机械工程测试技术基础绪论

机械工程测试技术基础广东石油化工学院机电工程学院2015.2主讲：黄崇林老师

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课程内容：

本课程主要介绍机械工程、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）的测量，包括传感器测量原理、测量电路原理和信号分析方法等。绪论信号分析基础测试系统特性传感器原理模拟信号处理数字信号处理虚拟仪器技术工程应用内容如下机械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。学习方法：

书本教材电子教材并重.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。学习时应密切联系实际，加强实验，注意物理概念，才能真正掌握有关理论。

理论学习、实践学习、研究学习三元并重.主要内容：1、测试技术的概念及研究内容2、测试技术的应用3、测试技术的发展趋势4、课程的性质和任务5、测量的基础知识绪论绪论6、小结绪论1、测试技术的基本概念

测试是具有试验性质的测量（MeasurementandTest）。试验是对被研究对象进行实验性研究的过程。测量是为确定被测对象量值而进行的全部操作。测试的目的是从被测对象中获取有用的信息。而信息又蕴涵于信号之中。可见，测试工作始终都需要与信号打交道，包括信号的获取、信号的调理和信号的分析等。信息：是指事物运动的状态和方式，不是物质，不具有能量。如：天气较冷、某处地震、刀具发生了磨损、李四病了。信号：是指信息的表现形式，是物质，具有能量。如：刀具磨损，切削力会加大；李四病了，可能会发烧等。交通信号灯信息信号信息的载体是光信号红灯亮黄灯亮绿灯亮停止通行注意信号与信息的关系测试系统的构成：测试系统的组成框图

被测对象观察者激励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/数字量反馈控制绪论绪论

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。

传感器将被测物理量(如噪声,温度等)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。

信息转换信息提取绪论绪论2、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。

绪论（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。

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绪论b)AGV自动送货车

(AutomaticGuidedVehicle)

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模型绪论c)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绪论d)工业生产在线检测：零件尺寸、产品缺陷、装配定位….

绪论（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。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绪论（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绪论（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：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（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温湿度传感器温度传感器绪论（6）其他应用航天农业交通医学绪论鼠标:光电位移传感器摄像头: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（7）PC机中的测试技术应用绪论3、测试技术的发展趋势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热/光电量绪论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绪论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绪论4、课程的性质和任务本课程为机械类专业的一门技术基础课，学生在学完本课程后应具有下列几方面的知识：绪论(1)掌握信号的时域和频域的描述方法，形成明确的信号频谱结构的概念；掌握谱分析和相关分析的基本原理和方法；掌握数字信号分析中一些最基本的概念和方法。(2)掌握测试系统基本特性的评价方法和不失真测试条件，并能正确地进行测试系统的分析和选择。掌握一、二阶系统的动态特性及其测定方法。(3)了解常用传感器、常用信号调理电路和记录仪器的工作原理和性能，并能进行较合理地选用。(4)对动态测试工作的基本问题有一个比较完整的概念，能初步进行机械工程中某些参数的测试。5、测量的基础知识（1）量与量纲量：指现象、物体或物质可定性区别和定量确定的一种属性。量纲：代表一个实体（被测量）的确定特征，而量纲单位则是该实体的量化基础。基本量：长度、质量、时间、温度、电流、发光强度、物质的量；导出量是由基本量按一定的函数关系来定义的。基本量的量纲：L、M、T、θ、I、N、J；导出量的量纲：力：LMT-2；电阻：L2MT-3I-2。绪论（2）法定计量单位

基本单位：米(m)

、千克(kg)

、秒(s)

、安培(A)

、开(K)

、坎(cd)

、摩(mol)。

辅助单位：弧度（rad）、球面度（sr）导出单位：由基本单位和辅助单位所构成的单位。

P44/45：表2－1、表2－2法定计量单位是强制性的，各行业、各组织都必须遵守执行，以确保单位的一致。

绪论（3）测量误差

1）测量误差的分类：a）系统误差：在相同的测量条件下对同一被测量进行多次测量的过程中保持定值或按一定规律变化的误差。b）随机误差：在相同的测量条件下对同一被测量进行多次测量时，误差的绝对值和符号以不可预知的方式变化的误差。c）粗大误差：明显超出规定条件下的预期值的误差。绪论绪论2）测量误差的表示方法：a）绝对误差：b）相对误差：c）引用误差：d）分贝误差：绪论（4）测量的精度1）测量的精密度：指重复测量所得各测量值的离散程度，反映的是随机误差的大小。