现代测试技术

1、机械工程测试(csh)技术张 hangjun_共四十七页本课程课时：36课时参考书目： 机械工程测试技术高等教育出版社,杨将新等主编(zhbin) 机械工程测试原理与技术重庆大学出版社,秦树人主编考试方式：闭卷考试 （70%） 平时出勤 （15%） 平时作业 （15%）共四十七页第一章 绪论(xln)共四十七页课程内容： 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(dinl)原理和信号分析方法。绪论测量信号描述信号分析基础测试系统特性模拟信号处理数字信号处理 传感器原理工程应用共四

2、十七页 工程测试(csh)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，在教学内容上采编了很多多媒体素材和案例。学习(xux)方法： 书本教材电子教材并重.共四十七页 本课程是培养学生解决实际(shj)工程测量问题能力的专业基础课，具有很强实践性。理论(lln)学习、实践学习、研究学习三元并重.只有通过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和更好的掌握书本知识。共四十七页Project Based Learning： 轨迹(guj)跟踪 培养学生在实践中对知识融会贯通，独立(dl)学习和解决问题的能力 。依托测试技

3、术，可进行测控技术的学习、研究。仓储模型机械手AGV小车共四十七页1.1 测试(csh)技术的基本概念 测试技术是实验科学的一部分，主要研究(ynji)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。 信号与信息：信息的载体称为信号，信息

4、蕴含于信号中；信息的物理表现形式即为信号，信号表达的意义即为信息。 共四十七页 一般说来，测试系统由传感器、中间变换(binhun)装置和显示记录装置三部分组成。 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(xinsh)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。 1.1 测试技术的基本概念 信息转换信息提取 测试技术的任务：研究系统的输入（激励）、输出（响应）和系统本身特性（系统函数或传递函数）以及三者之间的关系。 输入共四十七页 人与机器(j q)的机能对应关系：共四十七页

5、检测(jin c)仪器仪表的作用 工业生产 倍增器 科学研究 先行官 社 会 物化(whu)法官 军 事 战斗力共四十七页工业生产倍增器检测技术是带动国民经济增长的一个(y ) 关键领域在美国：检测技术占4%，拉动经济增长66%共四十七页科学研究的先行官 诺贝尔奖获得者R. R. Ernst说“现代科学的进步越来越依靠尖端仪器(yq)的发展” 俄国化学家门捷列夫指出“科学(kxu)是从测量开始的” 近80年来，与科学仪器密切相关的诺贝尔奖获得者达38人共四十七页军事(jnsh)战斗力 1991年海湾战争精确制导(zhdo)炸弹和导弹占8% 2003年伊拉克战争 90% 1994年美国防部建立自

6、动测试系统执行局立体作战共四十七页检测技术(jsh)在军事上的应用美军研制的未来(wili)单兵作战武器-OICW 夜视瞄准机系统：非冷却红外传感器技术激光测距仪：可精确的定位目标。在发射20毫米高爆弹时，激光测距仪可将目标的距离信息自动传输至高爆弹的爆炸引信，以便精确的设定引爆时间。共四十七页美国国家导弹(dodn)防御计划-NMD检测技术在国防(gufng)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，敌友方共四十七页“物化(whu)法官” 检查(

7、jinch)产品质量 监测环境污染 识别指纹假钞 查服违禁药物 侦破刑事案件共四十七页信号(xnho)调理器、信号(xnho)采集器、信号(xnho)分析仪偏航角、浆距角、电功率、风速(fn s)、风向、温度、气压传感器噪声传感器谐波分析仪风力发电机噪声监测共四十七页1.2 测试(csh)技术的工程应用 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(yngyng)涉及到航天、机械、电力、石化和海洋运输等每一个工程领域。 共四十七页1、工业(gngy)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

8、距离(jl)传感器、触觉传感器、热觉传感器、嗅觉传感器。 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共四十七页b) AGV自动(zdng)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(xioch)位置识别；条形码传感器，货品识别。香港理工AGV模型共四十七页切削力传感器，加工噪声传感器，超声波测距传感器、红外接近(jijn)开关传感器等。密歇根大学(dxu)数字化工厂c) 生产加工过程监测 共四十七页2、流程工业设备运行(ynxng)状态监控 在电力、冶金、石化、化工等流程工业

9、中，生产线上设备运行状态关系到整个生产线流程。通常(tngchng)建立24小时在线监测系统。 石化企业输油管道、储油罐等压力容器的破损和泄露检测。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钢振动纹监测系统武钢风机状态监测系统共四十七页3、产品质量(chn pn zh lin)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(jnxng)测量和出厂检验。 图示为汽车出厂检验原理框图，测量参数

10、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共四十七页4、楼宇控制与安全(nqun)防护 为使建筑物成为安全、健康、舒适、温馨(wn xn)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共四十七页5、家庭(jitng)与办公自动化 在家电产品(chnpn)和办公自动化产品(chnp

11、n)设计中，人们大量的应用了传感器和测试技术来提高产品(chnpn)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共四十七页 家用电器(ji yn din q)：数码(shm)相机、数码(shm)摄像机：自动对焦-红外测距传感器数字体温计：接触式-热敏电阻，非接触式-红外传感器自动感应灯：亮度检测-光敏电阻空调、冰箱、电饭煲：温度检测-热敏电阻、热电偶电话、麦克风：话音转换-驻极电容传感器遥控接收：红外检测-光敏二极管、光敏三极管办公商务：可视

12、对讲、可视电话：图像获取-面阵CCD扫描仪：文档扫描-线阵CCD红外传输数据：红外检测-光敏二极管、光敏三极管医疗卫生：电子血压计：血压检测 - 压力传感器血糖测试仪、胆固醇检测仪 - 离子传感器共四十七页发动机：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(nngd)和爆震传感器等 汽车传感器：汽车电子控制系统(kn zh x tn)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

13、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、可靠性和舒适性等 温度、湿度、风量、日照、加速度、车速、测距、图象等 6、汽车共四十七页共四十七页7、其他(qt)应用航天农业交通医学共四十七页鼠标: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:A/D卡 + D/A卡软驱:速度,位置伺服8、PC机中的测试(csh)技术应用共四十七页智能化虚拟化网络化微型化软测量(cling)技术1.3 测试(csh)技术的发展趋势共四十七页1、传感器方面(fngmin) a)利用新发现(fxin)的材料和新发现(fxin)的生物、物理、化学效应开发出的

14、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热/光电量共四十七页b)传感器+嵌入式计算机 智能(zh nn)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共四十七页1.4 主要传感器和测试仪器生产(shngchn)厂商2、振动/噪声传感器 丹麦B&K（振动测量、声学测量领域最富盛名）/1、工业自动化类传感器 美国霍尼威尔公司（有全球最大传感器技术研究中心） /china共四十七页3、测量(cling)分析仪器 美国国家仪器公司(全球最大的计算机虚拟仪器生产商)/美国Agilent公司(原惠普公司仪器部，著名的测试仪器

15、商)/共四十七页被测对象观察者激励装置标定装置测量装置传感器物理量信号调理电量信号处理电量显示记录电量/数字量反馈控制测试系统的基本(jbn)组成环节共四十七页力位移(wiy) 速度 加速度 压力流量温度电阻(dinz)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 共四十七页思考题： 1. 列出你身边的测试技术(jsh)应用的例子。共四

16、十七页1、直接(zhji)测量与间接测量 直接测量：直接将被测量与标准(biozhn)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1.5 检测方法分类共四十七页 间接测量如测导线(doxin)的导电率：测量与被测量有一定函数(hnsh)关系的参量，被测量由计算获得共四十七页2、开环测量(cling)与闭环测量(cling)开环测量(cling)：反馈测量：特点：简单、直观、明了； 测量精度不高特点：精度高；复杂、成本高、要求高传感器输入量x输出量y传感器输入量x输出量y放大反响传感器共四十七页1.6 测量误差的基本性质(xngzh)与处

17、理测量误差：被测量的测量结果与其(yq)真值的差异。误差大小：1，绝对误差：测量值与真值之差评价相同被测量测量精度2，相对误差：绝对误差与真值之百分比评价不同被测量测量精度3，引用误差：仪器示值误差与仪表测量上限之百分比共四十七页误差分类：1，随机误差：误差值无规律2，系统误差：误差值变化有规律3，粗大误差（寄生误差）：错误测量结果(ji gu)的精度：1，准确度：系统误差，测量结果偏离真值的程度2，精密度：随机误差，测量结果的分散程度3，精确度：系统误差和随机误差共四十七页本课程的性质(xngzh)和内容： 性质：机械工程测试技术是一门专业基础(jch)课程。 内容： 测试理论基础(测试信号

18、的描述、测试信号的分析与处理； 测试系统的基本特性、测试技术应用基础(常用机械量测量的传感器、测试信号的调理及其记录)； 参量测试与应用系统(机械振动的测试、流量的测量、大型旋转机械远程状态监测网络系统) 。共四十七页要求： 1)对机械工程测试工作的概貌和思路有一个比较完整的概念，对机械工程测试系统及其各环节有一个比较清楚的认识，并能初步运用于机械工程中某些动态参量的测试和产品(结构)的动态特性试验。 2)掌握信号在时域与频域的描述方法，建立明确的频域概念；掌握信号频谱分析、相关分析的基本原理和方法，了解数字信号处理(xn ho ch l)的一些基本概念。 3)了解常用传感器、中间调理电路的工作原理和性能，并能依据测试工作的具体要求较为合理地选用。 4)掌握测试装置静、动态特性的评价和测试方法，深刻理解测试装置实现不失真测量的条件，并能正确地运用于测试装置的分析和选择中。 共四十七页内容摘要机械工程测试技术。依托测试技术，可进行测控技术的学习、研究。