测量技术基础绪论-测量技术基础-01

测试技术基础测试技术基础任课教师：焦敬品办公室：基础楼604测试技术基础课程内容：

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(应变、位移、加速度、温度、压力等）的测量原理和信号分析方法。信号分析基础测试系统特性信号调理电路数字信号处理综合训练主要内容误差与数据处理传感器原理绪论测试技术基础实践性强课程特点：

期望逐步解决侧重课本教学中存在的一些问题：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。教学方法：

理论教学案例教学三者结合实践教学测试技术基础第一章绪论本章学习要求：1.掌握传感器及测试技术的基本概念2.了解传感器及测试技术的应用情况3.了解传感器及测试技术的发展动态4.了解主要传感器及测试仪器生产厂商

测试系统的基本概念测试技术在国民经济中的地位和作用工程测试技术涉及的内容测试系统的组成传感器及测试技术的发展趋势测试技术基础第一章绪论被测对象：宇宙万物（固液气体、动物、植物、天体……）传感器、测试仪器、测试装置、测试系统全部操作：测试过程：信号的采集、处理、显示、输出测试器具：被测信息：物理量（光、电、力、热、磁、声、…）化学量（PH、成份…）生物量（酶、葡萄糖、…）……测试系统（测量系统/检测系统）§1.1测试系统的基本概念定义：确定被测对象的属性和量值为目的的全部操作测试系统概念（测量系统/检测系统）测试技术是实验科学的一部分，主要研究各种物理量的测试原理和信号分析处理方法。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，起着人类感官的作用。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。简单的测试系统可以只有一个模块，如玻璃管温度计。它直接将被测温度变化转化为液面示值。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。

§1.1测试系统的基本概念例：空调机测量控制室温被测对象：被测信息：测试器具：操作过程：室内空气温度温度传感器---热电阻、热电偶空气

热敏电阻

电信号

处理

显示§1.1测试系统的基本概念

工业生产

倍增器

科学研究

先行官社会

物化法官

军事

战斗力§1.2测试技术在国民经济中的地位测试技术是带动国民经济增长的一个关键领域在美国：测试技术占4%，拉动经济增长66%§1.2.1工业生产倍增器测试系统的工程应用

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领域。§1.2.1工业生产倍增器1)工业自动化中的应用

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§1.2.1工业生产倍增器生产加工过程监测

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§1.2.1工业生产倍增器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漏检测。§1.2.1工业生产倍增器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§1.2.1工业生产倍增器在线检测：零件尺寸、产品缺陷、装配定位…检查轴承滚珠是否脱漏检查容器内的液位3)产品质量测量§1.2.1工业生产倍增器4)PC机中的测试技术应用鼠标: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§1.2.1工业生产倍增器5)测试技术在汽车中的应用日新月异发动机：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、气体浓度和爆震传感器等。

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。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。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、图象等。§1.2.1工业生产倍增器5)测试技术在汽车中的应用日新月异§1.2.1工业生产倍增器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。§1.2.2科学研究先行官测试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：可精确地定位目标。在发射20mm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，以精确地设定引爆时间。§1.2.3军事战斗力中国神舟七号飞船内部结构

§1.2.3军事战斗力物化法官检查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……教学实验气象预报大地测绘灾情预报交通指挥……涵盖

吃穿用、农轻重、海陆空§1.2.4社会的物化法官测试技术在日常生活中的应用与日俱增家用电器：数码相机、数码摄像机：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§1.2.4社会的物化法官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、电梯运行状况监测等。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室内恒温器空气质量传感器适度传感器水压传感器§1.2.4社会的物化法官家庭与办公自动化在家电产品和办公自动化产品设计中，人们大量地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，透光率光电传感器(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§1.2.4社会的物化法官其它应用航天交通医学农业§1.2.4社会的物化法官1）热工量：温度t（℃、K、℉）压力（压强）p（Pa）、压差Δp、真空度、流量q（m3）、流速v（m/s）、物位、液位h（m）2）机械量：直线位移x（m）、角位移α、速度、加速度a（m/s2）、转速n（r/min）、应变ε（

m/m）力矩T（Nm）、振动、噪声、质量（重量）m（kg、t）3）几何量长度、厚度、角度、直径、间距、形状、粗糙度、硬度、材料缺陷等。§1.3工程测试涉及的内容4）物体的性质和成分：空气的湿度（绝对、相对）、气体的化学成分、浓度、液体的粘度、浊度、透明度、物体的颜色5）状态量：工作机械的运动状态（启停等）、生产设备的异常状态（超温、过载、泄漏、变形、磨损、堵塞断裂等）6)电工量（U、I、f、R、Z、E、B……在电工、电子等课程中讲授，大多数不属于本课程的范围。）§1.3工程测试涉及的内容一般说来，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)检测出并转换为电信号，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。测试系统组成§1.4测试系统的组成信息转换信息提取§1.4测试系统的组成国家标准（GB7665-87）中传感器（Transducer/Sensor）的定义：

能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。①传感器是测量装置，能完成检测任务；②输入量是某一被测量，可能是物理量，也可能是化学量、生物量等；③输出量是某种物理量，便于传输、转换、处理、显示等，可以是气、光、电物理量，主要是电物理量。传感器名称：变送器、变换器、探测器、敏感元件、换能器、一次仪表、探头等传感器功用：一感二传,即感受被测信息,并传送出去。§1.5.1传感器的定义辅助电源敏感元件转换元件基本转换电路被测量电量敏感元件是直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。转换元件：敏感元件的输出就是它的输入，它把输入量转换成电路参量。基本转换电路：上述电路参数接入基本转换电路（简称转换电路），便可转换成电量输出。§1.5.2传感器的组成由于空间的限制或者其他原因,转换电路常装入电箱中。然而，因为不少传感器要在通过转换电路后才能输出电信号，从而决定了转换电路是传感器的组成环节之一。

最简单的传感器由一个敏感元件(兼转换元件)组成，它感受被测量时直接输出电量，如热电偶。有些传感器由敏感元件和转换元件组成，没有转换电路，如压电式加速度传感器，其中质量块m是敏感元件，压电片（块）是转换元件。有些传感器，转换元件不只一个，要经过若干次转换。实际上，有些传感器很简单，有些则较复杂，大多数是开环系统，也有些是带反馈的闭环系统。热电偶压电加速度传感器气体压力传感器§1.5.2传感器的组成外界刺激人类五官传感器大脑计算机骨骼和肌肉执行机构神经机器人通讯神经通讯现代信息技术的三大基础：

信息采集、传输与处理技术分别应用到：

传感技术、通讯技术和计算机