动态曲绕实验装置

1. 电子点火装置的原理及其如何控制点燃烟火

电子点火糸统工作原理

一、 电火花的产生

我们知道物质由分子组成，分子又由原子组成，原子由原子核（包括质子和中子）和电子组成，电

子围绕原子核旋转运动。在通常情况下，电子的负电荷和质子的正电荷相等，两者平衡使原子的总电荷

量为零。在外界能量的作用下，原子外层的电子运动的速度加快到一定程度时，就会逸出轨道与其他中

性原子结合，这一原子“俘获”电子之后负电荷量增加，呈现负极性，称之为“负离子”。而失去电荷

的原子负电荷量减少，呈现正极性，称之为“正离子”。 离子有规律的定向运动便形成了电流。

根据上述理论，混合气在进入气缸前 都会有微量分子游离成正离子和负离子。气缸压缩过程中，

由于气体受挤压及摩擦也会产生更多的正离子和负离子。当火花塞两电极加有电压时，离子便在电场力

的作用下分别向两极运动，正离子向负极运动、负离子向正极运动形成了电流。但是在电场力较小时(电

压低)，原子中的电子运动的速度低，不能摆脱原子核的引力逸出轨道，形成新的离子。所以，气体中

也只有原来存在的离子导电，由于他们的数量很微小，放电电流微弱,所为只存在理论导通,电路中相当

于串接了一个极大电阻R。(参见图2)

随着电压的增高，电场力增大，原子动能增大，大量原子摆脱原子核的引力逸出轨道，混合气中产

生了大量离子，同时正离子和负离子向两极运动的速度加快，正、负离子产生的动能轻而易举便能将中

性分子击破，使中性分子分离成正离子和负离子，这些新产生正、负离子在电场力的作用下，也以高速

向两极运动，又去击破其它中性分子，这样的反应连续发生象雪崩一样,使气体中向两极运动的正离子

和负离子的数目剧增，从而使气体失去绝缘性变为导体(R変成较小阻值),形成放电电离通道，即击穿跳

火。其中由于正负离子高速运动及摩擦碰撞形成的高温炽热电离通道(几千度)发光，于是我们就见到火

花，同时,电离通道周围气体骤然受热膨胀发出“啪啪”声。

二、发动机的工作状况对点火的影响

(1) 火花塞电极间隙越大，在同样电压下极间隙越大电场越弱，电场力越小，较难产生足够的离

子，故需较高的电压才能跳火。影响击穿电压的因素还包括:火花塞电极的形状、电压的极性。

(2)气红内的气体密度大（混合气浓），单位体积中气体的中性分子数量越多，分子间距离越小，

正离子或负离越容易与分子相撞，加速的距离短，速度不高动能小，难以击破中性分子产生新的离子。

故需较高的电压才能跳火。同理，火花塞电极的温度越高，电极间近旁的气体密度越小，故需较低的电
压就能跳火。

(3) 混合气度温度越高，其分子内能越大，就越容易电离，因此跳火电压可降低；反之冷车启动时，

由于混合气中离子运动能力低，不易电离，就需要较高的跳火电压。据测定，冷车启动时，跳火电压

最高约为15kv-25 kv，温对积常后，汽车则只需要8kv—12 kV的击穿电压。

三、发动机对点火系统的要求

1．能产生足以击穿火花塞电极间隙的高压电

火花塞电极间能产生火花时所需要的电压，称为击穿电压或称为跳火电压。正常情况下変压器输出高压大于跳火电压，反之失火。

2．能够控制点火能量大小

A．要可靠点燃混合气，火花塞必须具有足够的点火能量。在发动机正常工作时，电火花只要有1～10mJ的能量即可。但是在起动时，为保证可靠点火，火花塞的点火能量可达到100mJ。

B．能根据发动机的各种工况对点火能量调整，即对高压输出晶体管导通时间(传统机械式闭合角的控制)长短的控制，达到对高压变压器初级电流大小(能量大小)的控制。

3．点火时刻应适应发动机的各种工况

A.发动机不同转速和负荷所要求的最佳点火提前角不同，点火系统必须能自动调节点火提前角。发动机的点火提前角表示式：
实际点火提前角＝初始点火提前角+基本点火提前角+修正点火提前角（或延迟角）。

B.这种数字式电子点火系统还能将点火时间智能控制在临爆点或微爆点范围，使汽油机在功率、经济性、加速性和排放控制方面达到最优。

四、数字式电子点火系统组成

数字式电子点火系统是在使用无触点电子点火装置之后的汽油机点火系统的又一大进展，称为微型电子计算机控制半导体点火系统。

点火系统的分类：
A.。电感蓄能式点火系统(实际电路参见图3、4、5)
点火系统产生高压前以点火线圈建立磁场能量的方式储存点火能量。目前汽车使用的绝大部分点火系统为电感储能式。(重点分析介绍)

B．电容储能式点火系(图6)
点火系统产生高压前，先从电源获取能量以蓄能电容建立电场能量的方式储存点火能量。多应用于高转速发动机上，如赛车。

工作原理是把较低电源电压变换成较高直流电压(500V-1000V)对电容充电蓄能，点火时刻通过电

容放电使变压器产生高压。特点是电容充放电周期快，高压跳火火花持续期短(约1微秒)且电流大，

不存左火花尾。ECU根据发动机工况在一个点火周期内进行1-3次点火。

电感蓄能式点火系统主要有微型电子计算机(ECU)、各种传感器、高压输出部分(功率管、变压器、高压线、火花塞)三大部分组成。(参见图1)

1.ECU
ECU就是整部汽车的智能控制中心，指挥协调汽车的各部工作，同时ECU还有自动诊断功能。

其中处理控制点火系统工作是ECU众多工作重要的一项。ECU只读存储器ROM中存有500多万组

数据，这些数据大多数是发动机通过各种实际工作情况测量优选得出的，包括了整个汽油机工作范围

内各种转速和负荷下的最佳点火提前角及喷油脉宽等有关全部数据。不同型号整车的ECU的存储数

据是不同的，各厂家对数据都是保密不公开的；这些数据保证了汽油机在功率性、加速性、经济性和

排放控制方面达到最优组合。

ECU控制点火原理
发动机启动后，ECU每10ms采集一次发动机的各传感器动态参数，按预先编好的程序处理这

些数据，并存入随机存储器RAM中；同时ECU还要根据电源电压大小、从其只读存储器ROM中选

取出适应当前工况的高压变压器初级线圈电流导通时间，(即ECU输出宽度不同的方波电压控制高压

输出糸统变压器初级线圈电流大小，实现对高压输电压大小的控制)ECU综合这些数据，从其只读

存储器ROM中查找出（计算出）适应当前发动机工况的最佳点火提前角存入随机存储器RAM中，

然后利用发动机转速（或转角）信号和曲轴位置信号，将最佳点火提前角转换成点火时刻,即切断高

压变压器初级电流的时刻。

在下列情况下ECU点火实行开环控制，点火按预设程序工作。
A..发动机启动时。B.重负荷时。C.节气门全开时。

2.传感器

传感器就是各种不同类型及功用的测量元件，安装在发动机不同的有关部位，把发动机工况各种参数变化反馈给ECU作计算数据。

在点火系统中应用的传感器主要有:空气流量计及进气温度传感器、发动机转速及曲轴位置传感器、节气门位置传感器、冷却液温度传感器及爆震传感器、氧传感等等。

3. 高压输出

A.高压输出功率三极管:在电路中起开关作用。

B.高压输出变压器:在电路中把低电压转换成高电压供火花塞点火。

C.高压线:在电路中把高压电传输到火花塞。

D.火花塞:在电路中把高压电引进汽缸并把电能量转换成热能。

高压的产生及控制原理

基本理论:
A.导体中有电流通过就会产生一个磁场，电流越大磁场越强。

B.导体磁通量的变化(切割磁力线)会产生感应电动势,磁通量变化率越大产生感应电动势越强。

C.导体中产生感应电动势的方向总是阻碍磁力线(电流)变化的，因此产生阻抗。

D:电感元件导通时电流增加按时间指数规律变化。

ECU根据发动机不同的工况、电源电压高低，选出只读存储器中存储的最佳点火数据，即输出

不同宽度的方波电压给高压输出控制单元，控制功率三极导通、截止。→功率三极管基极接收到方波

电压饱和导通, →高压输出变压器初级线圈电流开始导通，由于初级线圈存在电感产生一个反向电动

势，所以电流不能突变，电流按指数曲线增大， (理论上时间无限长时电流达到最大值,但是在实际应

用中我们只需应用电流快速上升期，因初级回路中只有电源电压及时间为变量，所以ECU就是按照

这个指数规律，计算出导通时间长短,达到控制高压能量目的。) →并产生一个相应的磁场；→初级

线圈电流会很快上升到预设值，到达点火时刻时，→ECU切断方波电压(或加一反向电压)使功率三极

管立刻截止；→变压器初级线圈电流突然被切断，→即变压器磁力线突然消失(磁通量变化率很大)使

变压器线圈产生感应电动势，→因变压器次级线圈绕有较多匝数所以产生出高的点火电压。假如每匝

线圈感应电压为E，次级线圈有N匝，则次级电压为:U=E×N(伏)。

点火的电原理

整个点火糸统的电原理简化：图1；变压器次级工作等效：图2

变压器次级线圈分布电容及火花塞、高压线的分布电容组成回路电容C，电路无屏蔽时C约50PF，有屏蔽约150PF，火花塞间隙等同可变电阻R。

高压能量分三个阶段变化消耗
第一阶段
电容C放电期(诱燃期)：变压器次级线圈产生的点火高压对电容C充电，当电容C电压上升达

到火花塞击穿电压时，火花塞跳火电容C快速放电, 火花塞间隙电压迅速下降到几百到几千伏，电容

C放电瞬间电流达10-50安培以上，放电时间约1微秒。点火电压越高(即点火能量越大)，C放电电

流越大。

正常状况下气缸的混合气就是这一时刻的火花点燃。如果跳火电离线被发动机气缸内高速扰

流吹息，変压器高压再次对C进行充电，则C第二次放电产生电离通道。

注：电压从10000V-20000V左右在1微秒内突降至几百到几千伏，由此产生了一个很强的方波

电压，并通过高压线幅射电磁波，对外界电器产生干扰波。方波由N个正弦波组成，所以形成了一

个1微秒时基为中心的干扰电磁频带。

第二阶段
电感放电期(燃烧期)：电感放电是靠电容C放电产生的电离通道形成的低阻产生的。由于电容C

放电产生的电离通导(电阻)不能立刻消失，同时变压器次级电感中还存有充足的高压能量，所以电感

继续对电离通导放电使火花持续。

由于次级线圈放电电流的变化引起磁通量的变化，次级电感线圈产生了一个感抗电动势，即产

生一个与电感放电电流方向相反的电动势阻碍了电流的変化，使放电电流较小，电流在几到几十毫安，

所以，高压能量需要较长时间放电才能消耗掉，这一电感放电火花持续期俗称火花尾。

由第一阶段电容C放电诱燃后产生一个“火焰中心”，这个“火焰中心”跟随气缸内高速扰流移

动离开了火花塞电极,这时电感电能放电火花又会点燃混合气另一个“火焰中心”，作为点燃混合气的

补充，“火焰中心”使混合气在整个气缸内很快形成燃烧的“明亮火焰期”，即气缸内混合气燃烧温度

达最高，气体压强达最高值。这个过程称为混合汽燃烧期, 燃烧时间在750μS-2500μS之间。

电感放电火花在发动机启动及低速时非常重要，发动机在启动或非正常工况下，电容C放电期极

有可能未点燃混合气，此时，只有靠电感放电火花来点燃燃混合气。

冷车启动时气缸内的混合气温度低，雾化效果差，点然混合气需要较长火花期；在低转速时,由于

气缸内混合气扰流速度低，第一个“火焰中心”移动慢，有必要点燃第二个“火焰中心”加快混合气

的燃烧，所以点火火花期也较长。但当发动机转速较高时, 气缸内混合气扰流速度変快，“火焰中心”

高速移动，快速传播引燃了缸内混合气，因此，并不需要第二个“火焰中心”。

根据混合汽燃烧时间在750μS-2500μS之间，所以，火花持续期最长在700μS左右就可保证混

合气的完全燃烧。实验证明火花持续期过长对燃烧效果并没有提高，相反，电离通道生产的高热加上

火花塞自身温度反而加速了火花塞电极的烧蚀，这就是为什么要控制点火能量的主因。

注：次级电流不能简单应用I=U/R公式计算，因为电感产生的感抗电动势方向总是阻碍磁力线

(电流)变化的，所以应用I=U/R+E/R计算，U高压电压,E感应电压，R回路电阻；或I=U/r ，

r=火花塞等效电阻+高压线电阻+线圈直流电阻+感抗电阻。其实高压线电阻、线圈直流电阻在整个阻

抗中的比例很小,所以可忽略不计。

另会,从这一原理可以正明,点火能量的大小与高压线无关(当然，不包括损坏高压线)。认真看了这

篇文章后，你们如果还是相信有XX高能量火花线，只能说明你水平大差。

第三阶段
振荡衰减期：随放电时间的增加电感线圈储存能量(电压)消耗下降，使气体中分离的电离子越来

越少，电感放电电流也就越来越少，电离通道温度下降，根着通道电离子数量急剧下降,即相当于通

道电阻值R逐步上升変为无限大，火花塞停止跳火。这时电感剩余能量对电容C充电，电容C对电

感放电，如此反复直至下一个点火周期的到来。

注：同样此阶段产生一个逐步衰竭的正弦振荡波对外界造成干扰，但强度远小于第一阶段电容放电干扰电磁波。

多余的话
汽车已有100多年历史，发动机的气缸、活塞等并没有变化,只是工艺的提高。自发动机引入微型电子计算机控制后，产生了质的变化。因此, 发动机系统越来越完善，从喷油到点火、进气到排气无不环环紧扣,相互相连。也就给我DIY的空间越来越少,顾此失彼，所以没有较高的专业水平请不要更换与原车不同的点火电器设备，特别是更改点火变压器请三思而行。

在点火糸统中，很多人认为更换价格更高的火花塞及高压线会增加发动机的性能，其实不然。
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随着汽车越来越多地进入社会与家庭，汽车爱好者及有关人员迫切希望了解汽车上一些系统的工作原理与维修。其中现代汽车电气部分广泛采用的电子点火系统就是很重要的部分。汽车为什么要采用电子点火？本着由浅入深的原则，本文首先简介传统的汽车机械式断电触点点火（俗称白金触点点火）的原理与不足之处。传统的机械式断电触点点火的原理图1是一个4缸汽油发动机的点火电路原理图。它主要由蓄电池、点火开关、断电触点、电容器、火花塞、点火线圈及附加电阻等组成。闭合点火开关后，蓄电池点火电流经过点火开关、附加电组（或经过启动机短路开关，启动时闭合）到点火花线圈的初级绕组，经过断电器触点，再经车身拾铁（即接地）回到蓄电池的负极。这时由于初级绕组中有电流通过，所以在点火线圈铁芯中形成了磁场并储存电磁能。当发动机运转带动分电器的凸轮（凸轮的棱角数等于发动机的气缸数）转动时，凸轮的棱角顶开动触点臂上的绝缘凸块使断电器触点打开，这时初级绕组中电流中断。由于点火线圈类似一个升压变压器，所以因互感的作用，次级绕组中便互感产生出20kv左右的高压电，从而经分电器击穿火花塞的电极，产生火花点燃气缸内的可燃混合气。在这种点火系统中，断电触点上并联的电容器（0.22μF左右）有两个重要的作用： 1． 当断电触点打开时，因磁场消失，初级绕组中将产生300V左右的自感电动势。若无电容器，这个自感电动势将使触点烧损。当断电触点打开时，电流流向电容器充电，这时电容器与初级绕组构成一振荡放电。充了电的电容器，以电流相反的方向通过初级绕组荡放电，加速了磁场的消失，使次级绕组的互感电动势升高。整个点火过程可分为两个阶段：断电触点闭合期间点火线圈初级绕组中电流的增长；断电触点打开后，次级绕组中高压电的产生。在这种传统的点火方式中，断电触点是故障的多发点，同时也是排除故障的突破口。此点火电路实质上就是把蓄电池12V的低压电，通过点火线圈（即变压器）升压到几万伏的高压电。大家知道变压器只对交流电起作用，而汽车上没有交流电源，所以用断电触点一开一闭，造成点火线圈初级绕组中的电流时通时断产生脉冲直流电，来仿效交流电。从而使次级绕组能够产生高压电。知道了这个原理，就不难判断故障所在，首先必须有良好的脉冲低压电（12V），否则就不会产生高压电。而造成脉冲低压电不良的原因，大多是断电触点烧损、接触不良、间隙失准所致。上述传统的机械式断电触点点火有几个根本的缺点： 1、 尽管有电容器的消弧作用，断电触点还是容易烧损。分电器的凸轮和动触点臂上的凸块容易磨损，从而引起断电触点接触不良和触点之间的间隙失准（正常间隙为0.35-0.45mm），造成车辆不易启动和点火时间的变化。点火线圈初级绕组中的电流不能加大（≤5A）。因为初级绕组中电流加大，更容易使断电触点烧损。但是要提高警惕次级绕组产生的互感电动势（亦即次级绕组的高压），更有利于点燃气缸内的可燃混合气，就必须加大通过初级绕组中的电流（即通过断电触点的电流）以产生更大的磁通变化量。这显然是一个不能解决的矛盾。1、 断电触点的间隙一经调好，人为地不再变动。大家知道汽车发动机的转速是在不断变化的，以4缸发动机为例，在低速时断电触点闭合时间长，点火线圈初级绕组中通过的电流，因而次级绕组产生的互感电动势就高；在高速时断电触点闭合时间短，初级绕组中通过的电流小，造成次级绕组产生的互感电动势降低。再则，随着发动机气缸数的增加（如6缸发动机），断电触点的闭合时间还要缩短，初级绕组中的电流进一步减少，最终使次级产生的互感电动势还要降低。虽然点火电路中有PTC附加电阻的补偿作用，但还是不能从根本上解决问题。总之，传统的断电触点点火系统，次级绕组中互感电动势的最大值（即击穿火花塞电极的放电电压），在很大程度上取决于断电触点断开时，初级绕组中电流所能够达到的最大值。次级绕组中的电压是随着发动机转速的增高和发动机气缸数的增加而下降。主要原因就是因为点火线圈初级绕组中的电流不能恒定（尽管有PTC附加电阻的补偿），点火闭合角不能控制。所以传统的机械式断电触点点火已经到了尽头，必须从本质上改变。无触点电子点火的原理与维修汽车采用电子点火是60年代末出现的。它取消了传统机械式点火装置中的断电触点，所以机械磨损问题减少了，许多甚至不存在磨损。因而带来了许多的优点，车辆启动容易、点火能量大、降低油耗、减少排污、减轻甚至不需要维护。无触点电子点火从使用的储能元件上可以分为：电感储能（储能元件是点火线圈）放电式电子点火和电容储能（储能元件是电容器）放电式电子点火两大类。前者主要用在汽车上，后者主要用于摩托车。无触点的汽车电子点火系统从采用的信号传感器（信号发生器）又可分为：光电式电子点火、电磁感应式（磁电式）电子点火和霍尔传感器（霍尔效应）式电子点火。汽车电子点火系统装置方框图见图2所示。因早期的光电式电子点火不十分理想，故现在基本上不使用了。目前普遍采用的是磁电式传感器和霍尔式传感器电子点火系统，点火控制器有分立元件和集成电路两种，配用高能的点火线圈等。其它部件类同传统的有触点式点火系统。1．磁电式电子点火系统的原理与维修 图3是一种汽车磁电式电子点火电路原理图。它由信号发生器L（信号传感器）、点火线圈、火花塞、电源（蓄电池）等组成。信号发生器的工作原理见图4。信号发生器安装在分电器内，它由铁芯、永久磁铁、信号线圈、触发轮及空气隙组成。工作时，由发动机带动分电器轴上的触发轮旋转，利用电磁感应原理，输出交变的信号电压。详细工作原理如下： 1当触发轮转到图4中（a）的位置时，信号线圈铁芯和触发轮的凸齿处在相接近的位置。这时空气隙越来越小，磁通量从此位置开始逐渐增加，当转到信号发生器线圈铁芯位于两个凸齿之间的某一位置时，磁通量的变化率最大。因而感应产生的电动势最高，即产生的信号电压亦最高。由楞次定律可知，A端为+、B端为-。 2触发轮继续转动到图4中（b）的位置时，信号线圈铁芯的中心位置正好与触发轮凸齿的中心相一致。这时空气隙最小，通过的磁通量最大，但磁通的变化率为零。所以线圈中感应的电动势亦为零，即无感应电压输出。 3当触发轮转到图4中（c）的位置时，触发轮的凸齿开始逐渐离开信号线圈铁芯，空气隙开始增大，磁通量开始减小。当转到触发轮的两个凸齿间的某一位置时，磁通的变化率最大。此时感应产生的电动势最高，但感应电压的极性与图a相反，即A为-、B为+。若触发轮不停地转动（发动机运转时），上述工作过程不断重复发生。对于4缸发动机，触发轮旋转一周360°产生4个交变信号电压，即90°产生一个交变的信号电压。它实际上类似一个小型的交流发电机，输出的交变信号电压送至点火控制器工作原理见图3，这是普通的汽车电子点火电路之一。工作原理很简单，它由信号拾取、整形放大、开关等电路组成。鉴于这些电路原理在一般电子书刊中均有介绍，故在此只简述工作过程。当信号发生器输出的交变压器A端为+、B端为-时，二极管D1截止，三极管T1导通，T2截止T3、T4导通，这时点火线圈初级绕组中流进电流储存能量。当触发轮转动，输出的交变压器A端为-、B端为+，二极管D1导通，三极管T1截止，T2导通，T3、T4截止。点火线圈初级绕组中的电流被切断。次级绕组产生高压电，使火花塞放电点火。图5是采用美国摩托罗拉公司生产的汽车专用点火集成电路89SO1的点火线路。工作原理大同小异，只不过增加了一些辅助的功能，如闭合角控制、点火恒流控制等。汽车电子点火系统的原理与维修（下）汽车电子点火系统一般来说是比较可靠的，但是也免不了有出故障的时候，下面介绍其检修步骤与方法：第1步：首先查看各导线有无明显的短路、断路接触不良等现象，不要一开始就盲目地拆卸电子点火器件。因为有许多故障都与汽车所处的特殊使用环境有关，如路面的颠簸、泥水的侵蚀、锈蚀。尤其是导线的插接件中侵入泥水后，极易造成短路、接触不良等故障。第2步：上述检查完好后，才可进一步检查点火系统中的各部件。首先检查各部件自身有接地回路的其自身接地是否良好，这一点也是故障的多发点。如点火控制器是靠其外壳与车身接地（或专用接地线），再也蓄电池负极连接一起构成回路的。如果接地不良，就会造成点火系统工作时好时坏，甚至完全不工作。第3步：确认电子点火部件有故障后，应拔掉分电器（信号传感器）与电子点火控制器的插头，先单独测试信号传感器，用万用表的交流电压挡接地信号传感器输出的插头上，启动发动机带动触发轮转动。这时万用表若无指示，即无信号电压输出，说明信号传感器有故障，用万用表测其电阻值时，一般正常应为几百欧姆（视不同的传感器信号线圈而定）。触发轮与信号线圈铁芯的间隙一般为0.2-0.4mm，否则应与调整或更换。第4步：检查电子点火控制器。电子点火控制器其实就是一个将输入信号波形整形放大的晶体管开关电路。先接通其工作电源，取蓄电池一格2V电压或用一节1.5V的干电池，+、-极分别触碰电子点火控制器的输入A、B两端（模拟信号传感器输出的信号电压），并用万用表直流电压挡监视点火线圈初级（电源输入端）与接地之间的电压。如果万用表的指示在接近0V（开关三极管导通时的管压降）和接近电源电压12V交替地变化，说明电子点火控制器良好。否则有故障。第5步：检测点火线圈。汽车上的点火线圈其实就是一个升压变压器。初级绕组的阻值应在0.5-1.7Ω，次级绕组的阻值应在3-4kΩ或 10-15kΩ（视配用不同的点火线圈而定。高压点火线阻值不得大于25kΩ，否则应更换。）一般经过上述几个步骤的检查，即可查出故障所在。当然汽车点火系统还有诸好火花塞、分火头及蓄电池等故障，不过那已是传统有触点式点火系统常遇到的普通问题。霍尔式汽车电子点火的原理与维修磁电式电子点火，因信号传感器是基于电磁感应原理，工作性质类似一个小型的交流发电机。所以发动机在低速运转（如启动时）时输出的信号电压较小，甚至更低转速时，产生不了足够的信号电压。因此它对发动机的转速有一定的要求。新型的霍尔传感器式汽车电子点火是应用了霍尔效应原理，传感器输出的是开关脉冲信号，且具有陡峭的前沿和后沿。只要发动机一转动它就有霍尔信号电压输出，不受转速的影响。且还不受温度湿度、等影响，可在恶劣的环境中稳定地工作。使得汽车点火的正时精度、可靠性大大提高，故障率大大减少，应用更为广泛。图6是汽车霍尔式传感器的工作原理与结构示意图简图。它是由霍尔元件、永久磁铁和一个能在霍尔元件与永久磁铁之间的空气隙里转动的像铲状的金属片（能阴挡、旁路磁场）等组成。工作时电源给霍尔元件提供一个很小的工作电流，发动机通过传动机构带动铲状的金属片旋转。当铲状的金属片进入霍尔元件与永久磁铁之间的空气隙时，如图6中的(a)所示，因磁场被金属片所阻挡旁路，所以霍尔传感器无霍尔信号电压产生。当铲状的金属片离开霍尔元件与永久磁铁的空气隙时，霍尔元件受到磁场的作用，如图6中的(b)所示，这时产生霍尔信号电压。图7是霍尔式汽车电子点火系统的结构方框图。 图8是应用在上海桑塔纳和红旗等轿车上的霍尔式电子点火电路原理图。主要元件采用汽车点火专用集成电路L497或L482。它具有过压、停车断电抛负载等保护功能。并兼有点火电流恒定、可变闭合角功能。点火控制器的5脚提供霍尔元件工作电源，2、3脚接地。6脚输入霍尔脉冲信号

2. 桩基动态无损检测法

随着高层建筑、大型工程的蓬勃兴起，在地基工程中，桩基础被广泛地使用。桩基具有防震、抗震、承载力高、沉降量小且均匀等特点。由于桩基是建筑物的持力基础，桩基的质量对建筑物的稳定性影响很大，在混凝土灌注施工过程中，常常会造成部分桩出现断裂、缩颈、扩颈、混凝土离析和蜂窝等现象，如不及时发现和处理将是建筑物的长期隐患。

传统检测桩基完整是采用钻探取心法测定桩基承载力，采用静载荷压桩试验。这些方法虽直观，但均存在设备笨重、成本高、工期长、检测数量少、随机性大等缺陷。而且，1%的验桩率远远不能评价全部桩基质量。

动态无损检测法具有省时、省力、经济、简便、无损、可靠等优点。

一、桩的动测技术的发展与应用近况

1.桩的动测技术在国外的发展和应用

近十年来，国外在桩动测技术方面有两件事值得我们关注：一是对国外广泛应用的波动方程法测桩的承载力进行了考核；二是国外出现了另一种新的动测桩承载力的方法，叫做静动法，并且很快得到了认可和应用。

1992年在荷兰海牙召开的第四届国际应力波理论在桩基中应用的会议期间，对国外广泛应用测桩承载力的波动方程法进行了考试，共有国际上有名的10家单位参加。试桩长为11.5m，截面为0.25 m×0.25 m，参加测试单位绝大多数都采用CAPWAP的程序和PDA仪器，但是测试结果很不理想，除了一家的结果（图2-4-1曲线B）与静载试验结果（图2-4-1曲线A）较接近外，其他结果均与静载试验结果相差甚远，其中最低破坏荷载为90kN，最高为510kN，而静载试验的破坏荷载为340kN。

由此可见，即使采用相同的仪器、相同的程序、相同的方法，由于测试人员的素质和经验不同，也会得到不同的承载力结果，这是值得我们引以为戒的。

为了搞清CAPWAP法和PDA仪器的实际应用效果，美国联邦高速公路管理局（FHWA）委托麻省理工学院的佩柯斯基（S.G.Paikowsky）教授进行调查，后者搜集了206根桩的动静对比试验，结果如图2-4-2所示。该图的横坐标为贯入1英寸所需的锤击数；纵坐标表示静荷载试验结果与用CAPWAP实测结果之比值。由图示结果来看，多数情况下CAPWAP所提供的桩承载力比静载的结果要小，但也有偏大的情况。在分析桩打入性能和桩承载力时，国外采用的软件有多种，但较为广泛应用的除CAPWAP程序外，还有WEAP程序和TNOWAVE程序等，但其存在的问题大致与CAPWAP程序相同。

图2-4-1 测桩承载力对比结果图

图2-4-2 动静对比试验结果图

2.桩的动测技术在国内的发展和应用

桩的动测技术在我国的推广和应用，经历了一段不平凡而且颇有特色的道路。1989年第一次在北京召开的“全国桩基动测学术交流会”，开始将桩的动测技术推广应用于工程实践。1995年10月正式颁布了我国行业标准《基桩低应变动力检测规程》（JGJ／T93-95），使我国小应变动测法进入了实用推广阶段，我国的“基桩高应变动力检测规程”（JGJ106-97）也于1997年正式颁布。总之，动力测桩的技术在我国的工程建设中已经得到愈来愈广泛的应用。

由于动测技术的发展，许多有关桩动测的学术争议也随之消失。例如，用小应变激振方法能否测定桩的完整性的问题，随着大量的工程实践已经得到了解决。目前，全国几乎所有动测桩单位均采用小应变激振方法来检验桩的完整性。至于用小应变激振方法来检测桩的承载力问题，虽然有些人尚不能接受，但全国已有90多家单位通过了国家建筑工程质量监督检验中心组织的考试，获得了建设部颁发的资质证书，允许在桩基工程中应用。尽管有些单位在掌握和应用这些新技术方面还不尽人意，但至少说明了这些技术所具有的优越性和强大的生命力。

此外，我国许多学者和研究人员近年来在桩的动测方面也进行了大量研究开发工作，有些单位还研制了新的仪器和设备，已经在桩基工程中得到应用的几种动测方法，现在也在进一步改进中。

尽管我国在动测桩的应用和研究开发方面取得了很大的成绩，并且在某些方面结合我国国情还有所创新，但也要看到我们在实践中还存在着许多问题，它们是：①有些方法实施效果不尽人意，需要改进；②某些测试仪器质量不高，不能满足测试要求；③有的测试单位因经济利益驱动，接受了某种动测方法本应限制使用的测试任务；④测试人员缺乏应有的经验或素质不高，造成测试结果不佳或误判。总之，我们应清醒地看到，桩的动测新技术还将不断地发展，各种动测方法必须以传统的静载试验作为依托，而不是相互排斥。

二、桩基的类型

目前，我国采用的桩基主要有沉管灌注桩、钻孔灌注桩、钻扩灌注桩、冲孔灌注桩、挖孔灌注桩、爆扩灌注桩、钢筋混凝土预制桩、钢桩、旋喷桩、振动碎石桩、振动挤密砂桩等类型。

桩基按受力分类可分为摩擦桩、端承桩、扩底墩型桩。摩擦桩以桩周土的摩擦力为主，桩尖支承力为辅。端承桩的桩底坐落在坚硬的基岩上，它以桩底基岩的反向支承力为主，以桩周摩擦力为辅。扩底墩型桩要求扩大桩底部的接触面积提高支承力。

三、桩基无损检测方法

以应力波理论为基础的检测桩基质量的瞬态动测法和稳态振动法使用得最广泛。

1.瞬态动测法（锤击法）

嵌入土中的桩基，相当于一个在阻尼介质中上端自由与下端弹性连接的弹性杆，如图2-4-3。在桩基顶端应用锤击的办法施加一脉冲激振力f（t），桩将产生纵向振动而产生应力波。波沿桩身传播至桩底部分能量反射回桩顶。若激振力足够大，桩和桩周围一定范围内的土将作为一个体系产生自由振动。通过仪器接收这些波，可对桩基质量作出判断，并推算出单桩承载力。

图2-4-3 一维弹性杆模型

（1）反射波法

a.基本原理及波形特征

反射波法的现场测试工作如图2-4-4所示。利用小手锤在桩头施加一冲击力f（t）被激发应力波在桩身内传播，当遇到波阻抗界面时，将产生反射波，如图2-4-5所示。

其反射系数为

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式中：A₁、A₂为桩身截面积；ρ₁、ρ₂为介质密度；v₁、v₂为波速；R表示反射波与入射波的振幅比。这里是以广义的波阻抗Aρv替代波阻抗ρv，它取决于波阻抗的差异和截面积的变化，反射波旅行时与平均速度及波阻抗界面的深度l有关。然后利用拾震器接收初始信号，桩身缺陷和桩底产生的反射波信号，通过仪器进行处理和分析，结合地质资料对桩的完整性和混凝土的质量作出评价。

b.桩基完整性的分析与判别

完整桩 完整桩一般指桩身混凝土胶结良好，均匀连续，抗压强度达到设计要求的桩，它只存在一个桩底波阻抗界面，由图2-4-6可以看出，A₁ρ₁v₁＞A₂ρ₂v₂，所以R＜0，根据入射波和反射波速度量的相位关系为同向，体现在U（t）曲线上信号为同向叠加，如图2-4-7所示其波形特征为一衰减振动曲线，衰减快，桩底反射波明显，分辨率高。由图分析可得一次反射波旅行时为t，桩长为l，则平均速度为

图2-4-4 小扰动应变力波反射法示意图

图2-4-5 应变波的反射与透射

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t可以从时程曲线上读得，若知v_c或l中任一个，便可求解。若二者均未知时，常利用统计的方法或其他实验的方法假定v_c或根据施工记录来假定l，以求得近似解。

缺陷桩 当桩间存在缺陷，如断裂、夹层、空洞、缩颈或扩颈时，缺陷部位的应力波传播速度v、密度ρ或截面积A与桩身完好部位都有所不同，即存在波阻抗差异。当应力波遇到波阻抗差异界面时，将会产生反射。若根据这一反射时间计算整桩的波速，则其结果将大于完整桩时的波速。如图2-4-8 示，桩身在l₁处断开，Z₂相当于充气或充泥的波阻抗，反射系数，R＜0，曲线中主要反映了l₁处多次反射波，而桩底反射不清。图2-4-9 表示在l₁处桩产生扩颈，应力波在l₁处反射系数R＞0，入射波和反射波为反向叠加，从时程曲线不难确定扩颈和桩底位置。

图2-4-6 桩身完好

图2-4-7 完好桩实测波形

图2-4-8

图2-4-9

根据桩弹性波速度评价桩的质量 众所周知，桩基的波速与桩身混凝土的密实程度有关。致密的桩身，其波的传播速度则大，松散的桩身，其波速则小。

对动测桩身质量分类评价，是根据不同工程和不同类型的桩基检测和静荷载资料对比，可从两个方向分类评价——桩身完整性和混凝土质量：①桩身完整性包括完好桩、微缩扩颈、严重缩颈、大面积离析、断桩等可以根据动测波型特征判断；②混凝土质量则可以根据动测桩的波速进行评价。对灌注桩采用下表2-4-1所列波速进行分类判别。

表2-4-1

（2）桩基承载力推算原理

摩擦桩承载力的计算原理

摩擦桩指桩置于松软地层。当用重锤竖向敲击桩周土或桩头而被激起振动后，将在垂向作自由振动，并通过桩侧摩擦力及桩尖作用力带动桩周部分土体参予振动，形成复杂的桩—土振动体系，其装置见图2-4-10所示。桩及桩侧参振的土体，可视作单质点振动体系，根据质量—弹簧—阻尼模式振动理论，可推导出桩基的刚度计算式。再根据刚度与承载力之间的直接相关关系，可计算出桩基的承载力。

图2-4-10 频率法检测装置示意图

图2-4-11 桩—土体系示意图

计算单桩抗压刚度 在桩—土体系振动的曲线上求出振动周期 T_z，计算出自振频率f_z，如图2-4-11所示。根据单自由度的质量—弹簧体系，其质量和刚度同频率关系：ω，单桩抗压刚度为

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式中：λ是动力修正系数，可取λ=2.365；g是重力加速度为9.81（m/s²）。

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式中：（梨形土体扩散半径）；A———桩的横截面积（m²）；L₀———桩的全长（m）；L———桩的入土深度（m）；r₁———桩的砼容重（kN/m³）；r₂及φ———分别为桩的下段范围内，土的容重（kN/m³）及内摩擦角。

计算单桩临界荷载 临界荷载指与按静荷载试验测定的P—S曲线上与拐点对应的荷载。根据动静对比关系，可得临界荷载：

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式中μ为静载与动测之间的比例系数。它是选取不同地质条件下各种类型的桩基，进行动静对比试验，通过数理统计分析求得的回归系数。

计算单桩允许承载力（P_a）对粗长桩，特别是当桩尖以下土质远较桩侧土强时，则

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对中小桩，特别是当桩尖以下土质较桩侧土弱时，则

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式中k为安全系数，一般取2.0。

2.稳态振动法（机械阻抗法）

（1）方法原理

将桩视为一维弹性体，当其受纵向稳态振动时，给定不同的边界条件，既可求得桩的动力反映，该反映包含了材料的有关信息。研究桩的动力反映曲线可判定桩的质量和桩基的承载力。

（2）测试系统

桩的稳态激振测试系统如图2-4-13所示。超低频信号发生器输出频率5Hz～1500Hz的自动扫描正弦信号给功率放大器，由它推动桩顶中心的电磁激振器向桩施加幅值不变的动态激振力（即：激振力在激振频率变化时，保持恒定，使桩产生稳态振动）。在桩顶和激振器之间有力传感器，它可知激振力的大小，桩顶拾振器接收桩的振动信号，经测振放大器与IBMPC/XT机相连，可进行计算并打印出成果图件。

图2-4-12 桩基的导纳反应曲线

（3）测量信息的利用及判别桩质量的依据如果使用一定能量在桩顶进行激振，其激振力为F（ω），则桩身内产生应力波，并沿桩身向下传播，在任何一个密度不均匀的界面上则有一部分能量反射回到桩顶，这时在桩顶用拾震器可直接测量到桩基系统的速度反应U（ω），则速度导纳为：

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它决定于桩基系统的质量，阻尼系数和桩基的抗压刚度。以频率f为横坐标，以速度导纳绝对值为纵坐标的导纳反应曲线，如图2 4 12 所示。桩—土体系不同，导纳反应曲线也有差别，速度导纳曲线是判别桩基质量的重要依据。

a.桩身砼的波速v_c

由波动理论可知：

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式中：Δf是导纳曲线上两谐振峰之间的频率差；L为桩长。

应用时根据已知桩长L和测得的Δf计算v_c，正常砼的波速v_c=3300～4500m/s，若v_c小于此范围，说明砼的质量较差。另外，也可利用Δf和正常v_c值反算桩长L_m，质量好的桩L=L_m，若L_m＜L则反映了在深度处有质量问题。

图2-4-13 稳态激振测试系统

b.特征导纳

所谓特征导纳是指导纳频谱曲线上振幅的几何平均值，还可以求出特征导纳，利用实测的特征导纳与理论计算的特征导纳作比较，可判别桩基的质量。如果实测值接近理论计算值说明桩基的质量及完整性较好。

理论计算的特征导纳公式为

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式中：ρ_c是桩基质量密度；A_c为桩的截面积。

实测特征导纳表示为

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式中：ρ_max和Q_min是速度导纳的最大值与最小值，由图2-4-13中读出。

若N_m≈N为正常桩，若N_m＞N，说明ρ_c或v_c变小（存在局部混凝土松散）或A_c变小（局部有缩颈）。若N_m随频率增高而变小，表示桩径上大下小，也为缩颈桩。若N_m＜N，一般为扩颈桩。

c.动抗压刚度

当桩在低频（低于桩的固有频率）激振时，位移较小，桩的振动可视为刚体运动或平动，此时导纳曲线接近于直线，其斜率的倒数为桩的动抗压刚度，即

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式中|U/F|和f_m为导纳曲线的低频直线段上任一点M的导纳值和频率。

动抗压刚度的意义及用处可归纳为：K_D反映桩周土对桩柱的弹簧支承刚度，K_D值的大小与桩的承载力有一定联系；K_D值与静刚度K_S建立统计关系，可以评价单桩承载力，并可估计在工作荷载下桩的弹性位移。

在实际工作中，通常不易获得理想的曲线，在测得的谐振峰中常掺杂一些假峰，为区别真假峰，尚须测定随频率变化的速度导纳相位变化曲线，即导纳谱相频曲线。相频曲线上的零相位点所对应的导纳谱幅频曲线上的波峰，即为有效的谐振峰。

（4）不同类型模型桩的导纳谱曲线特征

a.完整桩

幅频曲线的低频段与理论导纳谱曲线相近似，利用相频曲线的零相位点可准确地找出谐振峰，谐振幅间隔均匀、整齐，平均频差为1450Hz，按公式v_c=2×L×Δf，算得波速4350m/s，属完整正常波速。如图2-4-14所示。

b.全断桩

图2-4-14 完整模型桩导纳谱曲线

图2-4-15是全断裂模型的导纳谱曲线，特点是反映全断面的谐振峰明显，在相频曲线上有对应的零相位点，这是因为应力波在桩身遇到全断面时，绝大部分能量被反射到桩顶，桩底反射效应不明显。根据所得频差可计算断裂位置。测得Δf=207.5Hz，算得桩身断裂深度I=8.6～9.6m，也与实际断裂位置9.0m吻合。

图2-4-15 断裂模型桩导纳谱曲线

（5）桩基完整性分析与判别

1）通过相频曲线上的零相位点，在幅频曲线上确定谐振峰之间的频差Δf。对于完整桩，幅频曲线上的各峰分布大致均匀、整齐，用Δf计算的桩身内应力波传播的速度v′_c接近于正常混凝土的波速v_c。如果计算的桩身波速v′_c小于正常值的下限，表明桩身混凝土质量较差。如果v′_c大于正常值的上限，说明桩身中有明显的异常存在，如果桩身出现断裂，缩颈或扩颈，应力波在这些异常处的反射效应，使测得频差增大。如果谐振峰很多，且有类似调制波的波形，即所谓大峰之间夹小峰时，通常，小峰之间的频差反映桩底效应，由式v′_c=2L×Δf计算的值接近正常值，大峰之间的频差则反映桩身异常处的反射效应。

2）异常的位置。按公式L=×Δf计算，此时v_c可选用已判明为完整桩的计算值，或取多根完整桩的平均值，取属于异常效应的频差。

总之，判别桩基质量的好坏要综合利用导纳谱的特征，桩基内波的传播速度，谐振峰之间的频差，桩基的动抗压刚度和特征导纳值等因素进行分析，有可能对桩的砼质量、断桩、缩颈或扩颈位置及大小作出判断，可以计算桩的承载力。

3.超声波检测法

（1）原理与适用条件

混凝土亦名砼，国内外有关砼声学特征的研究成果为工程界利用超声波检测灌注桩的质量展示了良好的前景。首先是利用砼的声参数在桩中的分布，推断异常的位置和几何形态等。另外，在一定的条件下，还可以建立砼的纵波速度v_P与其单轴抗压强度P_z之间的关系曲线。但是，砼的不同龄期、不同水灰比、钢筋配比、骨料的品种、粒径等因素都能对声速产生不同程度的影响。有时，砼的强度一样，由于骨料的品种不同、用量不同、粒径不同造成纵波速度也不同。特别是不同工区之间原料和工艺上的差异，很难给出统一的v_P—P_z关系曲线。比较稳妥的办法是与静载荷压桩试验结合起来进行，通过对少数桩基的声波探测和力学试验，求得v_P—P_z关系曲线，以此来作为该工区声波法测砼的依据。这里主要介绍利用实测桩中声参数的分布来解析异常位置和几何形态的方法。

（2）设备与检测方法

设备包括发射探头、接收探头和声波测量仪。对探头的要求是：发射功率较大，接收灵敏度较高，指向角合适，有较宽的频带，谐振频率为20～50kHz。其中，发射探头的机械品质因数要高，以便获得较高的发射效率和较高的信噪比；接收探头的机械品质因素则希望低一些，这样在换能过程中不致引起波形严重畸变，并且有较宽的接收频带。使用便携式计算机可直接进行记录、计算和判断异常，检测方法如下。

1）在灌注混凝土之前，随钢筋笼下二至四根镀锌铁导管（砼桩直径小于800mm时，下二根；大于800mm时，下三根或四根）。分别固定在钢筋骨架上，位置如图2-4-16所示，上图为俯视图。要求桩体内的两根铁导管必须平行，距离误差小于5%。导管的底部封死，接头处内壁保持光滑，上部用木塞封住，防止导管内掉入杂物。

2）检测时，通常是使用岩石声波参数测定仪，按单发双收的工作方式测砼桩的声参数，即在一根导管内下一个发射探头，在另一根导管内下一对接收探头，管中注满水作耦合介质。整个检测的方框图如图2-4-17所示。全面粗测是将待测桩先按较稀的点距H，例如50～80cm，整体测一遍。主要使用参数为声速和首波振幅，检测过程中应注意等振幅读声波走时t，等增益读首波振幅。在异常附近细测时，点距可减小到10～15cm。

（3）数据处理与解释方法

a.异常的判断标准

制定异常的判断标准是声波检测法的重要一环，通常有两种做法。一是根据实测资料（包括砼小样的资料）制定判断异常的标准；二是根据概率统计原理制定判断异常的标准。后一种做法比较科学，但在工程实践中发现，如不剔除或少剔除可疑数据都会漏掉异常点。刘渝等人提出的一种做法是在处理数据时，先统计数据的频率分布，然后参考已有的声波资料，剔除不合理的数据，人为地使参加统计的数据为正态分布，并依据概率统计的原理制定划分异常界限的临界值，低于此值的数据即为“异常”，可判断该处内部有缺陷。

图2-4-16 砼桩检测示意图

图2-4-17 砼桩检测方框图

为防止两根预埋管之间的距离变化引起假异常，引入距离判据，其表达式为

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图2-4-18为判断异常的电算程序框图。框图中的N为测点数，P为某点声速出现的概率，若N·P＜1，则说明这个测点的声速（通常为低速）在正常情况下不应出现，其声波传播路径上可能有缺陷。参数K_a由单点声速v_pi、所有测点声速平均值以及速度均方差σ等参数求出，也可由概率P查正态分布概率表求出。

b.缺陷的详查方法

在检测现场，用计算机处理数据，划分出异常带（或点）之后，可在包括异常带的一定深度内加密点距细测，使用方法主要有交会法和视速度——代数重构法。

交会法是将置于测量导管中的发射和接收换能器以较小的点距，如10～20cm，按“水平同步”方式及“斜同步”方式依次对异常带测量。处理资料时，将每条射线的声速平均值（射线行程除以首波到时）或者波振幅比标注在声波射线图上，如图2-4-19所示，用来评价缺陷的性质和存在的大致范围。

由该图可以看出，在标高为-5.2m附近，有一低速异常，因为穿过这一区间的三条射线速度（3.67，3.4，3.83）均较低，该处纵波速度v_P，应取三条射线速度的算术平均值3.6（km／s）。这种作图交会法简单直观，但却有一定的局限性，因为这些射线在桩内并不都是近似直线传播的，有时也会由于绕射、折射干扰而造成较大的解释误差。

关于视速度———代数重构法，其实就是层析成像技术中的透射层析方法，最早源于医学中的 X射线层析成像技术。这里给出两个图示计算结果。图2-4-20 的①是为使用代数重构法而将声波透视空间离散化，图中分成十八个网格，虚线表示声波射线的路径；②测定对象是一根直径为400 mm，长5 m且在3.2 m深度上充填有炉灰渣的砼桩，图中所示为对2.8 m至3.8 m一段用视速度———代数重构法细测的解释成果。由图中的等值线很容易看出炉灰渣的含量及分布情况；③是另一砼桩的视速度———代数重构法细测的解释结果。在-2.4 m处有一水平层状异常，应推断为断柱（已知是炉灰渣）。

图2-4-18 电算程序框图

图2-4-19 声波射线图

图2-4-20 透射层析方法示意图

c.基桩质量的总体评价

评价混凝土灌注桩质量和力学性质的参数有：纵波平均速度v-_P、动弹性模量E_d、准抗压强度P_m以及声速v_pi的离散系数和出现频率等。表2-4-2 为刘渝等根据工程实践，参考技术文献及规范要求，提出的混凝土质量等级的声参量指标，可供参考。

使用岩石声波参数测定仪器在现场只能取得纵波速度、首波幅值和声波信号波形。

计算动弹性模量还需要横波速度和密度等参数，这两个参数可通过对砼小样的测试取得。准抗压强度P_m可以用下述两种方法来求取，一是根据纵波速度在v_P-P_z曲线上找对应的P_z值作为P_m；二是通过公式（2.4.15）计算：

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式中：K为调整系统，根据基桩有无缺陷，缺陷的性质及大小、数据的观测质量等因素确定；v_Pr为砼小样的纵波速度；P_r为砼小样的单轴抗压强度。

利用声波检测法的粗测、细测和砼小样的测试参数，参考表2-4-3的标准，可对混凝土基桩质量作出总体评价。

表2-4-2 混凝土质量等级的声参量指标

表2-4-3

3. 汽轮发电机所有实验项目都有什么

1-1：试验项目：定子绕组的绝缘电阻、吸收比或极化指数
1-2：试验周期：1）1年或小修时；2）大修前、后。
1-3：试验要求：1）绝缘电阻值自行规定。若在相近试验条件（温度、湿度）下，绝缘电阻值降低到历年正常值的1/3以下时，应查明原因。2）各相或各分支绝缘电阻值的差值不应大于最小值的100%；3）吸收比或极化指数：沥青浸胶及烘卷云母绝缘吸收比不应小于1.3或极化指数不应小于1.5；环氧粉云母绝缘吸收比不应小于1.6或极化指数不应小于2.0，水内冷定子绕组自行规定。
1-4：试验说明：1）额定电压为1000V以上者，采用2500V兆欧表，量程一般不低于10000MΩ；2)水内冷定子绕组用专用兆欧表；3)200MW及以上机组推荐测量极化指数。
1-5：试验设备：HN2671数字式电动兆欧表；HN2520指针式电动兆欧表；HN2008水内冷发电机专用兆欧表

2-1：试验项目：定子绕组的直流电流
2-2：试验周期：1）大修时；2）出口短路后。
2-3：试验要求：汽轮发电机各相或各分支的直流电阻值,在校正了由于引线长度不同而引起的误差后相互间差别以及与初次(出厂或交接时)测量值比较,相差不得大于最小值的1.5%(水轮发电机为1%).超出要求者,应查明原因
2-4：试验说明：1)在冷态下测量,绕组表面温度与周围空气温度之差不应大于±3℃；2)汽轮发电机相间(或分支间)差别及其历年的相对变化大于1%时,应引起注意
2-5：试验设备：HNZZ-3A直流电阻测试仪

3-1：试验项目：定子绕组泄漏电流和直流耐压试验
3-2：试验周期：1）1年或小修时；2）大修前、后；3）更换绕组后。
3-3：试验要求：1）试验电压：全部更换定子绕组并修好后为3Un；局部更换定子绕组并修好后为2.5Un；大修前运行20年及以下者为2.5Un；大修前运行20年及以上与架空线路直接连接者为2.5Un；大修前运行20年及以上不与架空线路直接连接者为2.0Un-2.5Un；小修时和大修后为2.0Un； 2）在规定试验电压下，各相泄漏电流的差别不应大于最小值的100%；最大泄漏电流再20μA以下者，相间差值与历次试验结果比较，不应有显著的变化；3）泄漏电流不随时间的延长而增大。
3-4：试验说明：1）应在停机后清除污秽前热状态下进行。处于备用状态时，可在冷态下进行。氢冷发电机应在充氢后氢纯度为96%以上或排氢后含氢量在3%以下时进行，严禁在置换过程中进行试验；2）试验电压按每级0.5Un分阶段升高，每阶段停留1min ； 3）泄漏电流随电压不成比例显著增长时，应注意分析；4）试验时，微安表应接在高压侧，并对出线套管表面加以屏蔽。水内冷发电机汇水管有绝缘者，应采用低压屏蔽法接线；汇水管直接接地者，应在不通水和引水管吹净条件下进行试验。冷却水质应透明纯净，无机械混杂物，导电率在水温20℃时要求：对于开启式水系统不大于5.0×102μS/m；对于独立的密闭循环水系统为1.5×102μS/
3-5：试验设备：YDJZ-30KVA-30KV直流泄漏耐压试验装置（含高压电容、直流毫安表、调压控制台、水电阻、放电棒）

4-1：试验项目：定子绕组交流耐压试验
4-2：试验周期：1）大修前；2）更换绕组后；
4-3：试验要求：1）全部更换定子绕组并修好后的试验电压如下：①额定容量小于10000KW以下，额定电压Un在36V以上，试验电压为2Un+1000V，但不得低于1500V；②额定容量大于等于10000KW，额定电压Un在6000V以下的，试验电压为2.5Un；③额定容量大于等于10000KW，额定电压Un在6000V-18000V之间的，试验电压为2Un+3000V；④额定容量大于等于10000KW，额定电压Un在18000V以上的，试验电压按专门协议办；2）大修前或局部更换定子绕组并修好后试验电压为：①运行20年以下者，试验电压为1.5Un；②运行20年以上与架空线路直接连接者，试验电压为1.5Un；③运行20年以上与架空线路不直接连接者，试验电压为1.3 Un -1.5Un；
4-4：试验说明：1）应在停机后清除污秽前热状态下进行 。处于备用状态时，氢冷发电机一般应在通水的情况下进行试验，进口机组按厂家规定； 2）水内冷电机一般应在通水的情况下进行试验，进口机组按厂家规定；3）有条件时，可采用超低频耐压（0.1HZ），试验电压峰值为工频试验电压峰值的1.2倍。
4-5：试验设备：YDJ-3KVA-30KV交流耐压试验装置；HNCD-30超低频耐压试验仪

5-1：试验项目：转子绕组的绝缘电阻
5-2：试验周期：1）小修时；2）大修中转子清扫前、后。
5-3：试验要求：1）绝缘电阻值在室温时一般不小于0.5MΩ；2）水内冷转子绕组绝缘电阻值在室温时一般不应小于5kΩ。
5-4：试验说明：1） 采用1000V兆欧表测量。水内冷发电机用500V及以下兆欧表或其它测量仪器；2）对于300MW以下的隐极式电机，当定子绕组已干燥完毕而转子绕组未干燥完毕，如果转子绕组的绝缘电阻值在75℃时不小于2KΩ，允许投入运行；3） 对于300MW及以上的隐极式电机，转子绕组的绝缘电子值在10～30℃时不小于0.5MΩ。
5-5：试验设备：HN2671数字式电动兆欧表；HN2520指针式电动兆欧表；HN2008水内冷发电机专用兆欧表

6-1：试验项目：转子绕组的直流电阻
6-2：试验周期：大修时
6-3：试验要求：与初次(交接或大修)所测结果比较,其差别一般不超过2%
6-4：试验说明：1）在冷态下测量；2）显极式转子绕组还应对各磁极线圈间的连接点进行测量
6-5：试验设备：HNZZ-3A直流电阻快速测试仪

7-1：试验项目：转子绕组交流耐压试验
7-2：试验周期：1）显及式转子大修时和更换绕组后；2）隐极式转子拆卸套箍后，局部修理槽内绝缘和更换绕组后
7-3：试验要求：1）显极式和隐极式转子全部更换绕组并修好后试验电压：额定励磁电压500V及以下者为10Un，但不低于1500V；500V以上者为2Un +4000V；2）显极式转子大修时及局部更换绕组并修好后试验电压：5Un，但不低于1000V，不大于2000V；3）隐极式转子局部修理槽内绝缘后及局部更换绕组并修好后试验电压：5Un，但不低于1000V，不大于2000V。
7-4：试验说明：1）隐极式转子拆卸套箍只修理端部绝缘时，可用2500V兆欧表测绝缘电阻代替；2）隐极式转子若在端部铝鞍，则在拆卸套箍后作绕组对铝鞍的耐压试验。试验时将转子绕组与轴连接，在铝鞍上加电压2000V；3）全部更换转子绕组工艺过程中的试验电压值按制造厂规定。
7-5：试验设备：YDJ-3KVA-30KV交流耐压试验装置

8-1：试验项目：发电机和励磁机的励磁回路所连接的设备（不包括发电机转子和励磁机电枢）的绝缘电阻
8-2：试验周期：1）小修时；2）大修时。
8-3：试验要求：绝缘电阻值不应低于0.5MΩ，否则应查明原因并消除
8-4：试验说明：1）小修时用1000V兆欧表；2）大修时用2500V兆欧表。
8-5：试验设备：HN2671数字式电动兆欧表；HN2520指针式电动兆欧表；

9-1：试验项目：发电机和励磁机的励磁回路所连接的设备（不包括发电机转子和励磁机电枢）的交流耐压试验
9-2：试验周期：大修时
9-3：试验要求：试验电压为1KV
9-4：试验说明：可用2500V兆欧表测绝缘电阻代替
9-5：试验设备：HN2671数字式电动兆欧表；HN2520指针式电动兆欧表；

10-1：试验项目：定子铁芯试验
10-2：试验周期：1）重新组装或更换、修理硅钢片后；2）必要时
10-3：试验要求：1） 磁密在1T下齿的最高温升不大于25K，齿的最大温差不大于15K，单位损耗不大于1.3倍参考值，在1.4T下自行规定；2）单位损耗参考值见附录A。
10-4：试验说明：1）在磁密为1T下持续试验时间为90min，在磁密为1.4T下持续时间为45min。对直径较大的水轮发电机试验时应注意校正由于磁通密度分布不均匀所引起的误差。
10-5：试验设备：红外热成像仪

11-1：试验项目：发电机和励磁机轴承的绝缘电阻
11-2：试验周期：大修时
11-3：试验要求：1)汽轮发电机组的轴承不得低于0.5MΩ；2）立式水轮发电机组的推力轴每一轴瓦不得低于100MΩ；油槽充油并顶起转子时，不低于0.3MΩ；3）所有类型的水轮发电机,凡有绝缘的导轴承,油槽充油前,每一轴瓦不得低于100MΩ。
11-4：试验说明：汽轮发电机组的轴承绝缘,用100V兆欧表在安装好油管后进行测量
11-5：试验设备：HN2671数字式电动兆欧表；HN2520指针式电动兆欧表；

12-1：试验项目：灭磁电阻器(或自同期电阻器)的直流电阻
12-2：试验周期：大修时
12-3：试验要求：与铭牌或最初测得的据比较,其差别不应超过10%
12-4：试验说明：
12-5：试验设备：HNZZ-3A直流电阻快速测试仪

13-1：试验项目：灭磁开关的并联电阻
13-2：试验周期：大修时
13-3：试验要求：与初始值比较无显著差别
13-4：试验说明：电阻值应分段测量
13-5：试验设备：HNZZ-3A直流电阻快速测试仪

14-1：试验项目：转子绕组的交流阻抗和功率损耗
14-2：试验周期：大修时
14-3：试验要求：阻抗和功率损耗值自行规定.在相同试验条件下与历年数值比较,不应有显著变化
14-4：试验说明：1）隐极式转子在膛外或膛内以及不同转速下测量。显极式转子对每一个转子绕组测量；2）每次试验应在相同条件、相同电压下进行，试验电压峰值不超过额定励磁电压（显极式转子自行规定）；3）本试验可用动态匝间短路监测法代替。
14-5：试验设备：HNJL发电机转子交流阻抗测试仪

15-1：试验项目：检温计绝缘电阻和温度误差检验
15-2：试验周期：大修时
15-3：试验要求：1）绝缘电阻值自行规定；2）检温计指示值误差不应超过制造厂规定；
15-4：试验说明：1）用250V及以下的兆欧表；2）检温计除埋入式外还包括水内冷定子绕组引水管出水温度计；
15-5：试验设备：HN2202指针式电动兆欧表

16-1：试验项目：定子槽部线圈防晕层对地电位
16-2：试验周期：必要时
16-3：试验要求：不大于10V
16-4：试验说明：1）运行中检温元件电位升高、槽楔松动或防晕层损坏时测量；2）试验时对定子绕组施加额定交流相电压值，用高内阻电压表测量绕组表面对地电压值；3）有条件时可采用超声法探测槽放电。
16-5：试验设备：静电电压表

17-1：试验项目：汽轮发电机定子绕引线的自振频率
17-2：试验周期：大修时
17-3：试验要求：自振频率不得介于基频或倍频的±10%范围内
17-4：试验说明：
17-5：试验设备：频率测试仪器

18-1：试验项目：定子绕组端部手包绝缘施加直流电压测量
18-2：试验周期：1）投产后；2）第一次大修时；3）必要时。
18-3：试验要求：1）直流试验电压值为Un；2）测量结果不得大于以下值：A）手包绝缘引线接头，汽机侧隔相接头的泄漏电流为20μA，100MΩ电阻上的电压降值为2000V；B）端部接头（包括引水管锥体绝缘）和过渡引线并联块的泄漏电流为30μA，100MΩ电阻上的电压降值为3000V。
18-4：试验说明：1）本项试验适用于200MW及以上的国产水氢氢汽轮发电机；2）可在通水条件下进行试验，以发现定子接头漏水缺陷；3）尽量在投产前进行，若未进行则投产后应尽快安排试验。
18-5：试验设备：ZGF-60kV/2mA直流高压发生器

19-1：试验项目：轴电压
19-2：试验周期：大修后
19-3：试验要求：1）汽轮发电机的轴承油膜被短路时，转子两端轴上的电压一般应等于轴承与机座间的电压；2）汽轮发电机大轴对地电压一般小于10V；3）水轮发电机不作规定。
19-4：试验说明：测量时采用高内阻（不小于100KΩ/V）的交流电压表
19-5：试验设备：交流电压表

20-1：试验项目：定子绕组绝缘老化鉴定
20-2：试验周期：累计运行时间20年以上且运行或预防性试验中绝缘频繁击穿时
20-3：试验要求：见附录A
20-4：试验说明：新机投产后第一次大修有条件时可对定子绕组做试验，取得初始值
20-5：试验设备：

21-1：试验项目：空载特性曲线
21-2：试验周期：1）大修后；2）更换绕组后。
21-3：试验要求：1）与制造厂（或以前测得的）数据比较，应在测量误差的范围以内；2）在额定转速下的定子电压最高值：a）水轮发电机为1.5Un（以不超过额定励磁电流为限）；b）汽轮发电机为1.3Un（带变压器时为1.1Un）。3）对于有匝间绝缘的电机最高电压时持续时间为5min
21-4：试验说明：1）无起动电动机的同步调相机不作此项试验；2）新机交接未进行本项试验时，应在1年内做不带变压器的1.3Un空载特性曲线试验；一般性大修时可以带主变压器试验。
21-5：试验设备：

22-1：试验项目：三相稳定短路特性曲线
22-2：试验周期：1）更换绕组后；2）必要时。
22-3：试验要求：与制造厂出厂（或以前测得的）数据比较，其差别应在测量误差的范围以内
22-4：试验说明：1）无起动电动机的同步调相机不作此项试验；2）新机交接未进行本项试验时应在1年内做不带变压器的三相稳定短路特性曲线试验。
22-5：试验设备：

23-1：试验项目：发电机定子开开路时的灭磁时间常数
23-2：试验周期：更换灭磁开关后
23-3：试验要求：时间常数与出厂试验或更换前相比较应无明显差异
23-4：试验说明：
23-5：试验设备：

24-1：试验项目：检查相序
24-2：试验周期：改动接线时
24-3：试验要求：应与电网的相序一致
24-4：试验说明：
24-5：试验设备：相序表

25-1：试验项目：温升试验
25-2：试验周期：1）定、转子绕组更换后；2）冷却系统改进后；3）第一次大修前；4）必要时。
25-3：试验要求：应符合制造厂规定
25-4：试验说明：如对埋入式温度计测量值有怀疑时，用带电测平均温度的方法进行校核

4. 风洞实验的分类

流体力学方面的风洞实验的主要分类有测力实验、测压实验、传热实验、动态模型实验和流态观测实验等。测力和测压实验是测定作用于模型或模型部件（如飞行器模型中的一个机翼等）的气动力及表面压强分布，多用于为飞行器设计提供气动特性数据。传热实验主要用于研究超声速或高超声速飞行器上的气动加热现象。动态模型实验包括颤振、抖振和动稳定性实验等 ，要求模型除满足几何相似外还能模拟实物的结构刚度、质量分布和变形。流态观测实验广泛用于研究流动的基本现象和机理。高速计算机在在以上风洞实验中的应用极大地提高了实验的自动化、高效率和高精度的水平。 测力实验是利用风洞天平（见风洞测试仪器）测量作用在模型上的空气动力和力矩的风洞实验。它是风洞实验中最重要的实验项目之一。测力实验主要有：全模型和部件的纵向和横向测力实验、喷流实验、静气动弹性实验、外挂物测力和投放轨迹实验等。
全模型和部件的纵向和横向测力实验是测量沿模型上三个互相垂直轴的力和绕三个轴的力矩的实验，其中无测滑的实验为纵向实验，有测滑的为横向实验。模型由腹部支杆或尾支杆支撑于风洞中（图1和图2）。
为研究各部件的贡献和干扰，除采用全模和部件组拆实验外，更精确的方法是在模型内安装多台天平，同时测量全机和部件的气动力。对于有对称面的飞行器，在绕流对称的条件下，可以洞壁或反射平板为对称面，取模型的一半做实验。这种实验称为半模实验，其优点是模型可做得大些，雷诺数可以高些，无尾支杆干扰，制造方便和经济。缺点是存在洞壁边界层和缝隙的影响以及仅能进行纵向实验。喷流实验是测量飞行器发动机喷流对飞行器机体气动特性影响的实验。在风洞中要精确模拟喷流是很困难的。除模拟自由流马赫数Mα∞、比热比γ和喷管几何形状外，还要模拟出口与自由流静压比pj/p∞、出口马赫数Mαj、喷流比热比γ1、普适气体常数与热力学温度乘积比(RT)j/(RT)∞等相似参数。通常只能有选择地模拟其中一些项目，例如，一般当喷口处于飞行器底部时，可用冷空气模拟喷流。当喷口处于飞行器底部上游时，还应模拟γ1和(RT)j/(RT)∞。火箭发动机喷流模拟以用缩尺火箭发动机为宜。喷流实验的关键在于研制高精度天平、小干扰的支架和不传力的输气密封系统。
静气动弹性实验是测量模型刚度对气动特性影响的实验。通常风洞实验中的模型都是用强度和刚度较大的金属制作的，而真实飞行器的刚度比模型低得多。因此，需制造一种由金属作骨架、用轻木或塑料作填料、能模拟飞行器各部件弯曲和扭转刚度的弹性模型，把它放在风洞中作模拟飞行条件的高动压实验，测量对模型刚度的影响，修正刚体模型实验的数据。
外挂物测力和投放轨迹实验是测量飞行器外挂油箱、炸弹或其他物体的气动力和外挂物投放轨迹的实验。由于风洞尺寸的限制，风洞中外挂物模型很小，测量很困难。早期的实验是设计专门的外挂物天平。天平可以放在外挂物模型或者它的挂架内直接测量。外挂物投放轨迹是用高速摄影或多次曝光技术对自由投放的模型进行照相记录。图3是在低速风洞中用多次曝光法拍摄的外挂物投放轨迹照片。这种方法简便、直观，但要模拟弗劳德数，所以模型设计和调整很困难。20世纪60年代以来，发展出一种双天平测量系统，母机模型和外挂物分别支撑在各自的天平上。实验时首先测量外挂物和母机的气动力，输入计算机，由运动方程和给定的时间间隔算出外挂物在气动力作用下运动的下一个位置，然后操纵外挂物运动到计算位置再进行测量。一直到所要求的轨迹测出为止。这时，母机和外挂物所有瞬间的气动力也同时测出。这种方法不要求模型动力相似，模型可多次使用。同时，这套装置也可以用于其他双体实验或大攻角失速后运动轨迹测量等。缺点是精度要求较高，制造费用大。
除上述实验外，还有一些专门的测力实验，如铰链力矩测量、摩阻测量、进气道阻力测量、马格纳斯力和力矩（见马格纳斯效应）测量等，这些都要有专门设计的天平。
测压实验 风洞洞壁、模型表面上各点和气流中各点的当地压力参数测量。对应于流场的每一点，有一个总压p0和一个静压p∞。总压是假想气流等熵绝热地滞止，最后流速降为零时所能达到的压力。静压是气流内部相互作用的流层之间的法向力。在不可压缩流体中，总压和静压之差，即该流动点上由于气流动力效应引起的压力增高（p0－p∞），称为动压或速压q∞。气流压力的测量，是空气动力实验中最基本的测量项目之一。
1738年，丹尼尔第一·伯努利就确立了无粘性不可压缩流体中压力与速度之间的关系，后称为伯努利定理。这个定理后来被推广到可压缩流体。因为测量气流压力比较容易，故风洞实验中常借助测量气流的压力来推求速度。
物体表面某一点（如第i点）的压力pi，常以无量纲形式的压力系数Cρii表示。如果p∞和q∞分别代表远前方未扰动气流的静压和动压，则Cρii是该点的剩余压力（pi－q∞）与动压q∞之比。
风洞中最常见的测压实验是模型表面压力分布测量。模型表面上直接开有测压孔。通过实验，可以了解局部流动特性并积分出总的气动特性。常见的有飞行器测压、汽车测压和建筑物测压等。进气道测压实验是通过进气道表面测压孔和管道内排管的压力测量，以得到进气道的流量- 总压恢复特性。风洞流场校测中速度场、压力场、方向场的测量也是通过测压进行的。此外，边界层压力测量也是经常进行的实验项目。有时还通过二元物体尾流压力测量来推算物体的阻力。所以风洞测压实验在工程设计和研究工作中得到广泛应用。
风洞中气流总压、静压测量用总压、静压探测管和压力计或压力传感器。图4和图5示出一般总压管和静压管的结构。总压或静压排管可同时获得许多测压数据。但管与管之间的相互影响要小。模型表面压力测量孔要求垂直当地物面，孔缘处平滑不得有毛刺。静压探测管上静压孔位置的选择特别重要，应使它受静压管头部和支柄的综合影响最小。测压设备中压力传输的管路不能太长，否则管内压力达到平衡要用很长时间。 在气流和模型作相对高速运动的条件下，测定气流沿模型绕流所引起的对模型表面气动加热的一种实验。当飞行器飞行马赫数大于3时，必须考虑气动加热对飞行器外形、表面粗糙度和结构的影响。风洞传热实验的目的是为飞行器防热设计提供可靠的热环境数据，实验项目包括：光滑和粗糙表面的热流实验，边界层过渡、质量注入对热流影响的实验，台阶、缝隙、激波和边界层等分离流热流实验等。在风洞传热实验中一般略去热辐射，只考虑对流加热，要模拟的是马赫数、雷诺数、壁温比、相对粗糙度（粗糙度与边界层位移厚度之比）、质量注入率、自由湍流度等参数。在一般高超声速风洞、脉冲风洞、激波风洞、电弧加热器、低密度风洞和弹道靶中都能进行传热实验，但都不能全面模拟上述参数。因此，必须对不同设备的实验数据进行综合分析。风洞传热实验的方法有两类：一类是确定热流密度分布的热测绘技术，如在模型表面涂以相变材料，通过记录等温线随时间的扩展过程进行热测绘；又如在模型表面涂以漆和粉末磷光材料的混合物，通过记录磷光体的亮度分布转求热流密度分布（后一方法响应快，灵敏度高）。热测绘技术可以提供丰富的气动加热资料，但精度较低。另一类是热测量技术，利用量热计进行分散点的热测量，一般是在一维热传导的假定下通过测量温度随时间的变化率测量热流密度。在一般高超声速风洞中常用的量热计有两种：①薄壁量热计，使用它时要求模型的壁做得很薄，以使模型在受热时，内外表面的温度接近相等，在内表面安装温差电偶，用以测量温度随时间的变化来推算热流密度。②加登计，是R.加登在1953年提出的，它是基于受热元件的中心和边缘之间的温度梯度和热流密度有一定的关系进行测量的。薄壁量热计和加登计由于达到温度平衡需要较长的时间，不能用于脉冲风洞。在脉冲风洞中，可采用塞形量热计和薄膜电阻温度计进行测量。塞形量热计是利用量热元件吸收传入其中的热量，然后测量元件的平均温度变化率再计算表面热流密度。
风洞传热实验必须恰当地解决模型设计、防护、冷却和信号传输等问题，还要研究模拟技术，缩小传感器尺寸，解决传感器的稳定性问题，以及确定实验中各种不确定因素对实验结果精度的影响。 确定模型对气流的相对运动和模型上的气动力随时间变化的实验，包括颤振实验、抖振实验、动稳定性实验、操纵面嗡鸣实验、非定常压力测量等。
颤振实验 颤振是飞行器在气动力、结构弹性力和惯性力相互作用下从气流中吸取能量而引起的自激振动。它一旦发生，就很可能造成结构的破坏。进行风洞颤振试验，旨在选择对防颤振有利的结构方案（见颤振试验）。
抖振实验 抖振是气流分离所激起的飞行器结构振动。作低速大攻角飞行时，举力面上气流分离达一定程度后就会出现抖振，这类抖振称为举力型抖振。作跨声速飞行时由于激波的诱导作用，使抖振起始攻角明显减小。此外，还有由于气流分离造成的非举力型抖振。抖振影响飞机的结构强度和疲劳寿命，会使武器系统和电子仪器的工作不正常，使乘员不舒适。抖振起始攻角所对应的举力系数（见举力）随马赫数的变化曲线，称为抖振边界。抖振边界越高，飞机的最小平飞速度越低，飞行中的机动性和安全性越好。抖振实验是要测定抖振边界和抖振载荷。测定抖振边界可采用方均根弯矩法和后缘静压发散法等。所谓方均根弯矩法，就是在模型翼根粘贴应变片，测定某一马赫数不同攻角下与翼根弯矩成比例的方均根电平值，将电平值开始急剧增大的转变点所对应的攻角确定为抖振起始攻角的方法。所谓后缘静压发散法，就是利用气流分离后翼面后缘静压迅速增加的原理来进行测量的方法。除要求模型与实物保持气动力相似外，还要求模拟一阶弯曲频率。抖振实验对风洞噪声级、湍流度以及模型表面的边界层状态都有较严格的要求。
动稳定性实验 测定动导数的实验。动导数是气动力和力矩对运动参量时间变化率的导数，例如是滚转力矩mx对滚转角速度ωx的导数，通常起阻尼作用，又称滚转阻尼导数。动导数实验一般采用刚性模型，除气动力相似外，还要求减缩频率ωL/v与实物相同，其中ω为振动频率；L为特征长度；v为气流速度。在风洞中测量动导数一般采用自由振动法或受迫振动法。自由振动法是给模型以一定的初始位移后把它释放出去，使它在气流中作自由衰减振动，根据所记录的模型位移时间历程来确定动导数。此法设备简单，但受风洞背景噪声等外界干扰影响较大，准确度不高。受迫振动法是对模型系统施加一定频率的正弦激振力矩，在此过程中，通过测量仪器，测定它的激振力矩和模型振动角位移之间的相位差，从而确定动导数。此外，还可以用风洞模型自由飞的方法测量动导数。
操纵面嗡鸣实验 操纵面嗡鸣是飞行器作跨声速飞行时由于翼面上的激波、波后的边界层分离和操纵面偏转的相互作用而产生的单自由度不稳定运动。操纵面嗡鸣对马赫数很敏感。发生嗡鸣会降低操纵效率甚至使操纵失效，严重时将导致结构的疲劳破坏。通过嗡鸣实验，可以确定飞行器操纵面振动的性质，提供排除振动的方法和确定刚度指标。嗡鸣实验模型由刚性主翼和操纵面组成，可用弹簧片模拟操纵系统刚度。操纵系统结构阻尼应大致和实物相当。实验时用应变测量系统测定振动波形，也可用方均根电平记录仪测量振动强度。
非定常压力测量 这种测量是研究非定常气动力的基本手段。测量方法有两种：一种是用埋在模型里的微型压力传感器同时测量许多点的非定常压力；另一种是在模型里安置许多压力管，通过压力管测量非定常压力，而压力管则通过扫描阀与传感器相连。采用后一种方法，必须作吹风状态下管路动态传递特性的修正。
在动态实验中，风洞背景噪声对实验结果的准确度有很大的影响，因此，除对风洞的噪声级作出限制外，还必须在实验技术上减小风洞噪声的影响，如在数据处理中，采用相关滤波、总体平均等方法。配备能进行快速傅里叶变换的动态分析设备，可以明显提高动态实验的能力，实现实时分析。
流态观察实验 借助物理和化学的手段使风洞中无色透明的气流成为可见气流的实验方法。利用这种技术能够用肉眼或其他辅助手段直接观察到气体流动的物理图像，从而加深对气体流动机理的了解并及时发现气体流动中存在的问题。还可以用观察的结果验证一些理论、假说并帮助建立复杂流动问题的数学模型。这种技术是空气动力实验的一种基该方法。
自然界中存在着许多能显示流体流动的现象。水面飘浮物体的运动往往表明水流方向；生火时产生的烟则显示了热空气上升和扩散的图形。在实验室内用流态显示技术进行科学研究始于19世纪末。1883年O.雷诺把一股染色水引入管流中，根据染色水是色彩清晰的规则流动还是紊乱流动来判别管中流动是层流还是湍流。1893年，L.马赫在风洞中用丝线和烟流观察了气流绕垂直安放的一块平板流动的情况。随着风洞的发展和科学技术的进步，流态观察方法也越来越多。
风洞中流态观察方法大致为分两类：第一类是示踪方法；第二类是光学方法。
示踪方法
是在流场中添加物质，如有色液体、烟、丝线和固体粒子等，通过照相或肉眼观察添加物随流体运动的图形。只要添加物足够小，而且比重和流动介质接近，显示出来的添加物运动的图形就表示出气流的运动。这是一种间接显示法，特别适合于显示定常流动。常用的有丝线法、烟流法、油流法、升华法、蒸汽屏法和液晶显示法等六种：
①丝线法将丝线、羊毛等纤维粘贴在要观察的模型表面或模型后的网格上，由丝线的运动（丝线转动、抖动或倒转） 可以判明气流的方向和分离区的位置以及空间涡的位置、转向等。图6为一个模型实验时机翼的丝线显示气体流动图。现在又发展到用比丝线更细的尼龙丝，有时细到连肉眼都看不清。将尼龙丝用荧光染料处理后再粘在模型上。这种丝线在紫外线照射下显示出来，并且可以拍摄下来。粘丝很细，对模型没有影响，可同时进行测力实验。此法称为荧光丝线法。
②烟流法用风洞中特制烟管或模型上放出的烟流显示气体绕模型的流动图形。这是一种很好的观测方法。世界各国建设了不少烟风洞。通常是在风洞外把不易点燃的矿物油用金属丝通电加热而产生的烟引入风洞；也有将涂有油的不锈钢或钨丝放在模型前，实验时通电将钨丝加热，产生细密的烟雾。为了保证烟束清晰不散，必须采用大收缩比的收缩段、稳定段或风洞入口加装抗湍流网和采用吸振性能好的材料制造洞壁等措施，保持烟流为层流状态。烟流法除用于观察绕模型的流动，还可用来测量边界层过渡点位置和研究涡流结构。图7为模型烟流实验中拍摄的照片。
③油流法在粘性的油中掺进适量指示剂（如炭黑）并滴入油酸，配制成糊状液态物，均匀地涂在模型表面。实验时通过指示剂颗粒沿流向形成的纹理结构，显示出模型表面的流动图形。如果油中加入少量荧光染料，则在紫外线照射下可以显现出荧光条纹图，称为荧光油流图。它可以显示模型表面气流流动方向、边界层过渡点位置、气流分离区、激波与边界层相互干扰等流动现象。图8为模型油流实验照片。
④升华法将挥发性的液体或容易升华的固体喷涂在模型表面，依据涂料从模型上散失的速度与边界层状态有关的原理（在湍流边界层内由于气流的不规则运动导致该处蒸发量或升华量大于层流处）来区分边界层状态，确定过渡点的位置。
⑤蒸汽屏法在风洞中形成过饱和的蒸汽，在需要观察的截面，垂直气流方向射入一道平行光，气流经过光面时，由于离心力的作用，旋涡内外蒸汽的含量是不同的，光的折射率因此不同，便能显示出涡核的位置。此法多用来观察大攻角脱体涡的位置。
⑥液晶显示法利用液晶颜色随温度而改变的特性来识别层流、湍流边界层和激波。液晶是一种油状有机物，温度较低时，无色透明，随着温度上升，便以红、黄、绿、蓝、无色的顺序改变，能鉴别有微小温差的层流和湍流边界层流动以及激波前后的温差。它适用于高速和超声速流态观察。液晶的涂法与漆类似，先稀释，再喷涂。液晶对污物杂质敏感，喷涂时，模型表面必须干净。 根据光束在气体中的折射率随气流密度不同而改变的原理制造出来的光学仪器，如阴影仪、纹影仪、干涉仪（见风洞测试仪器）和全息照相装置等，都可用来观察气体流动图形。这种方法不在流场中添加其他物质，不会干扰气体流动，而且可以在短时间内采集大量的空间数据。它是一种直接显示方法，特别适合于观察可压缩流动和非定常流动，如激波、尾流和边界层过渡等。
除了以上两大类方法外，还有一种向流场中注入能量的方法。如在低密度风洞中向气流发射电子束，使气体分子激发出荧光，荧光的光通量与气流密度大小有关。根据光通量的变化，就可以显示出气流密度的变化，这种方法可以显示高超声速稀薄气体流动的激波位置和形状以及用于定量测量流场密度。
70年代后期，发展出一种彩色照相图示流态观察技术。它用总压探管在所测流场区域扫描，并将感受的压力转换成电压值。根据不同的电压触发不同颜色的光，在照相机上曝光。通过多种颜色信号光记录的流场等压线图，可以清晰地看到涡旋分布和飞机模型后的涡流图像。这项技术最近发展成为直接把传感器感受的压力信号记录在磁带上，并输入计算机处理。传感器探头可以用压力探头也可以用热丝或热膜或其他探头。处理后的数据可由彩色电视显示。因为不用照相装置，而代之以计算机，这就带来了很大的方便：可以一次处理很多数据（可以是一个也可以是好几个探头感受的数据）；显示的颜色可多达4096种（但由于人眼分辨率的限制，常用的也只有20～30种）；对于特别有兴趣的区域可以放大和增加颜色详细显示；此外，还可以根据需要，旋转显示的数据平面，以得到从不同角度观察的流场彩色显示图像。例如，可以在垂直风洞轴线的平面观察，也可以在平行风洞轴线的平面或其他任意平面观察。高分辨率的彩色电视屏幕可以用颜色和箭头表示流动方向。

5. 求一份波尔共振实验报告

实验20波尔共振实验

在机械制造和建筑工程等科技领域中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”也是一种重要研究手段，例如利用核磁共振和顺磁贡研究物质结构等。

本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相频特性，并利用频闪方法来测定动态的物理量----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、 研究波尔共振仪中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。

二、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，振幅的大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用外，同时还受到回复力和阻尼力的作用。所以在稳定状态时物体的位移、速度变化与强迫力变化不是同相位的，存在一个相位差。当强迫力频率与系统的固有频率相同时产生共振，此时振幅最大，相位差为90°。

实验采用摆轮在弹性力矩作用下自由摆动，在电磁阻尼力矩作用下作受迫振动来研究受迫振动特性，可直观地显示机械振动中的一些物理现象。

当摆轮受到周期性强迫外力矩 的作用，并在有空气阻尼和电磁阻尼的媒质中运动时（阻尼力矩为 ）其运动方程为

（1）

式中， 为摆轮的转动惯量， 为弹性力矩， 为强迫力矩的幅值， 为强迫力的圆频率。

令 ， ，
则式（1）变为

（2）

当 时，式（2）即为阻尼振动方程。

当 ，即在无阻尼情况时式（2）变为简谐振动方程， 即为系统的固有频率。方程（2）的通解为

（3）

由式（3）可见，受迫振动可分成两部分：

第一部分， 表示阻尼振动，经过一定时间后衰减消失。

第二部分，说明强迫力矩对摆轮做功，向振动体传送能量，最后达到一个稳定的振动状态。

振幅 （4）

它与强迫力矩之间的相位差 为

（5）

由式（4）和式（5）可看出，振幅 与相位差 的数值取决于强迫力矩m、频率 、系统的固有频率 和阻尼系数 四个因素，而与振动起始状态无关。

由 极值条件可得出，当强迫力的圆频率 时，产生共振， 有极大值。若共振时圆频率和振幅分别用 、 表示，则

（6）

（7）

式（6）、（7）表明，阻尼系数 越小，共振时圆频率越接近于系统固有频率，振幅 也越大。图1-1和图1-2表示出在不同 时受迫振动的幅频特性和相频特性。

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

β1

β2

β3

β1<β2<β3

ω/ωn

图 1-1

ω/ωn

β1

β2

β1<β2

-π

-π/2

0

φ

图 1-2

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，摆轮可绕轴自由往复摆动。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，它与电气控制箱相联接，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围（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900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来测量。闪光灯受摆轮信号光电门控制，每当摆轮上长型凹槽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好象一直“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，误差不大于20 。

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20。

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，调节此旋钮时可以精确改变电机转速，即改变强迫力矩的周期。刻度仅供实验时作参考，以便大致确定强迫力矩周期值在多圈电位器上的相应位置。

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；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

图 1-4 波耳共振仪前面板示意图

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

图 1-5 波耳共振仪后面板示意图

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目的。选择开关可分4档，“阻尼0”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。

闪光灯开关用来控制闪光与否，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之间通过各种专业电缆相连接。不会产生接线错误之弊病。

四、实验内容

1．测定阻尼系数β

从液显窗口读出摆轮作阻尼振动时的振幅数值θ1、θ2、θ3……θn，利用公式

（8）

求出β 值，式中n为阻尼振动的周期次数，θn 为第n次振动时的振幅，T为阻尼振动周期的平均值。此值可以测出10个摆轮振动周期值，然而取其平均值。

进行本实验内容时，电机电源必须切断，指针F放在0°位置， θ0通常选取在130-150之间。

2.测定受迫振动的幅度特性和相频特性曲线。

保持阻尼档位不变，选择强迫振荡进行实验，改变电动机的转速，即改变强迫外力矩频率ω 。当受迫振动稳定后，读取摆轮的振幅值，并利用闪光灯测定受迫振动位移与强迫力间的相位差（ 控制在10°左右）

强迫力矩的频率可从摆轮振动周期算出，也可以将周期选为“×10”直接测定强迫力矩的10个周期后算出，在达到稳定状态时，两者数值应相同。前者为4位有效数字，后者为5位有效数字。

在共振点附近由于曲线变化较大，因此测量数据相对密集些，此时电机转速极小变化会引起 很大改变。电机转速选钮上的读数（例2.50）是一参考数值，建议在不同ω时都记下此值，以便实验中快速寻找要重新测量时参考。

五、波尔共振仪控制箱的使用方法

1、开机介绍

按下电源开关后,屏幕上出现欢迎界面，其中NO.0000X为控制箱与主机相连的编号。过几秒钟后屏幕上显示如图一“按键说明”字样。符号“t”为向左移动；“u”为向右移动；“p”为向上移动；“q”向下移动。下文中的符号不再重新介绍。

2、自由振荡

在图一状态按确认键,显示图二所示的实验类型,默认选中项为自由振荡,字体反白为选中。(注意做实验前必须先做自由振荡,其目的是测量摆轮的振幅和固有振动周期的关系。)

按键说明

t u → 选择项目

pq → 改变工作状态

确定 → 功能项确定

图一yi

实验步骤

自由振荡 阻尼振荡 强迫振荡

图二

阻尼 0 振幅

测量关00 回查 返回

周期 Ⅹ1 = 秒(摆轮)

图三

阻尼0 振幅 134

测量查01 ↑↓按确定键返回

周期 Ⅹ1 = 01.442 秒(摆轮)

图四

阻尼选择

阻尼1 阻尼2 阻尼3

图五

10

0

阻尼1 振幅

测量关00 回查 返回

周期Ⅹ = 秒（摆轮）

图六

再按确认键显示:如图三

用手转动摆轮160度左右，放开手后按“p”或“q”键,测量状态由“关”变为“开”, 控制箱开始记录实验数据, 振幅的有效数值范围为：160-50(振幅小于160测量开，小于50测量自动关闭)。测量显示关时,此时数据已保存并发送主机。

查询实验数据,可按“t”或“u”键,选中回查,再按确认键如图四所示，表示第一次记录的振幅为134，对应的周期为1.442秒，然后按“p”或“q”键查看所有记录的数据, 该数据为每次测量振幅相对应的周期数值,回查完毕,按确认键,返回到图三状态,若进行多次测量可重复操作,自由振荡完成后,选中返回,按确认键回到前面图二进行其它实验。

3、阻尼振荡

在图二状态下, 根据实验要求,按“u”键,选中阻尼振荡, 按确认键显示阻尼:如图五。阻尼分三个档次,阻尼1最小,根据自己实验要求选择阻尼档,例如选择阻尼1档, 按确认键显示:如图六

用手转动摆轮160度左右，放开手后按“p”或“q”键,测量由“关”变为“开”并记录数据,仪器记录十组数据后,测量自动关闭,此时振幅大小还在变化,但仪器已经停止记数。

阻尼振荡的回查同自由振荡类似,请参照上面操作。若改变阻尼档测量,重复阻尼一的操作步骤即可。

4、强迫振荡

仪器在图二状态下,选中强迫振荡, 按确认键显示:如图七(注意:在进行强迫振荡前必须选择阻尼档,否则无法实验。)默认状态选中电机。

= 秒（摆轮）

= 秒（电机）

阻尼 1 振幅

测量关00周期1 电机关 返回

周期Ⅹ1

图七

10 = 14.252 秒（摆轮）

0 = 14.252 秒（电机）

阻尼 1 振幅 122

测量开01 周期10 电机开 返回

周期Ⅹ

图八

按“p”或“q”键,电机启动。但不能立即进行实验,因为此时摆轮和电机的周期还不稳定,待稳定后即周期相同时,再开始测量。测量前应该先选中周期，按“p”或“q”键把周期由1(如图七)改为10(如图八),(目的是为了减少误差,若不改周期,测量无法打开)。待摆轮和电机的周期稳定后,再选中测量, 按下“p”或“q”键,测量打开并记录数据:如图八。可进行同一阻尼下不同振幅的多次测量,每次实验数据都进行保留。

测量相位时应把闪光灯放在电动机转盘前下方,按下闪光灯按钮,根据频闪现象来测量,仔细观察相位位置。

强迫振荡测量完毕, 按“t”或“u”键,选中返回,按确定键,重新回到图二状态。

5、关机

在图二状态下，按住复位按钮保持不动，几秒钟后仪器自动复位，此时所做实验数据全部清除，然后按下电源按钮，结束实验。

六、数据记录和处理

1．阻尼系数 的计算。

利用公式（8）对所测数据(表1)按逐差法处理，求出β值。

用公式（9），求出β值。

2.幅频特性和相频特性测量

作幅频特性 曲线，并由此求β值。在阻尼系数较小（满足 ≤ ）和共振位置附近（ ），由于 ，从式（4）和（7）可得出：

当 ，即 ，由上式可得

此ω对应于图 处两个值ω1，ω2，由此得出：

（此内容一般不做）

将此法与逐差法求得之 值作一比较并讨论，本实验重点应放在相频特性曲线测量。

表1 阻尼档位

序号
振幅（度）
序号
振幅（度）

θ1

θ6

θ2

θ7

θ3

θ8

θ4

θ9

θ5

θ10

平均值

10T= 秒 = 秒

（9）

表2 幅频特性和相频特性测量数据记录表：阻尼开关位置

10T（s）

T（s）
（0）

理论值
θ（0）

测量值

T/T0

误差分析，因为本仪器中采用石英晶体作为计时部件，所以测量周期（圆频率）的误差可以忽略不计，误差组要来自阻尼系数 的测定和无阻尼振动时系统的固有振动频率 的确定。且后者对实验结果影响较大。

在前面的原理部分中我们认为弹簧的弹性系数k为常数，它与扭转的角度无关。实际上由于制造工艺及材料性能的影响,k值随着角度的改变而略有微小的变化（3%左右），因而造成在不同振幅时系统的固有频率 有变化。如果取 的平均值，则将在共振点附近使相位差的理论值与实验值相关很大。为此可测出振幅与固有频率 的相应数值。在 公式中T0采用对应于某个振幅的数值代入，这样可使系统误差明显减小。

振幅与共振频率 相对应值可要用如下方法：

将电机电源切断，角度盘指针F放在”0”处，用手将摆轮拨动到较大处(约1400～1500)，然后放手，此摆轮作衰减振动，读出每次振幅值相应的摆动周期即可。此法可重复几次即可作出 与 的对应表。

附：ZKY-BG型波尔共振仪调整方法

波尔共振仪各部分经校正，请勿随意拆装改动，电气控制箱与主机有专门电缆相接，不会混淆，在使用前请务必清楚各开关与旋钮功能。

经过运输或实验后若发现仪器工作不正常可行调整，具体步骤如下：

1、将角度盘指针F放在“0”处。

2、松连杆上锁紧螺母，然后转动连杆E，使摇杆M处于垂直位置，然后再将锁紧螺母固定。

3、此时摆轮上一条长形槽口（用白漆线标志）应基本上与指针对齐，若发现明显偏差，可将摆轮后面三只固定螺丝略松动，用手握住蜗卷弹簧B的内端固定处，另一手即可将摆轮转动，使白漆线对准尖头，然后再将三只螺丝旋紧：一般情况下，只要不改变弹簧B的长度，此项调整极少进行。

4、若弹簧B与摇杆M相连接处的外端夹紧螺钉L放松，此时弹簧B外圈即可任意移动（可缩短、放长）缩短距离不宜少于6cm。在旋紧处端夹拧螺钉时，务必保持弹簧处于垂直面内，否则将明显影响实验结果。

将光电门H中心对准摆轮上白漆线（即长狭缝），并保持摆轮在光电门中间狭缝中自由摆动，此时可选择阻尼开关“1”或“2”处，打开电机，此时摆轮将作受迫振动，待达到稳定状态时，打开闪光灯开关，此时将看到指针F在相位差度盘中有一似乎固定读数，两次读数值在调整良好时差1º以内（在不大于2º时实验即可进行）若发现相差较大，则可调整光电门位置。若相差超过5º以上，必须重复上述步骤重新调整。

由于弹簧制作过程中问题，在相位差测量过程中可能会出现指针F在相位差读数盘上两端重合较好，中间较差，或中间较好、二端较差现象。

[注意事项]

波尔共振仪各部分均是精确装配，不能随意乱动。控制箱功能与面扳上旋钮、按键均较多，务必在弄清其功能后，按规则操作。

波耳共振实验操作注意事项：

1. 作自由振荡实验时，必须记下自由振荡实验时的摆轮周期；

2. 强迫振荡实验时，调节仪器面板〖强迫力周期〗旋钮，从而改变不同电机转动周期，必须做3～11次，其中必须包括在电机转动周期与自由振荡实验时的自由振荡周期相同的。

3. 在作强迫振荡实验时，必须电机与摆轮的周期相同，振幅必须稳定后，方可记录实验数据。

4. 学生做完实验后测量数据必须保存。