进阶设计实验-Labview振动测量指导书-20231108.pdf

进阶设计实验——基于Labview的悬臂梁振动测量

一、实验目的

分别利用加速度传感器、应变传感器测量悬臂梁的固有频率。本实验中，要求同学自己搭建处

理应变的电桥电路，并用集成运放对电压信号进行放大处理，最后利用提供的数据采集系统对传感

器信号进行采集，转换，数据处理，频谱显示等系列后处理操作，从而达到以下目的。

1)掌握相关传感器的测量原理、安装及使用方法。

2)掌握电桥电路（根据测量对象，选择不同应变片搭建单桥、半桥或者全桥电路），基本放

大电路的设计搭建。

3)设计一个测试悬臂梁固有频率的自动测试系统，测出悬臂梁的固有频率和结构阻尼比，熟

悉基本的数据处理方法。

4)理解调制解调方法，能使用常用载波正弦波对测量信号进行调制解调。

二、实验系统

2.1实验设备

悬臂梁：梁的一端为不产生轴向、垂直位移和转动的固定支座，另一端为自由端。在工程力学

受力分析中，大部分实际工程受力部件都可以简化为悬臂梁，在工程应用中属于比较典型的简化模

型。

测量悬臂梁振动频率可采用的方法有很多，如应变片，位移传感器，加速度传感器等。本实验

通过加速度传感器和应变片来完成实验测量，提供的实验设备有：

1)悬臂梁实验架

2)加速度传感器、应变片

3)数据采集卡NI-9230，NI-9201或NI-9215

4)运放LM358、电阻、线束

5)电脑、万用表、示波器

2.2实验原理

悬臂梁测试IEPE激励电路（已集数据采集模编写软件采

装置（包含加速度传感器块硬件集传感器数

成于NI9230模块中）据、进行频

悬臂梁，加（NI9174、

率计算、处

速度传感9201、

选择悬臂梁上不理数据文件

器、应变传半桥或全桥电路放大电路9215、

同位置应变片计算阻尼等

感器）9230）

参数

图1实验原理图

实验原理图如上所示，主要通过加速度传感器和应变传感器检测梁的振动，分别采集这两种

传感器的信号。加速度传感器采用专用采集模块NI-9230；应变传感器，通过搭建电桥和放大电路，

调理后的电压信号接入NI-9201或NI-9215；编写采集程序，保存数据文件，进行频谱分析，计算

阻尼比。其中悬臂梁上下表面不同位置贴有应变片，实验中要求学生自己选择应变片组成单桥、半

1

桥或者全桥电路，供电为5V或者12V直流供电。

悬臂梁的固有频率：固有频率也称为自然频率(naturalfrequency)。物体做自由振动时，其位移

随时间按正弦或余弦规律变化，振动的频率与初始条件无关，而仅与系统的固有特性有关（如质量、

形状、材质等），称为固有频率，其对应周期称为固有