測試技術(shù) 緒論ppt

機(jī)械工程

測試技術(shù)

基礎(chǔ)南昌大學(xué)機(jī)電學(xué)院緒論本章學(xué)習(xí)要求：1.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3.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5.掌握測量的基礎(chǔ)知識機(jī)械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)緒論0.1測試技術(shù)的基本概念

測試技術(shù)是實驗科學(xué)的一部分，主要研究各種物理量的測量原理和信號分析處理方法。

測試技術(shù)是進(jìn)行各種科學(xué)研究和生產(chǎn)過程中參數(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)可以只有一個模塊，如玻璃管溫度計。它直接將被溫度變化轉(zhuǎn)化液面示值。沒有電量轉(zhuǎn)換和分析電路，很簡單，但精度底，無法實現(xiàn)測量自動化。

為提高測量精度和自動化程度，以便于和其它環(huán)節(jié)一起構(gòu)成自動化裝置，通常先將被測物理量轉(zhuǎn)換為電量，再對電信號進(jìn)行處理和輸出。如圖所示的聲級計。

緒論0.1測試技術(shù)的基本概念

測試的基本任務(wù):從被測對象中獲取有用的信息。

信息在大多數(shù)情況下是不可能直接檢測得到的，它隱含在信號中。信號是信息的載體。測試是先獲取信號，再從信號中獲取有用的信息。工程測試的分類靜態(tài)測試：被測量不隨時間變化。例：零件的幾何尺寸------公差技術(shù)測量的研究對象動態(tài)測試：被測量隨時間變化。例：運動參數(shù)、力參數(shù)-------測試技術(shù)的主要研究對象測試技術(shù)是測量技術(shù)和試驗技術(shù)的統(tǒng)稱。

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三部分組成。

傳感器將被測物理量(如噪聲、溫度)檢出并轉(zhuǎn)換為電量，中間變換裝置對接收到的電信號用硬件電路進(jìn)行分析處理或經(jīng)A/D變換后用軟件進(jìn)行信號分析，顯示記錄裝置則將測量結(jié)果顯示出來，提供給觀察者或其它自動控制裝置。

0.1測試技術(shù)的基本概念

信息轉(zhuǎn)換信息提取緒論0.2測試技術(shù)的工程應(yīng)用

在工程領(lǐng)域，科學(xué)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)應(yīng)用涉及到航天、機(jī)械、電力、石化和海洋運輸?shù)让恳粋€工程領(lǐng)域。

1、工業(yè)自動化中的應(yīng)用

a)機(jī)械手、機(jī)器人中的傳感器

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。

0.2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)感官的作用，是其重要組成部分。密歇根大學(xué)的機(jī)械手裝配模型廣州中鳴數(shù)碼的機(jī)器狗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。0.2測試技術(shù)的工程應(yīng)用

香港理工AGV模型c)生產(chǎn)加工過程監(jiān)測0.2測試技術(shù)的工程應(yīng)用

沖裁力、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(guān)傳感器等。密歇根大學(xué)數(shù)字化工廠

d)機(jī)械故障診斷

在設(shè)備的運行狀態(tài)或不拆卸狀態(tài)對其內(nèi)部狀況作出診斷,是利用機(jī)器在工作或試驗過程中出現(xiàn)的諸多現(xiàn)象，如溫升、振動、噪聲、應(yīng)力應(yīng)變、潤滑油狀況、異味等來分析、推理、判斷的。顯然，完善的測試是正確診斷的基礎(chǔ)。0.2測試技術(shù)的工程應(yīng)用

0.2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24小時在線監(jiān)測系統(tǒng)。石化企業(yè)輸油管道、儲油罐等壓力容器的破損和泄露檢測。揚子石化50MW熱電機(jī)組監(jiān)測系統(tǒng)陽邏電廠300MW汽輪機(jī)組監(jiān)測系統(tǒng)荊門電廠200MW機(jī)組監(jiān)測系統(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)寶鋼30KW以上風(fēng)機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)寶鋼精軋F(tuán)2軋機(jī)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)武鋼風(fēng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)0.2測試技術(shù)的工程應(yīng)用

3、產(chǎn)品質(zhì)量測量在汽車、機(jī)床等設(shè)備，電機(jī)、發(fā)動機(jī)等零部件出廠時，必須對其性能質(zhì)量進(jìn)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(jī)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(jī)床加工精度測量0.2測試技術(shù)的工程應(yīng)用

4、樓宇控制與安全防護(hù)為使建筑物成為安全、健康、舒適、溫馨的生活、工作環(huán)境，并能保證系統(tǒng)運行的經(jīng)濟(jì)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、溫度監(jiān)測、電梯運行狀況。

圖示為某公司樓宇自動化系統(tǒng)。該系統(tǒng)分為：電源管理、安全監(jiān)測、照明控制、空調(diào)控制、停車管理、水/廢水管理和電梯監(jiān)控。煙霧傳感器亮度傳感器紅外人體探測器0.2測試技術(shù)的工程應(yīng)用

5、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(jī)中的傳感器：衣物重量傳感器，衣質(zhì)傳感器，水溫傳感器，水質(zhì)傳感器，透光率光傳感器(洗凈度)液位傳感器，電阻傳感器(衣物烘干檢測)。指紋傳感器透光率傳感器溫濕度傳感器溫度傳感器0.2測試技術(shù)的工程應(yīng)用

6、其他應(yīng)用航天農(nóng)業(yè)交通醫(yī)學(xué)0.2測試技術(shù)的工程應(yīng)用

鼠標(biāo):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(fēng):電容傳聲器聲卡:A/D卡+D/A卡軟驅(qū):速度,位置伺服7、PC機(jī)中的測試技術(shù)應(yīng)用0.2測試技術(shù)的工程應(yīng)用

6.PC機(jī)中的測試技術(shù)應(yīng)用測控實驗DIY1.鼠標(biāo)測位移實驗2.麥克風(fēng)測聲音2.聲卡采樣頻率信號分析頻率合成與分解3.簡易聲級計制作4.CCD圖象分析……..

個人測試實驗室0.3測試技術(shù)的發(fā)展趨勢1、歷史上人們對測試技術(shù)的認(rèn)識自古以來，測試技術(shù)就滲透在在人類的生產(chǎn)活動、科學(xué)實驗與日常生活的各個方面。

●古代利用“步弓”丈量土地

●利用“日晷”計量時間

●利用“繩扣”記錄數(shù)量

●成語：“五十步笑百步”、“百步穿楊”

●秦始皇統(tǒng)一了割居的六國形成統(tǒng)一的中央政權(quán)后，首先做的工作就是統(tǒng)一度量衡，由此可見測試計量技術(shù)的重要性。緒論0.3測試技術(shù)的發(fā)展趨勢2、任何科學(xué)都是實驗的科學(xué)

●

牛頓通過實驗發(fā)表了萬有引力定律；

●

伽利略通過實驗創(chuàng)造了力學(xué)；

●

波義爾通過實驗創(chuàng)造了化學(xué)；

●

麥克斯韋爾通過實驗創(chuàng)造電磁場理論；

●

1665年虎克利用光學(xué)顯微鏡觀察軟木栓，發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞，促進(jìn)了生物學(xué)的發(fā)展；緒論0.3測試技術(shù)的發(fā)展趨勢

2、任何科學(xué)都是實驗的科學(xué)

●

1927年威爾遜發(fā)明了云霧室，利用云霧室可觀測到粒子運動軌跡，而使人們對物質(zhì)的結(jié)構(gòu)向前邁進(jìn)了一大步；

●

愛因斯坦：通過實驗于1905年提出了狹義相對論；1915年提出了廣義相對論；大家知道，當(dāng)時的相對論并未被世人承認(rèn)，直到50年后的天文望遠(yuǎn)鏡的出現(xiàn)才證實了相對論的正確性；

●丁肇中：1974年發(fā)現(xiàn)J粒子，J粒子的發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)是研制了高靈敏度的雙臂譜義。

●雷萊：通過大量實驗，發(fā)現(xiàn)了自然界中存在惰性氣體，這就是化學(xué)元素周期表中最后一列。緒論0.3測試技術(shù)的發(fā)展趨勢

3、測試方法的發(fā)展1）古老測量方法：“步弓”“日晷”2）機(jī)械測量方法：秤、壓力表3）非電量的電測方法； 非電量電測的基本思想4）計算機(jī)測試技術(shù)（CAT） ①第一代CAT技術(shù)（專用接口）②第二代CAT技術(shù)（通用接口） ③虛擬儀器技術(shù)緒論0.3測試技術(shù)的發(fā)展趨勢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(xué)效應(yīng)開發(fā)出的新型傳感器光纖流速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熱/光電量4、測試技術(shù)的發(fā)展緒論b)傳感器+嵌入式計算機(jī)

智能傳感器振動網(wǎng)絡(luò)傳感器嵌入式計算機(jī)智能壓力網(wǎng)絡(luò)傳感器智能傾角RS232傳感器IC總線數(shù)字溫度傳感器0.3測試技術(shù)的發(fā)展趨勢4、測試技術(shù)的發(fā)展

a）測量儀器向高精度和多功能發(fā)展在產(chǎn)品研制過程中要進(jìn)行(相同條件下試驗若干次)大量試驗，然后對所測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析。儀器精度的提高，可減少試驗次數(shù)，從而減少試驗經(jīng)費，降低產(chǎn)品成本，在提高測量儀器精度的同時應(yīng)擴(kuò)大儀器的功能。計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展也使測試技術(shù)產(chǎn)生了革命化的變化，在許多測試系統(tǒng)中利用計算機(jī)而使儀器的測量精度更高，速度更快，功能更全。2）測量信號處理方面0.3測試技術(shù)的發(fā)展趨勢4、測試技術(shù)的發(fā)展

b）參數(shù)測量與數(shù)據(jù)處理向自動化發(fā)展一個產(chǎn)品的大型綜合性試驗，準(zhǔn)備時間長，待測參數(shù)多，靠人工檢查，耗費時間長；眾多的數(shù)據(jù)依靠手工去處理，不僅精度低，處理周期也太長?，F(xiàn)代測試技術(shù)的發(fā)展，使采用以計算機(jī)為核心的自動測試系統(tǒng)成為可能，該系統(tǒng)一般能實現(xiàn)自動校準(zhǔn)、自動修正、故障診斷、信號調(diào)制、多路采集、自動分析處理并能打印輸出測試結(jié)果。

2)測量信號處理方面0.3測試技術(shù)的發(fā)展趨勢4、測試技術(shù)的發(fā)展2)測量信號處理方面c）計算機(jī)虛擬儀器技術(shù)

用PC機(jī)＋儀器板卡代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器用計算機(jī)軟件代替硬件分析電路優(yōu)點我們的工作緒論0.4主要傳感器和測試儀器生產(chǎn)廠商2、振動/噪聲傳感器丹麥B&K（振動測量、聲學(xué)測量領(lǐng)域最富盛名）/1、工業(yè)自動化類傳感器美國霍尼威爾公司（有全球最大傳感器技術(shù)研究中心）/china0.4主要測試儀器生產(chǎn)廠商3、測量分析儀器美國國家儀器公司(全球最大的計算機(jī)虛擬儀器生產(chǎn)商)/美國Agilent公司(原惠普公司儀器部，著名的測試儀器商)/0.5本課程的地位、目的、課程結(jié)構(gòu)對高等學(xué)校機(jī)械工程各有關(guān)專業(yè)來說，本課程是一門技術(shù)基礎(chǔ)課。本課程是數(shù)學(xué)、物理學(xué)、電工學(xué)、電子學(xué)、力學(xué)、控制工程及計算機(jī)技術(shù)等課程的綜合應(yīng)用。本課程具有很強(qiáng)的實踐性，只有在學(xué)習(xí)過程中密切聯(lián)系實際，加強(qiáng)實驗，注重物理概念，才能真正掌握有關(guān)知識。本課程主要討論工程動態(tài)測試中常用的傳感器、中間變換電路及記錄、顯示、分析儀器的工作原理及特點，測量系統(tǒng)的靜、動態(tài)特性的評價方法，以及常見物理量的動態(tài)測試方法。在教學(xué)環(huán)節(jié)中安排了相關(guān)的必要的實驗及習(xí)題，學(xué)習(xí)中必須主動積極地參加實驗，獨立完成相應(yīng)的習(xí)題才能受到應(yīng)有的實驗?zāi)芰Φ挠?xùn)練，才能在潛移默化中獲得關(guān)于動態(tài)測試工作的比較完整的概念，才能初步具有處理實際測試工作的能力。1、課程內(nèi)容：

本課程主要介紹機(jī)械工程領(lǐng)域與設(shè)計有關(guān)的試驗、控制和監(jiān)測中常見物理量(壓力、應(yīng)變、位移、加速度、溫度等）的傳感器測量原理、測量電路原理和信號分析方法。緒論信號分析基礎(chǔ)測試系統(tǒng)特性傳感器原理信號調(diào)理與記錄信號處理初步工程應(yīng)用虛擬儀器技術(shù)

內(nèi)容如下機(jī)械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)2、課程的教學(xué)目標(biāo)1）掌握信號時域和頻域的描述方法，掌握頻譜分析的基本原理和方法；了解數(shù)字信號分析的基本概念，掌握誤差的性質(zhì)及處理方法。2）了解常用傳感器、中間變換電路及記錄顯示設(shè)備的工作原理及性能，能依據(jù)測試要求合理地選擇相關(guān)的測試設(shè)備。3）掌握測試系統(tǒng)的靜、動態(tài)特性的評價方法及不失真測量條件,并能夠正確運用相關(guān)理論對測試系統(tǒng)進(jìn)行分析和選擇。了解動態(tài)誤差的基本概念。4）對動態(tài)測試工作的基本問題有一個比較完整的概念，對機(jī)械工程中的某些參數(shù)的測試能自行確定測試方法,自行設(shè)計或選用測試系統(tǒng)，并能對測量結(jié)果正確地進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。機(jī)械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)是一門與材料科學(xué)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)密切相關(guān)的快速發(fā)展的學(xué)科。為彌補(bǔ)書本教材內(nèi)容滯后于學(xué)科發(fā)展的問題，在教學(xué)內(nèi)容上我們采編了很多多媒體素材和案例。機(jī)械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)3、學(xué)習(xí)方法

書本教材電子教材并重.機(jī)械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)本課程是培養(yǎng)學(xué)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(qiáng)實踐性。學(xué)習(xí)時應(yīng)充分利用課程所開設(shè)實驗。

理論學(xué)習(xí)、實踐學(xué)習(xí)、研究學(xué)習(xí)三元并重.只有通過足夠的實驗操作，才能得到應(yīng)有的實際動手能力培養(yǎng)和更好的掌握書本知識。課程網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源：2.工程測試技術(shù)網(wǎng)絡(luò)課件3.工程測試網(wǎng)上虛擬實驗室4.DRVI個人測試實驗室機(jī)械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)1.工程測試技術(shù)電子教案/jpkc/gccsjs/index.htmProjectBasedLearning：

軌跡跟蹤機(jī)械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)

培養(yǎng)學(xué)生在實踐中對知識融會貫通，獨立學(xué)習(xí)和解決問題的能力。打算：開設(shè)一門獨立于課程之外的測控實驗課。倉儲模型機(jī)械手AGV小車以案例和實驗為主線：

機(jī)械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)方法：

煤氣包高度測量橋梁固頻測量機(jī)翼模態(tài)分析索道檢測解決側(cè)重課本教學(xué)存在的問題：1.測試技術(shù)應(yīng)用、發(fā)展部分空洞；2.傳感器部分沒有實物對象、枯燥無味；3.信號分析理論部分深奧、難懂。0.2測量的基礎(chǔ)知識0.2.1測試、測量、計量測試：測量和試驗技術(shù)的綜合，是指具有試驗性質(zhì)的測量。測量：以確定被測對象的量值為目的而進(jìn)行的實驗過程。計量：涉及實現(xiàn)單位統(tǒng)一和量值準(zhǔn)確可靠的測量。

0.2.2測量1°測量的定義為確定被測對象的量值而進(jìn)行的實驗過程稱為測量。2°測量的最基本形式比較——將待測的未知量和予定的標(biāo)準(zhǔn)作比較。3°量值量值用數(shù)值和計量單位的乘積表示。4°測量的分類

直接測量和間接測量。0.2測量的基礎(chǔ)知識0.2.2測量1、直接測量1）定義：無需經(jīng)過函數(shù)關(guān)系的計算，直接通過測量儀器得到被測量值的測量為直接測量。2）分類：可分為兩種：直接比較和間接比較。3）直接比較1°定義：直接把被測物理量和標(biāo)準(zhǔn)作比較的測量方法稱為直接比較。2°舉例

⊙天平測物體質(zhì)量⊙用米尺測量物體長度⊙測量導(dǎo)體的電阻0.2測量的基礎(chǔ)知識0.2.2測量4）間接比較1°定義利用儀器儀表