機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)

機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)課件2023/7/14第1頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月教材、參考書(shū)與課時(shí)安排教材機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)(第3版)

熊詩(shī)波黃長(zhǎng)藝編著機(jī)械工業(yè)出版社測(cè)試技術(shù)與信號(hào)處理

郭迎福，焦鋒，李曼主編中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社課時(shí)安排授課：36學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)：4學(xué)時(shí)教材、參考書(shū)與課時(shí)安排2023/7/14第2頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

教學(xué)目的和要求測(cè)試技術(shù)是工科院校機(jī)械類各專業(yè)本科生一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課，內(nèi)容包括傳感器、測(cè)量電路、測(cè)試系統(tǒng)的特性，信號(hào)分析與數(shù)據(jù)處理。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)：掌握傳感器的原理、特點(diǎn)及應(yīng)用，常用測(cè)試系統(tǒng)和測(cè)量電路以及信號(hào)分析的基本原理和分析方法。為后續(xù)課程打好基礎(chǔ)。2023/7/14第3頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月課程內(nèi)容第一章

緒論第二章信號(hào)及其描述第三章測(cè)試裝置的基本特性第四章常用傳感器與敏感元件第五章信號(hào)的調(diào)理與記錄第六章信號(hào)處理初步第七章測(cè)試技術(shù)的工程應(yīng)用2023/7/14第4頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第一章緒論了解測(cè)試的基本概念掌握信號(hào)和信息的關(guān)系理解測(cè)試的基本內(nèi)容與任務(wù)理解測(cè)試系統(tǒng)的組成及各環(huán)節(jié)功能掌握信號(hào)的分析方法了解測(cè)試信息處理技術(shù)的發(fā)展方向本章要點(diǎn)：2023/7/14第5頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、測(cè)試的重要作用和意義隨著科技的發(fā)展，測(cè)試技術(shù)已經(jīng)形成了一門專門的技術(shù)科學(xué)。人們通過(guò)測(cè)試獲得客觀事物的定量概念，以掌握其運(yùn)動(dòng)規(guī)律。在某種意義上來(lái)說(shuō)，“沒(méi)有測(cè)試，就沒(méi)有科學(xué)?！币?yàn)槿祟惖母鞣N活動(dòng)領(lǐng)域中都離不開(kāi)測(cè)試。測(cè)試包含著測(cè)量和試驗(yàn)兩大內(nèi)容。測(cè)量就是把被測(cè)系統(tǒng)中的某種信息提出，并加以度量，為確定量值而進(jìn)行的試驗(yàn)過(guò)程；試驗(yàn)就是通過(guò)某種人為的方法，把被測(cè)系統(tǒng)所在的許多信息中的某種信息，用專門的裝置人為地把它激發(fā)出來(lái)，加以測(cè)量。它是對(duì)未知事物探索性的認(rèn)識(shí)過(guò)程。因此，測(cè)試工作是人們認(rèn)識(shí)客觀事物、掌握其內(nèi)在規(guī)律，從而利用并改造世界的重要手段。2023/7/14第6頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1、產(chǎn)品檢驗(yàn)和質(zhì)量控制的重要手段被動(dòng)檢測(cè)主動(dòng)檢測(cè)（在線檢測(cè)）質(zhì)量控制領(lǐng)域2、在大型設(shè)備安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行監(jiān)測(cè)中得到廣泛應(yīng)用故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)保證設(shè)備和人員安全提高經(jīng)濟(jì)效益3、自動(dòng)化系統(tǒng)中不可缺少的組成部分生產(chǎn)過(guò)程：“物流”“信息流”控制管理數(shù)量狀態(tài)趨向檢測(cè)獲取信息分析判斷自動(dòng)控制自動(dòng)化：信息獲取、信息轉(zhuǎn)換、信息處理、信息傳送、信息執(zhí)行4、檢測(cè)技術(shù)的完善和發(fā)展推動(dòng)著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步一、測(cè)試的重要作用和意義2023/7/14第7頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、測(cè)試的重要作用和意義“機(jī)遇”號(hào)火星車拍攝火星土壤的顯微照片

“勇氣”號(hào)火星車發(fā)回的彩色照片美國(guó)勇氣號(hào)和機(jī)遇號(hào)火星探測(cè)移動(dòng)機(jī)器人檢測(cè)手段水平?jīng)Q定科學(xué)研究的深度和廣度2023/7/14第8頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月生物醫(yī)學(xué)圖像分析醫(yī)學(xué)臨床診斷：X射線、B超、CT、核磁共振（MRI）醫(yī)學(xué)影像融合分析CT圖像自動(dòng)檢測(cè)：染色體切片、癌細(xì)胞切片、超聲波圖象一、測(cè)試的重要作用和意義2023/7/14第9頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、測(cè)試的基本概念測(cè)試：具有試驗(yàn)性的測(cè)量試驗(yàn)：對(duì)未知事物探索性的認(rèn)識(shí)過(guò)程測(cè)量：為確定量值而進(jìn)行的試驗(yàn)過(guò)程計(jì)量：實(shí)現(xiàn)單位統(tǒng)一和量值準(zhǔn)確可靠為目的。

2023/7/14第10頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、信息和信號(hào)1.信息物質(zhì)所固有，客觀存在或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的特征非物質(zhì)，不具有能量，傳輸依靠物質(zhì)和能量

2.信號(hào)信息的載體。信息蘊(yùn)含于信號(hào)之中。信號(hào)是物質(zhì)具有能量。2023/7/14第11頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月四、測(cè)試技術(shù)的內(nèi)容1.測(cè)試技術(shù)的內(nèi)容測(cè)量原理：實(shí)現(xiàn)測(cè)量所依據(jù)的物理、化學(xué)、生物等現(xiàn)象及有關(guān)定律。測(cè)量方法：分為直接或間接測(cè)量、接觸或非接觸測(cè)量、破壞或非破壞測(cè)量測(cè)量系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理2023/7/14第12頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月五、測(cè)試系統(tǒng)的組成

測(cè)試過(guò)程：首先利用酒精（敏感元件）檢測(cè)出被測(cè)對(duì)象溫度變化并將其轉(zhuǎn)換成自身體積的變化（熱脹冷縮），然后經(jīng)過(guò)等截面的中空玻璃管（中間變換器）再轉(zhuǎn)換成高度的變化（分析處理），最后由外面的刻度線顯示出測(cè)試結(jié)果（顯示、記錄）并提供給觀察者或輸入后續(xù)的控制系統(tǒng)。被測(cè)對(duì)象信號(hào)輸入輸出觀察者顯示結(jié)果：刻度線變換：VH玻璃管敏感元件：酒精2023/7/14第13頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月五、測(cè)試系統(tǒng)的組成2023/7/14第14頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月五、測(cè)試系統(tǒng)的組成1、信號(hào)檢出部分傳感器（Sensor）----執(zhí)行檢出功能的器件信號(hào)提?。ū粶y(cè)量）、傳輸（信號(hào)變換部分）選擇：測(cè)量精度要求、被測(cè)量變化范圍、被測(cè)對(duì)象所處的環(huán)境條件以及對(duì)傳感器體積和整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)的成本等的限制檢測(cè)系統(tǒng)中形式最多樣、與被測(cè)對(duì)象關(guān)聯(lián)最密切的部分

2023/7/14第15頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月五、測(cè)試系統(tǒng)的組成2、信號(hào)變換部分檢出信號(hào)適合于分析和處理的信號(hào)信號(hào)調(diào)理電路阻抗變換----輸出阻抗很高時(shí)；電壓/電流（V/A）轉(zhuǎn)換----需要電流輸出時(shí)；信號(hào)放大----輸出信號(hào)微弱時(shí)；噪聲抑制----信號(hào)淹沒(méi)在噪聲中；模擬/數(shù)字（A/D）轉(zhuǎn)換----需要輸出數(shù)字信號(hào)時(shí)2023/7/14第16頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月五、測(cè)試系統(tǒng)的組成3、分析處理部分功能：管理不同系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)、狀態(tài)和控制信息的傳輸和交換不斷注入新內(nèi)容----檢測(cè)系統(tǒng)的研究中心4、通信接口與總線部分計(jì)算機(jī)系統(tǒng)----強(qiáng)大問(wèn)題分析能力、復(fù)雜系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制自動(dòng)化、智能化接口---分系統(tǒng)和上位機(jī)之間/分系統(tǒng)之間交換信息2023/7/14第17頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月五、測(cè)試系統(tǒng)的組成2、測(cè)試過(guò)程和測(cè)試系統(tǒng)的組成根據(jù)測(cè)試任務(wù)復(fù)雜程度的不同，測(cè)試系統(tǒng)中傳感器、中間變換裝置和顯示記錄裝置等每個(gè)環(huán)節(jié)又可由多個(gè)模塊組成。例如，下圖所示的機(jī)床軸承故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的中間變換裝置就由帶通濾波器、A/D變換和計(jì)算機(jī)中的FFT分析軟件三部分組成。

2023/7/14第18頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

環(huán)節(jié)

裝置

作用激勵(lì)環(huán)節(jié)激勵(lì)裝置使被測(cè)對(duì)象處于測(cè)試狀態(tài)輸入環(huán)節(jié)傳感器檢測(cè)并轉(zhuǎn)換被測(cè)信號(hào)處理環(huán)節(jié)中間變換器分析、處理、變換信號(hào)輸出環(huán)節(jié)顯示記錄裝置顯示、記錄并輸出結(jié)果注意：測(cè)試系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)的輸出量與輸入量之間應(yīng)保持一一對(duì)應(yīng)和盡量不失真的關(guān)系（線性關(guān)系），并盡可能地減少或消除各種干擾。五、測(cè)試系統(tǒng)的組成2023/7/14第19頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月六、測(cè)試、信息處理的發(fā)展?fàn)顩r測(cè)試信息處理技術(shù)的發(fā)展具體體現(xiàn)在：傳感器：新型、微型、智能化測(cè)試：多功能、集成化、智能化；靜態(tài)測(cè)試向動(dòng)態(tài)測(cè)試發(fā)展信息處理：高在線實(shí)時(shí)能力、高精度、專用功能、小型化、性能標(biāo)準(zhǔn)化和低價(jià)格測(cè)試技術(shù)重要手段相關(guān)學(xué)科：物理、化學(xué)、數(shù)學(xué)、生物學(xué)、材料科學(xué)等等新的檢測(cè)理論、方法和技術(shù)手段科學(xué)研究形成推動(dòng)實(shí)驗(yàn)研究和發(fā)展2023/7/14第20頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月六、機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)1.測(cè)量方式多樣化包括：（1）動(dòng)態(tài)測(cè)量（2）虛擬儀器（3）便攜式測(cè)量?jī)x器（4）組合式測(cè)量方式（5）多傳感器融合技術(shù)在制造過(guò)程中的應(yīng)用2.視覺(jué)測(cè)試技術(shù)3.測(cè)量尺寸繼續(xù)向兩個(gè)極端方向發(fā)展2023/7/14第21頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月七、測(cè)試技術(shù)在工程技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用領(lǐng)域：工業(yè)、農(nóng)業(yè)、航天、軍事等(1)零件的識(shí)別與定位1、工業(yè)檢測(cè)■自動(dòng)連接引線、對(duì)準(zhǔn)芯片和封裝；■自動(dòng)安裝部件，自動(dòng)焊接或自動(dòng)切割加工、自動(dòng)澆注系統(tǒng)等。(2)零件尺寸的在線測(cè)量鋼板厚度的在線測(cè)量

(3)零件外觀及內(nèi)部缺陷檢測(cè)(4)產(chǎn)品分類、分組蘋(píng)果分級(jí)、分色、配色2023/7/14第22頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月七、測(cè)試技術(shù)在工程技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用(5)產(chǎn)品標(biāo)識(shí)、編碼識(shí)別商品條碼、印鑒、標(biāo)簽“手-眼”定位：兩個(gè)攝像機(jī)---兩幅平面圖像---三維場(chǎng)景信息用于：目標(biāo)識(shí)別、道路識(shí)別、障礙物判斷、主動(dòng)導(dǎo)航、自動(dòng)視覺(jué)導(dǎo)航無(wú)人駕駛汽車、無(wú)人駕駛飛機(jī)、無(wú)人戰(zhàn)車、探測(cè)機(jī)器人2、機(jī)器人導(dǎo)航2023/7/14第23頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月七、測(cè)試技術(shù)在工程技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用交通---車輛識(shí)別、牌照識(shí)別、車型判斷、車輛監(jiān)視、交通流量檢測(cè)安全---指紋判別與匹配、面孔與眼底識(shí)別、安全檢查（飛機(jī)、海關(guān)）監(jiān)視---超市、商店防盜、銀行監(jiān)控，停車場(chǎng)、電梯閉路電視4、監(jiān)控、安防、交通管理：3、遙感圖像分析：航空攝影圖像---（多目成象---大地測(cè)量、測(cè)繪）衛(wèi)星遙感圖像---氣象衛(wèi)星（紅外成象---云圖---氣象狀況）資源衛(wèi)星（多光譜成象----地質(zhì)、礦藏、森林、災(zāi)害）海洋衛(wèi)星（合成孔徑雷達(dá)成象---海洋、海浪、海灘）2023/7/14第24頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月七、測(cè)試技術(shù)在工程技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用6、辦公與家電：辦公設(shè)備---數(shù)碼復(fù)印機(jī)、掃描儀、傳真機(jī)、繪圖儀家用電器---數(shù)碼攝像機(jī)、數(shù)碼照相機(jī)、可視電話、可視門鈴5、軍事與國(guó)防：超低空雷達(dá)、超視距雷達(dá)、導(dǎo)彈制導(dǎo)、導(dǎo)彈導(dǎo)航、地形匹配、單兵作戰(zhàn)系統(tǒng)、戰(zhàn)場(chǎng)遙測(cè)、夜視儀、聲納成象2023/7/14第25頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月測(cè)量的基礎(chǔ)知識(shí)測(cè)量結(jié)果可信必須具備的兩個(gè)條件：測(cè)量過(guò)程是被測(cè)量的量與標(biāo)準(zhǔn)或相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)量的比較過(guò)程。作為比較用的標(biāo)準(zhǔn)量值必須是已知的，且是合法的，才能確保測(cè)量值的可信度及保證測(cè)量值的溯源性。進(jìn)行比較的測(cè)量系統(tǒng)必須進(jìn)行定期檢查、標(biāo)定，以保證測(cè)量的有效性、可靠性，這樣的測(cè)量才有意義。2023/7/14第26頁(yè)，課件共28頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月測(cè)量的基礎(chǔ)知識(shí)一、量與量綱量是指現(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