A-2013工程测试与信号处理技术01-绪论.ppt

1、工程测试和信号处理技术，测试：它是测量和测试的总称，是人们通过一定的设备获取被测对象的相关“信息”的过程。(测量和测试技术)，第1章，1-1测试技术，2020年8月13日，第1章简介，2，1，什么是测试技术？测试是科学的基础。从某种意义上说，没有测试就没有科学。测试是指利用特殊的技术手段和仪器设备，设计合理的实验方法，进行必要的数据处理，从而找出被测值和性质的过程。例1-1:运动物体的空气阻力与其速度成正比，自由落体时测量物体的阻尼系数。实验设计：自由落体，多点计时。获取测试数据：建立系统模型：初始条件：阻尼物体下落位移方程：参数c待定。这个c是要求解的阻尼系数。2020年8月13日，第1章引

2、言，3，2，测试技术的任务和测试系统的组成，测量：通过使用某些设备通过实验获得“数据”的过程；实验：指“检验某一假设或验证某一结论”的操作过程。测试：为获得“信息”而进行的“测量”和“数据分析与处理”的过程。测试：测量测试。数据处理：利用相应的技术和设备处理各种数据的过程。包括：数据收集、存储、检索、比较、转换、传输等。例如，比较两支步枪的射击精度测试。测试数据：数据处理：中心坐标：系统偏差：随机误差：相关术语和概念：通过测试，获得信息，2020/8/13，第1章引言，4，信息量：受体的不确定性消除程度；不确定性：事件结果的不可预测程度。明天早上会下雨吗？事件2明天早上会有地震吗？事件3:明天

3、还是白天吗？国家队对伊朗国家队；输赢概率：0.55 : 0.45 H2=0.9928，国家队对韩国国家队；输赢概率：0.25 : 0.75 H3=0.8133，国家队对巴西国家队；输赢概率：0.05: 0.95 H4=0.2864，信号：信息的载体，它的物理形式可以转换，传输和记录，它所携带的信息保持不变。本课程涉及的信号是指随时间变化的物理量，主要是机械量和热量。机械量：例如，应力、应变、位移、速度、转速、角度等；热量：例如，压力(压力)、流量、温度等。2020年8月13日，第1章引言，第5节。测试技术的任务：1 .根据研究对象已有的模型或假设，结合具体的研究目的，设计实验；2.使用合适的仪

4、器设备，通过合理的操作流程，获取必要的测试数据；3。通过数据处理获得描述、评估和比较研究对象的状态和属性的“信息”。非电测量法：将非电物理量转化为电压、电流、电容、电阻等电参量进行传输、记录和显示，以达到测量目的的方法。传感器：在非电量测量过程中，实现非电量向电量转换的装置或设备；传感器校准：通过实验建立被测非电物理量与传感器输出功率之间精确函数关系的方法和过程；测试系统的组成和测试的工作过程：2020年8月13日，第1章绪论，6，3，测试技术的发展方向，新材料的应用：新型压电、磁敏、光敏、气敏等敏感材料应用新型传感器；计算机技术的应用主要体现在以下两个方面：(1)智能传感器和传感设备在嵌入式

5、计算机中的应用；计算机技术和通信技术、网络测试技术和虚拟仪器技术的应用；数据处理技术的发展：新变换域方法、人工智能在数据挖掘和知识获取中的应用等。使数据分析的结果更加丰富和深入。4.本课程的内容和任务，机械工程中常用的动态物理量的传感、信号调理和数据采集的方法和设备应用；常用数据处理方法的算法原理及应用；2020/8/13，第1章介绍，7，例1:变频空调管道试验，目的是获得管道振动模式和固定频率，减少振动设计，提高疲劳寿命。例2:材料冲击试验，目的：获得玻璃、混凝土等材料在冲击载荷下的本构特性，为结构防爆设计提供依据。例3:电机异常噪音测试，目的是代替生产线上的人工监听，自动判断产品是否合格。

6、5，示例，1-2基本数量概念，2020年8月13日，第1章引言，8，1-2-1数量和维度，国际单位制，数量：现象、物体或物质可以定性区分和定量确定的属性。基本数量：确定单位制时选择的相互独立的数量。1960年10月，第11届国际计量大会确定了国际公认的“国际单位制”，简称“国际单位制”。它包括七个基本量：长度单位：米/米；时间单位：秒；重量单位：kg/kg；当前单位：安培；度日：摄氏度；物质的量：摩尔/摩尔(以1克C12所含的碳原子数为单位)，光强度单位：CD/坎德拉；辅助量：平面角度单位：弧度/弧度；球面角单位：Sr/球形度；2020/8/13，第1章引言，9，派生量：基于基本量，表示物质的

7、性质或运动状态的派生量。例如：速度，一个物体在单位时间内移动的距离，米/秒或千米/小时；压力，单位面积压力，帕=牛顿/平方米，帕斯卡。国际体系中的多重单位和分数单位：多重单位：k(103)/m(106)/g(109)/t(1012)；分数单位：d(10-1)/c(10-2)/m(10-3)/m(10-6)/n(10-9)/p(10-12)。例如：压力(压力)1000帕1千帕，1000千帕=1兆帕，长度1米10德国马克=100厘米=1000毫米，1毫米=1000，2020年8月13日，第一章引言，10，计量标准：一种用于保存和复制测量单位的测量仪器。三级基准：国家基准、次级基准和工作基准，分别由

8、国家、省、市质监局保存。计量标准：按照国家计量检定系统规定的精度等级制造的计量器具，用于检定下级计量标准或计量器具。例如，验证长度测量仪器的量块(如游标卡尺)。量值传递：通过自上而下的逐级验证或校准，将国家基准复制的单位值逐级传递到测量仪器，以保证测量值的准确性和一致性。第二十八条县级以上人民政府计量行政部门设立的计量检定机构是国家法定计量检定机构。其职责是：研究建立计量基准和社会公共计量标准，传递量值，执行法定的强制检定和其他检定、测试任务，起草技术规范，为实施计量监督提供技术保障，承担相关计量监督工作。常用仪器的精度等级：0.05、0.1、0.2、0.5、1.0、1.5和2.5；例外：衡器

9、的精度以分钟表示，例如3000，这意味着它的精度是满量程的13000。测量：为实现精确测量和单位统一而进行的测量过程；1-2-2基准、标准和数值的传递，2020年8月13日，第1章引言，11，1-2-3测量方法，直接测量和间接测量：当测量值是用测量仪器测量时，直接测量称为直接测量；首先测量相关值，然后计算测量值的测量方法称为间接测量。直接比较和间接比较测量：将测量值与已知值进行比较的测量方法称为直接比较测量，如直尺和天平；使用仪器将原始测量量转换成另一个固定量的方法范围：标称范围的上限和下限之差。最小刻度为1毫米的直尺是一种不等精度的测量仪器，数值越大，误差越小。振弦式力传感器是一种同等精度的

10、测量仪器，其误差在1%范围内。在工程中，标称范围通常等于测量范围，因此上述三个概念通常统称为“测量范围”。例如，位移传感器的量程为50毫米，满量程精度为0.1%(FSC)。1-3测量误差和测量结果的可靠性，2020年8月13日，第1章引言，12。系统误差(偏差):如果测量误差按照一定的规律变化或保持不变，这种误差称为“系统误差”或“偏差”。1-3-1，误差及其统计特性，例如，某品牌的钢卷尺有制造误差，而25C的环境温度为0.1；尺子的温度系数是0.01摄氏度.当在35C的环境温度下测量真值为x0的物体时，测量值为：测量误差(绝对误差)定义为dx=x0x:测量结果，x0:被测物体的真值。通过校准

11、和补偿等技术手段，可以减少或消除系统误差。粗差：测量结果明显超出合理预期。在连续测量的过程中，它也被称为“飞行点”，通常是由一些意想不到的因素引起的。在数据处理中，它应该被消除。例如，2020年8月13日，第1章导言，第13节，两个体重秤给同一个人称重，每个秤重复称重100次，得到的数据如下：50080.7878787878575.007274.994975.004074.998274.995675.004675.002974标准偏差(均方差)是随机误差的度量。2020年8月13日，第1章引言，14，1-3-2，误差原因，仪器误差：测量设备本身缺陷引起的误差。方法误差：测量操作过程引起的误差。

12、例如，PT100热敏电阻具有如图所示的特性。当电阻与温度的关系近似用线性关系表示时，会有一些误差。调整误差：由于测量前未能将仪器和被测物体调整到正确的位置或形状而引起的误差。例如，人体秤归零不准确造成的测量误差。观测误差：观测者在测量过程中由于主观判断不当而引起的误差。环境误差：测量过程中环境条件变化引起的误差。例如，当测量一个零件的尺寸时，由于环境温度的变化以及热膨胀和收缩，测量结果是不同的。机械测量噪声：包括不可预测的电磁噪声、振动噪声、传感器和电路的热噪声等。2020年8月13日，第1章引言，15，1-3-3，误差表达方法，其中：x测量结果，x0被测对象真值，相对误差，参考误差，其中：x

13、m称为“参考值”。通常以仪器测量范围的上限作为参考值，称为“满量程误差”(FSCFull Scale error)，是指测量值达到满量程时的最大误差，常用来表示测量仪器的“准确度”。分贝误差：其中：x为测量结果，x0为被测物体的真实值。绝对误差：2020年8月13日，第1章引言，16，1-3-4测量结果的可靠性和测量精度：描述测量结果中随机误差的程度，反映多个测量结果的重复性。测量精度：它描述测量结果中系统误差(偏差)的程度，是规定条件下测量结果中所有系统误差的综合反映。测量精度：测量精度描述测量结果与测量真值之间的一致性，是测量结果中随机误差和系统误差的综合反映，也称测量“精度”或“精度”。

14、测量不确定度：测量不确定度是对测量真值范围的估计和评价，反映了测量结果的可靠性。任何测量只有在不确定性能够用多个测量数据的均方差来衡量，精度可能不准确。多次用实测数据的平均值与真值之差来衡量，可能不准确。用多次测量的最大偏差来衡量，既有随机误差，也有系统误差。也就是说，对可能的误差范围的度量。例如，用尺子测量长度时，测量结果的精度不会大于尺子的最小刻度。因此，最小刻度可用作该标尺或测量的“不确定性”指标。2020年8月13日，第1章引言，17，1-3-5，测量误差传递的概念。假设间接测量量Y是多个直接测量的多元函数，即直接和间接测量平均值满足相同的函数关系：绝对测量误差传递关系：则间接测量量Y

15、的标准差为：相对测量误差传递关系为：例1-2，如图所示，温度与电阻的函数关系为：计算机数据采集系统直接测量并转换电阻值，忽略了它们之间的误差和非线性关系。计算温度的平均值、标准偏差和最大绝对和相对误差。110.5377、111.8339、107.7412、110.8622、110.3188、108.6923、109.5664、110.3426、113.5784、112.7694、108.6501、113.0349、110.7249、1010.0349、1010109.1010101010001解决方案：电阻测量值的平均方差和离差为：通过20次连续采样获得的电阻读数为：2020/8/13，第1章

16、引言，19，1-3-。通过实验建立了测量系统的输入量(被测)和输出量之间的函数关系。方法：将已知标准值或精确测量后的已知值输入待校准的测量系统或传感器，并记录相应的输出值；重复实验以获得相应的输入/输出数据；使用适当的统计方法，对获得的数据进行处理，建立输入和输出之间的函数关系。一般步骤：(1)选择输入和输出的关系类型，即模型；该模型是通过研究系统的物理性质得到的。实践中最常用的模型是线性模型：(2)。恒定条件下，重复测量以获得数据；(3)确定模型参数的数据处理；其中x是测量值，y是输出，b是系统的零点。当b=0时，简化为比例模型，这是一种基于概率统计的数据处理方法。例如，确定线性模型参数线性返回方法。2020/8/13，第1章