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1、机械工程测试技术基础(测试技术)任课教师：王林平电子邮件：qutinwlp绪论本课程性质与地位1、任务：提取研究对象的有用信息2、属性：属信息科学信息科学的三大支柱：测控技术、计算机技术、通讯技术3、作用：科学研究的基本方法机械工业基础技术噪音单位：分贝？测试技术是实验科学的一部分，主要研究各种物理量的测量原理和测量信号分析处理方法。测试技术是进行各种科学实验研究和生产过程参数测量必不可少的手段，起着人的感官的作用。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，但精度底，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
2、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出。如图所示的声级计。一、测试和测量系统l测试技术：测量和试验技术的统称。l试验是机械基础研究和产品设计研发的重要环节。l不仅工程试验需要测量，在机器和生产过程的运行监测、控制和故障诊断也需要在线测量。测量系统已经成为机器和生产线的重要组成部分。l本教材的主要内容是测量技术和仪器，试验技术不作讨论。第一节测试技术概况l测量和测试的概念：测量以确定被测对象的量值为目的而进行的实验过程；测试具有试验性质的测量，或测量和试验的综合。l工程测量的分类：静态测量对不随时间变化的物理量的测量；动态测量对随时间变化的物理量的测量。
3、例：曹冲称象方法：比较法；装置：船、石头、小秤；检查、测量，得到：定性、定量的结果。古人的替换测量实例：l测量系统的用途：产品开发与工程试验：测量、分析处理、获取定量试验结果、参数设计；一般只要求不失真测量和显示物理量变化过程，对滞后无要求；控制系统：实时测量的变量被作为控制系统的控制、反馈变量；要求测量系统的输出以很小的滞后不失真跟踪被测物理量；运行监测：实时测量的变量被用于过程监视、故障诊断。结论：测量系统用途不同，其组成环节也不同。l测量系统的一般构成：敏感元件显示或存储转换元件适调电路接口（数字化）计算机或控制系统分析结果反馈、控制或监测诊断放大、滤波、调制解调等输出一般为电信号AD转
4、换二、测试技术的广泛应用1、工业自动化中的应用在各种自动控制系统中，测试环节起着系统感官的作用，是其重要组成部分。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、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。机械手装配模型机器狗安川工业机器人Scalar机器人测试技术在机器人领域的应用工业机器人b)生产加工过程监测切削力传感器，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。铝板激光跟踪焊接要求：焊缝跟踪准确难点：强光干扰焊缝位置的准确测量途径：激光条纹扫描在线检测：零件尺寸、产品缺陷、装配定位.检查轴承滚珠是否脱漏检查容器内的液位装配间隙检测2
5、、产品质量测量在汽车、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。图示为汽车制造厂发动机检验原理框图，测量参数包括润滑油温度、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。3、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4、家庭与办公自动化在家
6、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。利用衣量传感器来检测洗衣时衣物量的多少，从而决定设定水位的高低。利用衣质传感器来检测衣物重量、织物种类，从而决定最优洗涤温度、洗涤时间。利用水温传感器来检测开机时的环境温度和注水结束时的水温，为模糊推论提供信息。利用水质传感器来检测水的硬度，进而决定添加洗衣粉的量以期达到最佳洗涤效果。全自动洗衣机以人们洗衣操作的经验作为模糊控制的依据，采用多种传感器将洗衣状态信息检测出来，并将这些信息送到微电脑中，经微电脑处理后，选择出最佳的洗涤参数，对洗衣全过程进行自动控制，达到最佳的洗涤效果。例：空调机测量控制室温被测对象
7、：被测信息：检测器具：操作过程：室内空气温度温度传感器-热电阻、热电偶空气热敏电阻电信号处理显示空调机5、其他应用航天农业交通医学测试技术在汽车中的应用检测技术在汽车中的应用日新月异发动机：向发动机的电子控制单元（ECU）提供发动机的工作状况信息，对发动机工作状况进行精确控制温度、压力、位置、转速、流量、气体浓度和爆震传感器等汽车传感器：汽车电子控制系统的信息源，关键部件，核心技术内容普通轿车：约安装几十到近百只传感器，豪华轿车：传感器数量可多达二百余只。底盘：控制变速器系统、悬架系统、动力转向系统、制动防抱死系统等车速、踏板、加速度、节气门、发动机转速、水温、油温车身：提高汽车的安全性、可靠
8、性和舒适性等温度、湿度、风量、日照、加速度、车速、测距、图象等“亚洲蜂窝卫星系统”卫星测试技术在航空航天技术上的应用长征3号乙运载火箭阿里安5国际空间站常娥一号卫星测试技术在航空航天技术上的应用测试技术在航空航天技术上的应用德尔它(Delta)运载火箭挑战者号航天飞机测试技术在外星探测方面的应用美国的“勇气”号和“机遇”号对火星的探测我国自主研发的月球车国家导弹防御计划（美国-NMD）测试技术在国防领域的应用6、PC机中的测试技术应用鼠标：光电位移传感器机械鼠标主要由滚球、辊柱和光栅信号传感器组成。当我们拖动鼠标时会带动滚球转动，滚球又带动辊柱转动，装在辊柱端部的光栅信号传感器产生的光电脉冲信
9、号反映出鼠标器在垂直和水平方向的位移变化，再通过电脑程序的处理和转换来控制屏幕上光标箭头的移动。摄象头:CCD传感器麦克风:电容传声器三、测试技术的发展趋势1、传感器方面的发展a)“物性型”传感器大量涌现结构型传感器依靠传感器结构参量的变化实现信号转变。物性型传感器依靠敏感元件材料本身的物理化学性质的变化实现信号的转变。可变磁阻位移传感器物性型传感器的开发实质是新材料的开发。例如：半导体、陶瓷、光导纤维、磁性材料、“智能材料”等等。F+b)集成、智能传感器的开发集成化传感器同功能的敏感元件排成线型、面型；不同功能的敏感元件集成，测不同参量；传感器与放大、运算、温度补偿等电路的集成。智能化传感器
10、传感器+嵌入式计算机智能化传感器不但能够对信息进行处理、分析和调节，能够对所测的数值及其误差进行补偿，而且还能够进行逻辑思考和结论判断，能够借助于一览表对非线性信号进行线性化处理，借助于软件滤波器滤波数字信号。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c)生物、化学传感器的开发利用新发现的生物、化学效应开发出的新型传感器生物酶血样分析传感器热光电量微生物酶等敏感元件气体传感器通常在大气工况中使用，被测气体分子附着于传感器的功能材料表面且与之起化学反应。气体浓度的高低转化为电信号的大小。2、计算机测试系统与虚拟仪器的应用主要内容：传感器网络及仪器总线技术、Int
11、ernet网与远程测试、测试过程与仪器控制技术，虚拟仪器及其编程等。计算机虚拟仪器技术(1)传统测量仪器：如示波器、逻辑分析仪、信号发生器、频谱分析仪等，其功能主要由硬件实现，出厂时已由制造商定义，用户无权修改。(2)虚拟仪器：用PC机仪器板卡代替传统仪器用计算机软件代替硬件分析电路虚拟仪器就是在通用计算机上加上软件和（或）硬件，使得使用者在操作这台计算机时，就象是在操作一台他自己设计的专用的传统电子仪器。在虚拟仪器系统中，硬件仅仅是为了解决信号的输入输出，软件才是整个仪器系统的关键，任何一个使用者都可以通过修改软件的方法，很方便地改变、增减仪器系统的功能与规模。“软件即仪器”第二节测量的基础
12、知识测量、计量、测试的基础概念学习要求：复习与了解。熟悉重要概念重要概念：基础性，常识性教材绪言结尾强调：不超越本课程范围，不取代其它课程的任务和作用1.测量，计量，测试2.直接测量间接测量3.直接测量法替代测量法4.接触测量非接触测量5.静态测量动态测量6.测量装置、传感器7.测量器具性能指标示值、准确度等级、标称范围、量程、测量范围、漂移。8.误差的几种分类9.测量不确定度测量精度和不确定度测量结果与真值吻合程度定性概念a）精密度b）正确度c）准确度.precisionaccuracy不确定度Uncertainty：意味着对测量结果可信性、有效性的怀疑程度或不肯定程度，是定量说明测量结果的
13、质量的一个参数。所得的被测量值具有分散性，即每次测得的结果不是同一值，而是以一定的概率分散在某个区域内的许多个值。测量不确定度就是说明被测量之值分散性的参数，它不说明测量结果是否接近真值。测量不确定度用标准偏差表示，这时称其为标准不确定度。一、教材及教学安排教材：机械工程测试技术基础熊诗波，黄长艺2009.1第三版1-5章，重点、理论6、7、9章一般章节其余章节了解、浏览第三节课程性质与教学要求教学参考书1.机械工程动态参量测试技术梁德沛，李宝丽2.机械工程测试技术基础黄长艺，严普强（第二版）第一章信号及其描述第二章测试装置的基本特性第三章常用的传感器与敏感元件第四章信号调理与记录第五章信号处
14、理初步核心章节教学安排：48教学，包括考察考试时间。8学时实验课程特点：多学科交叉：互换性技术测量、概率统计、积分变换、电子技术、控制工程基础二、课程性质与教学要求课程性质：“机械工程测试技术基础”是一门技术基础课。学完本课程后应具有以下几方面的知识：掌握信号的时域和频域的描述方法，建立明确的信号频谱结构的概念；掌握频谱分析和相关分析的基本原理和方法，掌握数字信号分析中的一些基本概念；掌握测试装置基本特性的评价方法和不失真测试条件，并能正确地运用于测试装置的分析和选择。掌握一阶、二阶线性系统动态特性及其测定方法。了解常用传感器、常用信号调理电路和记录、显示仪器的工作原理和性能，并能较合理地选用。对动态测试工作的基本问题有一个比较完整的概念，并能初步运用于机械工程中某些参量的测量和产品的试验。三、日常学习要求与考查考试笔试主要题型：基本概念、术语解释简要回答计算题笔试前复习由于课程涉及内容庞杂，讲课时明确重要内容。课程考察与考试成绩组成1.期末笔试(75%80%)2.作业3.课堂回答问题4.实验课代表职责待选课完毕后确定1.及时反馈听课意见2.收发作业3.联系组织实验趣味思考题1.发现输油管有漏油，如何找出漏油口2.如何算出鱼塘中鱼的数量产量？测谎仪与读心术原理？(广义测试)
