波尔共振仪实验研究

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1、波尔共振仪实验研究在机械制造和建筑工程等科技领域屮受迫振动所导致的共振现象引起工程技术人员极大注意,既有破坏作用，但也有许多实用价值。众多电声器件是运用共振原理设计制作的。此外，在微观科学研究中“共振”也是-•种重耍研究手段，例如利用核磁共振和顺磁贡研究物质结构等。木实验中采用波尔共振仪定量测定机械受迫振动的幅频特性和和频特性，并利用频闪方法来测定动态的物理量一--相位差。数据处理与误差分析方面内容也较丰富。一.实验目的1、研究波尔共振仪屮弹性摆轮受迫振动的幅频特性和相频特性。2、研究不同阻尼力矩

2、对受迫振动的影响，观察共振现象。3、学习用频闪法测定运动物体的某些量，例相位差。4、学习系统误差的修正。三、实验仪器ZKY-BG型波尔共振仪由振动仪与电器控制箱两部分组成。振动仪部分如图1-3所示：由铜质圆形摆轮A安装在机架上，弹簧B的一端与摆轮A的轴相联，另一端可固定在机架支柱上，在弹簧弹性力的作用下，摆轮可绕轴口曲往复摆动。在摆轮的外围有一卷槽型缺口，其中一个长形凹槽D长出许多。在机架上对准长型缺口处有一个光电门H,它与电气控制箱和联接，用来测量摆轮的振幅（角度值）和摆轮的振动周期。在机架下方

3、有一对带有铁芯的线圈K,摆轮A恰巧嵌在铁芯的空隙，利用电磁感应原理，当线圈中通过直流电流后，摆轮受到一个电磁阻尼力的作用。改变电流的数值即可使阻尼大小相应变化。为使摆轮A作受迫振动。在电动机轴上装有偏心轮，通过连杆机构E带动摆轮A,在电动机轴上装有带刻线的有机玻璃转盘F,它随电机一起转动。由它可以从角度读数盘G读出相位差。调节控制箱上的十图1-3波尔振动仪1.光电门H；2.长凹槽D；3.短凹槽D；4.铜质摆轮A；5.摇杆M；6.蜗卷弹簧B；7.支承架;8.阻尼线圈K；9.连杆E；10.摇杆调节螺丝

4、:11.光电门I；12.角度盘G；13.有机玻璃转盘F；14.底座；15.弹簧夹持螺钉L；16.闪光灯圈电机转速调节旋钮，可以精确改变加于电机上的电压，使电机的转速在实验范I韦I（30-45转/分）内连续可调，由于电路中采用特殊稳速装置、电动机采用惯性很小的带有测速发电机的特种电机，所以转速极为稳定。电机的有机玻璃转盘F上装有两个挡光片。在角度读数盘G中央上方90°处也有光电门（强迫力矩信号），并与控制箱相连，以测量强迫力矩的周期。受迫振动时摆轮与外力矩的相位差利用小型闪光灯來测量。闪光灯受摆轮信

5、号光电门控制，侮当摆轮上长型凹槽C通过平衡位置时，光电门H接受光，引起闪光。闪光灯放置位置如图（1-3）所示搁置在底座上，切勿拿在手中直接照射刻度盘。在稳定情况时，由闪光灯照射下可以看到有机玻璃指针F好象-直“停在”某一刻度处，这一现象称为频闪现象，所以此数值可方便地直接读出，误差不人于2°o摆轮振幅是利用光电门H测出摆轮读数A处圈上凹型缺口个数，并在液晶显示器上直接显示出此值，精度为2%波耳共振仪电气控制箱的前面板和后面板分别如图1-4和图1-5所示。电机转速调节旋钮，系带有刻度的十圈电位器，调

6、节此旋钮时可以精确改变屯机转速，即改变强迫力矩的周期。刻度仅供实验时作参考，以便人致确沱强迫力矩周期值在多圈电位器上的相应位宜。图1_4波耳共振仪前而板示意图1、液晶显示屏幕2、方向控制键3、确认按键4、复位按键5、电源开关6、闪光灯开关7、强迫力周期调节电位器J1X0电图1-5波耳共振仪后而板示意图1、电源插座（带保险）2、闪光灯接口3、阻尼线圈4、电机接口5、振幅输入6、周期输入7、通讯接口可以通过软件控制阻尼线圈内直流电流的大小，达到改变摆轮系统的阻尼系数的忖的。选择开关可分4档，“阻尼0”

7、档阻尼电流为零，“阻尼1”档电流约为280mA,"阻尼2”档电流约为300mA,"阻尼3”档电流最大，约为320mA,阻尼电流由恒流源提供，实验时根据不同情况进行选择（可先选择在“2”处，若共振时振幅太小则可改用“1”，切不可放在“0”处），振幅不大于150。闪光灯开关用來控制闪光与否，当按住闪光按钮、摆轮长缺口通过平衡位置时便产生闪光，由于频闪现象，可从相位差读盘上看到刻度线似乎静止不动的读数（实际有机玻璃F上的刻度线一直在匀速转动）,从而读出相位差数值，为使闪光灯管不易损坏，采用按钮开关，仅在

8、测量相位差时才按下按钮。电机是否转动使用软件控制，在测定阻尼系数和摆轮固有频率％与振幅关系时，必须将电机关断。电气控制箱与闪光灯和波尔共振仪Z间通过各种专业电缆相连接。不会产生接线错误Z弊病。三.实验原理物体在周期外力的持续作用下发生的振动称为受迫振动，这种周期性的外力称为强迫力。如果外力是按简谐振动规律变化，那么稳定状态时的受迫振动也是简谐振动，此时，振幅保持恒定，振幅的人小与强迫力的频率和原振动系统无阻尼时的固有振动频率以及阻尼系数有关。在受迫振动状态下，系统除了受到强迫力的作