机械工程测试技术（第3版）课件：机械工程测试技术

机械工程测试技术MeasurementTechnologyinMechanicalEngineering

绪论内容概要1.1课程的目的及意义1.2测试方法的分类与系统组成1.3测试技术的发展1.4本课程的研究内容重点：掌握测试系统的组成与测试技术的发展1.1课程的目的及意义相关术语测量与测试

测量MEASUREMENT：用以确定被测物属性量值为目的的全部操作。按照一定规则，给事物的属性指派量值（数字或符号）的过程。测量的三个要素：①事物及其属性——测量的对象或目标。

如：身体的温度、桌子的高度、汽车的速度、位移的大小等。②指派数字或符号——某一事物或事物的某一属性的量。

如：37度、0.75米、80公里/小时、5毫米等③法则、标准——测量所依据的规则和方法。

如：标准的温度计、量尺、雷达测速器、位移计等

测试TEST：具有试验性质的测量——测量和试验的综合。

测试和测量紧密相关，实际使用中往往不加严格区分。1.1课程的目的及意义实验和试验实验：为了检验某种科学理论或假设而进行某种操作或从事某种活动；试验：为了察看某事的结果或某物的性能而从事某种活动。

测试技术：Measurement&TestTechniques是指测试过程中所涉及的测试理论、测试方法、测试设备等1.1课程的目的及意义测试的意义测试是科学研究的基本方法发现、表达与验证科学理论与规律测试技术、计算机技术、通信技术是三大信息技术测试是工程技术领域中一个重要的技术新工艺、新产品研制、生产均离不开测试装备系统越先进、自动化和智能化程度越高、对测试技术要求越高测量成本已达到装备成本的50%~70%

测试技术的应用：现代工业生产、基础学科研究、宇宙开发、海洋探测、军事国防、环境保护、资源调查、医学诊断、智能建筑、汽车、家用电器、生物工程、商检质检、公共安全、甚至文物保护等。1.1课程的目的及意义机械产品中的应用测试系统是大量高端装备的灵魂一些装备可以视为高性能传感器的集合体“阿波罗10”温度传感器559个压力传感器140个信号传感器501个遥控传感器142个一架飞机需要3600只传感器及其配套的监测仪器一辆汽车需要30～150只传感器及其配套的监测仪器1.1课程的目的及意义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。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、热觉传感器等。b)AGV(AutomatedGuidedVehicle)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；红外线色彩传感器识别运动轨迹和AGV小车位置；

条形码传感器识别货品。1.1课程的目的及意义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1.1课程的目的及意义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。

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1.1课程的目的及意义楼宇控制与安全防护楼宇中应用许多测试技术，如闯入监测、空气监测、温度监测、电梯运行状况等。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。楼宇自动化系统：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1.1课程的目的及意义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、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)等指纹传感器透光率传感器温、湿度传感器温度传感器1.1课程的目的及意义其它应用航天农业交通医学1.1课程的目的及意义工厂实例：某工厂生产产品A,B,C，需要质量检验，检测速度不同，必须进行传送带速度检测，以便对其进行控制。要求:传送带的速度要在现场显示出来，用于控制研究；精度和灵敏度要求不高，降低成本很重要。任务:传送带速度检测1.1课程的目的及意义传感器的选择显示方式的选择需要解决的问题后续测量系统设计系统的效能分析交流旋转发电机光电检测器的光轴编码器霍尔效应传感器动圈式仪表示波器因此，本课程的目的就是：设计测试方案选择测试仪器进行技术经济分析1.2测试方法的分类与系统组成机械工程测试技术——非电量测试技术非电量：位移、距离、胀差、...振动的位移、速度、加速度、...应力、压力、摩擦力、...油温、瓦温、轴温、气温、...转速、鉴相...

在测试过程中，将被测的非电量通过相应的传感器变化为电信号，以便进行传输、调理、分析处理和显示记录等。本课程主要以非电量测试技术为主！1.2测试方法的分类与系统组成测试方法分类按是否直接测定被测对象→按是否接触测定被测对象

→按被测量是否随时间变化→直接测量间接测量接触测量非接触测量静态测量动态测量1.2测试方法的分类与系统组成测试系统完成测试任务的传感器、仪器和设备的总称。转速、振动/位移传感器＋测速、测振仪转速控制/调节1.2测试方法的分类与系统组成一般测试系统的组成——四部分组成

典型组成：传感器、信号调理、信号处理、显示与记录测试对象传感器信号调理

电源数据采集数据处理激励系统信号处理显示/记录1.2测试方法的分类与系统组成传感器一种能把特定的信息（物理、化学、生物）按一定规律转换成某种可用信号（通常是电信号）输出的器件和装置常用的涡流探头＋前置器加速度传感器力传感器智能式压力变送器1.2测试方法的分类与系统组成信号调理对（传感器输出的）信号进行变换、隔离、滤波、放大、驱动等，以便进一步传输和处理。高阻输入、低阻输出规范输出

B&K

测量放大器2525放大、自动量程低通和高通滤波器（用户自定义）通道：1输入电荷量：≤104pC增益：1-1000mV/pC输出：±5V滤波单元1.2测试方法的分类与系统组成信号处理对来自信号调理环节的信号，进行各种运算、分析，并输出结果。模拟信号处理运算：微分、积分、对数、V-I、I-V、V-F数字信号处理信号量化

编程处理：信号分析1.2测试方法的分类与系统组成显示记录以观察者易于识别的形式来显示测量的结果，或者将测量结果存储。1.2测试方法的分类与系统组成自动控制中的测试系统

将测量结果输入到控制计算机中进行控制运算，并通过执行机构对生产过程或设备运行状态进行调节，使其运行于预期的状态。执行单元计算机(数据采集、数据处理）测控对象传感器信号调理

电源信号处理显示/记录控制器问题：产品状态检测中的测试系统与自动控制中的测试

系统的基本组成是否相同？1.3测试技术的发展测试技术与科学研究、工程实践密切相关。随着科学技术的飞速发展，使得测试技术的发展也非常迅速，主要体现两个方面：①传感器技术的自身发展②计算机测试技术的发展1.3测试技术的发展①传感器技术的自身发展传感器技术是测试系统中必不可少的基础环节20世纪80年代以来，国际上出现“传感器热”日本将传感器技术列为80年代十大技术之首美国把传感器技术列为90年代22项关键技术之一传感器技术在以下三方面发展最为引人注目物性型传感器的大量涌现集成、智能化传感器的开发物联网传感器的迅速发展1.3测试技术的发展物性型传感器的大量涌现定义：依靠敏感材料本身的物理属性随被测量的变化来实现信号的测量压电效应涡流效应应变效应：导体材料光电效应霍尔效应压阻效应：半导体材料的压阻转换热电效应┅物性型传感器的开发实质上是新材料的开发。1.3测试技术的发展集成、智能化传感器的开发集成化传感器

微机电系统（MEMS）——微型化微型传感器＋信号处理——一体化多敏感元件、多参数测量、运算、补偿、变换

智能化传感器

组成：传统的传感器＋微处理器特征：具备通信总线接口、兼有信息

监测、信息处理和信息传输智能：通过存放于微处理器中的功能强大的软件，对系统进行智能化，如非线性自动校正、自校零、自校准、自补偿、自检验、噪声抑制等

XCE-062高温超小型IS压力传感器(-55℃到273℃)

智能压力传感器/变送器1.3测试技术的发展物联网传感器的迅速发展物联网架构可分为三层：感知层、网络层、应用层。感知层是由各种传感器构成，除了应具备必需的传感功能之外，更重要的是应该具备对外的通信接口。射频识别RFID二维码标签红外感应器激光扫描器读写器摄像头GPS…1.3测试技术的发展②计算机测试技术的发展随着计算机技术的发展，测试系统中也越来越多地融入了计算机技术。出现了以计算机为中心的自动测试系统。

计算机测试系统既能实现对信号的检测，又能对所获得信号进行分析处理以求得有用信息。计算机测试系统包括：一般计算机测试系统网络化测试系统嵌入式测量系统虚拟仪器1.3测试技术的发展一般计算机测试系统传感器1传感器2传感器3信号调理2信号调理3信号调理1数据采集卡(板)计算机绘图、显示、打印计算机测试系统的基本形式与一般测试系统组成的异同点？1.3测试技术的发展网络化测试系统组成：数据采集（传感与调理）、数据分析、数据表达当将这三个位于不同地理位置的部分由网络连起来从而完成测试任务的时候，就形成网络化测试系统。网络仪器的特点：有危险的、环境恶劣的数据采集工作可实行远程采集使测试人员不受时间和空间的限制可以实现高度自动化、智能化资源共享

与一般计算机测试系统组成的异同点？1.3测试技术的发展嵌入式测试系统嵌入式系统有时称为嵌入式计算机系统，是和现实的物理世界相结合的、控制着某些特定的硬件的专用计算机系统。包括硬件和软件两部分：硬件包括嵌入式处理器、控制器、存储器及外设器件、输入输出端口、图形控制器等。软件部分包括应用软件和嵌入式操作系统。应用软件控制着系统的运作和行为；操作系统控制着应用程序与硬件的交互作用。1.3测试技术的发展嵌入式测试系统必须具备以下四个特性:执行特定功能以微处理器及其外围设备为核心严格的时序与高稳定性全自动操作循环嵌入式系统强调“量身定做”的原则，基于某一种特殊用途开发出特定的系统，因此当把一个具体测试对象与嵌入式系统结合起来，就构成了一个嵌入式测量系统。振动网络传感器传感器+嵌入式计算机

智能传感器1.3测试技术的发展虚拟仪器虚拟仪器的发展虚拟仪器普通仪器智能仪器实际工作原理图1.3测试技术的发展虚拟仪器的开发1.3测试技术的发展虚拟仪器的另一种表达：1.3测试技术的发展未来发展方向传感器技术：开发新材料，发展、利用新效应——