第1章 現(xiàn)代測試技術的發(fā)展動向

測試技術南京理工大學機械工程學院機械電子工程系

通過測試技術的基礎理論學習和實驗，培養(yǎng)學生能正確地選用測試裝置,進行各種物理量的測量；初步掌握測試的方法和技能，為以后的生產(chǎn)實踐和科學研究打下一定的基礎。課程的目的工程測試技術第一章、緒論本章學習要求：1.掌握測試技術的概念及研究內(nèi)容2.了解測試技術的應用情況3.了解測試技術的發(fā)展動態(tài)

工程測試技術

概述：測試技術是研究有關測試方法、測試手段和測試理論的科學，它應用于不同的領域并在各個自然科學研究領域起著重要作用。從尖端科學技術到日常生活，從國防到民用，都離不開測試技術。第一章緒論1.1測試技術的地位及作用不同的行業(yè)、專業(yè)，其測試的目的和規(guī)模、試驗研究的對象，以及使用的儀器設備都會有一定的差異。但是，不論是復雜的宇航實驗還是常規(guī)的醫(yī)療化驗，操作者所關心的問題和使用的方法都有很大的相似性。都關心測試理論、測試方法、測試系統(tǒng)的架構、測試信號及實驗數(shù)據(jù)的分析處理方法；都關心如何控制實驗條件，減少干擾因素的影響；都關心如何選擇測量系統(tǒng)，以獲得合理的效費比，也即以較少的財力、人力和時間投入取得盡可能多的有用信息。第一章緒論1.科學研究的重要手段

工程技術中的研究對象往往十分復雜。有許多問題至今還難以進行完善的理論分析和計算，必須依靠實驗研究來解決實際問題。

示例:

例1:推進劑燃速的測量例2:運載火箭發(fā)動機裝藥安裝方法的確定（螺紋或焊接）例3:武器毀傷效能的評估（穿甲、破障）例4:故障的捕捉和判斷（飛機的黑匣子）例5:零件內(nèi)部裂紋的檢查(飛機轉(zhuǎn)軸、火箭推進劑）第一章緒論2.產(chǎn)品檢驗的標準

產(chǎn)品質(zhì)量表現(xiàn)為一定的數(shù)量界限，要判斷產(chǎn)品質(zhì)量，要確定產(chǎn)品的質(zhì)量參數(shù)是否在允許的范圍內(nèi)，必須通過測試。

示例:尾氣是否符合排放標準隔溫涂料是否符合相關標準彈藥驗收第一章緒論1.2測試技術在各行各業(yè)的應用航天農(nóng)業(yè)交通醫(yī)學第一章緒論1.交通運輸行業(yè)高速公路上運輸車輛的稱重\不停車收費超速測量交叉路口車輛越線測量駕駛員倒樁考試車輛越界測量火車行駛中測重測速軸溫測溫鐵路軌道狀態(tài)測量倒車雷達管道運輸清管器跟蹤測量儀漏油盜油檢測1.2測試技術在各行各業(yè)的應用

2.醫(yī)療行業(yè)血壓—電子測壓技術血糖—化學光電測量內(nèi)窺鏡—光學圖像測量B超—超聲圖像測量體溫和內(nèi)臟溫度—電子測溫心電圖—生物電測量1.2測試技術在各行各業(yè)的應用

3.軍事離地高度測量:空投裝甲車子母彈開倉高度炮口速度測量:引信參數(shù)炮口裝定距離測量:坦克火炮風速環(huán)境溫度測量:射擊參數(shù)修正導彈姿態(tài)測量:導彈控制1.2測試技術在各行各業(yè)的應用

國產(chǎn)155毫米制導炮彈4.科研(1)軍品科研火炮膛壓炮口速度彈丸姿態(tài)彈道測量射擊精度和射頻破片速度火箭推力壓力1.2測試技術在各行各業(yè)的應用

(2)民品科研汽車性能測試民用爆炸品性能測試消防器材測試材料性能測試大橋的應力\變形\振動大壩的裂縫\變形\內(nèi)應力1.2測試技術在各行各業(yè)的應用

案例:橋梁固頻測量原理：在橋中設置一三角形障礙物，利用汽車礙時的沖擊對橋梁進行激勵，再通過應變片測量橋梁動態(tài)變形，得到橋梁固有頻率。注:亦可用火箭發(fā)動機作為激勵源1.2測試技術在各行各業(yè)的應用

4.3測試系統(tǒng)的動態(tài)響應特性原理：在橋中懸掛重物，然后突然剪斷繩索，產(chǎn)生階躍激勵，再通過應變片測量橋梁動態(tài)變形，得到橋梁固有頻率。案例：橋梁固有頻率測量1.2測試技術在各行各業(yè)的應用

5.工業(yè)生產(chǎn)在線測量:鋼板測厚\線材測徑\產(chǎn)品計數(shù)彈丸配重\偏心修正藥品食品灌裝重量熱處理溫度測量井下瓦斯?jié)舛萛氧氣含量油井溫度壓力測量1.2測試技術在各行各業(yè)的應用

6.日常生活水電氣計量空調(diào)\熱水器\冰箱\煤氣灶測溫圖書館\書店\機場\火車站\超市出門檢查圖書館\食堂\超市的條碼\磁卡輸入氣象水文測量商場\廚房電子秤電梯的超重\門口有人測量\平層\自動門防盜防火煙霧測量器材1.2測試技術在各行各業(yè)的應用

1.3測試的基本概念1.概述測試

是具有試驗性質(zhì)的測量，或者可以理解為測量和試驗的綜合。測試技術

是測量技術及試驗技術的總稱試驗與測量之間的關系例1:汽車碰撞:試驗技術：何種方法更科學？以正面、側(cè)面、多高的車速、假人的數(shù)量、姿態(tài)、系安全帶否等。測量技術：何種方法更準確、經(jīng)濟、方便？氣囊打開的時間、假人身體各部位承受的沖擊力、車輛變形的程度。1.3測試的基本概念例2:測量汽車剎車距離方法一以某一速度在某種道路條件下從某一標線開始剎車，車停后測量車與標線間距離。方法二當車速以某速度勻速行駛時，迅速剎車，測量開始剎車至停車時的速度(加速度)變化曲線，積分計算出剎車距離試論述上述方法中何為試驗技術？何為測量技術？1.3測試的基本概念例3：打靶時彈著點的測量光電靶光電靶、激光靶彈丸速度較低時空氣的波動會影響測速精度，炮口火焰、火箭羽焰、日光會干擾接收裝置聲靶彈丸速度需高于音速，可用多只聲傳感器構成陣列測量地面反射、膛口波、環(huán)境溫度紙靶試驗時，場地、天氣、溫度、光線、試驗火炮等應滿足試驗的規(guī)定。可用攝像及計算機圖像處理技術測出彈著點坐標1.3測試的基本概念2.測量(1）測量的定義指確定被測對象屬性量值為目的的全部操作。(2）測量的最基本形式比較——將待測的未知量和特定的標準作比較。(3）量值由測量所得到的被測對象的量值表示為數(shù)值和計量單位的乘積。(4）測量的分類分為直接測量和間接測量。1)直接測量定義：無需經(jīng)過函數(shù)關系的計算，直接通過測量儀器得到被測量值的測量為直接測量。分類：可分為兩種：直接比較和間接比較。a.直接比較定義：直接把被測物理量和標準作比較的測量方法稱為直接比較。舉例

⊙天平測物體質(zhì)量⊙用米尺測量物體長度

b.間接比較定義利用儀器儀表——統(tǒng)稱之為測量系統(tǒng)——把原始形態(tài)的待測物理量的變化變換成與之保持已知函數(shù)關系的另一種物理量的變化，并以人的感官所能接受的形式，在測量系統(tǒng)的輸出端顯示出來。舉例

⊙水銀溫度計測體溫⊙彈簧測物體的重量2)間接測量a.定義：間接測量是在直接測量的基礎上，根據(jù)已知的函數(shù)關系，計算出所要測量的物理量的大小。b.特點被測物理量不能用現(xiàn)有儀表直接測量得到，需通過數(shù)學關系計算得到。如：欲測量y,首先測量x1,x2,x3,才能得到c.舉例①用線圈靶測彈丸速度；②測運動物體的動能。3要使測量具有普遍科學意義的條件(1)作比較的標準必須是精確已知的，得到公認的；(2)進行比較的測量系統(tǒng)必須工作穩(wěn)定，經(jīng)得起檢驗。4.測試要求(1)測試方法合理測試設備和環(huán)境條件等應能體現(xiàn)被測量的被測參數(shù).田徑場和電子測時儀測百米速度—合理,表現(xiàn)速度能力

(2)精度符合要求滿足需要即可,不必追求過高精度西瓜重量測量—精度要求低

(3)要有公信力可信:質(zhì)量測量—天平參考:汽車發(fā)動機實驗室油耗測量—與路況相關1.3測試的基本概念5.相關技術和人員素質(zhì)要求測試技術涉及面較廣:機械-傳感器和測試臺架設計加工化工-防腐\粘膠\化學測試光學-紅外測溫\CCD測速\流場和溫度場成像無線電-測速雷達電子-儀器計算機-智能儀器各相關專業(yè)知識-火炮\采油\航天\采礦

測試人員應具有多方面專業(yè)知識和較強的動手能力1.3測試的基本概念1.4非電量電測系統(tǒng)的組成1、非電量測量的基本思想首先要將輸入物理量轉(zhuǎn)換成電量，然后再進行必要的調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)換、運算，最后以適當?shù)男问捷敵觥?、非電量電測系統(tǒng)的組成①模擬式測量系統(tǒng)②數(shù)字式測量系統(tǒng)

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。信號轉(zhuǎn)換信號調(diào)理3、測量系統(tǒng)的組成1）傳感器（一次儀表）定義：將被測非電量通過某種原理轉(zhuǎn)換成電信號的裝置作用：將被測非電量轉(zhuǎn)換成便于放大、記錄的電量。傳感器的組成①敏感元件(或稱預變換器，彈性敏感元件)將被測非電量預先變換為另一種易于變換成電量的非電量（例如應變或位移），然后再利用傳感元件，將這種非電量變換成電量。彈性敏感元件是傳感器的心臟部分，它常由金屬或非金屬材料做成，當承受外力作用時，它會產(chǎn)生彈性變形；當去除外力后，彈性變形消失并能完全恢復其原來的尺寸和形狀。②傳感元件凡是能將感受到的非電量（如力、壓力、溫度梯度等）直接變換為電量的器件稱為傳感元件（或稱變換元件）。如應變計、壓電晶體、壓磁式器件、光電元件及熱電偶等。傳感元件是利用各種物理效應或化學效應等原理制成的。說明:并不是所有的傳感器都包括敏感元件和傳感元件兩部分。如熱敏電阻、光電器件等只有傳感元件。另有一些合二為一的傳感器：如固態(tài)壓阻式壓力傳感器等。2）調(diào)理電路(中間變換電路)（二次儀表)定義：將傳感器輸出的微弱信號進行放大，調(diào)理輸出給記錄儀器的裝置。如：①直流放大器②濾波器③應變儀④電荷放大器

3）顯示記錄設備（三次儀表）▲作用：把中間變換與測量電路送來的電壓或電流信號不失真地顯示和記錄出來。如：①存儲示波器；②電壓表；③磁帶記錄儀；④數(shù)字式瞬態(tài)波形存儲器。4）模擬測量系統(tǒng)和數(shù)字測量系統(tǒng)的特點

模擬系統(tǒng)：信號隨時間連續(xù)變化

數(shù)字系統(tǒng)：信號在時間上是不連續(xù)的，只發(fā)生在一系列離散的瞬間，且數(shù)值的大小和增減變化都是采用數(shù)字的形式。1.5現(xiàn)代測試技術的發(fā)展動向1.量程范圍更加寬廣例：在火炮膛壓測試技術中，對常規(guī)火炮膛壓小于600MPa的測試，采用銅柱（或銅球）測壓器或壓電傳感器均可滿足要求。為提高火炮射程和射擊精度，在高膛壓火炮的研究中，膛壓可達到800～1000MPa，甚至1000MPa以上，并伴隨著的高沖擊加速度，這就促使膛壓測試技術要相應的發(fā)展，研制測壓范圍更寬的壓力傳感器以及配套的壓力動態(tài)標定裝置。例：在火炮膛壓測試技術中，對常規(guī)火炮膛壓小于600MPa的測試，采用銅柱（或銅球）測壓器或壓電傳感器均可滿足要求。為提高火炮射程和射擊精度，在高膛壓火炮的研究中，膛壓可達到800～1000MPa，甚至1000MPa以上，并伴隨著的高沖擊加速度，這就促使膛壓測試技術要相應的發(fā)展，研制測壓范圍更寬的壓力傳感器以及配套的壓力動態(tài)標定裝置。1.5測試技術的發(fā)展趨勢2.傳感器向新型、微型、智能型發(fā)展傳感器是信號檢測的器具。精度高、靈敏閥值高而測量范圍大及小型化是傳感器的發(fā)展的一個重要方向。新的材料，特別是新型半導體材料方面的成就，已經(jīng)促使很多對力、熱、光、磁等物理量或氣體化學成分敏感的器件的發(fā)展。光導纖維不僅可用來信號傳輸，而且可作為物性型傳感器。另一個引人注目的發(fā)展是由于微電子的發(fā)展使得可能把某些電路乃至微處理器和傳感測量部分做成一體，使傳感器具有放大、校正、判斷和一定的信號處理功能，組成所謂的“智能傳感器”。1.5測試技術的發(fā)展趨勢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1.5測試技術的發(fā)展趨勢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1.5測試技術的發(fā)展趨勢3、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擴大儀器的功能。計算機技術的發(fā)展也使測試技術產(chǎn)生了革命化的變化，在許多測試系統(tǒng)中利用計算機而使儀器的測量精度更高，功能更全。1.5測試技術的發(fā)展趨勢4、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)代測試技術的發(fā)展，使采用以計算機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、