导书的地址，在实验目录中选择“机床轴心轨迹实验模型”，建立实验环境，添加信号滤波功能，消除信号中的干扰。
图6机床轴心轨迹信号滤波实验
5. 在DRVI地址信息栏中输入WEB版实验指导书的地址，在实验目录中选择“音乐信号频谱分析”，建立实验环境。观察MP3播放器中均衡器(滤波器组)对音乐信号的滤波和在音色控制中的作用。
图7 MP3播放器中均衡器(滤波器组)实验
六. 实验报告要求
1. 简述实验目的和原理。
2. 拷贝实验系统运行界面，插入到Word格式的实验报告中，用Winzip压缩后通过Email上交实验报告。
七. 思考题
1. 滤波器的种类有那些，它们的作用有何区别 ？ 2. 如何用低通滤波器和高通滤波器构造带通滤波器 ？ 3. 如何用低通滤波器和高通滤波器构造带阻滤波器 ？
一. 实验目的
实验十四 转子实验台转速测量实验
1. 掌握回转机械转速测量方法。
2. 掌握光电转速传感器和磁电转速传感器的工作原理。
二． 实验原理
对于多功能转子实验台转速，可以分别采用光电转速传感器和磁电转速传感器进行测量。 1）采用光电传感器测量：
本实验用的是反射性光电开关类传感器，在同一壳体内装有发射器和接受器，光从发射器中发射到被测物体的反光纸上，然后再反射回接受器，从而产生感应。它利用光电转换的原理，将旋转物体的转速通过DRHYF-B型传感器转换成与其相对应的脉冲电信号送给二次仪表，进行频率或转速的测量。
将反光纸贴在圆盘的侧面，调整光电传感器的位置，一般推荐把传感器探头放置在被测物体前2～3cm，并使其前面的红外光源对准反光纸，使在反光纸经过时传感器的探测指示灯亮，反光纸转过后探测指示灯不亮（必要时可调节传感器后部的敏感度电位器）。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。
图1 反射式光电转速传感器
2）采用磁电传感器测量：
磁电式转速传感器是针对测速齿轮而设计的机-电能量变换型传感器（无源），它不需要供电，测速齿轮旋转引起的磁隙变化，在探头线圈中产生感生电动势，其幅度与转速有关，转速越高输出电压越高，输出频率与转速成正比(如图2所示)。
图2 磁电式转速传感器工作特性
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15齿齿轮的中部，调节探头与齿顶的距离，使测试距离为1mm。在已知发讯齿轮齿数的情况下，测得的传感器输出信号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，所以要在上述公式的得数再乘以60，才能转速数据，即n=60×f/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轮多为60齿的原因。
图3 磁电转速传感器的工作方式
三. 实验仪器和设备
1. 计算机 １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. USB数据采集仪 1台
四. 实验步骤
1. 关闭DRDAQ-USB型数据采集仪电源，将需使用的传感器连接到采集仪的数据采集通道上。(禁止带电从采集仪上插拔传感器，否则会损坏采集仪和传感器)
2. 开启DRDAQ-USB型数据采集仪电源。
3. 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”进行软件注册，出现“注册台数大于0”时表示注册成功，否则表示注册失败。
4. 点击DRVI快捷工具条上“系统”图标，点击“读IC资源文件”图标，在实验目录中选择“C:\\Program Files\\Depush\\DRVI3.0\\script\\USB脚本\\转子实验台\\转子实验台”，点击“磁电传感器转速测量（或光电传感器转速测量）”脚本，建立实验环境。
5．启动转子试验台，调节到一稳定转速，点击实验平台面板中的“开始”按钮进行测量，观察并记录得到的波形和转速值，改变电机转速，进行多次测量。
五. 实验报告要求
1. 简述实验目的和原理，分析并整理转速测量结果。
六. 思考题
1. 转速测量还可以采用其他哪些传感器进行？
实验十五 转子实验台底座振动测量实验
一. 实验目的
1. 掌握回转机械振动测量方法。
2．掌握加速度传感器和速度传感器的工作原理。
二． 实验原理
对于多功能转子实验台底座的振动，可采用加速度传感器和速度传感器两种方式进行测量。将带有磁座的加速度和速度传感器放置在试验台的底座上，将传感器的输出接到变送器相应的端口，再将变送器输出的信号接到采集仪的相应通道，输入到计算机中。
图1 加速度和速度传感器振动测量
压电式加速度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。
速度传感器壳体内固定有磁铁，惯性质量（线圈组件）用弹性元件悬挂在壳体上。当振动物体在带动壳体振动时，在传感器的工作频率范围内，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。与二次仪表（如振动烈度监视仪，瓦振监视仪等）相配接即可显示振动速度或相位。
振动速度传感器被广泛应用于机械振动测量中，由于其工作频率较加速度传感器低，所以常常用于机械设备轴瓦、底座的震动测量。
三. 实验仪器和设备
1. 计算机 １台 2. DRVI快速可重组虚拟仪器平台 1套 3. 转子试验台 1套 4．USB数据采集仪 1台
四. 实验步骤
1. 关闭DRDAQ-USB型数据采集仪电源，将需使用的传感器连接到采集仪的数据采集通道上。(禁止带电从
采集仪上插拔传感器，否则会损坏采集仪和传感器)
2. 开启DRDAQ-USB型数据采集仪电源。
3. 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”进行软件注册，出现“注册台数大于0”时表示注册成功，否则表示注册失败。
4. 点击DRVI快捷工具条上“系统”图标，点击“读IC资源文件”图标，在实验目录中选择“C:\\Program Files\\Depush\\DRVI3.0\\script\\USB脚本\\转子实验台\\转子实验台”，点击“加速度传感器振动测量实验（或加速度传感器振动测量）”脚本，建立实验环境。
5．启动转子试验台，调整转速。观察并记录得到的振动信号波形和频谱，比较加速度传感器和速度传感器所测得的振动信号特点。观察改变转子试验台转速后，振动信号、频谱的变化规律。
五. 实验报告要求
1. 简述实验目的和原理。
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。
六. 思考题
1. 为什么要采用加速度传感器来测量振动信号？ 2．还可以采用哪些方式测量振动信号？
一. 实验目的
1．了解回转机械动平衡的概念和原理。
实验十六 三点加重法转子动平衡实验
2．掌握加速度传感器和应变式力传感器的工作原理。
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，我们在这里介绍一种文献中常见的简单易行的方法——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α，用分量m、m表示不平衡量。
x
y
m=mcosα
x
m=msinα
y
为了确定不平衡量m的大小和位置α，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Ｋ为比例系数
图6 三点加重法示意图
在P(α=0 )点加试重M，启动转子到工作转速，测得振动振速V，有如下关系：
1
1
用同样的方式分别在P(α=120 )和P(α=240 )点加试重M，并测得振动值V ，V，有如下关系：
2
3
2
3
o
o
从以上三式推导可得：
从而可以进一步推得：
即由m，m计算不平衡质量m和位置α。
x
y
低于轴的临界转速时，转子为刚性转子，临界转速可以通过观察轴心轨迹的改变来判断；本实验实际是由动平衡配重测量实验和三点加重法转子动平衡实验两个实验组成：先进行配重测量实验，测得配重数据后再进行转子动平衡实验。
三. 实验仪器和设备
1. 计算机 １台 2. DRVI快速可重组虚拟仪器平台 1套 3. 打印机 1台 4. 转子试验台 1套 5. USB数据采集仪 1台
四. 实验步骤
1．采用加速度传感器测量振动信号，首先在配重圆盘上加一个螺钉作为不平衡质量。 2．运行服务器端的DRVI 软件，打开转子动平衡实验脚本。
3．启动转子实验台，调节调速器使转速稳定到一个转速上，（在以后的实验步骤中只用调速器上的开关启停转子实验台不要调节调速器的电位器。）点击“开始” 按钮，再点击“获取初始振动数据”按钮，获取初始振动数据，然后停止运行转子实验台。
4．取一个已知质量的螺钉，固定在配重圆盘的一个位置记录该位置为零位置， 再启动转子实验台，点击“获取角度为零的振动数据”按钮，获取第二组数据。再停止运行脚本和实验台。
5．取下该螺钉，从零位置开始沿一个方向转动120 度，固定螺钉，再启动转子试验台，点击“获取角
度为120 度的振动数据”按钮，获取第三组数据。
6．同样的方法获取沿同一方向旋转后与零位置成240 度角的振动数据。 7．点击“计算”按钮，即可计算出不平衡块的质量和位置。
※注意：转子试验台的转速要在临界转速（4000 转/分）以下才是刚性转子。
五. 实验报告要求
1. 简述实验目的和原理。
2. 拷贝实验系统运行界面，插入到Word格式的实验报告中，用Winzip压缩后通过Email上交实验报告。
一. 实验目的
1. 掌握回转机械轴心轨迹测量方法。 2. 掌握电涡流式传感器的工作原理。
实验十七 转子轴心轨迹测量实验
二． 实验原理
轴心轨迹是转子运行时轴心的位置，在忽略轴的圆度误差的情况下，可以将两个电涡流位移传感器探头安装到实验台中部的传感器支架上，相互成90度，并调好两个探头到主轴的距离（约1.6mm），标准是使从前置器输出的信号刚好为0（mV）。这时，转子实验台启动后两个传感器测量的就是它在两个垂直方向(X,Y)上的瞬时位移，合成为李沙育图就是转子的轴心运动轨迹。
图1 磁电转速传感器的工作方式
电涡流传感器探头是系统的一个必要组成部分，它是采集、感受被测体信号的重要部分，它能精确地探测出被测体表面相对于探头端面间隙的变化。通常探头由线圈、头部保护罩、不锈钢壳体、高频电缆、高频接头组成。
线圈是探头的核心部分，它是整个传感器系统的敏感元件，线圈的电气参数和物理几何尺寸决定传感器系统的线性量程及传感器的稳定性。探头头部采用耐高低温、抗腐蚀、高强度和高韧性的进口工程塑料PPS，线圈密封在头部保护罩里，保证了线圈长时间不受氧化。
探头壳体用于支撑探头头部，它作为探头安装时的夹装结构，壳体采用不锈钢制成，通常壳体上有标准罗纹，并备有两个紧固螺母。
延伸线用于连接探头头部到前置器，它是耐高温的射频同轴电缆。探头电缆接头选用进口黄金自锁插头和插座，它接触电阻小，可靠性大大增强。壳体尾部的出线孔采用圆弧过度，保证电缆线不在此扭伤。
电涡流传感器的输出特性可用位移-电压曲线表示，如图2示。图2的横坐标表示位移的变化，纵坐标代表前置器输出电压的变化。理想位移-电压曲线是斜率恒定直线，直线的a-c段为线性区，即有效测量段。b点为传感器线性中点。
图2 位移电压特性曲线（负特性输出）
三. 实验仪器和设备
1. 计算机 １台 2. DRVI快速可重组虚拟仪器平台 1套 3. 打印机 1台 4. 转子试验台 1套 5. USB数据采集仪 1台
四. 实验步骤
1. 关闭DRDAQ-USB型数据采集仪电源，将需使用的传感器连接到采集仪的数据采集通道上。(禁止带电从采集仪上插拔传感器，否则会损坏采集仪和传感器)
2. 开启DRDAQ-USB型数据采集仪电源。
3. 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”或“网络在线注册”进行软件注册。
4. 在DRVI地址信息栏中输入WEB版实验指导书的地址，在实验目录中选择“转子实验台”，建立实验环境。
5．开动转子试验台，观察得到的波形。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。
五. 实验报告要求
1. 简述实验目的和原理。
2. 拷贝实验系统运行界面，插入到Word格式的实验报告中，用Winzip压缩后通过Email上交实验报告。
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