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1、现代测试技术 modern Test & measurement Technology 32课时 教材：机械工程测试技术，陈花玲主编， 机械工业出版社 n参考书： n 检测技术，施文康主编，机械工业出版社 n 测试与传感技术，侯国章编著，哈尔滨工业 大学出版社。 n LabVIEW 实用教程，美Robert H. Bishop 著，乔瑞萍、林欣等译，电子工业 出版社 教材： 机械工程测试技术，陈花玲主编，机械工业出版社 参考网站： n http:/202.120.43.108/courses/jcjshjch/ind ex.htm n http:/210.32.24.128/kecheng/c
2、gq/index.as p n n eo/play.aspx?videoid=100869 n 1、掌握测试技术的基本理论，包括信号的时域和频域的 描述方法、频谱分析和相关分析的原理和方法、掌握信 号调理和信号处理基本概念和方法，具有实验数据处理 和误差分析能力 ； 2、掌握测试装置静、动态特性的评价方法和不失真测试 条件；能正确运用于测试装置的分析和选型； 3、熟练掌握各类典型传感器、记录仪器的基本原理和适 用范围，并能合理的选用。 课程要求 一、绪论 1.1 本课程的意义 1.2 测试方法的分类及测试系统的组成 1.3 测试技术的发展 1.4 本课程的研究内容 测试技术是一门综合性很强的技
3、术学科，它以物理学、电 子学、材料学，自动控制和数字技术等为基础。涉及传感器技 术、信号处理技术、抗干扰技术等多个方面。 其目的是研究材料和构件的状态（包括正常工作状态和故障 状态诊断），检查和测量自动化生产过程中的各种工艺参数。 监视和控制生产过程的运行，鉴定产品质量，为新产品改进设 计提供数据。 21世纪是信息时代，获取信息，处理信息，运用信息。测 试技术的重要性在于它是获得信息并对信息进行必要处理的基 础技术，是获取信息和处理加工信息的手段，无法获取信息则 无法运用信息。 1.1 本课程的意义 n下篇：实用测试技术 n力、压力和位移、温度、振动和噪声、转速和功率测 量、流速与流量测量等重
4、要机械工程参数的常规测量 原理和方法，测量系统的构成和使用要求。 1.4 本课程的研究内容 测试技术：测试过程中所涉及的测试理论、测试 方法、测试设备、数据处理等。 n上篇：测试基础 n信号分析、测量装置特性、测量误差分析处理、信号 获取与调理 n上篇（2 信号分析，3测量系统特性，6 信号调理） n下篇（10 典型测试系统设计实例） n设计：身边的检测系统 第1章 绪 论 第2章 测试系统的基本特性 第3章 信号及其描述 信号的分类及定义 第4章 电磁量测量技术 第5章 长度测量技术 尺寸测量 形位误差测量 表面粗糙度测量 线位移与距离测量 第6章 角度测量技术 角度检测概述 角度及角位移测
5、量 圆分度误差测量 第7章 速度、转速、加速度测量 第8章 力、力矩、压力测量 第9章 机械振动的测试 第10章 温度测量 第11章 流量测量 测试：对应英文test, 也译为检测、试验或检验。指按照规定的程序，为 了确定给定产品、材料、设备、生物体、物理现象、工艺过程或服务的 一种或多种特性或性能的技术操作。 测量：以确定被测对象的属性和量值为目的的全部操作，获取量值信息， 对应英文measurement 。 计量：获取量值信息，实现量值信息的传递或溯源，其对象就是测量仪 器。唯有计量部门从事的测量才被称作“计量“。对应英文metrology 1.4 本课程的研究内容 n测量是某些部门的主要
6、工作，例如天文、气象、测绘等 部门，在天文、气象领域称观测，在测绘领域称测量。 n测量是测试、计量的基础，贯穿测试、计量的全过程， 所以经常用测量一词代替测试、计量。 绪论测试技术基本概念 绪论1.1 本课程的意义 绪论1.1 本课程的意义 工程研究、产品开发、生产监督、质量控制、性能试 验等 科学研究的根基 国内外贸易、国防、医疗卫生、交通运输、环保等 现代装备系统 1.1 本课程的意义测试技术的工程应用 航天农业 交通医学 1.1 本课程的意义产品质量测量 汽车、机床等设备，电机、发动机等零部件出厂时，必须对其性 能质量进行测量和出厂检验。 图示为汽车出厂检验原理框图，测量参数 包括润滑油
7、温度、冷却水温度、燃油压力 及发动机转速等。通过对抽样汽车的测试 ，工程师可以了解产品质量。 汽车扭距测量 机床加工精度测量 1.1 本课程的意义 测试技术的工程应用 切削力传感器，加工 噪声传感器，超声波 测距传感器、红外接 近开关传感器等。 密歇根大学数字化工厂 1.1 本课程的意义 工程技术领域生产监督 AGV自动送货车：超声波测距传感器、判断建筑物内人和物所在位置 ；红外线色彩传感器运动轨迹和AGV小车位置识别；条形码传感器， 货品识别。 1.1 本课程的意义 香港理工AGV模型 工程技术领域工业自动化中的应用 a)机械手、机器人中的传感器 转动/移动位置传感器、力传感器、视觉传感器、
8、听觉传感器、 接近距离传感器、触觉传感器、热觉传感器、嗅觉传感器。 1.1 本课程的意义 密歇根大学的机械手装配模型 广州中鸣数码的机器狗 1.1 本课程的意义 1.1 本课程的意义环保 美国国家导弹防御计划-NMD 1.1 本课程的意义 检测技术在国防领域的应用 1.地基拦截器 2.早期预警系统 3.前沿部署(如雷达） 4.管理与控制系统 5. 卫星红外线监测系统 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 1.1 本课程的意义楼宇控制与安全防护 为使建筑物成为安全、健康、舒适、温馨的生活、工作环境，并 能保证系统运行的经济性和管理的智能
9、化。在楼宇中应用了许多测试 技术，如闯入监测、空气监测、温度监测、电梯运行状况。 图示为某公司楼宇自动化系 统。该系统分为：电源管理 、安全监测、照明控制、空 调控制、停车管理、水/废水 管理和电梯监控。 烟雾传感器 亮度传感器红外人体探测器 1.1 本课程的意义家庭与办公自动化 在家电产品和办公自动化产品设计中，人们大量的应用了传感器 和测试技术来提高产品性能和质量。 全自动洗衣机中的传感器 ：衣物重量传感器，衣质 传感器，水温传感器，水 质传感器，透光率光传感 器(洗净度) 液位传感器， 电阻传感器(衣物烘干检 测)。 指纹传感器透光率传感器 温湿度传感器温度传感器 1.2 测试方法的分类
10、及测试系统的组成 n1.2.1 测试方法的分类 n1.2.2 测试系统的组成 1.2.1 测试方法的分类 n1. 直接测量与间接测量 n2. 接触测量与非接触测量 n3. 静态测量与动态测量 n测试方法：是指再实施测量中所涉及的理论运 算方法和实际操作方法。 1.2.1 测试方法分类 n1、直接测量与间接测量 直接测量：直接将被测量与测量单位（标准量） 进行比较 标准量 标准计量单位（如米尺、光栅尺 、激光、） 绝对测量 定值标准量（如某一固定尺寸） 相对测量 5700A 多功能校准源 直接测量 34401A数字多用表 1.2.1 测试方法分类 间接测量 如测导线的导电率： 测量与被测量有一定
11、函数关系的参量，被测量 由计算获得 1.2.1 测试方法分类 接触测量 传感器与被测体有机械接触 特点： 1 比较简单 2 传感器有磨损 3 传感器对被测特性有影响 非接触测量 传感器与被测体无机械接触 特点： 1 避免传感器磨损 2 避免传感器对被测特性有影响 1.2.1 测试方法分类 静态测量 被测量被值认为是恒定的，不随时间变化 动态测量 被测量值随时间变化 1.2.2 测试系统的组成 工程测试的基本任务： 1）生产过程或设备运行状态的监测； 2）生产过程或设备运行状态的自动控制； 3）工程实验分析。 1.2.2 测试系统的组成 测试系统的组成 测试系统是指由相关的器件、仪器和测试装置
12、有机组合而成的具有获取某种信息之功能的整 体。 1.2.2 测试系统的组成 接 口 总 线 存储 显示 分析 监控 判断 决策 信号检出 信号检出 信号检出 信号转换 信号调理 信号转换 处理显示 处理显示 处理显示 信号检出：功能 - 将被测信号的变化转换为电信号的变化（detection） 器件 - 传感器（sensor, transducer） 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 circuit） 处理显示：功能 - 分析（analysis）、处理（processing）、显
13、示（display ） 通讯接口/总线接口(RS232、RS485、GPIB、PCI、 ) 其它环节： 存储、监控、决策 1、信号检出部分 传感器（Sensor）- 检出功能的器件、装置 信号提取（被测量）、传输（信号变换部分）有信号的输入、 输出，是小型测试系统 感知信号变化，上传信号变化 选择：测量精度要求、被测量变化范围、被测对象所处的环境条件 以及对传感器体积和整个检测系统的成本等的限制 检测系统中形式最多样、与被测对象关联最密切的部分, 换能器(Transducer)、检波器、拾波器等 1.2.2 测试系统的组成 1、信号检出部分特点 1）输出量为电压、电流、频率 2）输出的电信号一
14、般较微弱： 电压 - 毫伏级、微伏级；电流 - 毫安级、纳安级 3）输出信号与噪声混杂在一起 - 传感器内部噪声 传感器的信噪比小、输出信号弱 - 信号淹没在噪声中 4）传感器的输出特性呈线性或非线性 电阻、电容、电感 两种：数字量、模拟量 5）外界环境的变化会影响传感器的输出特性 1.2.2 测试系统的组成 2、信号变换部分 适合于传输、分析和处理的信号 信号调理电路 阻抗变换 - 输出阻抗很高时； 电压/电流（V/A）转换 - 需要电流输出时； 目的： 4）简化后续系统的组成 2） 消除或抑制传感器输出量中的无用信号 3）提高测量、分析的准确度 信号放大 - 输出信号微弱时； 噪声抑制 -
15、 信号淹没在噪声中； 模拟/数字（A/D）转换 - 需要输出数字信号时 1）对传感器的输出量变换成易于处理或放大的量 （规范、结构形式） 3、分析处理部分 功能：管理不同系统之间的数据、状态和控制信息的传输和交换 不断注入新内容 - 检测系统的研究中心 通用标准接口 - 不同的系统尤其是不同厂家的产品能够互联 4、通信接口与总线部分 计算机系统 - 强大问题分析能力、复杂系统的实时控制 自动化、智能化 USB、 IEEE-488、 RS-232（串行）、并行 总线：传送数字信号的公共通道 - 信号线的集合 RS-232C、VXI、Centronics（并行） （硬件系统） 接口 - 分系统和上
16、位机之间/分系统之间交换信息 检测系统构成原理框图 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 被测对象 传感器 中间变换 测量装置 显示及 记录装置 实验结果 处理装置 激发装置 简单的测试系统可 以只有一个模块， 如玻璃管温度计。 它直接将被温度变 化转化液面示值。 没有电量转换和分 析电路，很简单， 但精度低，无法实 现测量自动化。 为提高测量精度和 自动化程度，以便 于和其它环节一起 构成自动化装置， 通常先将被测物理 量转换为电量，再 对电信号进行处理 和输
