1机械工程测试技术绪论

1、华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械工程测试技术机械工程测试技术绪论绪论刘洪山刘洪山 副教授副教授 （电子工程系）（电子工程系）Email: HPhone: 136 1028 0281 136 1028 0281 华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械工程测试技术机械工程测试技术绪论绪论1.1 1.1 测量的基本认识测量的基本认识一方面要采用各一方面要采用各种方法获得客观种方法获得客观事物的量值，这事物的量值，这个任务称之为个任务称之为“测量测量”一方面要采用各一方面要采用各种方法支配或约种方法支配或约束某一客观事物束某一客观事物的进程结果，这的进程结果，这个任务称之为个任务称之

2、为“控制控制”。 没有测量难以认识世界，没有控制便难以改造世界没有测量难以认识世界，没有控制便难以改造世界 华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械工程测试技术机械工程测试技术绪论绪论1.1 1.1 测量的基本认识测量的基本认识华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械工程测试技术机械工程测试技术绪论绪论测量测量 知识的获取往往知识的获取往往从测量开始从测量开始 测量是以确定被测物属性测量是以确定被测物属性为目的的全部操作为目的的全部操作1.1 1.1 测量的基本认识测量的基本认识华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械工程测试技术机械工程测试技术绪论绪论没有测量就没有科学，至少是没

3、有真正意义上的没有测量就没有科学，至少是没有真正意义上的科学科学 （门捷列夫（门捷列夫 ）当你能测量你所谈及的事物并将它用数字表达时，当你能测量你所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，你的知识是贫瘠的且不能能将它用数字表达时，你的知识是贫瘠的且不能令人满意的。（达尔文）令人满意的。（达尔文） 新技术革命的关键技术是信息技术。信息技术由新技术革命的关键技术是信息技术。信息技术由测量技术、计算机技术和通信技术三部分组成。测量技术、计算机技术和通信技术三部分组成。测量技术则是关键和基础测量技术则是关键和

4、基础 。（钱学森）。（钱学森）1.1 1.1 测量的基本认识测量的基本认识华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械工程测试技术机械工程测试技术绪论绪论 被测的量必须有明确的被测的量必须有明确的定义定义 ； 测量测量标准标准必须通过必须通过协议协议事先确定事先确定 对事物实施测量必须要满足如下对事物实施测量必须要满足如下两个前提条件：两个前提条件： 国际计量大会（国际计量大会（CGPMCGPM）定义了）定义了七个基本标准七个基本标准（国际单位（国际单位SISI）：）：长度长度（L,mL,m）、）、质量质量（M,kgM,kg）、）、时间时间（T,sT,s）、）、温度温度（ ,K,K）、）、电流

5、电流（I,AI,A）、）、光强光强（J,cdJ,cd）和原子物理中的）和原子物理中的物质的量物质的量（N,molN,mol） 1.1 1.1 测量的基本认识测量的基本认识华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械工程测试技术机械工程测试技术绪论绪论 在测量技术的发展过程中，由于技术的进步，被在测量技术的发展过程中，由于技术的进步，被测对象和和范畴不断扩大，测对象和和范畴不断扩大，出现了不同性质的测量过出现了不同性质的测量过程，相应出现了一些密切相关的术语程，相应出现了一些密切相关的术语： 1.1 1.1 测量的基本认识测量的基本认识华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械工程测试技术机械

6、工程测试技术绪论绪论 测试技术属测试技术属信息科学技术信息科学技术学科领域，是研究信息学科领域，是研究信息的获取和预处理，以及对相关要素进行控制的理的获取和预处理，以及对相关要素进行控制的理论与技术；是电子、光学、精密机械、计算机技论与技术；是电子、光学、精密机械、计算机技术与信息技术多学科互相渗透而形成的一门高新术与信息技术多学科互相渗透而形成的一门高新技术密集型综合学科。它技术密集型综合学科。它作为信息的源头技术和作为信息的源头技术和核心高新技术之一，是一个国家科学技术发展水核心高新技术之一，是一个国家科学技术发展水平的重要标志。平的重要标志。 1.2 1.2 测试技术的基本认识测试技术的

7、基本认识定义定义华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械工程测试技术机械工程测试技术绪论绪论重要地位重要地位科学研究的科学研究的 先行官先行官工农业生产的工农业生产的倍增器倍增器军事上的军事上的 战斗力战斗力生活中的生活中的 物化法官物化法官测试技术遍及测试技术遍及“吃穿用、农吃穿用、农轻重、海陆空轻重、海陆空”无所不在无所不在 1.2 1.2 测试技术的基本认识测试技术的基本认识华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械工程测试技术机械工程测试技术绪论绪论 检测技术是人们认识客观事物中的重要工具，是检测技术是人们认识客观事物中的重要工具，是从客观事物中取得有关信息的认识过程。在这过从客

8、观事物中取得有关信息的认识过程。在这过程中，借助于专门的设备，通过合适的试验和必程中，借助于专门的设备，通过合适的试验和必要的数学处理，求得所研究对象的有关信息。要的数学处理，求得所研究对象的有关信息。 1.2 1.2 测试技术的基本认识测试技术的基本认识华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械工程测试技术机械工程测试技术绪论绪论1.3 1.3 测试系统的一般构成测试系统的一般构成 一般说来，测试系统的一般说来，测试系统的核心部分核心部分由传由传感器、信号调理和信号分析与处理装置三感器、信号调理和信号分析与处理装置三部分组成。部分组成。被测对象被测对象传感器传感器信号信号调理调理信号信号分

9、析分析与处理与处理物理量物理量电量电量华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械工程测试技术机械工程测试技术绪论绪论1.3 1.3 测试系统的一般构成测试系统的一般构成根据测试任务复杂程度的不同，测试系统中传感根据测试任务复杂程度的不同，测试系统中传感器、中间变换装置和显示记录装置等每个环节又器、中间变换装置和显示记录装置等每个环节又可划分为多个模块组成。可划分为多个模块组成。 机床轴承故障监测系统机床轴承故障监测系统 信号调理部分信号调理部分华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械工程测试技术机械工程测试技术绪论绪论 传感器在测试系统中处于前端，它的性能如何将传感器在测试系统中处于前端

10、，它的性能如何将直接影响整个系统的工作状态与质量。传感器在信直接影响整个系统的工作状态与质量。传感器在信息社会中的作用非同一般。息社会中的作用非同一般。被测对象被测对象传感器传感器信号信号调理调理信号信号分析分析与处理与处理1.4 1.4 传感器的基本认识传感器的基本认识华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械工程测试技术机械工程测试技术绪论绪论传感器是传感器是ITIT时代三时代三大支柱技术之一。大支柱技术之一。 （ITIT行业人士）行业人士）1.4 1.4 传感器的基本认识传感器的基本认识华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械工程测试技术机械工程测试技术绪论绪论ITIT行业的三大支

11、柱技术行业的三大支柱技术计算机技术计算机技术传感器技术传感器技术通信技术通信技术大脑大脑 神经系统神经系统五官五官 被誉称为被誉称为“电电五官五官”, ,是人类是人类五官的补充和五官的补充和扩展扩展1.4 1.4 传感器的基本认识传感器的基本认识华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械工程测试技术机械工程测试技术绪论绪论1.4.1 1.4.1 传感器定义传感器定义 广义上说：广义上说：能感知某一物理量、化学量、生物量等的信息，能感知某一物理量、化学量、生物量等的信息，并能按一定规律将其转化为可以加以利用的信息的装置。并能按一定规律将其转化为可以加以利用的信息的装置。 狭义上说：狭义上说：传

12、感器就是能感知被测量，并能传感器就是能感知被测量，并能按一定规律按一定规律将其将其转化为转化为电量电量的装置。的装置。 根据中华人民共和国根据中华人民共和国国家标准国家标准(GB7665.87)(GB7665.87)传感器通用术传感器通用术语语，传感器，传感器(Transducer/Sensor)(Transducer/Sensor)的定义是：的定义是：能感受规定能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。物理量物理量电电 量量华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械工程测试技术机械工程测试技术绪论绪论通常传感器由通

13、常传感器由敏感元件敏感元件和和转换元件转换元件组成。其中敏组成。其中敏感元件感元件( (Sensing element) )是指传感器中能直接感是指传感器中能直接感受被测量的部分；转换元件受被测量的部分；转换元件(Transition element)是指传感器中能将敏感元件输出量转换为适于传是指传感器中能将敏感元件输出量转换为适于传输和测量的电信号部分。输和测量的电信号部分。1.4.2 1.4.2 传感器的一般构成传感器的一般构成被测信息被测信息敏感元件敏感元件转换元件转换元件辅助电源辅助电源信号调理电路信号调理电路输出信息输出信息华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械工程测试技术机械

14、工程测试技术绪论绪论1.4.2 1.4.2 传感器的一般构成传感器的一般构成F敏感元件敏感元件转换元件转换元件应变效应应变效应：金属导体或半：金属导体或半导体在受到外力作用时会导体在受到外力作用时会产生相应的应变，其电阻产生相应的应变，其电阻也会随之发生变化。也会随之发生变化。华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械工程测试技术机械工程测试技术绪论绪论1.4.2 1.4.2 传感器的一般构成传感器的一般构成 压 力 作 用 膜片形变（应变） 应变片电阻改变 敏感元件敏感元件转换元件转换元件应变式压力传感器结构简图应变式压力传感器结构简图华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械工程测试技

15、术机械工程测试技术绪论绪论1.4.2 1.4.2 传感器的一般构成传感器的一般构成被测信息被测信息敏感元件敏感元件转换元件转换元件辅助电源辅助电源信号调理电路信号调理电路输出信息输出信息有些被测非电量可以有些被测非电量可以直接被变换为电量，直接被变换为电量，这时候传感器中的敏这时候传感器中的敏感元件和转换元件就感元件和转换元件就合二为一了。合二为一了。 有些国家和有些学科有些国家和有些学科领域，将传感器称为变换领域，将传感器称为变换器、探测器或检测器等器、探测器或检测器等华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械工程测试技术机械工程测试技术绪论绪论1.4.3 1.4.3 传感器的分类传感器的

16、分类1)1)按被测物理量分类按被测物理量分类机械量机械量: : 长度、厚度、位移、速度、加速长度、厚度、位移、速度、加速 度、度、 旋转角、转数、质量、重量、力、旋转角、转数、质量、重量、力、压力、真空度、力矩、风速、流速、流量压力、真空度、力矩、风速、流速、流量化学量：化学量：湿度、湿度、PHPH值值声声: : 声压、噪声声压、噪声磁磁: : 磁通、磁场磁通、磁场温度温度: : 温度、热量、比热温度、热量、比热光：光： 亮度、色彩亮度、色彩适用于使用者适用于使用者2)2)按传感器工作原理分类按传感器工作原理分类应变式、压电式、光电式、红应变式、压电式、光电式、红外式、光纤式、电阻式、电容外式

17、、光纤式、电阻式、电容式、电感式等式、电感式等 适用于专业人士适用于专业人士华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械工程测试技术机械工程测试技术绪论绪论1.4.3 1.4.3 传感器的分类传感器的分类3)3)按能量关系分类按能量关系分类能量转换型（无源型）能量转换型（无源型）: :直接由被测对象输入能量直接由被测对象输入能量 使其工作。例如使其工作。例如: :热电偶温度计热电偶温度计, ,压电式加速度计压电式加速度计. .能量控制型（有源型）能量控制型（有源型）: :从外部供给能量并由被测从外部供给能量并由被测量控制外部供给能量的变化量控制外部供给能量的变化. .例如例如: :电阻应变片电

18、阻应变片. .振动式地音入侵振动式地音入侵探测器探测器华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械工程测试技术机械工程测试技术绪论绪论4)4)敏感元件与被测对象之间关系敏感元件与被测对象之间关系物性型物性型: :依靠敏感元件材料本身物理性质的变化依靠敏感元件材料本身物理性质的变化来实现信号变换来实现信号变换. .如如: :光敏电阻。光敏电阻。结构型结构型: :依靠传感器结构参数的变化实现信号转依靠传感器结构参数的变化实现信号转变。变。 例如例如: :电容式和电感式传感器电容式和电感式传感器1.4.3 1.4.3 传感器的分类传感器的分类华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械工程测试技术机

19、械工程测试技术绪论绪论1.5 1.5 测试技术的工程应用测试技术的工程应用 在工程技术领在工程技术领域中，工程研究、域中，工程研究、产品开发、生产监产品开发、生产监督、质量控制和性督、质量控制和性能实验等，都离不能实验等，都离不开测试技术。测试开测试技术。测试技术几乎涉及任何技术几乎涉及任何一项工程领域：工一项工程领域：工业、农业、航空航业、农业、航空航天、军事、生物、天、军事、生物、海洋、气象、地质、海洋、气象、地质、雷达、通信以及机雷达、通信以及机械、电子等工械、电子等工程程航天航天农业农业医学医学军事军事华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械工程测试技术机械工程测试技术绪论绪论20

20、082008年世界传感器市场情况年世界传感器市场情况1.5 1.5 测试技术的工程应用测试技术的工程应用华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械工程测试技术机械工程测试技术绪论绪论1.5 1.5 测试技术的工程应用测试技术的工程应用华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械工程测试技术机械工程测试技术绪论绪论1.5 1.5 测试技术的工程应用测试技术的工程应用华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械工程测试技术机械工程测试技术绪论绪论1.5 1.5 测试技术的工程应用测试技术的工程应用烟雾报警器烟雾报警器家用电器家用电器电子体温计电子体温计酒精测试计酒精测试计麦克风麦克风华南农业大学

21、工程学院华南农业大学工程学院机械工程测试技术机械工程测试技术绪论绪论华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械工程测试技术机械工程测试技术绪论绪论1.5 1.5 测试技术的工程应用测试技术的工程应用华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械工程测试技术机械工程测试技术绪论绪论机械手机械手1.5 1.5 测试技术的工程应用测试技术的工程应用华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械工程测试技术机械工程测试技术绪论绪论车速测量车速测量管道检漏管道检漏1.5 1.5 测试技术的工程应用测试技术的工程应用华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械工程测试技术机械工程测试技术绪论绪论1.5 1.

22、5 测试技术的工程应用测试技术的工程应用华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械工程测试技术机械工程测试技术绪论绪论华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械工程测试技术机械工程测试技术绪论绪论 传感器的发展有近两百年的历史，近二十年传感器的发展有近两百年的历史，近二十年来发展十分迅速，目前，据统计目前全世界约有来发展十分迅速，目前，据统计目前全世界约有4040个国家从事传感器的研制、生产和开发，研发个国家从事传感器的研制、生产和开发，研发机构机构60006000余家。余家。 其中以美、日、俄等国实力较强，美、日、其中以美、日、俄等国实力较强，美、日、俄等国建立了包括物理量、化学量、生物

23、量三大俄等国建立了包括物理量、化学量、生物量三大门类的传感器产业，产品门类的传感器产业，产品2000020000多种，大企业的多种，大企业的年生产能力达到几千万支到几亿支。年生产能力达到几千万支到几亿支。 1.6 1.6 测试技术的发展趋势测试技术的发展趋势华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械工程测试技术机械工程测试技术绪论绪论1.6 1.6 测试技术的发展趋势测试技术的发展趋势催生测试技术迅催生测试技术迅猛发展的的土壤猛发展的的土壤华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械工程测试技术机械工程测试技术绪论绪论聋哑传感器聋哑传感器智能传感器智能传感器网络传感器网络传感器传感器的发展传

24、感器的发展1.6 1.6 测试技术的发展趋势测试技术的发展趋势华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械工程测试技术机械工程测试技术绪论绪论 Micro(small) 微型化微型化 Electro(electric components/functionality) 电气元件电气元件 Mechanical(mechanical components/functionality) 机构和机械装置机构和机械装置 Systems(integrated, system-like functionality) 集成模块化集成模块化What are MEMS?http:/eed.gsfc.nasa.go

25、v/562/SA_MEMs.htmhttp:/ 1.6 测试技术的发展趋势测试技术的发展趋势华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械工程测试技术机械工程测试技术绪论绪论物联网物联网（ The Internet of things ）1.6 1.6 测试技术的发展趋势测试技术的发展趋势华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械工程测试技术机械工程测试技术绪论绪论42 通过通过射频识别（射频识别（RFID）、红外感应器红外感应器、全球定位系统全球定位系统、激光扫描器激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品物品与与互互联网联网相连接，进行信息交换和

26、通信，以实现智能化识别、定位、相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络概念。跟踪、监控和管理的一种网络概念。“中国式中国式”物联网定义物联网定义 一个基于互联网、传统电信网等信息承载体，让所有能够一个基于互联网、传统电信网等信息承载体，让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络。它具有被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络。它具有普通普通对象设备化对象设备化、自治终端互联化自治终端互联化和和普适服务智能化普适服务智能化3个重要特征。个重要特征。“一句式一句式”理解物联网理解物联网把所有物品通过信息传感设备与互联网连接起来，以实现智能把所有物品

27、通过信息传感设备与互联网连接起来，以实现智能化识别和管理。化识别和管理。定义定义华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械工程测试技术机械工程测试技术绪论绪论粮食仓储系统粮食仓储系统建设思路粮食仓储系统建设思路1.6 1.6 测试技术的发展趋势测试技术的发展趋势华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械工程测试技术机械工程测试技术绪论绪论虚拟仪器虚拟仪器National Instrument公司公司提出的计算机虚拟仪器提出的计算机虚拟仪器 七十年代，美国七十年代，美国国家仪器公司国家仪器公司NINI提出提出“软件即是仪器软件即是仪器”的的概念，推出了概念，推出了LabVIEWLabVIEW直观的流程图编程风直观的流程图编程风格的软件开发和运行格的软件开发和运行平台，引发了测控技平台，引发了测控技术领域的一场重大变术领域的一场重大变革，使得计算机和网革，使得计算机和网络技术得以长驱直入络技术得以长驱直入仪器领域，开启了虚仪器领域，开启了虚拟仪器（拟仪器（VIVI）的先河。）的先河。 1.6 1.6 测试技术的发展趋势测试技术的发展趋势华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院机械工程测试技术机械工程测试技术绪论绪论1.7 1.7 课程安排课程安排绪绪论论信信号号的的获获取取课课堂