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基于转动传感器的波尔振动综合实验

基于转动传感器的波尔振动综合实验
基于转动传感器的波尔振动综合实验

B4基于转动传感器的波尔振动实验完整报告

学院:理工院专业班级:14级微电子实验人:武煜14343050 组别: D 实验日间:2015.10.13 房间号:406 桌号:A10 合作人:石磊

实验内容:

2.观测波尔振动的频谱

(1)7V阻尼,无驱动力状态下的波尔振动

由图可知,波尔振动仪的固有振动频率约为0.571Hz

(2)三种状态下的频谱

①自由振动的频谱φ=50°

②5V阻尼振动的频谱φ=50°

③受迫振动的频谱φ=50°

分析:

从上述三个图可知,自由振动、阻尼振动、受迫振动三种振动状态均周期状起伏,摆动角度在某一频率下摆轮达到最大值。自由振动和受迫振动均在固有频率附近摆轮摆动角度达到最大,且自由振动和受迫振动固有频率几乎相同,但是在固有频率附近自由振动的摆动最大角度远小于受迫振动的摆动最大角度。而阻尼振动摆轮摆动达到最大角度时的频率略小于自由振动和受迫振动的固有频率。

(3)不同驱动力频率的受迫振动(7V驱动力3V阻尼)

0r

2r

4r 6r

8r

10r

讨论:

在受迫振动中,扭摆的周期是与驱动力的周期一致,与自由振动的周期无关,因为在实验过程中为了增大扭摆的振幅而对驱动力的频率做了调整,受迫振动的周期相应起了变化。

当驱动力的频率小于扭摆的固有频率时,振幅先迅速由零增大到某个值,之后又逐渐减小至一个稳定值,这一点与振动的能量变化相符,能量是先增大后趋于稳定,达到共振。这一点与振动的能量变化相符。

3.定量测量磁阻尼现象

(1)阻尼系数随初始角度变化的关系曲线(2)阻尼系数随阻尼电压变化的关系曲线

4.观测波尔振动的相图

(1)观察相图并讨论其物理意义

讨论:从阻尼振动地相图中看出,相点往坐标中心螺旋式的趋近。螺旋纹向内衰减,即振动的能量随时间增加而不断减小。能量不断消耗,振幅不断减小直至停止。

相图的物理意义:反映了扭摆的动能与势能的周期性变化。

(2)三种振动状态下的相图

①自由振动

由图可见,所谓的“自由振动”并不是理想的自由振动,其振幅缓慢减少,相轨迹的圆不断缩小。理论上,对于自由振动,相轨迹应该是一个圆,由于有小的阻尼,相轨迹缓慢地趋向中心,但因阻尼比较小,其衰减地速度比较慢。这是因为扭摆收阻尼力做功,振动的能量逐渐转化为热能耗散调。

②阻尼振动

从阻尼振动地相图中看出,相点往坐标中心螺旋式的趋近。与自由振动相图不同的是,阻尼振动相图中,圆圈数稀疏了很多,相点回到中心的速度很大,经历的圈数很少;说

明了随着阻尼的增大,扭摆振动的衰减过程变得越来越快了。这是因为扭摆收阻尼力做功,振动的能量逐渐转化为热能耗散调。

③受迫振动

从受迫振动相图可以看出,相点也是几乎在同一个圆周上往复运动,没有向原点即静止状态趋近的倾向。这是因为,通过外界驱动力做功,补偿振动过程中阻尼产生的损耗,使扭摆得以在稳定状态不断的振动下去。

[总结] 自由振动、阻尼振动、受迫振动的相图的异同点

自由振动时因所受外界阻尼相对较小,近似地做简谐振动,但振动慢慢衰减,曲率半径慢慢变小.自由振动的相图与受迫振动的相图相似,受迫振动由于有比较大的阻尼存在,振动较自由振动时衰减得快,相邻两个圈之间的间隔比较大,圆圈数比较稀疏,且所受阻尼越大,衰减得越厉害;阻尼振动、自由振动的频率等于固有频率.做受迫振动的扭摆的振动频率与驱动力频率一致,当振动频率等于固有的振动频率时,扭摆达到共振状态,相点几乎在同一圆周上往复运动,相图与理想自由振动的相图基本一致. 另外,三种振动的相图都反映了周期运动的特性.

(3)不同驱动力矩频率下受迫振动的相图0r

1r

2r 3r

4r 5r

6r 7r

8r 9r

10r

讨论:

有以上各图看出,相点是几乎在圆周上往复运动,没有向原点靠近,因为外界驱动力做功补偿了振动过程中阻尼产生的损耗,使扭摆得以在稳定状态不断振动下去

受迫振动的相图变化情况与驱动力频率有关。当驱动力频率接近固有频率时,螺旋线由原点出发向外扩大,最后螺旋线的半径趋于稳定,可见能量是逐渐增大到稳定值的。当驱动力频率与固有频率相差较大时,螺旋线是先从原点出发向外扩大到某个值,之后又逐渐向内收缩至一个稳定值,可见能量是先增大后趋于稳定。

5.观察振动的“拍”

外力矩7V,阻尼7V

频率最快且外力矩电压15V 阻尼电压4V 频率中间

频率最低

讨论:在扭摆作受迫振动时,扭摆从初始运动状态逐渐过渡到受迫振动的稳定状态过程中,其运动为阻尼振动和受迫振动两种振动过程的叠加。由图可看出,当阻尼振动频率与受迫振动频率在可叠加范围内相近时,拍频减小;两频率在可叠加范围内相差较大时,拍频增大

思考题:

列举若干种测量扭摆转动角度和角速度的方法。

答:

1)用转动传感器和计算机自动采集和处理数据。将一条细线的一端粘在波尔摆黄色转盘的边缘上,另一端绕过传感器的转轮绑一个2g 的砝码,使得波尔摆转动时可以带动传感器转动,这样就可以通过传感器获得波尔摆的转动角度、角速度、和周期等一系列参数。

2)直接从角度读数盘处读出转动角度,用秒表记录下摆动周期用公式ω=2π/T可求角速度。 3)用摆轮光电门记录下转动角度和周期,用公式ω=2π/T可求角速度。

任选一组阻尼振动的数据,以摆动角度的平方为横坐标,以角速度的平方为纵坐标画图,讨论与相图的异同。

实验20波尔共振实验

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、 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、 2、 研究不同阻尼力矩对受迫振动的影响,观察共振现象。 3、 3、 学习用频闪法测定运动物体的某些量,例相位差。 4、 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) t cos M M 0ω=dt d b θ-t cos M dt d b k dt d J 022ω+θ-θ-=θJ θ-k 0M ωJ k 20=ωJ b 2=βJ m m 0=t cos m dt d 2dt d 2022ω=θω+θβ+θ0t cos m =ω0=β0ω)t cos()t cos(e 02f t 1?+ωθ+α+ωθ=θβ-)t cos(e f t 1α+ωθβ-22222 024)(m ωβ+ω-ω= θ

振动检测传感器的应用

振动检测传感器的应用 加速度传感器的应用: 加速度传感器是一种能够测量加速力的电子设备。加速力就是当物体在加速过程中作用在物体上的力,就好比地球引力,也就是重力。加速力可以是个常量,比如g,也可以是变量。 加速度传感器可以帮助你的机器人了解它现在身处的环境。是在爬山?还是在走下坡,摔倒了没有?或者对于飞行类的机器人来说,对于控制姿态也是至关重要的。更要确保的是,你的机器人没有带着炸弹自己前往人群密集处。一个好的程序员能够使用加速度传感器来回答所有上述问题。加速度传感器甚至可以用来分析发动机的振动。加速度传感器可以测量牵引力产生的加速度。 目前最新IBM Thinkpad手提电脑里就内置了加速度传感器,能够动态的监测出笔记本在使用中的振动,并根据这些振动数据,系统会智能的选择关闭硬盘还是让其继续运行,这样可以最大程度的保护由于振动,比如颠簸的工作环境,或者不小心摔了电脑做造成的硬盘损害,最大程度的保护里面的数据。另外一个用处就是目前用的数码相机和摄像机里,也有加速度传感器,用来检测拍摄时候的手部的振动,并根据这些振动,自动调节相机的聚焦。概括起来,加速度传感器可应用在控制,手柄振动和摇晃,仪器仪表,汽车制动启动检测,地震检测,报警系统,玩具,结构物、环境监视,工程测振、地质勘探、铁路、桥梁、大坝的振动测试与分析;鼠标,高层建筑结构动态特性和安全保卫振动侦察上。 激光多普勒传感器的应用: 本测试仪特别适用于测量那些质轻,微小的物 体(如声学喇叭,电脑硬盘,其他微机电系统等) 或者远距离不可接触到的物体(如高高的钢架,风 洞试验设备等)。广泛应用于航空,汽车,国防和民 用工程领域。

波尔共振实验报告

波尔共振 振动是一种常见的物理现象,而共振是特殊的振动,为了趋利避害在工程技术和科学研究领域中对其给予了足够的重视。 目前,电力传输采用的是高压输电法。而据报载,2007年6月美国麻省理工学院的物理学家索尔加斯克领导的一个小组,成功地利用无线输电技术,点亮了距离电源2米远的灯泡!无线输电法原理的核心就是共振。人们期待着能在更远的距离实现无线输电,那时生产和生活将会发生一场重大变革。 【目的与要求】 1. 观察测量自由振动中振幅与周期的关系。 2. 研究阻尼振动并测量阻尼系数。 3. 观察共振现象及其特征;研究不同阻尼力矩对受迫振动的影响及其辐频特性和相频特 性。 4. 学习用频闪法测定动态物理量----相位差。 【实验原理】 物体在周期性外力(即强迫力)的作用下发生的振动称为受迫振动。若外力是按简谐振动规律变化,则稳定状态时的振动也是简谐振动,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的固有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。在无阻尼情况下,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°。 当摆轮受到周期性强迫外力矩t M M ωcos 0=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dt d b θ-),其运动方程为 t M dt d b k dt d J ωθ θθcos 02 2+--= (33-1) 式中,J 为摆轮的转动惯量,-k θ为弹性力矩,M 0为强迫力矩的幅值,ω为强迫力的圆频率。 令 ,2 0J k =ω ,2J b =β J M m 0= 则式(33-1)变为 t m dt d dt d ωθωθβθcos 22022=++ (33-2) 当0cos =t m ω时,式(2)即为阻尼振动方程。 当0=β,即在无阻尼情况时式(33-2)变为简谐振动方程,系统的固有圆频率为ω0。方程(33-2)的通解为 )cos()cos(021?ωθαωθθβ+++=-t t e f t (33-3) 由式(33-3)可见,受迫振动可分成两部分: 第一部分,)cos(1αωθβ+-t e f t 和初始条件有关,经过一定时间后衰减消失。

大学物理实验讲义实验07波尔共振实验

实验02 波尔共振实验 因受迫振动而导致的共振现象具有相当的重要性和普遍性。在声学、光学、电学、原子核物理及各种工程技术领域中,都会遇到各种各样的共振现象。共振现象既有破坏作用,也有许多实用价值。许多仪器和装置的原理也基于各种各样的共振现象,如超声发生器、无线电接收机、交流电的频率计等。在微观科学研究中共振现象也是一种重要的研究手段,例如利用核磁共振和顺磁共振研究物质结构等。 表征受迫振动的性质是受迫振动的振幅频率特性和相位频率特性(简称幅频和相频特性)。本实验中,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物理量——相位差。 【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。 【仪器用具】 ZKY-BG 波尔共振实验仪 【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,此时速度振幅最大,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t cos M M 0ω=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dt d b θ -)其运动方程为 t cos M dt d b k dt d J 022ω+θ-θ-=θ (1) 式中,J 为摆轮的转动惯量,θ-k 为弹性力矩,0M 为强迫力矩的幅值,ω为强迫力 的圆频率。 令 J k 2 0= ω,J b 2=β,J m m 0= 则式(1)变为

压力传感器的论文

压力传感器的论文 合理进行压力传感器的误差补偿是其应用的关键。压力传感器主要有偏移量误差、灵敏度误差、线性误差和滞后误差,本文将介绍这四种误差产生的机理和对 测试结果的影响,同时将介绍为提高测量精度的压力标定方法以及应用实例。 目前市场上传感器种类丰富多样,这使得设计工程师可以选择系统所需的压力传感器。这些传感器既包括最基本的变换器,也包括更为复杂的带有片上电路的高集成度传感器。由于存在这些差异,设计工程师必须尽可能够补偿压力传感器的测量误差,这是保证传感器满足设计和应用要求的重要步骤。在某些情况 下,补偿还能提高传感器在应用中的整体性能。 本文以摩托罗拉公司的压力传感器为例,所涉及的概念适用于各种压力传感器的设计应用。 摩托罗拉公司生产的主流压力传感器是一种单片压阻器件,该器件具有3类: 1. 基本的或未加补偿标定; 2. 有标定并进行温度补偿; 3. 有标定、补偿和放大。 偏移量、范围标定以及温度补偿均可以通过薄膜电阻网络实现,这种薄膜电阻网络在封装过程中采用激光修正。 该传感器通常与微控制器结合使用,而微控制器的嵌入软件本身建立了传感器数学模型。微控制器读取了输出电压后,通过模数转换器的变换,该模型可以将电压量转换为压力测量值。 传感器最简单的数学模型即为传递函数。该模型可在整个标定过程中进行优化,并且模型的成熟度将随标定点的增加而增加。 从计量学的角度看,测量误差具有相当严格的定义:它表征了测量压力与实际压力之间的差异。而通常无法直接得到实际压力,但可以通过采用适当的压力标准加以估计,计量人员通常采用那些精度比被测设备高出至少10倍的仪器作为测量标准。 由于未经标定的系统只能使用典型的灵敏度和偏移值将输出电压转换为压力,测得的压力将产生如图1所示的误差。 这种未经标定的初始误差由以下几个部分组成: a. 偏移量误差。由于在整个压力范围内垂直偏移保持恒定,因此变换器扩散和激光调节修正的变化将产生偏移量误差。 b. 灵敏度误差,产生误差大小与压力成正比。如果设备的灵敏度高于典型值,灵敏度误差将是压力的递增函数(见图1)。如果灵敏度低于典型值,那么灵敏度误差将是压力的递减函数。该误差的产生原因在于扩散过程的变化。 c. 线性误差。这是一个对初始误差影响较小的因素,该误差的产生原因在于硅片的物理非线性,但对于带放大器的传感器,还应包括放大器的非线性。线性误差曲线可以是凹形曲线,也可以是凸形曲线。 d. 滞后误差:在大多数情形中,滞后误差完全可以忽略不计,因为硅片具有很高的机械刚度。一般只需在压力变化很大的情形中考虑滞后误差。 标定可消除或极大地减小这些误差,而补偿技术通常要求确定系统实际传递函数的参数,而不是简单的使用典型值。电位计、可调电阻以及其他硬件均可在补偿过程中采用,而软件则能更灵活地实现这种误差补偿工作。 一点标定法可通过消除传递函数零点处的漂移来补偿偏移量误差,这类标定方法称为自动归零。

实验报告

用波耳共振仪研究受迫振动 振动是物体运动的一种普遍现象。比较生动与直观的机械振动在科研与生活中随处可见。而广义地说物质或物理量在某一数值附近作周期性的变化,都叫做振动。所以活塞的往复机械运动是振动,电磁学领域中空间电场的电场强度随时间作周期性的变化是振动,微观领域中微观物质的原子运动也是振动.研究振动与受迫振动所导致的共振现象是重要的工程物理现象。在机械制造和建筑工程等科技领域中振动与共振现象既有破坏作用,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。利用核磁共振和顺磁共振研究物质结构是在微观科学领域研究振动的重要手段。而大桥由于共振遭至倒塌是世人尽知的。所以,研究振动与受迫振动是一个很有意义的物理实验项目。 表征受迫振动性质的是受迫振动的振幅-频率特性和相位-频率特性(简称幅频和相频特性)。本实验中,采用波耳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。 [实验目的] 1、 研究波尔共振仪中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。 [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,其振动频率与外力频率相同。此时,振幅保持恒定,振幅的大小与强迫力的频率,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°。) 采用波耳共振仪研究与测量自由振动、阻尼振动、受迫振动等的基本物理特性,是十分直观与全面的。 A B H C E F D G 机械振动仪 电器控制仪 I 图1 波耳共振仪

2016年《振动测试实验》综合练习题 (2)

2016年《振动测试实验》综合练习题 1、关于振动传感器,请回答以下问题: 1)振动传感器主要有那些类型?哪种传感器目前使用最广泛? 答:①振动传感器按所测机械量分为位移传感器、速度传感器、加速度传感器、力传感器、应变传感器、扭振传感器、扭矩传感器。 ②目前使用最广泛的是加速度传感器。 2)加速度传感器安装方式有哪些?对于飞机空中振动环境测试,你认为哪几种安装方式较合适? 答:①加速度传感器安装方式:刚螺栓连接、胶合螺栓、石蜡粘接、双面胶、永久磁铁。 ②对于飞机空中振动环境测试,用刚螺栓连接、胶合螺栓较合适。 3)加速度传感器和力传感器的主要技术指标? 答:(1)灵敏度:电信号输出与被测运动输入之比。加速度传感器的灵敏度通常为V/g或PC/ms-2、V/ms-2。力传感器的灵敏度通常为V/N。(2)频率响应特性(包括幅频特性和相频特性)。(3)动态范围:可测量的最大振动量与最小振动量之比。下限取决于连接电缆和测量电路的电噪声,上限取决于传感器的结构强度。(4)横向灵敏度:垂直于主轴的横向振动也会使传感器产山输出信号。该信号与主轴灵敏度的百分比为横向灵敏度。(5)幅值线性度:实际传感器的输出信号只在一定幅值范围内与被测振动成正比(即保持线性特性)。在规定线性度内可测幅值范围称为线性范围。 4)一般振动数据采集设备最大输入电压为10伏。测量一结构加速度响应,加速度最大值预估约为20g,现有加速度传感器甲(灵敏度:50mv/g)、乙(灵敏度:500mv/g)各一只,选用哪一个传感器?请说明理由。 答:灵敏度等于输入电压除以加速度为10V/20g = 500 mv/g,所以选择乙传感器。 2、关于激振器,请回答以下问题: 1)常用的激振器安装方式有哪两种?两种安装方式的分别有何技术要求? 答:①常用的激振器安装方式:刚性支承、柔性悬挂。 ②刚性支承安装要求:垂直向、横向、纵向支承刚度足够大。 支承系统(激振器+支架)的最低阶固有频率>试验件最高阶固有频率。 柔性悬挂安装要求:垂直向、横向、纵向支承刚度足够小。

振动试验时传感器的安装

振动试验时传感器的安装 唐永革 随着改革开放政策的继续贯彻加之国产设备的不断完善,电动振动台将会在科研及应用领域发挥更大的作用。怎样正确使用电动振动台,已成为从事环境试的工程技术人员和操作人员不可忽视的问题。现结合实例,谈谈就怎样使用电动振动台提高振动试验再现性。 一.必须明确的概念(GB/T2423.10) 1.固定点:固定点是指试验样品和夹具或试验样品和振动台(如果振动台装有附加台面时,则指试验样品和附加台面)点接触的部分,此处在实际使用中通常定试验样品的地方,如果实际安装结构的一部分作夹具使用(诸如减震架、托架等届试验样品本身所带)则应取其和振动台点接触的那部分作固定点,而不能用试验样品和安装结构点接触那部分作固定点。 2.测量点:在GB/T2423.10中附录中规定了两种类型的测量点,主要点就是检查测量位于振动台、夹具或试验样品上所承受的实际振动量值,该点尽可能要接近固定点,在任何情况下,检测点上的传感器都要和固定点刚性连接,因为试验的要求就是通过许多检测点来保证的。 3.检测点:在振动试验中,所选择的用以监视和测量台面振动量值和试验样品(或试验样品某一薄弱环节)响应的传感器的安装点。 4.基准点:是从检测点中选定的点,为了满足GB/T2423要求,该点的信号是用来作控制试验用的. 5.控制点:在振动试验中用以控制振动量值(该量值是试验样品标准所规定的值)的传感器的安装点,该点也必须是固定点中具有代表性的点。 控制点可分单点控制和多点控制. 二.如何选择控制点、检测点、监测点的位置 1.控制点的位置:控制点必须选择在与试验样品安装点直接点接触的固定点的最近处。 (1)由于电动振动台的台面较小,加之原台面不易直接安装试验样品,一般使用者都安装了附加台面,并且在安装时充分利用了原台面上的所有安装孔,都和附加台面进行了刚性固定连结,把它看成与原台面合成了一个新的整体,这是

压力传感器原理详解

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金属电阻应变片的内部结构 1、应变片压力传感器原理 如图1所示,是电阻应变片的结构示意图,它由基体材料、金属应变丝或应变箔、绝缘保护片和引出线等部分组成。根据不同的用途,电阻应变片的阻值可以由设计者设计,但电阻的取值范围应注意:阻值太小,所需的驱动电流太大,同时应变片的发热致使本身的温度过高,不同的环境中使用,使应变片的阻值变化太大,输出零点漂移明显,调零电路过于复杂。而电阻太大,阻抗太高,抗外界的电磁干扰能力较差。一般均为几十欧至几十千欧左右。 电阻应变片的工作原理 金属电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象,俗称为电阻应变效应。金属导体的电阻值可用下式表示: 式中:ρ——金属导体的电阻率(Ω?cm2/m) S——导体的截面积(cm2) L——导体的长度(m) 我们以金属丝应变电阻为例,当金属丝受外力作用时,其长度和截面积都会发生变化,从上式中可很容易看出,其电阻值即会发生改变,假如金属丝受外力作用而伸长时,其长

振动检测

3.水泵振动监测及研究 3.1振动测量简介 振动测量时对振动量和系统振动特性进行的测量。振动量包括振动幅值、振动频率和相位;振动特性指系统的刚度、阻尼系数、固有系数、固有频率、振型和动态响应等。 泵的振动测量,通常只测量振动幅值及振动频率,并由此给出烈度级,需要时还可进行频谱分析。对泵的振动特性常用振动位移幅值、振动峰值、振动频率和振动烈度级作出评价。 振动测量的方法:按力学原理分为相对式测量法和惯性式测量法;按振动信号转换方式分为电测法、光测法和机械测振法。对泵通常采用电测法。 振动的电测法 3.1.1振动电测法的基本测试系统,其各部分仪器种类繁多,性能也有差别,应根据不同的测试要求合理选择配套。 3.1.2工程常用测振仪简介 工程常用测振仪由振动传感器、测振仪和记录分析仪器组成。 a)振动传感器又称拾振器,工程商常用的有位移传感器、惯性式速度型传感 器和惯性式加速度型传感器。速度型传感器除直接测量振动速度外,在把其输出电压经过积分线路与微积分线路后,还可以测量振动位移和加速度。此外,拾振器和用于噪声测量的声级计可以配套使用,测量振动。 b)测振仪也称放大器,具有显示和输出两种功能。 c)记录分析仪器常用的记录分析仪器有光线示波器、磁带记录仪、电平记录 仪和X-Y记录仪等。 3.1.3参数测量 参数测量包括振动基本参数测量和振动特性参数测量。前者测量的参数为振动频率、振动幅值和相位;后者测量的参数为固有频率、阻尼系数和振型等。泵主要测量基本参数。 (1)振动频率的测量有以下几种方法: a、用数字式频率计直接测读频率。这种方法简便,精确度高,稳定性也较好,还可以对简谐波型以外的振动进行测量。 b、用录波比较法测频率。它是把振动波形的时程曲线记录在记录纸上,同时记录时标信号,如果时标信号为1s(即两条时标线的时间间隔为1s),则两条时标线间的完整波个数为振动频率。波形的时程曲线常用光线示波器记录。 c、用声级计和光线示波器联合测量频率,并进行频谱分析。 (2)振动幅值的测量振动幅值指位移幅值、速度值和加速度值。通常也把位移幅值称为振幅。 a、位移幅值测量:以下三种情况都要测量位移幅值。振动幅值较低,速度和加速度值大,不便使用速度和加速度传感器时,则用位移传感器测量位移幅值;某些设备或结构物需限定其振幅不超过允许值,此时就要直接测量位移幅值;需要通过测量位移进行应力计算时,则必须测量位移幅值,如水工闸门的振动问题就是如此。 b、速度值测量:如果振动频率处于中频段,且位移较小时,可用速度传感器测

波尔共振

实验十六 玻尔共振 振动是物理学中一种重要的运动,是自然界最普遍的运动形式之一。振动可分为自由振动(无阻尼振动)、阻尼振动和受迫振动。振动中物理量随时间做周期性变化,在工程技术中,最多的是阻尼振动和受迫振动,及由受迫振动所导致的共振现象。共振现象一方面对建筑物有破坏作用,另一方面却有许多实用价值能为我们所用。如利用共振原理设计制作的电声器件,利用核磁共振和顺磁共振研究物质的结构等。本实验用波耳共振仪研究阻尼振动和受迫振动的特性。 [实验目的] 1.观察阻尼振动,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.观察共振现象,研究不同阻尼力矩对受迫振动的影响。 3.学习闪频法测定运动物体的定态物理量——相位差。 [实验原理] 当一个物体在持续的周期性外力作用下发生振动时,称为受迫振动,周期性外力称为强迫力。若周期性外力按简谐振动规律变化的,则这种受迫振动也是简谐振动。在稳定状态,振幅恒定不变,振幅大小与强迫力的频率、振动系统的固有振动频率及阻尼系数有关。振动系统同时受到阻尼力和强迫力作用,作受迫振动。在稳定状态时物体的位移、速度变化与强迫力变化相位不同,有一个相位差。当强迫力频率与振动系统固有频率相同时会产生共振,此时相位差90o,振幅最大。 波尔共振仪的摆轮在弹性力矩作用下作自由摆动,在电磁阻尼力矩作用下产生阻尼振动。通过观察周期性强迫力阻尼振动,可以研究波尔共振仪中弹性摆轮受迫振动幅频特性和相频特性,以及不同阻尼力矩对受迫振动的影响。 设周期性强迫力矩:t M ωcos 0;电磁和空气阻尼力矩:dt d b θ-;振动系统的弹性力矩:θk -。 则摆轮的运动方程为: t M dt d k dt d J o ωθθθcos b 22+--= (16 -1) 式中J 为摆轮的转动惯量,令J M m J b J k o ===,2,20βω,o ω、β和m 分别称固有频率、阻尼系数和强迫力矩。则式(15-1)变为 t m dt d dt d o ωθωθβθcos 2222=++ (16-2) 此式称为阻尼振动方程,其解为:

振动传感器种类、原理及发展趋势

振动传感器种类、原理及发展趋势 【摘要】振动传感器是一种能感受机械运动振动的参量(振动速度、频率,加速度等)并转换成可用输出信号的传感器。 在高度发展的现代工业中,现代测试技术向数字化、信息化方向发展已成必然发展趋势,而测试系统的最前端是传感器,它是整个测试系统的灵魂,被世界各国列为尖端技术,特别是近几年快速发展的IC技术和计算机技术,为传感器的发展提供了良好与可靠的科学技术基础。使传感器的发展日新月益,且数字化、多功能与智能化是现代传感器发展的重要特征。 【关键词】种类;原理;发展趋势 【Abstract】:Vibration transducer is atransducer that can feel the vibration of a mechanical movement parameters (frequency of the vibration velocity, acceleration, etc.) and converted into usable output signal of the sensor. At the height of the development of modern industry, modern testing technology to digitization, information management has become an inevitable trend of development, and testing system for the front end is the sensor, it is the soul of an entire test system, is listed as a leading-edge technology around the world, particularly in recent years, the rapid development of IC technology and computer technology, the development of a sensor provides a good and reliable scientific and technology base. Place the sensor development, Crescent IK, and multipurpose digital, is a modern and intelligent sensor development, an important feature. 【Keywords】:type , principle , inevitable trend of development 振动传感器的分类

22.力传感器标定及称重实验

实验二十二力传感器标定及称重实验 一. 实验目的 1. 通过本实验了解和掌握力传感器的测量原理和方法。 二. 力传感器工作原理简介 电阻应变计是利用物体线性长度发生变形时其阻值会发生改变的原理制成的,其电阻丝一般用康铜材料,它具有高稳定性及良好的温度、蠕变补偿性能。测量电路普遍采用惠斯通电桥(如图22.1所示),利用的是欧姆定律,测试输出量是电压差。 图22.1 惠斯通电桥 本实验采用的电阻应变计采用的是惠斯通全桥电路,当物料加到载物台后,4个应变片会发生变形,产生电压输出,经采样后送到计算机由drvi快速可重组虚拟仪器平台软件处理。因为电桥在生产时有一些误差,不可能保证每一个电桥的电阻阻值和斜率保持一致。所以,传感器在使用之前必须要经过线性校正,这是由于计算机得到的是经过采样后的数字量,与真实质量之间是一种线性关系,需要由标定来得到这个关系。 图22 .2力传感器实物 在实验中采用的力传感器是lyb-5-a型应变力传感器具有精度高、复现性好的特点。其外形见图22.2。需要特别强调的是:由于力传感器的过载能力有限(150%),所以,在实际使用过程中应尽量避免用力压传感器的头部或冲击传感器。否则,极易导致传感器因过载而损坏! 三. 实验仪器和设备 1. drvi可重组虚拟实验开发平台1套 2. 蓝津数据采集仪(ldaq-epp2)1套 3. 开关电源(ldy-a)1套 4. 称重台1个 四. 实验步骤及内容 1. 将称重台的传感器输出线与实验台上对应的接口相连。

2. 启动服务器,运行drvi主程序,开启drvi数据采集仪电源,然后点击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,分别从drvi工具栏和快捷工具条中启动“drvi微型web服务器”和“内置的web服务器”,开始监听8600和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,认证完毕即可正常运行客户端所有功能。 4. 在drvi软件平台的地址信息栏中输入如下信息“http://服务器ip地址:8600/gccslab/index.htm”,打开web版实验指导书,在实验目录中选择“力传感器标定及称重”实验,按实验原理和要求设计该实验。 5. 选择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,如图22.3所示。 图22.3应变式力传感器称重实验(服务器) 6. 首先进行传感器的标定:用标准砝码测定k,b值,取两个点(即分别用两个不同的砝码),计算出k,b的值作为标定结果。具体操作过程为:点击面板上的“运行”按钮,在载物台上放置一个标准砝码100克(或其他大小),然后输入“100(或其他值)”到“试载参数x1”输入框中,然后点击“标定1” 按钮记录下第一点的值;改变砝码的质量,比如300质量的砝码,输入“300”到“试载参数x2”输入框中,然后点击“标定2”按钮记录下第二点的值;再点击“标定结果”按钮,得到k,b标定值。 7. 标定完毕,即可进行物体测量。将所测物体放在载物台上,然后点击“实测质量”按钮,得到被测物体质量值。再改变质量块的大小,观察和分析计算结果。 8. 对于客户端,在服务器端进行标定及计算的同时,客户端也同步进行同样的操作,即在服务器端进行“标定1”参数读取的同时,客户端也进行“标定1”参数的读取,在服务器端进行“标定2”参数读取的同时,客户端也进行“标定2”参数的读取,然后完成标定计算过程及质量测量过程。

大学物理实验讲义实验07 波尔共振实验45854

实验02波尔共振实验 因受迫振动而导致的共振现象具有相当的重要性和普遍性。在声学、光学、电学、原子核物理及各种工程技术领域中,都会遇到各种各样的共振现象。共振现象既有破坏作用,也有许多实用价值。许多仪器和装置的原理也基于各种各样的共振现象,如超声发生器、无线电接收机、交流电的频率计等。在微观科学研究中共振现象也是一种重要的研究手段,例如利用核磁共振和顺磁共振研究物质结构等。 表征受迫振动的性质是受迫振动的振幅频率特性和相位频率特性(简称幅频和相频特性)。本实验中,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物理量——相位差。 【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。 【仪器用具】 ZKY-BG 波尔共振实验仪 【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,此时速度振幅最大,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t cos M M 0ω=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dt d b θ -)其运动方程为 t cos M dt d b k dt d J 022ω+θ-θ-=θ(1) 式中,J 为摆轮的转动惯量,θ-k 为弹性力矩,0M 为强迫力矩的幅值,ω为强迫力的圆 频率。 令J k 2 = ω,J b 2=β,J m m 0= 则式(1)变为 t cos m dt d 2dt d 2 02 2ω=θω+θβ+θ(2)

压电式传感器测振动实验报告

压电式传感器测振动实验报告篇一:压电式传感器实验报告 一、实验目的:了解压电传感器的测量振动的原理和方法。 二、基本原理:压电式传感器由惯性质量块和受压的压电片等组成。(观察实验用压电加速度计结构)工作时传感器感受与试件相同频率的振动,质量块便有正比于加速度的交变力作用在晶片上,由于压电效应,压电晶片上产生正比于运动加速度的表面电荷。 三、需用器件与单元:振动台、压电传感器、检波、移相、低通滤波器模板、压电式传感器实验模板。双踪示波器。 四、实验步骤: 1、压电传感器装在振动台面上。 2、将低频振荡器信号接入到台面三源板振动源的激励源插孔。 3、将压电传感器输出两端插入到压电传感器实验模板两输入端,与传感器外壳相连的接线端接地,另一端接R1。将压电传感器实验模板电路输出端Vo1,接R6。将压电传感器实验模板电路输出端V02,接入低通滤波器输入端Vi,低通滤波器输出V0与示波器相连。 3、合上主控箱电源开关,调节低频振荡器的频率和幅度旋钮使振动台振动,观察示波器波形。 4、改变低频振荡器的频率,观察输出波形变化。 光纤式传感器测量振动实验 一、实训目的:了解光纤传感器动态位移性能。 二、实训仪器:光纤位移传感器、光纤位移传感器实验模块、振动源、低频振荡器、通信接口(含上位机软件)。 三、相关原理:利用光纤位移传感器的位移特性和其较高的频率响应,用合适的测量电路即可测量振动。 四、实训内容与操作步骤

1、光纤位移传感器安装如图所示,光纤探头对准振动平台的反射面,并避开振动平台中间孔。 2、根据“光纤传感器位移特性试验”的结果,找出线性段的中点,通过调节安装支架高度将光纤探头与振动台台面的距离调整在线性段中点(大致目测)。 3、参考“光纤传感器位移特性试验”的实验连线,Vo1与低通滤波器中的Vi 相接,低通输出Vo接到示波器。 4、将低频振荡器的幅度输出旋转到零,低频信号输入到振动模块中的低频输入。 5、将频率档选在6~10Hz左右,逐步增大输出幅度,注意不能使振动台面碰到传感器。保持振动幅度不变,改变振动频率,观察示波器波形及锋-峰值。保持频率振动不变,改变振动幅度,观察示波器波形及锋-峰值。 篇二:实验六压电式传感器测振动实验 一、实验目的:了解压电传感器的测量振动的原理和方法。 二、基本原理:压电式传感器由惯性质量块和受压的压电陶瓷片等组成。(观察实验用压电加速度计结构)工作时传感器感受与试件相同频率的振动,质量块便有正比于加速度的交变力作用在压电陶瓷片上,由于压电效应,压电陶瓷片上产生正比于运动加速度的表面电荷。 三、需用器件与单元:振动台、压电传感器、检波、移相、低通滤波器模板、压电式传感器实验模板。双线示波器。 四、实验步骤: 1、压电传感器已装在振动台面上。 2、将低频振荡器信号接入到台面三源板振动源的低频输入源插孔。 压电式传感器性能实验接线图 3、将压电传感器输出两端插入到压电传感器实验模板两输入端,见图7-1,屏蔽线接地。将压电传感器实验模板电路输出端V01(如增益不够大则V01接入IC2,V02接入低通滤波器)接入低通滤波器输入端VI,低通滤波器输出V0与示波器相连。 4、合上主控箱电源开关,调节低频振荡器的频率与幅度旋扭使振动台振动,观察示波器波形。 5、改变低频振荡器频率,观察输出波形变化。

压力传感器误差及标定方法

压力传感器误差及标定方法 压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器,它在传感器之家中排在第一位,可见其相当重要。我们通常使用的压力传感器主要是基于压电效应而制造出来。压力传感器的性能如何一方面在于合理进行压力传感器的误差补偿。它的误差来源主要是灵敏度误差、偏移量误差、线性误差和滞后误差。由于在整个压力范围内垂直偏移保持恒定,因此变换器扩散和激光调节修正的变化将产生偏移量误差。灵敏度误差,它的大小与压力成正比。如果设备的灵敏度高于典型值,灵敏度误差将是压力的递增函数,否则相反。在实际测量中,滞后误差一般忽略不计,除非在压力变化非常剧烈的场合。线性误差的来源在于传感器敏感器件物理非线性,如果传感器中含有放大器,它还需包括放大器的非线性误差。线性误差曲线可能是凹形的,也可能是凸形的。传感器标定可消除或极大地减小这些误差,而补偿技术通常要求确定系统实际传递函数的参数,而不是简单的使用典型值。电位计、可调电阻以及其他硬件均可在补偿过程中采用,而软件则能更灵活地实现这种误差补偿工作。压力传感器的标定方法主要有:一点标定法:这种标定方法可通过消除传递函数零点处的漂移来补偿偏移量误差,这类标定方法通常称为自动归零。偏移量标定通常在零压力下进行,特别是在差动传感器中,因为在标称条件下差动压力通常为0。

选择标定压力:标定压力的选取决定其获取最佳精度的压力范围,标定点必须根据目标压力范围加以选择,而压力范围可以不与工作范围相一致。而灵敏度标定在数学模型中通常采用单点标定法进行。 三点标定法:线性误差通常都具有一致的形式,它可以通过计算典型实例的平均线性误差,确定多项式函数(a×2+bx+c)的参数而得到。确定了a、b和c后得到的模型对于相同类型的传感器都是有效的。该方法能在无需第3个标定点的情况下有效地补偿线性误差。 工程师在实际设计过程中,应根据精度需要,选择合适的标定方法,另外还需要考虑总的成本。

实验15 波尔共振实验

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。 表征受迫振动性质是受迫振动的振幅—频率特性和相位—频率特性(简称幅频和相频特性)。 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。 【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。 【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t cos M M 0ω=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dt d b θ -)其运动方程为 t cos M dt d b k dt d J 022ω+θ -θ-=θ (1) 式中,J 为摆轮的转动惯量,θ-k 为弹性力矩,0M 为强迫力矩的幅值,ω为强迫力的圆频率。 令 J k 2 0= ω,J b 2=β,J m m 0= 则式(1)变为

压力传感器标定与校准

压力传感器检定: 1.静态检定 2.动态检定 我们把压力传感器的特性分成两类静态特性和动态特性。压力传感器静态特性的 主要指标是灵敏度、线性度、迟滞、重复性、精度、温度漂移和零点漂移等等。一般 我们校准压力传感器都是校准其静态特性,这是因为我们将压力传感器理想化,认为 其固有频率相当大而且本身无阻尼,这时压力传感器的静态特性和动态特性是一样的。然而在被测压力随时间变化的情况下,压力传感器的输出能否追随输入压力的快速变 化是一个很重要的问题。有的压力传感器尽管其静态特性非常好,但由于不能很好地 追随输入压力的快速变化而导致严重的误差,有时甚至出现高达百分之百的动态误差。所以我们必须要进行压力传感器动态特性的校准,认真分析其动态响应特性。压力传 感器动态特性可以用它的上升时间、固有频率、幅频特性、相频特性等参数来描述。 迟滞e H:正行程与反行程之间的曲线的不重合度; 线性度e L(非线性误差):输入输出校准曲线(实际)与选定的拟合直线之间的吻合程度; 重复性e R:正行程或反行程曲线多次测量时曲线的一致程度;

置信系数a=2(95.4%)或a=3(99.73%) 贝塞尔公式 线性度、迟滞反映系统误差;重复性反映偶然误差。 误差(三者反应系统总误差)e S:e S=±√e H2+e L2+e R2 或e S=e H+e L+e R 根据检定规程一《压力传感器静态》,在校准精密线性压力传感器时给出的校准曲线有二种最小二乘直线和端点平移线。 动态检定: 1.瞬态激励法(阶跃信号激励) 2.正弦激励法(正弦信号激励) 动态检定指标、参数:频率响应、谐振频率、自振频率、阻尼比、上升时间、建立时间、过冲量、灵敏度。 正弦激励法:正弦压力信号输入法是一种间接的检定方法,即被检定的压力传感器和一个“参考”压力传感器相比较,而“参考”压力传感器具有理想的动态性能。正弦压力激励法在高频、高压时,正弦信号往往严重畸变。因此一般只能用于小压力或低频范围的检定。

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