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1、传感与测试技术,课 程 结 构,参 考 教 材,周生国 机械工程测试技术 李科杰 现代传感技术 张国雄 测控电路 其 它 动态测试、信号与系统等 前修课程 工程数学、大学物理、 电工电子学、微机原理等,课堂讲授为主，自学为辅，注重理解，结合实验。 充分利用课堂时间！ 力争课堂内容当堂解决，切忌期末积压！ 期末考试 + 平时课堂测验 + 实验报告 80% 10% 10% 答 疑 （除每次课堂所留答疑时间外） 时间：每周五下午 2:00 5:00 地点：重点实验室 403、412、510,注 意 事 项,第一章 绪 论,学习要求：,1、了解测试技术的地位和作用 2、掌握测试技术的基本概念 3、掌握
2、测试系统的基本组成 4、掌握测试的基本方法及分类 5、了解现代测试技术的发展方向和趋势,七大计量范畴：几何、时间、电磁、光学、化学、温度、力学 本课程的范围：以机械工程与兵器科学方面为主，系统阐述传感与测试 技术理论，以现代科学的方法，测试各种有用的物理量。,一.测试技术的地位和作用（1）,信息化是科学与技术发展的必然趋势,一.测试技术的地位和作用（2）,一.测试技术的地位和作用（3）,信息流是客观世界的一个主流,信息获取是信息流的一环,一.测试技术的地位和作用（4）,获取信息是仪器科学与技术的基本任务 通过仪器仪表的测试是信息产业的重要组成部分，是信息工业的源头,测试的任务就是获取研究对象的
3、有用信息（非全部信息） 即研究被测对象的状态、变化和特征等。 在机械工程测试中，常见的被测量有：力、压力、应力、应变、位移、速度、加速度、角度、温度、时间等。 在兵工测试中：弹丸的飞行速度、加速度、破甲深度、破甲时间、弹丸姿态、弹丸转速、转动惯量、动不平衡参数等。,一.测试技术的地位和作用（5）,测试技术的地位和作用,工业生产 倍增器 科学研究 先行官 军事斗争 战斗力 社会生活 物化法官,测试技术是带动国民经济增长的一个关键领域，在美国，测试技术占4%，拉动经济增长66%,1.工业生产的倍增器,测试技术在工业生产领域的应用确保产品质量,在线检测：零件尺寸、产品缺陷、装配定位,离线检测：零件参
4、数、尺寸与形位公差、 品质参数 作 用：现代工程装备中，检测环节的成本约占50%70%,测试技术在汽车中的应用日新月异,测试技术在日常生活中的应用与日俱增,2.科学研究的先行官,3.军事中的战斗力,1991年海湾战争，精确制导炸弹和导弹占8% 1994年，美国防部建立自动测试系统执行局 实施信息化条件下的立体作战 2003年伊拉克战争，精确制导炸弹和导弹占90% 制导弹药的核心对目标以不同的方法进行精确探测、识别、定位,监测系统：探测和发现敌人导弹的发射并追踪导弹的飞行轨道； 拦截器：能识别真假弹头，敌友方。,美国国家导弹防御计划NMD,美军研制的未来单兵作战武器OICW,夜视瞄准机系统：非冷
5、却红外传感器技术 激光测距仪：可精确定位目标。在发射20毫米高爆弹时，激光测距仪可将目标的距离信息自动传输至高爆弹的爆炸引信，以便精确设定引爆时间。,4.社会生活中的物化法官,教学实验、气象预报、大地测绘、灾情预报、交通指挥、,涵盖 吃穿用、农轻重、陆海空,测 试包括测量和试验。是一种分析事物状态、变化和特征的综合手段。 测 量对被测对象的定量分析，结果用数值表示，有的需要有单位。 试 验偏重于对被测对象的定性分析，通常没有具体数值，如频率特性、时域波形等。 测试理论测试系统各部分的理论阐述和实际仪器结构。 测试实验定量实验（主要手段） 定性实验（辅助手段）,二.测试的基本概念,全部操作：检测
6、器具：传感器、检测仪器、 检测装置、检测系统 检测过程：信号采集、信号处理、 信号显示、信号输出,被测信息：物理量（光、电、力、热、磁、声、） 化学量（PH、成份、） 生物量（酶、葡萄糖、） ,被测对象：宇宙万物（固液气体、动物、植物、天体 ）,定义：以确定被测对象的属性和量值为目的的全部操作,例：空调机测量控制室温,被测对象：室内空气,被测信息：温度,检测器具：温度传感器热电阻、热电偶,被测对象： 传感器：信号变换的装置，是整个系统中最为关键的环节 变换处理装置：完成信号的放大、滤波、变换（A/D、 D/A） 以及与计算机的接口等 显示记录装置：记录测试信号的装置，保存测试结果， 作为技术资
7、料供以后分析利用 标定装置和控制装置： 标定：减少误差，提高精度 控制：实现整个系统协调工作，便于测试系统的自动化,三.测试系统的基本组成,计算机,信号转换：功能将传感器的输出信号转换为便于处理 的形式（conversion） 器件信号调理电路（signal conditioning circuits）,处理显示：功能分析（analysis）、处理（processing）、 显示（display）,其它环节：通讯接口/总线接口（RS232、RS485、GPIB、PCI、 ） 存储、监控、决策,信号检出：功能将被测信号转换为电信号的变化（detection） 器件传感器（sensor, tran
8、sducer）,力 位移 速度 加速度 压力 流量 温度,电阻式 电容式 电感式 压电式 热电式 光电式 磁电式,电桥 放大器 滤波器 调制器 解调器 运算器 阻抗变换器,笔式记录仪 光线示波器 磁带记录仪 电子示波器 半导体存储器 显示器 磁卡,数据处理器 频谱分析仪 FFT 实时信号分析仪 电子计算机,（6）按测量仪器的性质：机械法测试：方便、简单、精度较低 光学测试法：精度高、响应快、系统结构 复杂、环境适应力差 电测试法：应用最广、信号处理容易、系 统不太复杂、本课主要讲授内容,四.测试的基本方法与分类,（1）按被测量不同：直接测量（绝对测量和相对测量）、间接测量,（2）按测量值的获得
9、方式：偏移法测量、零位法测量、差分式测量,（4）按传感器与被测对象是否直接接触：接触式测量、非接触式测量,（5）按被测对象变化的特点：静态测量、动态测量 静态测试：被测参数不随时间变化或变化缓慢（特例） 动态测试：被测参数随时间变化（大多数情况）,（3）按测量值是否反馈：开环式测量、闭环式测量,（直接测量）,1.直接测量与间接测量,间接测量：被测量无法或不易进行直接测量，被测量是与实 测量有一定函数关系的参量，被测量由实测量计算获得,再如测导线的导电率：,自变量,目标变量,负载电阻功率 = 电压 电流,绝对测量：采用仪器、设备、手段测量被测量，直接得到测量值,测量结果：20.1 mm,相对测量
10、：将被测量直接与基准量比较，得到偏差值,特点：简单、直观、明了； 测量精度不高,特点：精度高；复杂、成本高、要求高,2.偏移法测量、零位法测量、差分式测量,3）差分法对称结构的两个传感器，被测量反对称作用在两个传感器上,1）偏移法完全从被测量中获得信号转换所需能量，利用测量仪表的指针相对于刻度的偏差位移直接表示测量的数值。（弹簧秤）,2）零位法不从信号源获得能量，利用指零机构的作用，使用被测量和已知标准量两者达到平衡，根据指零机构示值为零来确定被测量等于标准量值。（天平秤）,（常见检测结构形式）,作用：消除干扰的影响 测量原理线性化、提高灵敏度,3.开环式测量与闭环（反馈）式测量,特点：简单、直观、明了；测量精度不高,特点：复杂、成本高、要求高；精度高,智能化检测的标志之一,主动探索与信息反馈,自适应能力改变传感器的工作温度传感器的灵敏度,调整对象的位置、姿态使检测结果具有确定性,五.现代测试技术的发展趋势,智能化 虚拟化软测量技术 网络化 微型化,振动网络传感器,嵌入式计算机,智能压力网络传感器,智能倾角RS232传感器,IC总线数字温度传感器,智能化传感器,智能化测试仪器,虚拟化测试仪器,网络化测试仪器,微机械 “机器人” 诊断/治疗药丸,微型飞行器 MAV,微型化测试仪器,微型火箭,机器苍蝇,仿人形机器人,今日作业 ,
