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1、工程测试技术Measurement&TestingInEngineering凌宏江副教授材料学院09级工程测试技术电子教案2011-2012学年第一学期目 录第一章第一章绪绪 论论第二章第二章信号分析基础信号分析基础第三章第三章传感器测量原理传感器测量原理第四章第四章信号处理信号处理第五章第五章测试系统特性测试系统特性第六章第六章计算机化测试系统计算机化测试系统2第一章第一章 绪绪 论论本章学习要求：本章学习要求：1.掌握测试技术的概念及研究内容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了解测试技术的应用情况3.了解测试技术的发展动态了解测试技术的发展动态4.了解主要测试仪器生产厂
2、商了解主要测试仪器生产厂商3本章目录本章目录1.1课程简介课程简介1.2测试技术的基本概念测试技术的基本概念1.3测试技术的工程应用测试技术的工程应用1.4测试技术的发展趋势测试技术的发展趋势1.5主要测试仪器生产厂商主要测试仪器生产厂商41.1课程简介课程简介1.1.1课程的性质、目的和任务课程的性质、目的和任务工程测试技术是机械大类专业的平台课程。通过本课程的学习可以获得传感器测量原理、测量信号处理方法和计算机测量系统等方面的基础知识，并掌握力、压力、温度、位移等常见物理量的测量和应用方法。51.1.2基本要求基本要求本课程分为概论、信号分析基础、传感器测量原理、信号处理技术、测试系统基本
3、特性、计算机化测试系统和常见物理量测量与应用几部分。学完本课程应具有下列几方面的知识：1.掌握测量信号分析的主要方法，明白波形图、频谱图的含义，具备从示波器、频谱分析仪中读取、解读测量信息的能力。2.掌握传感器的种类和工作原理，能针对工程问题选用合适的传感器。3.掌握温度、压力、力、位移等常见物理量的测量方法，了解其在工业自动化、环境监测、楼宇控制、医疗、家庭和办公室自动化等领域的应用。4.了解计算机测试系统的构成，知晓用计算机测试系统进行测量的方法、步骤和应该注意的问题。61.1.3课程内容与学时安排课程内容与学时安排第一章绪论（2学时）第二章信号分析基础（6学时）第三章传感器测量原理（10
4、学时）第四章信号处理（8学时）第五章测试系统特性（2学时）第六章计算机化测试系统（2学时）第七章课程总结（2学时）实验（8学时）1.波形合成与分解，波形图、谱图的识图2.输送线模型多传感器综合应用（红外、光电、铁磁等）3.环境监测（烟雾、酒精、温度、湿度、亮度、噪声等）4.转子实验台模型转速和振动测量、现场动平衡合计：32+8学时71.1.4教材与参考资料教材与参考资料教材：工程测试与信息处理（第二版）华中科技大学卢文祥等编华中科技大学出版社2005.3参考书：工程测试技术华中科技大学康宜华主编机械工业出版社2005.781.2测试技术的基本概念测试技术的基本概念测试技术是实验科学的一部分，主
5、要研究各种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物理量的测量原理和和测量信号分析处理测量信号分析处理方法。方法。测试技术是进行各种科学实验研究和生产过程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。参数测量必不可少的手段，起着人的感官的作用。简单的测试系统可简单的测试系统可以只有一个模块，以只有一个模块，如玻璃管温度计。如玻璃管温度计。它直接将被温度变它直接将被温度变化转化液面示值。化转化液面示值。没有电量转换和分没有电量转换和分析电路，很简单，析电路，很简单，但精度底，无法实但精度底，无法实现测量自动化。现测量自动化。 为提高测量精度和
6、为提高测量精度和自动化程度，以便自动化程度，以便于和其它环节一起于和其它环节一起构成自动化装置，构成自动化装置，通常先将被测物理通常先将被测物理量转换为电量，再量转换为电量，再对电信号进行处理对电信号进行处理和输出。如图所示和输出。如图所示的声级计。的声级计。 91.2.1测试系统的基本组成测试系统的基本组成一般说来，测试系统由传感器、中间变换装置一般说来，测试系统由传感器、中间变换装置和显示记录装置三部分组成。和显示记录装置三部分组成。 传感器传感器将被测物理量将被测物理量( (如噪声如噪声, ,温度温度) ) 检出并转换为检出并转换为电量电量； 中间变换装置中间变换装置对接收到的电信号用硬
7、件电路进行分析处理对接收到的电信号用硬件电路进行分析处理或经或经A/D变换后用软件进行变换后用软件进行信号分析；信号分析； 显示记录装置显示记录装置则将测量结果显示和则将测量结果显示和/ /或记录下来，提供给观或记录下来，提供给观察者或其它自动控制装置。察者或其它自动控制装置。信息转换信息转换信息提取信息提取101.2.2典型工业过程的测量与控制电源管理传感器信号调理信号处理微处理器通讯接口热管理111.3测试技术的工程应用测试技术的工程应用1.3.1工业自动化中的应用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，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
8、组成部分。是其重要组成部分。1. 机械手、机器人中的传感器机械手、机器人中的传感器 转转动动/ /移移动动位位置置传传感感器器、力力传传感感器器、视视觉觉传传感感器器、听听觉觉传传感感器器、接接近距离传感器、触觉传感器、热觉传感器、嗅觉传感器。近距离传感器、触觉传感器、热觉传感器、嗅觉传感器。 密歇根大学的机械手装配模型密歇根大学的机械手装配模型广州中鸣数码的机器狗广州中鸣数码的机器狗122.AGV自动送货车自动送货车超声波测距传感器、判断建筑物内人和物所在超声波测距传感器、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位置；红外线色彩传感器运动轨迹和AGV小车位置小车位置识别；条形码
9、传感器，货品识别。识别；条形码传感器，货品识别。香港理工香港理工AGV模型模型133.生产加工过程监测生产加工过程监测切削力传感切削力传感器，加工噪声传器，加工噪声传感器，超声波测感器，超声波测距传感器、红外距传感器、红外接近开关传感器接近开关传感器等。等。密歇根大学数字化工厂密歇根大学数字化工厂141.3.2工业设备运行状态监控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。通常产线上设备运行状态关系到整个生产线流程。通常建立建立24小时在线监测系统。小时在线监测系统。石化企业输油石化企业输油管道、储
10、油罐管道、储油罐等压力容器的等压力容器的破损和泄露检破损和泄露检测。测。151.3.3产品质量检测产品质量检测在汽车、机床等设备，电机、发动机等零部件出厂时，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。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，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。工程师可以了解产品质量。汽车扭距测量汽车扭距测量机床加工精度测量机床加工精度
11、测量161.3.4楼宇控制与安全防护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、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。电梯运行状况。 某公司楼宇自动化系统。某公司楼宇自动化系统。该系统分为：电源管理、安全该系统分为：电源管理、安全监测、照明控制、空调控制、监测、照明控制、空调控制、停车管理、水及废水管理和电停车管理、水及废水管理和电梯监控。
12、梯监控。烟雾传感器亮度传感器红外人体探测器171.3.5家庭与办公自动化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。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：全自动洗衣机中的传感器：衣物重量传感器，衣质传感衣物重量传感器，衣质传感器，水温传感器，水质传感器，水温传感器，水质传感器，透光率光传感器器，透光率光传感器( (洗净度洗净度) ) 液位传感器，电阻传感器液位传感器，电阻传感器( (衣物烘干检测衣物烘干检测) )。指纹传感器指纹传感器透光率传感器透光率传感器温湿
13、度传感器温湿度传感器温度传感器温度传感器181.3.6PC机中的测试技术应用机中的测试技术应用鼠标鼠标: :光电位移传感器光电位移传感器摄象头摄象头:图像传感器图像传感器麦克风麦克风: :电容传声器电容传声器声卡声卡:A/D卡卡+D/A卡卡主板主板: :温度、电压、转速温度、电压、转速硬盘硬盘: :速度速度, ,位置伺服位置伺服191.3.7其他应用其他应用航天航天农业农业交通交通医学医学201.4测试技术的发展趋势测试技术的发展趋势1.4.1传感器方面1.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。生物酶血样分析传感器生物酶血样分析传感器热热/光光电量电量光纤流速传感器
14、光纤流速传感器荧光材荧光材料制作料制作的电子的电子鼻传感鼻传感器器212.智能传感器传感器+嵌入式计算机智能传感器Sensor+EmbeddedComputerSmartsensor 智能压力网智能压力网络传感器络传感器 智能倾角智能倾角RS-232传感器传感器 单总线数字温单总线数字温度传感器度传感器221.4.2测试系统方面1.模拟测试系统；2.数字化测试系统；3.智能化测试系统；4.虚拟仪器。1234231.5主要传感器和测试仪器生产商主要传感器和测试仪器生产商1. 工业自动化类传感器工业自动化类传感器 美国美国霍尼威尔霍尼威尔公司（有全球最大公司（有全球最大传感器传感器技术研究中心）技
15、术研究中心）2、振动振动/ /噪声传感器噪声传感器丹麦丹麦B&K（振动测量、声学测量领域最富盛名振动测量、声学测量领域最富盛名）243. 美国国家仪器公司美国国家仪器公司( (全球最大的计算机虚拟仪器生产商全球最大的计算机虚拟仪器生产商) )4.美国美国Agilent公司公司(原惠普公司仪器部，著名的测试仪器商原惠普公司仪器部，著名的测试仪器商)25主要芯片供应商1.Intel(全球最大全球最大CPU和芯片组生产商和芯片组生产商)2.Motorola26主要芯片供应商（续）3.TexasInstruments(TI)4.MaximIntegratedProducts27主要芯片供应商（续）5.
16、PhilipsElectronics6.WinbondElectronicsCorp.7.AtmelCorporation28本章小结本章小结1.测试技术主要研究各种测试技术主要研究各种物理量的测量原理物理量的测量原理和和测量信号分析处理测量信号分析处理方法；方法；2.一般说来，测试系统由一般说来，测试系统由传感器传感器、中间变换中间变换装置装置和和显示记录装置显示记录装置三部分组成；三部分组成；3.测试技术在工程中的应用测试技术在工程中的应用极其广泛极其广泛；4.测试技术的发展有赖于测试技术的发展有赖于新型传感器新型传感器、智能智能传感器传感器及及计算机化测试系统计算机化测试系统的发展。的发
17、展。2930WilliamThomson(LordKelvin)1824-1907Whenyoumeasurewhatyouarespeakingaboutandexpressitinnumbers,youknowsomethingaboutit,butwhenyoucannotexpressitinnumbersyourknowledgeaboutisofameagreandunsatisfactorykind.（当你能测量你在谈及的事物，并将它用数字表达时，你对它便是有所了解的；而当你不能测量它，不能将它用数字表达时，你的知识是贫瘠的和不能令人满意的。）31H-bridgesometime
18、scalledafullbridge.theH-bridgeissonamedbecauseithasfourswitchingelementsatthecornersoftheHandthemotorformsthecrossbar.Thebasicbridgeisshowninthefiguretotheright.High Side LeftHigh Side RightLower LeftLower RightQuadrant DescriptionOnOffOffOnMotor goes ClockwiseOffOnOnOffMotor goes Counter-clockwiseOnOnOffOffMotor brakes and deceleratesOffOffOnOnMotor brakes and decelerates32罗技罗技MX518鼠标鼠标33罗技罗技MX51834罗技罗技MX518光路图光路图35罗技罗技MX518电路图电路图36光电鼠标原理图光电鼠标原理图37
