工程测试技术-0

机械工程测试技术林富生

Lfsfs@163.coQ:64428786（仁者）武汉纺织大学机械工程与自动化学院教材及参考书目1

《工程测试与信号处理》第二版，蔡共宣等主编，华中科技大学出版社，2009

2

《工程测试技术基础》，曾光奇等主编，华中科技大学出版社，20023《机械工程测试技术》,陈花玲主编,机械工业出版社，2002

4

《测试技术——理论与应用》，黄惟一、黄钧芳等编著,国防工业出版社，1988

5

《机械工程测试技术基础》，李迅波编著，电子科技大学出版社，

1998

考勤5%＋回答问题10%＋平时作业10%＋实验5%教学规则与课程成绩成绩

平时成绩考勤不定期点名。期末对2次未到的同学扣全部考勤分，事先请假并获批准的除外。课堂纪律除提出问题、回答问题、讨论问题之外，不准说话。严禁使用手机等，违者没收。期末考试＋闭卷考试70%教学方式试图结合当前的工程应用实际，讲授较新的知识努力培养学生自主学习的能力

提供一些课堂演示及实验演示鼓励大家多思考，多提问

课堂提问多，并记录，作为平时考核依据课程内容结构第一部分:绪论学习本课程的意义

测试的基本概念

测试技术的内容测试技术的任务

测试方法的分类及测试系统的组成

测试技术的发展

本课程的主要内容

第二部分：信号分析基础信息及信号的基础和分类周期信号、非周期信号、随机信号特征第三部分:测试装置的静、动态响应特性

测试装置的静态、动态响应特性不失真测试的条件典型输入信号的响应

第四部分:工程中常用传感器的转换原理及应用

常用传感器分类电阻式、电容式、电感式传感器磁电式、压电式、磁敏式、热敏式及气敏式传感器超声波、光电式、光纤式、CCD、生物传感器第五部分:信号调理方法电桥转换信号调制滤波器原理模-数转换原理

第六部分:信号分析仪及微机测试系统简介

信号分析仪微机测试系统举例第七部分:记录及存储仪器

磁带记录器磁盘存储器

光盘记录器第八部分:虚拟仪器及工程应用

概述硬件

开发平台应用举例

第九部分:典型非电量参量的测量方法

振动测量位移测量速度测量噪声测量温度测量压力测量应力应变测量1学习本课程的意义2测试的基本概念3测试技术的内容4测试技术的任务5测试方法的分类及测试系统的组成主要内容：绪论例一：多信号源时域波形例二：仿真汽车振动信号和信息

据有关资料统计：大型发电机组需要3000只传感器及其配套监测仪表；大型石油化工厂将要6000只传感器及其配套监测仪表；钢铁厂需要20000只传感器及其配套监测仪器；电站需要5000只传感器及其配套监测仪器；一架飞机需要3600只传感器及其配套随测仪器；一辆汽车需要30～100只传感器及其配套监测仪器。1学习本课程的意义MATLAB演示

测试技术是信息技术三大支柱(测试控制技术、计算机技术和通信技术)之一。跟日常生活、科学研究、工程技术、现代装备关系密切。绪论

以电厂为例以精密机械加工为例

使用先进的测试技术已经成为经济高度发展和科技现代化的重要标志之一。

测量是指确定被测对象属性量值为目的的全部操作；

测试是具有试验性质的测量，或者可以理解为测量和试验的综合。

2测试的基本概念3测试技术的内容

测试技术研究的主要内容包括四个方面，即：测量方法测量系统数据处理测量原理4测试技术的任务测试技术的任务主要有以下五个方面：在设备设计中，通过对新旧产品的模型试验或现场实测的评价，为技术参数的优化和效率的提高提供基础数据；

在设备改造中，为了挖掘设备的潜力，以便提高产量和质量，经常需要实测设备或零件的载荷、应力、工艺参数和电机参数，为设备强度校验和承载能力的提高提供依据；在工作和生活环境的净化及监测中，经常需要测量振动和噪声的强度及频谱，经过分析找出振源，并采取相应的减振、防噪措施，改善劳动条件与工作环境，保证人的身心健康；

在工业自动化生产中，通过对工艺参数的测试和数据采集，实现对设备的状态监测、质量控制和故障诊断。

科学规律的发现和新的定律、公式的诞生都离不开测试技术。从实验中可以发现规律，验证理论研究结果，实验与理论可以相互促进，共同发展。例题1：

雷莱用不同方法制取氮，测得氮气相对密度平均值及其标准差为

两者差值

而标准差

雷塞姆

为了研究电阻y与温度x之间的关系，我们可以采用最小二乘法和回归分析方法。把数据点在坐标纸上，这种图叫散点图，从散点图可以看出，电阻y与温度x大致成线性关系。因此，我们假设x与y之间的内在关系是一条直线，这些点与直线的偏离是试验过程中其他一些随机因素的影响而引起的。这样就可以假设这组测量数据有如下结构形式：

回归分析方法例题2：

测量某导线在一定温度x下的电阻值y得如下结果：

试找出它们之间的内在关系。

5．1测试方法的分类

5测试方法的分类及测试系统的组成

1)按是否直接测定被测量的原则分类

按照获得测量参数结果的方法不同，通常可把测量方法分为直接测量法和间接测量法。

直接测量法是指被测量直接与测量单位进行比较，或者用预先标定好的测量仪器或测试设备进行测量，而不需要对所获取数据进行运算的测量方法。比如：用直尺测量长度、用水银温度计测温、用万用表测量电压、电流、电阻值等。

间接测量法是指被测量的数值不能直接由测试设备上获得。而是通过所测量到的数值同被测量间的某种函数关系经运算而获得的被测值的测量方法。

例如：对一台汽车发动机的输出功率进行测量时，总是先测出发动机转速及输出扭矩，再由关系式算出其功率值。

2)按传感器是否与被测物接触分类

按照传感器是否与被测物体有机械接触的原则可以将测量方法分为接触测量法与非接触测量法。

接触测量法往往比较简单，比如测量振动时常用带磁铁座的加速度计直接放在所测位置进行测量。

非接触测量法可以避免传感器对被测对象的机械作用及对其特性的影响，也可避免传感器受到磨损。

3)按被测量是否随时间变化分类

在讨论测量问题时，有时会遇到“静态测量”和“动态测量”两个术语。其“静态”和“动态”是指被测量值是否随时间而变化，而不是指被测物体是否处于机械静止或运动。

当被测量值可以认为是恒定，这种测量被称作为静态测量。而当被测量值是随时间变化的，这种测量被认为是动态测量。5.2测试系统的组成

机械工程测量系统的基本任务是从测量对象中获取反映其变化规律的动态信息，因而在下列实际问题中得到广泛应用：

1)生产过程或设备运行状态的监测；2)生产过程或设备运行状态的自动控制；3)工程实验分析。

在机械工程实际中，有两类测试系统，即状态检测问题中的测试系统以及自动控制问题中的测试系统。

绪论

图2测试系统框图

图3测量系统在自动控制系统结构中的位置

5．3测试技术的发展

其发展主要表现在两个方面：一是传感器技术自身的发展，二是计算机测试技术的发展。

5．3．1传感器技术的发展

1)物性型传感器大量涌现

传感器正经历着从以机构型为主转向以物性型为主的过程。2)集成、智能化传感器的开发

3)化学传感器的开发电子蜘蛛演示

5．3．2计算机测试技术的发展

计算机测试技术的发展主要体现在测试系统硬件的发展以及专门用于开发实验仪器系统或所谓“虚拟仪器”的软件环境的发展：

1)计算机测试系统硬件的发展

计算机测试系统硬件经历了基本型、闭环控制型与标准接口型三个发展阶段。

图4计算机测试系统的基本形式

(1)基本型(2)闭环控制型

图5生产工艺过程闭环控制系统

控制系统演示

生产工艺过程的自动控制系统如图5所示。它大体上可以分为三个环节：

1)实时数据采集：对过程中的有关物理量的瞬时值进行采集；

2)实时判断决策：对采集的表征过程状态的物理量进行运算分析、判断决策，并按已定的原则决定下一步过程控制的措施；3)实时控制：根据决策，按照自动控制理论实时地对各个执行机构发出控制信号。

(3)标准通用接口型

测试系统的结构形式可分为专用接口型和标准通用接口型。

专用接口型是将一些具有一定功能的模块相互连接而成。

近年来随着计算机技术和仪器控制技术的发展，特别是仪器和计算机及其他控制设备之间连接的规范化，形成了标准通用接口，标准通用接口型测试系统也是由模块(如台式仪器或插件板)组合而成。

2)虚拟仪器的开发

一般说来，将数据采集卡插入计算机空槽中，利用软件在屏幕上生成某种仪器的虚拟面板。在软件导引下进行采集、运算、分析和处理，实现仪器功能并完成测试的全过程，这就是虚拟仪器，即由数据采集卡与计算机组成仪器通用平台，在此平台基础上，调用测试软件完成各种功能的测试任务，便构成该种功能的测量仪器，成为只有虚拟面板的虚拟仪器。在同一平台上，调用不同的测试软件就可构成不同功能的虚拟仪器，故可方便地将多种测试功能集于一体，实现多功能仪器。总而言之：

传感器正向新型、微型、智能型方向发展；

测试仪器向高精度、多功能、小型化、在线监测、性能标准化和低价格发展；

参数测量和数据处理以计算机为核心，使测量、分析、故障预报向自动化、集成化、网络化发展。

5.4本课程的研究内容

本课程所研究的对象是机械工程领域中常用物理量的测试，这是一门技术基础课。

测量、计量、测试是三个密切关连的技术术语。

测量是以确定被测物属性量值为目的的全部操作；计量的内容包括了计量理论、计量技术与计量管理，并主要体现在：计量单位与单位制、计量器具，包括复现计量单位的计量量基准、标准器具以及普通(工作)计量器具、量值传递、溯源与检定测试、计量管理等等；测试则是具有试验性质的测量，或者可理解为测量和试验的综合。测试技术是指测试过程中所涉及的测试理论、测试方法、测试