測試技術(shù)課件第一章緒論

1、中國礦業(yè)大學機電學院同學們好！同學們好！中國礦業(yè)大學機電學院陳世其陳世其 中國礦業(yè)大學機電學院中國礦業(yè)大學機電學院中國礦業(yè)大學機電學院 學時：48學時。學時。其中授課：其中授課：4040學時；實驗：學時；實驗：8 8學時學時 參考文獻1.1.工程測試與信息處理工程測試與信息處理，盧文祥、杜潤生，華中科大出版社，盧文祥、杜潤生，華中科大出版社，200220022.2.測試技術(shù)測試技術(shù)，賈民平等，高等教育出版社，賈民平等，高等教育出版社，200120013.3.信號與測試技術(shù)信號與測試技術(shù)，樊尚春等，北航出版社，樊尚春等，北航出版社，200220024.4.機械測試與信息處理機械測試與信息處理，任

2、保才等，礦大出版社，任保才等，礦大出版社，200120015.5.機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)( (第二版第二版) )，黃長藝等，機工版，黃長藝等，機工版，199519956.6.測試技術(shù)基礎(chǔ)測試技術(shù)基礎(chǔ)，王伯雄主編，清華大學出版社，王伯雄主編，清華大學出版社，200320037.7.機械測試系統(tǒng)原理與應(yīng)用機械測試系統(tǒng)原理與應(yīng)用，秦樹人等，科學出版社，秦樹人等，科學出版社，200520058.8.現(xiàn)代檢測技術(shù)與測試系統(tǒng)設(shè)計現(xiàn)代檢測技術(shù)與測試系統(tǒng)設(shè)計，劉君華，西交大出版社，劉君華，西交大出版社，19991999中國礦業(yè)大學機電學院 成績評定：成績評定：本門課程的總成績期末考試成績本門

3、課程的總成績期末考試成績70%+70%+實驗成績實驗成績15%+15%+平時成績平時成績15%15%期末考試方式：期末考試方式：閉卷考試閉卷考試平時成績包括平時成績包括平時作業(yè)、上課情況平時作業(yè)、上課情況中國礦業(yè)大學機電學院課程內(nèi)容：課程內(nèi)容： 本課程主要介紹工業(yè)自動化本課程主要介紹工業(yè)自動化, ,環(huán)境監(jiān)測環(huán)境監(jiān)測, ,樓宇樓宇控制控制, ,交通等領(lǐng)域中常見物理量交通等領(lǐng)域中常見物理量( (壓力、應(yīng)變、位壓力、應(yīng)變、位移、加速度、溫度等移、加速度、溫度等）的傳感器測量原理、測量）的傳感器測量原理、測量電路原理和信號分析方法。電路原理和信號分析方法。內(nèi)容如下內(nèi)容如下測試技術(shù)測試技術(shù)中國礦業(yè)大學機

4、電學院 測試技術(shù)是一門與材料科學、微電子技術(shù)、測試技術(shù)是一門與材料科學、微電子技術(shù)、信息技術(shù)密切相關(guān)的快速發(fā)展的學科。為彌補書信息技術(shù)密切相關(guān)的快速發(fā)展的學科。為彌補書本教材內(nèi)容滯后于學科發(fā)展的問題，在教學內(nèi)容本教材內(nèi)容滯后于學科發(fā)展的問題，在教學內(nèi)容上我們采編了很多多媒體素材和案例。上我們采編了很多多媒體素材和案例。測試技術(shù)測試技術(shù)學習方法：學習方法： 中國礦業(yè)大學機電學院測試技術(shù)測試技術(shù) 本課程是培養(yǎng)學生解決實際工程測量問題能力的專業(yè)本課程是培養(yǎng)學生解決實際工程測量問題能力的專業(yè)基礎(chǔ)課，具有很強實踐性。學習時應(yīng)充分利用課程所開設(shè)基礎(chǔ)課，具有很強實踐性。學習時應(yīng)充分利用課程所開設(shè)實驗。實驗。

5、 理論學習、實踐理論學習、實踐學習、研究學習學習、研究學習三元并重三元并重. .中國礦業(yè)大學機電學院課程學習要求課程學習要求 ： 機械工程測試技術(shù)是一門專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課，通過本課程機械工程測試技術(shù)是一門專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課，通過本課程的學習，應(yīng)具備下列幾方面知識：的學習，應(yīng)具備下列幾方面知識：測試技術(shù)測試技術(shù) (1) (1) 掌握信號的時域和頻域描述方法，建立明確的信號頻掌握信號的時域和頻域描述方法，建立明確的信號頻譜的概念；掌握頻譜分析和相關(guān)分析的基本原理和方法，掌譜的概念；掌握頻譜分析和相關(guān)分析的基本原理和方法，掌握數(shù)字信號分析中的基本概念。握數(shù)字信號分析中的基本概念。 (2) (2) 掌握測試裝

6、置基本特性的評價方法和不失真測試條件，掌握測試裝置基本特性的評價方法和不失真測試條件，并能正確運用于測試裝置的分析和選擇。掌握一階、二階線并能正確運用于測試裝置的分析和選擇。掌握一階、二階線性系統(tǒng)動態(tài)特性和測試方法。性系統(tǒng)動態(tài)特性和測試方法。 (3) (3) 了解常用傳感器、常用信號調(diào)理電路和顯示、記錄儀器了解常用傳感器、常用信號調(diào)理電路和顯示、記錄儀器的工作原理和性能，并能正確選用。的工作原理和性能，并能正確選用。 (4) (4) 對測試技術(shù)有一個完整的概念，并能初步應(yīng)用于產(chǎn)品對測試技術(shù)有一個完整的概念，并能初步應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計、性能評定和實驗工作中。設(shè)計、性能評定和實驗工作中。中國礦業(yè)大學機

7、電學院第一章、緒論第一章、緒論本章學習要求：本章學習要求：1.掌握測試技術(shù)的概念及研究內(nèi)容掌握測試技術(shù)的概念及研究內(nèi)容2.了解測試技術(shù)的應(yīng)用情況了解測試技術(shù)的應(yīng)用情況 3.了解測試技術(shù)的發(fā)展動態(tài)了解測試技術(shù)的發(fā)展動態(tài) 4.了解主要測試儀器生產(chǎn)廠商了解主要測試儀器生產(chǎn)廠商 測試技術(shù)測試技術(shù)中國礦業(yè)大學機電學院第一章、緒論第一章、緒論1.1 測試技術(shù)的基本概念測試技術(shù)的基本概念 測試技術(shù)是實驗科學的一部分，主要研究各種測試技術(shù)是實驗科學的一部分，主要研究各種物理量的測量原理物理量的測量原理和和測量信號分析處理測量信號分析處理方法。方法。 測試技術(shù)是進行各種科學實驗研究和生產(chǎn)過程測試技術(shù)是進行各種科

8、學實驗研究和生產(chǎn)過程參數(shù)測量必不可少的手段，起著人的感官的作用。參數(shù)測量必不可少的手段，起著人的感官的作用。簡單的測試系統(tǒng)可簡單的測試系統(tǒng)可以只有一個模塊，以只有一個模塊，如玻璃管溫度計。如玻璃管溫度計。它直接將被溫度變它直接將被溫度變化轉(zhuǎn)化液面示值?；D(zhuǎn)化液面示值。沒有電量轉(zhuǎn)換和分沒有電量轉(zhuǎn)換和分析電路，很簡單，析電路，很簡單，但精度低，無法實但精度低，無法實現(xiàn)測量自動化。現(xiàn)測量自動化。 為提高測量精度和為提高測量精度和自動化程度，以便自動化程度，以便于和其它環(huán)節(jié)一起于和其它環(huán)節(jié)一起構(gòu)成自動化裝置，構(gòu)成自動化裝置，通常先將被測物理通常先將被測物理量轉(zhuǎn)換為電量，再量轉(zhuǎn)換為電量，再對電信號進行處

9、理對電信號進行處理和輸出。如圖所示和輸出。如圖所示的聲級計。的聲級計。 中國礦業(yè)大學機電學院 一般說來，測試系統(tǒng)由傳感器、中間變換裝置和一般說來，測試系統(tǒng)由傳感器、中間變換裝置和顯示記錄裝置和激勵裝置四部分組成。顯示記錄裝置和激勵裝置四部分組成。 傳感器傳感器將被測物理量將被測物理量( (如噪聲如噪聲, ,溫度溫度) ) 檢出并轉(zhuǎn)檢出并轉(zhuǎn)換為電量，換為電量，中間變換裝置中間變換裝置對接收到的電信號用硬件對接收到的電信號用硬件電路進行分析處理或經(jīng)電路進行分析處理或經(jīng)a/da/d變換后用軟件進行變換后用軟件進行信號分信號分析析，顯示記錄裝置顯示記錄裝置將測量結(jié)果顯示出來，提供給觀將測量結(jié)果顯示出來

10、，提供給觀察者或其它自動控制裝置。察者或其它自動控制裝置。 1.1 1.1 測試技術(shù)的基本概念測試技術(shù)的基本概念 信息轉(zhuǎn)換信息轉(zhuǎn)換信息提取信息提取激勵裝置激勵裝置人為地模擬某種條件，把被測對象人為地模擬某種條件，把被測對象中地某種信息激發(fā)出來以便檢測中地某種信息激發(fā)出來以便檢測中國礦業(yè)大學機電學院 根據(jù)測試任務(wù)復雜程度的不同，測試系統(tǒng)中傳感根據(jù)測試任務(wù)復雜程度的不同，測試系統(tǒng)中傳感器、中間變換裝置和顯示記錄裝置等每個環(huán)節(jié)又可器、中間變換裝置和顯示記錄裝置等每個環(huán)節(jié)又可由多個模塊組成。由多個模塊組成。例如，下圖所示的機床軸承故障監(jiān)測系統(tǒng)中的中間例如，下圖所示的機床軸承故障監(jiān)測系統(tǒng)中的中間變換裝置

11、就由帶通濾波器、變換裝置就由帶通濾波器、a/da/d變換和計算機中的變換和計算機中的fftfft分析軟件三部分組成。分析軟件三部分組成。 1.1 1.1 測試技術(shù)的基本概念測試技術(shù)的基本概念 中國礦業(yè)大學機電學院第一章、緒論第一章、緒論1.2 1.2 測試技術(shù)的工程應(yīng)用測試技術(shù)的工程應(yīng)用 在工程領(lǐng)域，科學實驗、產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)監(jiān)在工程領(lǐng)域，科學實驗、產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)監(jiān)督、質(zhì)量控制等，都離不開測試技術(shù)。測試技術(shù)督、質(zhì)量控制等，都離不開測試技術(shù)。測試技術(shù)應(yīng)用涉及到航天、機械、電力、石化和海洋運輸應(yīng)用涉及到航天、機械、電力、石化和海洋運輸?shù)让恳粋€工程領(lǐng)域。等每一個工程領(lǐng)域。 中國礦業(yè)大學機電學院1 1、

12、工業(yè)自動化中的應(yīng)用、工業(yè)自動化中的應(yīng)用 a)a)機械手、機器人中的傳感器機械手、機器人中的傳感器 轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)動/ /移動位置傳感器、力傳感器、視覺傳感器、聽覺移動位置傳感器、力傳感器、視覺傳感器、聽覺傳感器、接近距離傳感器、觸覺傳感器、熱覺傳感器、嗅傳感器、接近距離傳感器、觸覺傳感器、熱覺傳感器、嗅覺傳感器。覺傳感器。 1.2 1.2 測試技術(shù)的工程應(yīng)用測試技術(shù)的工程應(yīng)用 在各種自動控制系統(tǒng)中，測試環(huán)節(jié)起著系統(tǒng)感官的作在各種自動控制系統(tǒng)中，測試環(huán)節(jié)起著系統(tǒng)感官的作用，是其重要組成部分。用，是其重要組成部分。密歇根大學的機械手裝配模型密歇根大學的機械手裝配模型廣州中鳴數(shù)碼的機器狗廣州中鳴數(shù)碼的機器狗

13、中國礦業(yè)大學機電學院b) agv自動送貨車自動送貨車 超聲波測距傳感器、判斷超聲波測距傳感器、判斷建筑物內(nèi)人和物所在位置建筑物內(nèi)人和物所在位置；紅外線色彩傳感器，運動軌跡和紅外線色彩傳感器，運動軌跡和agvagv小車位置識別；條形小車位置識別；條形碼傳感器，碼傳感器，貨品貨品識別。識別。1.2 1.2 測試技術(shù)的工程應(yīng)用測試技術(shù)的工程應(yīng)用 香港理工香港理工agv模型模型中國礦業(yè)大學機電學院c) 生產(chǎn)加工過程監(jiān)測生產(chǎn)加工過程監(jiān)測 1.2 1.2 測試技術(shù)的工程應(yīng)用測試技術(shù)的工程應(yīng)用 切削力傳感器，加切削力傳感器，加工噪聲傳感器，超工噪聲傳感器，超聲波測距傳感器、聲波測距傳感器、紅外接近開關(guān)傳感紅

14、外接近開關(guān)傳感器等。器等。密歇根大學數(shù)字化工廠密歇根大學數(shù)字化工廠中國礦業(yè)大學機電學院1.2 1.2 測試技術(shù)的工程應(yīng)用測試技術(shù)的工程應(yīng)用 2、流程工業(yè)設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)控、流程工業(yè)設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)控 在電力、冶金、石化、化工等流程工業(yè)中，生產(chǎn)線上設(shè)在電力、冶金、石化、化工等流程工業(yè)中，生產(chǎn)線上設(shè)備運行狀態(tài)關(guān)系到整個生產(chǎn)線流程。通常建立備運行狀態(tài)關(guān)系到整個生產(chǎn)線流程。通常建立2424小時在線小時在線監(jiān)測系統(tǒng)。監(jiān)測系統(tǒng)。 石化企業(yè)輸石化企業(yè)輸油管道、儲油管道、儲油罐等壓力油罐等壓力容器的破損容器的破損和泄露檢測。和泄露檢測。揚子石化揚子石化50mw熱電機組監(jiān)測系統(tǒng)熱電機組監(jiān)測系統(tǒng)陽邏電廠陽邏電廠300

15、mw汽輪機組監(jiān)測系統(tǒng)汽輪機組監(jiān)測系統(tǒng)荊門電廠荊門電廠200mw機組監(jiān)測系統(tǒng)機組監(jiān)測系統(tǒng)青山熱電廠生產(chǎn)信息實時查詢系統(tǒng)青山熱電廠生產(chǎn)信息實時查詢系統(tǒng)沙角電廠生產(chǎn)信息實時查詢系統(tǒng)沙角電廠生產(chǎn)信息實時查詢系統(tǒng)寶鋼寶鋼30kw以上風機監(jiān)測系統(tǒng)以上風機監(jiān)測系統(tǒng)寶鋼精軋寶鋼精軋f2軋機網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)測系統(tǒng)軋機網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)測系統(tǒng)寶鋼冷軋帶鋼振動紋監(jiān)測系統(tǒng)寶鋼冷軋帶鋼振動紋監(jiān)測系統(tǒng)武鋼風機狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)武鋼風機狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)中國礦業(yè)大學機電學院1.2 1.2 測試技術(shù)的工程應(yīng)用測試技術(shù)的工程應(yīng)用 3、產(chǎn)品質(zhì)量測量、產(chǎn)品質(zhì)量測量 在汽車、機床等設(shè)備，電機、發(fā)動機等零部件出廠時，在汽車、機床等設(shè)備，電機、發(fā)動機等零部件出廠時，

16、必須對其性能質(zhì)量進行測量和出廠檢驗。必須對其性能質(zhì)量進行測量和出廠檢驗。 圖示為汽車出廠檢驗原理框圖，測量參數(shù)圖示為汽車出廠檢驗原理框圖，測量參數(shù)包括潤滑油溫度、冷卻水溫度、燃油壓力包括潤滑油溫度、冷卻水溫度、燃油壓力及發(fā)動機轉(zhuǎn)速等。通過對抽樣汽車的測試，及發(fā)動機轉(zhuǎn)速等。通過對抽樣汽車的測試，工程師可以了解產(chǎn)品質(zhì)量。工程師可以了解產(chǎn)品質(zhì)量。汽車扭距測量汽車扭距測量機床加工精度測量機床加工精度測量中國礦業(yè)大學機電學院1.2 1.2 測試技術(shù)的工程應(yīng)用測試技術(shù)的工程應(yīng)用 4、樓宇控制與安全防護、樓宇控制與安全防護 為使建筑物成為安全、健康、舒適、溫馨的生活、工作為使建筑物成為安全、健康、舒適、溫馨

17、的生活、工作環(huán)境，并能保證系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性和管理的智能化。在樓環(huán)境，并能保證系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性和管理的智能化。在樓宇中應(yīng)用了許多測試技術(shù)，如闖入監(jiān)測、空氣監(jiān)測、溫度宇中應(yīng)用了許多測試技術(shù)，如闖入監(jiān)測、空氣監(jiān)測、溫度監(jiān)測、電梯運行狀況。監(jiān)測、電梯運行狀況。 圖示為某公司樓宇自動化系圖示為某公司樓宇自動化系統(tǒng)。該系統(tǒng)分為：電源管理、統(tǒng)。該系統(tǒng)分為：電源管理、安全監(jiān)測、照明控制、空調(diào)安全監(jiān)測、照明控制、空調(diào)控制、停車管理、水控制、停車管理、水/ /廢水管廢水管理和電梯監(jiān)控。理和電梯監(jiān)控。煙霧傳感器亮度傳感器紅外人體探測器中國礦業(yè)大學機電學院1.2 1.2 測試技術(shù)的工程應(yīng)用測試技術(shù)的工程應(yīng)用 5、家庭

18、與辦公自動化、家庭與辦公自動化 在家電產(chǎn)品和辦公自動化產(chǎn)品設(shè)計中，人們大量的應(yīng)用了在家電產(chǎn)品和辦公自動化產(chǎn)品設(shè)計中，人們大量的應(yīng)用了傳感器和測試技術(shù)來提高產(chǎn)品性能和質(zhì)量。傳感器和測試技術(shù)來提高產(chǎn)品性能和質(zhì)量。全自動洗衣機中的傳感器：全自動洗衣機中的傳感器：衣量傳感器，衣質(zhì)傳感器，衣量傳感器，衣質(zhì)傳感器，水溫傳感器，水質(zhì)傳感器，水溫傳感器，水質(zhì)傳感器，透光率光傳感器透光率光傳感器( (洗凈度洗凈度) )， 液位傳感器，電阻傳感器液位傳感器，電阻傳感器( (衣物烘干檢測衣物烘干檢測) )。指紋傳感器指紋傳感器透光率傳感器透光率傳感器溫濕度傳感器溫濕度傳感器溫度傳感器溫度傳感器中國礦業(yè)大學機電學院1

19、.2 1.2 測試技術(shù)的工程應(yīng)用測試技術(shù)的工程應(yīng)用 5、其他應(yīng)用、其他應(yīng)用航天航天農(nóng)業(yè)農(nóng)業(yè)交通交通醫(yī)學醫(yī)學中國礦業(yè)大學機電學院中國礦業(yè)大學機電學院1.2 1.2 測試技術(shù)的工程應(yīng)用測試技術(shù)的工程應(yīng)用 鼠標鼠標:光電位移傳感器光電位移傳感器攝象頭攝象頭:ccd傳感器傳感器聲位筆聲位筆:超聲波傳感器超聲波傳感器麥克風麥克風:電容傳聲器電容傳聲器聲卡聲卡:a/d卡卡 + d/a卡卡軟驅(qū)軟驅(qū):速度速度,位置伺服位置伺服6、pc機中的測試技術(shù)應(yīng)用機中的測試技術(shù)應(yīng)用中國礦業(yè)大學機電學院1.3 測試技術(shù)的發(fā)展趨勢測試技術(shù)的發(fā)展趨勢第一章、緒論第一章、緒論1、傳感器方面、傳感器方面 a)a)利用新發(fā)現(xiàn)的材料和

20、新發(fā)現(xiàn)的生物、物理、化學效利用新發(fā)現(xiàn)的材料和新發(fā)現(xiàn)的生物、物理、化學效應(yīng)開發(fā)出的新型傳感器應(yīng)開發(fā)出的新型傳感器光纖流速傳感器光纖流速傳感器熒光材熒光材料制作料制作的電子的電子鼻傳感鼻傳感器器生物酶血樣分析傳感器生物酶血樣分析傳感器熱熱/光光電量電量中國礦業(yè)大學機電學院第一章、緒論第一章、緒論b)傳感器傳感器+嵌入式計算機嵌入式計算機 智能傳感器智能傳感器 振動網(wǎng)絡(luò)傳感器振動網(wǎng)絡(luò)傳感器嵌入式計算機嵌入式計算機智能壓力網(wǎng)絡(luò)智能壓力網(wǎng)絡(luò)傳感器傳感器智能智能傾角傾角rs232rs232傳感器傳感器ic總線數(shù)字溫度總線數(shù)字溫度傳感器傳感器中國礦業(yè)大學機電學院2 2、測量信號處理方面、測量信號處理方面 1

21、965年，美國庫利和圖基提出了快速傅里葉變換年，美國庫利和圖基提出了快速傅里葉變換（fft）計算方法，使計算離散傅里葉變換（）計算方法，使計算離散傅里葉變換（dft）的復數(shù)乘法次數(shù)從的復數(shù)乘法次數(shù)從n2減少到減少到nlog2n次，從而大大減次，從而大大減少了計算量。少了計算量。 1968年美國雷德提出數(shù)論變換年美國雷德提出數(shù)論變換fft算法（算法（nfft）；）； 1976年美國威諾格蘭德提出了一種傅里葉變換算法年美國威諾格蘭德提出了一種傅里葉變換算法（wfta），用它計算），用它計算dft所需的乘法次數(shù)僅為所需的乘法次數(shù)僅為fft算法乘法次數(shù)的算法乘法次數(shù)的1/3； 1977年法國努斯鮑默提

22、出了一種多項式變換傅里葉年法國努斯鮑默提出了一種多項式變換傅里葉變換算法（變換算法（pfta），結(jié)合使用），結(jié)合使用 fft和和 wfta方法，方法，在采樣點數(shù)較大時，較之在采樣點數(shù)較大時，較之fft算法快算法快3倍左右。倍左右。 1.3 1.3 測試技術(shù)的發(fā)展趨勢測試技術(shù)的發(fā)展趨勢中國礦業(yè)大學機電學院1.3 1.3 測試技術(shù)的發(fā)展趨勢測試技術(shù)的發(fā)展趨勢 當采樣點當采樣點n=1000n=1000時，時，dftdft算法為算法為200200萬次；萬次；fftfft算算法為法為1.41.4萬次；萬次；nfftnfft算法為算法為0.80.8萬次；萬次；wftawfta算法為算法為0.350.35萬次；萬次；pftapfta算法為算法為0.30.3萬次萬次 。 美國美國texastexas公司公司19861986年推出的年推出的tms320c25tms32