測試技術第0章-緒論fanny

測試技術教材：機械工程測試技術基礎第三版成績評定實驗： 12%實驗中心魏老師平時成績：18%作業(yè)/考勤考試： 70%緒論第一節(jié)測試技術概況第二節(jié)測量的基礎知識測試和測量系統(tǒng)測試技術的發(fā)展概況測試技術的工程應用課程的主要環(huán)節(jié)和本書概要

一、測試和測量系統(tǒng)

測試技術是測量和試驗技術的統(tǒng)稱。本書主要內(nèi)容是測量技術和儀器。

測試工作的任務：解決如何獲取有關研究對象的狀態(tài)，運動和特性等方面的信息的問題。第一節(jié)測試技術概況您在發(fā)燒，請……緒論一、測試和測量系統(tǒng)第一節(jié)測試技術概況

測試技術是進行各種科學實驗研究和生產(chǎn)過程參數(shù)測量必不可少的手段，起著人的感官的作用。優(yōu)點：簡單、可靠。缺點：精度底、時間長、無法實現(xiàn)測量自動化。

優(yōu)點：精度高、速度快。缺點：成本高、易損壞。緒論水銀溫度計電子溫度計簡單的測試系統(tǒng)一、測試和測量系統(tǒng)第一節(jié)測試技術概況圖0-1中實驗及各種過程中的物理量真值、變量或測量值，若隨時間變化，通常稱為信號。測量系統(tǒng)的用途緒論產(chǎn)品開發(fā)與工程試驗過程過程與系統(tǒng)控制監(jiān)測與診斷一、測試和測量系統(tǒng)第一節(jié)測試技術概況敏感元件轉(zhuǎn)換元件適配電路顯示或存儲接口（數(shù)字化）計算機或控制系統(tǒng)分析結(jié)果反饋、控制或診斷傳感器信號調(diào)理信號分析處理緒論圖0-2測量系統(tǒng)的一般構(gòu)成一、測試和測量系統(tǒng)第一節(jié)測試技術概況測試系統(tǒng)是指由相關的器件、儀器和測試裝置有機組合而成的具有獲取某種信息之功能的整體。如下圖所示。

為了準確的獲得被測對象的信息，要求測試系統(tǒng)中的每一個環(huán)節(jié)的輸出量與輸入量之間必須具有一一對應關系。而且，其輸出的變化能夠準確地反映出其輸入的變化，即實現(xiàn)不失真的測試。被測對象傳感器信號調(diào)理信號處理數(shù)據(jù)顯示與記錄反饋、控制緒論一、測試和測量系統(tǒng)第一節(jié)測試技術概況激勵裝置

自然狀態(tài)時有些信息卻無法顯現(xiàn)或顯現(xiàn)的不明顯，需要通過激勵裝置作用于被測對象，使之產(chǎn)生出我們要獲取的信息載于其中的一種新的信號。緒論被測對象傳感器信號調(diào)理信號處理數(shù)據(jù)顯示與記錄反饋、控制激勵一、測試和測量系統(tǒng)第一節(jié)測試技術概況傳感器傳感器是將被測信息按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成同種或別種量值輸出的裝置。這種輸出量通常是電信號。緒論一、測試和測量系統(tǒng)第一節(jié)測試技術概況調(diào)理環(huán)節(jié)信號的調(diào)理環(huán)節(jié)是把來自傳感器的信號轉(zhuǎn)換成更適合于進一步傳輸和處理的形式。這種信號的轉(zhuǎn)換，多數(shù)是電信號之間的轉(zhuǎn)換。如幅值放大，將阻抗的變化轉(zhuǎn)換成電壓的變化或頻率的變化等。

基本放大器信號的調(diào)制與解調(diào)緒論一、測試和測量系統(tǒng)第一節(jié)測試技術概況信號處理環(huán)節(jié)信號處理環(huán)節(jié)對來自信號調(diào)理環(huán)節(jié)的信號進行各種運算、濾波和分析四種濾波器的幅頻特性緒論一、測試和測量系統(tǒng)第一節(jié)測試技術概況顯示記錄環(huán)節(jié)信號顯示、記錄環(huán)節(jié)是將來自信號處理環(huán)節(jié)的信號以觀察者易于觀察的形式來顯示或存貯測試的結(jié)果。

光線示波器緒論一、測試和測量系統(tǒng)第一節(jié)測試技術概況機床軸承故障監(jiān)測系統(tǒng)

報警信息控制信息執(zhí)行裝置緒論反饋、控制環(huán)節(jié)反饋控制環(huán)節(jié)主要應用于閉環(huán)控制系統(tǒng)中的測試系統(tǒng)。二、測試技術的發(fā)展概況

第一節(jié)測試技術概況1、傳感器方面

a)利用新發(fā)現(xiàn)的材料和新發(fā)現(xiàn)的生物、物理、化學效應開發(fā)出的新型傳感器熒光材料制作的電子鼻傳感器生物酶血樣分析傳感器緒論二、測試技術的發(fā)展概況

第一節(jié)測試技術概況b)傳感器+嵌入式計算機→智能傳感器振動網(wǎng)絡傳感器嵌入式計算機智能壓力網(wǎng)絡傳感器智能傾角RS232傳感器IC總線數(shù)字溫度傳感器緒論1、傳感器方面

二、測試技術的發(fā)展概況

第一節(jié)測試技術概況2、測量信號處理方面計算機虛擬儀器技術用PC機＋儀器板卡→代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器用計算機軟件→

代替硬件分析電路我們的工作緒論三、測試技術的工程應用

第一節(jié)測試技術概況1、工業(yè)自動化中的應用

a)機械手、機器人中的傳感器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。密歇根大學的機械手裝配模型廣州中鳴數(shù)碼的機器狗轉(zhuǎn)動/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、嗅覺傳感器。緒論三、測試技術的工程應用

第一節(jié)測試技術概況b)AGV自動送貨車

超聲波測距傳感器：判斷建筑物內(nèi)人和物所在位置；紅外線色彩傳感器：運動軌跡和AGV小車位置識別；條形碼傳感器：貨品識別。香港理工AGV模型AutomatedGuidedVehicles緒論1、工業(yè)自動化中的應用

三、測試技術的工程應用

第一節(jié)測試技術概況c)生產(chǎn)加工過程監(jiān)測切削力傳感器，加工噪聲傳感器，超聲波測距傳感器、紅外接近開關傳感器等。密歇根大學數(shù)字化工廠緒論1、工業(yè)自動化中的應用

三、測試技術的工程應用

第一節(jié)測試技術概況2、產(chǎn)品質(zhì)量測量在汽車、機床等設備，電機、發(fā)動機等零部件出廠時，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)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，工程師可以了解產(chǎn)品質(zhì)量。汽車扭距測量機床加工精度測量緒論三、測試技術的工程應用

第一節(jié)測試技術概況在家電產(chǎn)品和辦公自動化產(chǎn)品設計中，人們大量的應用了傳感器和測試技術來提高產(chǎn)品性能和質(zhì)量。指紋傳感器3、家庭與辦公自動化緒論三、測試技術的工程應用

第一節(jié)測試技術概況鼠標:光電位移傳感器攝象頭:CCD傳感器聲位筆:超聲波傳感器麥克風:電容傳聲器聲卡:A/D卡+D/A卡軟驅(qū):速度,位置伺服4、PC機中的測試技術應用緒論四、課程的主要環(huán)節(jié)和本書概要第一節(jié)測試技術概況本課程的研究對象是機械工程領域與設計有關的試驗、控制和運行監(jiān)測中涉及到物理量及其他工程量的測量和測量裝置與系統(tǒng)的性能，包括物理量和其他工程量的測量方法測試中常用的傳感器信號調(diào)理電路及記錄顯示儀器的工作原理測量裝置基本特性的評價方法測試信號的分析和處理緒論四、課程的主要環(huán)節(jié)和本書概要第一節(jié)測試技術概況學生在學完本課程后應具有下列幾方面的知識：

1)掌握信號的時域和頻域的描述方法，建立明確的信號頻譜結(jié)構(gòu)的概念；掌握頻譜分析和相關分析的基本原理和方法，掌握數(shù)字信號分析中的一些基本概念。

2)掌握測試裝置基本特性的評價方法和不失真測試條件，并能正確地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)特性及其測定方法。

3)了解常用傳感器、常用信號調(diào)理電路和記錄、顯示儀器的工作原理和性能，并能較合理地選用。

4)對動態(tài)測試的基本問題有一個比較完整的概念，并能初步運用于機械工程中某些參量的測量和產(chǎn)品的試驗。緒論一、量與量綱第二節(jié)測量的基礎知識

量是指現(xiàn)象、物體或物質(zhì)可定性區(qū)別和定量確定的一種屬性。不同類的量彼此可以定性區(qū)別，如長度與質(zhì)量是不同類的量。

“量綱”代表一個實體(被測量)的確定特征，而量綱單位則是該實體的量化基礎。例如，長度是一個量綱，而厘米則是長度的一個單位；時間是一個量綱，而秒則是時間的一個單位。緒論國際單位（SI）制中，基本量：長度質(zhì)量時間溫度電流發(fā)光強度物質(zhì)的量LMTθINJ無量綱量弧度基本量（SI）長度質(zhì)量時間溫度電流發(fā)光強度物質(zhì)的量LMTθ

INJ單位米Metre千克Kilogram秒Second開爾文Kelvn安培Ampere坎德拉Candela摩爾mol單位代號mkgsKAcdmol2．輔助單位在國際單位制中，平面角的單位——弧度和立體角的單位——球面度未歸入基本單位或?qū)С鰡挝?，而稱之為輔助單位。輔助單位既可以作為基本單位使用，又可以作為導出單位使用。3．導出單位在選定了基本單位和輔助單位之后，按物理量之間的關系，由基本單位和輔助單位以相乘或相除的形式所構(gòu)成的單位稱為導出單位。1．基本單位二、法定計量單位

三、測量方法（直接測量、間接測量、組合測量）第二節(jié)測量的基礎知識

1.

直接測量（絕對測量、相對測量）

直接測量：直接將被測量與標準量進行比較標準量標準計量單位（如米尺、光柵尺、激光、……）

絕對測量定值標準量（如某一固定尺寸）

相對測量緒論三、測量方法第二節(jié)測量的基礎知識

--絕對測量：采用儀器、設備、手段測量被測量，直接得到測量值測量結(jié)果：20.1mm--相對測量：將被測量直接與基準量比較，得到偏差值特點：簡單、直觀、明了；測量精度不高基準量：20.00mm測量值：+0.08mm結(jié)果：20.08mm特點：精度高；復雜、成本高、要求高緒論三、測量方法第二節(jié)測量的基礎知識

2.間接測量如測導線的導電率ρ：

測量與被測量有一定函數(shù)關系的參量，被測量由計算獲得3.組合測量

指將直接測量值或間接測量值與被測量值之間按已知關系組合成一組方程(函數(shù)關系)，通過解方程組得到被測值的方法。組合測量實質(zhì)是間接測量的推廣，其目的就是在不提高計量儀器準確度的情況下，提高被測量值的準確度。緒論四、測量裝置第二節(jié)測量的基礎知識

測量裝置(測量系統(tǒng))是指為了確定被測量值所必需的器具和輔助設備的總體。（P7）1．傳感器它是直接作用于被測量，并能按一定規(guī)律將被測量轉(zhuǎn)換成同種或別種量值輸出的器件。2．測量變換器

提供與輸入量有給定關系的輸出量的測量器件。顯然，當測量變換器的輸入量為被測量時，該測量變換器實際上就是傳感器；反過來，傳感器也就是第一級的測量變換器。當測量變換器的輸出量為標準信號時，它就被稱為變送器。在自動控制系統(tǒng)中，經(jīng)常用到變送器。3．檢測器

用以指示某種特定量的存在而不必提供量值的器件或物質(zhì)。在某些情況下，只有當量值達到規(guī)定的閾值時才有指示。化學試紙就是一種檢測器。4．測量器具的示值由測量器具所指示的被測量值。示值用被測量的單位表示。緒論四、測量裝置第二節(jié)測量的基礎知識

5．準確度等級用來表示測量器具的等級或級別。每一等級的測量器具都有相應的計量要求，用來保持其誤差在規(guī)定極限以內(nèi)。6.標稱范圍也稱為示值范圍。測量器具標尺范圍所對應的被測量示值的范圍。例如溫度計的標尺范圍的起點示值為一30℃，終點示值為+20℃，其標稱范圍即為一30～+20℃。7．量程標稱范圍的上下限之差的模。上例的量程就是50℃。8．測量范圍在測量器具的誤差處于允許極限內(nèi)的情況下，測量器具所能測量的被測量值的范圍。9．漂移測量器具的計量特性隨時間的慢變化。緒論五、測量誤差

第二節(jié)測量的基礎知識

1、測量誤差的定義：測量誤差=測得值-真值客觀真實值（未知）①約定真值：世界各國公認的幾何量和物理量的最高基準的量值如：米---公制長度基準測量所得數(shù)據(jù)與其相應的真值之差---1）絕對誤差x=x–x0②理論真值：設計時給定或用數(shù)學、物理公式計算出的給定值光在真空中1s時間內(nèi)傳播距離的1/299792485緒論五、測量誤差

第二節(jié)測量的基礎知識

按誤差來源：裝置誤差、環(huán)境誤差、方法誤差、人員誤差按特性規(guī)律：系統(tǒng)誤差、隨機誤差、粗大誤差2、測量誤差的分類：①系統(tǒng)誤差由特定原因引起、具有一定因果關系并按確定規(guī)律產(chǎn)生

---有規(guī)律可循裝置、環(huán)境、動力源變化、人為因素再現(xiàn)性---偏差（Deviation）理論分析/實驗驗證---原因和規(guī)律---減少/消除緒論五、測量誤差

第二節(jié)測量的基礎知識

②隨機誤差因許多不確定性因素而隨機發(fā)生偶然性（不明確、無規(guī)律）概率和統(tǒng)計性處理（無法消除/修正）③粗大誤差檢測系統(tǒng)各組成環(huán)節(jié)發(fā)生異常和故障等引起（超出誤差范圍）分離---防止緒論五、測量誤差

第二節(jié)測量的基礎知識

3、誤差的表示方法：1）絕對誤差：測量某量所得值與其真值（約定真值）之差。2）相對誤差：絕對誤差與約定真值之比。用百分數(shù)表示。相對誤差越小，測量精度越高。

3）引用誤差：裝置示值絕對誤差與裝置量程之比。例如，測量上限為100克的電子秤，秤重60克的標準重量時，其示值為60.2克，則該測量點的引用誤差為：（60.2-60）÷100=0.2%4）分貝誤差：

分貝誤差=20×lg(測量結(jié)果