机械工程测试技术 机械工程测试原理与技术

1、机械工程测试原理与技术课程内内容如下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。内容如下绪绪论信号基础传感理测试特性模拟处理数字虚拟工程用第一章、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， 但精度底，无法实现测量自动化。用。为提

2、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。测试技术的基本概念一般说来，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。信息转换信息转换信息提取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。人与机器的机能对应关系：检测仪器仪表的作用检测仪器仪表的作用工业生产 倍增器科学研究 先行官军事战斗力社会物化法官工业生产倍增器工业生产倍增器4%，拉动

3、经济增长66%科学研究的先行官科学研究的先行官诺贝尔奖获得者RRErnst说“现代科学的进步越来越依靠尖端仪器的发展”俄国化学家门捷列夫指出“科学是从测量开始的”近80年来，与科学仪器密切相关的诺贝尔奖获得者达38人军事战斗力军事战斗力1991年海湾战争 精确制导炸弹和导弹占8%2003年伊拉克战争90%1994年美国防部建立自动测试系统执行局立体作战检测技术在军事上的应用检测技术在军事上的应用美军研制的未来单兵作战武器-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

4、间。检测技术在国防领域的应用检测技术在国防领域的应用美国国家导弹防御计划-NMD地基拦截器早期预警系统前沿部署(如雷达）管理与控制系统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“物化法官”检查产品质量监测环境污染查服违禁药物识别指纹假钞侦破刑事案件第一章、绪论测试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。1.2 测试技术的工程应用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。机

5、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。密歇根大学的机械手装配模型广州中鸣数码的机器狗1.2 测试技术的工程应用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。香港理工AGV模型1.2 测试技术的工程应用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。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

6、系到整个生产线流程。通常建立24小时在线监测系统。和泄露检 测。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

7、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1.2 测试技术的工程应用5、办公自动化在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。指纹传感器透光率传感器温湿度传感器温度传感器6、日常生活及家庭用品家用电器：数码相机、数码摄像机：自动对焦-红外测距传感器自动感应灯：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、光敏三极管可视对讲、可视电话：图像获取-面阵CCD办公商务：扫描仪：文档扫描-线阵CCD红外

8、传输数据：红外检测-光敏二极管、光敏三极管医疗卫生：数字体温计：接触式-热敏电阻，非接触式-红外传感器电子血压计：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)。7、汽车汽车传感器：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。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

9、震传感器等底盘：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、可靠性和舒适性等温度、湿度、风量、日照、加速度、车速、测距、图象等1.2 测试技术的工程应用航天农业交通医学8、其他应用航天农业交通医学测试技术的工程应用9、PC机中的测试技术应用鼠标:光电位移传感器鼠标: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麦克风:电容传声器声卡:A/D+ D/A卡软驱:速度,位置伺服测试技术的发展趋势智能化虚拟化网络化微型化软测量技术第一章、绪论1、传感器方面生物酶血样分析传感器荧光

10、材料制作的电子鼻传感器光纤流速传感器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荧光材料制作的电子鼻传感器光纤流速传感器热/光电量智能倾角RS232 传感器IC总线数字温度传感器嵌入式计算机第一章、绪论智能倾角RS232 传感器IC总线数字温度传感器嵌入式计算机振动网络传感器传感器+ 智能传感器振动网络传感器智能压力网络传感器智能压力网络传感器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 代替传统仪器优用计算机软件 代替硬件分析电路点我们的工作我们的工作第一章、绪论主要传感器和测试仪器生产厂商1、工业自动化类传感器美

11、国霍尼威尔公司（有全球最大传感器技术研究中心） HYPERLINK /china /china2、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） HYPERLINK / /主要测试仪器生产厂商3、测量分析仪器 HYPERLINK / /美国国家仪器公司(全球最大的计算机虚拟仪器生产商 HYPERLINK / /美国Agilent公司(原惠普公司仪器部，著名的测试仪器商) HYPERLINK / /重庆大学虚拟测试仪器重庆大学虚拟测试仪器基于PDA的虚拟仪器器器机典型机械测试系统结构典型机械测试系统结构对对测量装置多路A/D多路DI计数器象功率放大及执行机构多路D/A通用计算机平台

12、器多路DO计数器机力 加速度压力电阻式电容式电感式压电式热电式光电式磁电式电桥放大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、检测方法分类1、直接测量与间接测量直接测量：直接将被测量与标准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）相对测量间接测量测量与被测量有一定函数关系的参量，被测量由计算获得如测导线的导电率： d2R2、开环测量与闭环测量传感器开环测传感器量：输入量x输出量y特点：简单、直观、明了； 测