测试技术 绪论ppt

机械工程

测试技术

基础南昌大学机电学院绪论本章学习要求：1.掌握测试技术的概念及研究内容2.了解测试技术的应用情况3.了解测试技术的发展动态4.了解主要测试仪器生产厂商5.掌握测量的基础知识机械工程测试技术基础绪论0.1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信号分析处理方法。

测试技术是进行各种科学研究和生产过程中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。

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。

绪论0.1测试技术的基本概念

测试的基本任务:从被测对象中获取有用的信息。

信息在大多数情况下是不可能直接检测得到的，它隐含在信号中。信号是信息的载体。测试是先获取信号，再从信号中获取有用的信息。工程测试的分类静态测试：被测量不随时间变化。例：零件的几何尺寸------公差技术测量的研究对象动态测试：被测量随时间变化。例：运动参数、力参数-------测试技术的主要研究对象测试技术是测量技术和试验技术的统称。

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)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，显示记录装置则将测量结果显示出来，提供给观察者或其它自动控制装置。

0.1测试技术的基本概念

信息转换信息提取绪论0.2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。

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。

0.2测试技术的工程应用

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。密歇根大学的机械手装配模型广州中鸣数码的机器狗b)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。0.2测试技术的工程应用

香港理工AGV模型c)生产加工过程监测0.2测试技术的工程应用

冲裁力、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

d)机械故障诊断

在设备的运行状态或不拆卸状态对其内部状况作出诊断,是利用机器在工作或试验过程中出现的诸多现象，如温升、振动、噪声、应力应变、润滑油状况、异味等来分析、推理、判断的。显然，完善的测试是正确诊断的基础。0.2测试技术的工程应用

0.2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0.2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0.2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0.2测试技术的工程应用

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0.2测试技术的工程应用

6、其他应用航天农业交通医学0.2测试技术的工程应用

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7、PC机中的测试技术应用0.2测试技术的工程应用

6.PC机中的测试技术应用测控实验DIY1.鼠标测位移实验2.麦克风测声音2.声卡采样频率信号分析频率合成与分解3.简易声级计制作4.CCD图象分析……..

个人测试实验室0.3测试技术的发展趋势1、历史上人们对测试技术的认识自古以来，测试技术就渗透在在人类的生产活动、科学实验与日常生活的各个方面。

●古代利用“步弓”丈量土地

●利用“日晷”计量时间

●利用“绳扣”记录数量

●成语：“五十步笑百步”、“百步穿杨”

●秦始皇统一了割居的六国形成统一的中央政权后，首先做的工作就是统一度量衡，由此可见测试计量技术的重要性。绪论0.3测试技术的发展趋势2、任何科学都是实验的科学

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牛顿通过实验发表了万有引力定律；

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伽利略通过实验创造了力学；

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波义尔通过实验创造了化学；

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麦克斯韦尔通过实验创造电磁场理论；

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1665年虎克利用光学显微镜观察软木栓，发现了细胞，促进了生物学的发展；绪论0.3测试技术的发展趋势

2、任何科学都是实验的科学

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1927年威尔逊发明了云雾室，利用云雾室可观测到粒子运动轨迹，而使人们对物质的结构向前迈进了一大步；

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爱因斯坦：通过实验于1905年提出了狭义相对论；1915年提出了广义相对论；大家知道，当时的相对论并未被世人承认，直到50年后的天文望远镜的出现才证实了相对论的正确性；

●丁肇中：1974年发现J粒子，J粒子的发现基础是研制了高灵敏度的双臂谱义。

●雷莱：通过大量实验，发现了自然界中存在惰性气体，这就是化学元素周期表中最后一列。绪论0.3测试技术的发展趋势

3、测试方法的发展1）古老测量方法：“步弓”“日晷”2）机械测量方法：秤、压力表3）非电量的电测方法； 非电量电测的基本思想4）计算机测试技术（CAT） ①第一代CAT技术（专用接口）②第二代CAT技术（通用接口） ③虚拟仪器技术绪论0.3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4、测试技术的发展绪论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0.3测试技术的发展趋势4、测试技术的发展

a）测量仪器向高精度和多功能发展在产品研制过程中要进行(相同条件下试验若干次)大量试验，然后对所测数据进行统计分析。仪器精度的提高，可减少试验次数，从而减少试验经费，降低产品成本，在提高测量仪器精度的同时应扩大仪器的功能。计算机技术的发展也使测试技术产生了革命化的变化，在许多测试系统中利用计算机而使仪器的测量精度更高，速度更快，功能更全。2）测量信号处理方面0.3测试技术的发展趋势4、测试技术的发展

b）参数测量与数据处理向自动化发展一个产品的大型综合性试验，准备时间长，待测参数多，靠人工检查，耗费时间长；众多的数据依靠手工去处理，不仅精度低，处理周期也太长。现代测试技术的发展，使采用以计算机为核心的自动测试系统成为可能，该系统一般能实现自动校准、自动修正、故障诊断、信号调制、多路采集、自动分析处理并能打印输出测试结果。

2)测量信号处理方面0.3测试技术的发展趋势4、测试技术的发展2)测量信号处理方面c）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0.4主要传感器和测试仪器生产厂商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）/china0.4主要测试仪器生产厂商3、测量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，著名的测试仪器商)/0.5本课程的地位、目的、课程结构对高等学校机械工程各有关专业来说，本课程是一门技术基础课。本课程是数学、物理学、电工学、电子学、力学、控制工程及计算机技术等课程的综合应用。本课程具有很强的实践性，只有在学习过程中密切联系实际，加强实验，注重物理概念，才能真正掌握有关知识。本课程主要讨论工程动态测试中常用的传感器、中间变换电路及记录、显示、分析仪器的工作原理及特点，测量系统的静、动态特性的评价方法，以及常见物理量的动态测试方法。在教学环节中安排了相关的必要的实验及习题，学习中必须主动积极地参加实验，独立完成相应的习题才能受到应有的实验能力的训练，才能在潜移默化中获得关于动态测试工作的比较完整的概念，才能初步具有处理实际测试工作的能力。1、课程内容：

本课程主要介绍机械工程领域与设计有关的试验、控制和监测中常见物理量(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。绪论信号分析基础测试系统特性传感器原理信号调理与记录信号处理初步工程应用虚拟仪器技术

内容如下机械工程测试技术基础2、课程的教学目标1）掌握信号时域和频域的描述方法，掌握频谱分析的基本原理和方法；了解数字信号分析的基本概念，掌握误差的性质及处理方法。2）了解常用传感器、中间变换电路及记录显示设备的工作原理及性能，能依据测试要求合理地选择相关的测试设备。3）掌握测试系统的静、动态特性的评价方法及不失真测量条件,并能够正确运用相关理论对测试系统进行分析和选择。了解动态误差的基本概念。4）对动态测试工作的基本问题有一个比较完整的概念，对机械工程中的某些参数的测试能自行确定测试方法,自行设计或选用测试系统，并能对测量结果正确地进行数据处理。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。机械工程测试技术基础3、学习方法

书本教材电子教材并重.机械工程测试技术基础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。学习时应充分利用课程所开设实验。

理论学习、实践学习、研究学习三元并重.只有通过足够的实验操作，才能得到应有的实际动手能力培养和更好的掌握书本知识。课程网络学习资源：2.工程测试技术网络课件3.工程测试网上虚拟实验室4.DRVI个人测试实验室机械工程测试技术基础1.工程测试技术电子教案/jpkc/gccsjs/index.htmProjectBasedLearning：

轨迹跟踪机械工程测试技术基础

培养学生在实践中对知识融会贯通，独立学习和解决问题的能力。打算：开设一门独立于课程之外的测控实验课。仓储模型机械手AGV小车以案例和实验为主线：

机械工程测试技术基础教学方法：

煤气包高度测量桥梁固频测量机翼模态分析索道检测解决侧重课本教学存在的问题：1.测试技术应用、发展部分空洞；2.传感器部分没有实物对象、枯燥无味；3.信号分析理论部分深奥、难懂。0.2测量的基础知识0.2.1测试、测量、计量测试：测量和试验技术的综合，是指具有试验性质的测量。测量：以确定被测对象的量值为目的而进行的实验过程。计量：涉及实现单位统一和量值准确可靠的测量。

0.2.2测量1°测量的定义为确定被测对象的量值而进行的实验过程称为测量。2°测量的最基本形式比较——将待测的未知量和予定的标准作比较。3°量值量值用数值和计量单位的乘积表示。4°测量的分类

直接测量和间接测量。0.2测量的基础知识0.2.2测量1、直接测量1）定义：无需经过函数关系的计算，直接通过测量仪器得到被测量值的测量为直接测量。2）分类：可分为两种：直接比较和间接比较。3）直接比较1°定义：直接把被测物理量和标准作比较的测量方法称为直接比较。2°举例

⊙天平测物体质量⊙用米尺测量物体长度⊙测量导体的电阻0.2测量的基础知识0.2.2测量4）间接比较1°定义利用仪器仪表