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1、工程测试技术基础,中南大学机电工程学院,课程内容：,本课程主要介绍工业自动化,环境监测,楼宇控制,交通等领域中常见物理量(压力、应变、位移、加速度、温度等）的传感器测量原理、测量电路原理和信号分析方法。,工程测试技术基础,工程测试技术基础是一门与材料科学、微电子技术、信息技术密切相关的快速发展的学科。为弥补书本教材内容滞后于学科发展的问题，在教学内容上我们采编了很多多媒体素材和案例。,工程测试技术基础,学习方法：,工程测试技术基础,本课程是培养学生解决实际工程测量问题能力的专业基础课，具有很强实践性。学习时应充分利用课程所开设实验和仿真实验。,理论学习、实践学习、研究学习 三元并重.,只有通过
2、足够的实验和仿真实验操作，才能得到应有的实际动手能力培养和更好的掌握书本知识。,Project Based Learning：, 轨迹跟踪,工程测试技术基础,培养学生在实践中对知识融会贯通，独立学习和解决问题的能力 。,仓储模型,机械手,AGV小车,以案例和实验为主线：,工程测试技术基础,教学方法：,煤气包高度测量 桥梁固频测量 机翼模态分析 索道检测,解决侧重课本教学存在的问题： 1.测试技术应用、发展部分空洞； 2.传感器部分没有实物对象、枯燥无味； 3.信号分析理论部分深奥、难懂。,第一章、绪论,本章学习要求：,1.掌握测试技术的概念及研究内容 2.了解测试技术的应用情况 3.了解测试技
3、术的发展动态 4.了解主要测试仪器生产厂商,工程测试技术基础,第一章、绪论,1.1 测试技术的基本概念,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出。如图所示的声级计。,一般说来，测试系统由传感器、中间变换装置和显
4、示记录装置三部分组成。,1.1 测试技术的基本概念,传感器将被测物理量(如噪声,温度) 检出并转换为电量，中间变换装置对接收到的电信号用硬件电路进行分析处理或经A/D变换后用软件进行信号分析，显示记录装置则测量结果显示出来，提供给观察者或其它自动控制装置。,电量及非电量在科学实验中及生产制造过程中，研究与观测的对象是多种多样的，因此，物理量也是多种多样的，这些物理量可大致分为两大类，即电量与非电量。电 量：电流I、电压V、电荷Q、电功率W、电路参数R 、L、C和电信号频率f 等等；非电量：除电量以外的一切物理量，如高度、速度、重量、压力、温度等。,非电量电测技术,自从人类发现了电能并加以利用以
5、后，伴随着出现了各种电量的测量仪表。随着电子技术的发展，使对电量的测量技术相应得到提高。电量的测量特点是机械量测量所不能比拟的，基于电量测量的优点，人们根据一些物理原理及效应，把一些非电量转化成电量，然后用电测仪表对其进行测量和标定，这就形成了非电量电测法用电量测量方法来测量非电量。,非电量电测法的特点：使测量仪器统一化，规格化。不同的非电量转换成相同的电量，使后继仪器标准化。 便于信号长距离传输、远程监测及控制。 对参数进行动态测量（信号随时间变化），可测量其瞬时值及变化过程。 可测微小信号及瞬变信号（作用时间很短）。 易于与计算机联接，分析处理方便。,第一章、绪论,1.2 测试技术的工程应
6、用,在工程领域，科学实验、产品开发、生产监督、质量控制等，都离不开测试技术。测试技术应用涉及到航天、机械、电力、石化和海洋运输等每一个工程领域。,1、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、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。,1.2 测试技术的工程应用,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。,密歇根大学的机械手装配模型,广州中鸣数码的机器狗,b) 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。,
7、1.2 测试技术的工程应用,香港理工AGV模型,c) 生产加工过程监测,1.2 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,1.2 测试技术的工程应用,2、流程工业设备运行状态监控,在电力、冶金、石化、化工等流程工业中，生产线上设备运行状态关系到整个生产线流程。通常建立24小时在线监测系统。,扬子石化50MW热电机组监测系统 阳逻电厂300MW汽轮机组监测系统 荆门电厂200MW机组监测系统 青山热电厂生产信息实时查询系统 沙角电厂生产信息实时查询系统 宝钢30KW以上风机监测系统 宝钢精轧F2轧机网络化监测系统 宝钢冷轧带
8、钢振动纹监测系统 武钢风机状态监测系统,1.2 测试技术的工程应用,3、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。,图示为汽车出厂检验原理框图，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。,汽车扭距测量,机床加工精度测量,1.2 测试技术的工程应用,4、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
9、：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。,1.2 测试技术的工程应用,5、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,1.2 测试技术的工程应用,5、其他应用,航天,农业,交通,医学,1.2 测试技术的工程应用,6、PC机中的测试技术应用,鼠标:光电位移传感器,摄象头:CCD传感器,声位笔:超声波传感器,麦克风:电容传声器,声卡
10、:A/D卡 + D/A卡,软驱:速度,位置伺服,6、PC机中的测试技术应用,1.2.6 PC机中的测试技术应用,个人测试实验室,1.3 测试技术的发展趋势,第一章、绪论,1、传感器方面,a)利用新发现的材料和新发现的生物、物理、化学效应开发出的新型传感器,光纤流速传感器,荧光材料制作的电子鼻传感器,生物酶血样分析传感器,第一章、绪论,b)传感器+嵌入式计算机 智能传感器,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,1.3 测试技术的发展趋势,2、测量信号处理方面,计算机虚拟仪器技术,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,优点,我们的工作,第一章、绪论,1.3主要传感器和测试仪器生产厂商,1.3主要测试仪器生产厂商,3、测量分析仪器,第一章、绪论,思考题：,1. 列出你身边的测试技术应用的例子。,
