傳感器與測試技術(shù)課件第一章測試的基礎(chǔ)知識1

1、傳感器與測試技術(shù)第1章 測試的基礎(chǔ)知識第一篇第一篇 工程測試技術(shù)基礎(chǔ)工程測試技術(shù)基礎(chǔ)1.1.掌握測試的基本概念掌握測試的基本概念 2.2.了解測量誤差的基本概念了解測量誤差的基本概念3.3.了解測量數(shù)據(jù)處理的基本方法了解測量數(shù)據(jù)處理的基本方法第第1章章 測試的基礎(chǔ)知識測試的基礎(chǔ)知識傳感器與測試技術(shù)第1章 測試的基礎(chǔ)知識1.1 測試的基本概念測試的基本概念 .1 1測量、計(jì)量與測試測量、計(jì)量與測試 測量：以確定被測對象屬性和量值為目的的全部操作。測量：以確定被測對象屬性和量值為目的的全部操作。單位單位被測量被測量 基準(zhǔn)量基準(zhǔn)量比較比較倍數(shù)（結(jié)果數(shù)值倍數(shù)（結(jié)果數(shù)值.單位）單位）直接直

2、接/間接間接 圖11 測量的比較原理(a) 天平直接比較（b）彈簧稱間接比較傳感器與測試技術(shù)第1章 測試的基礎(chǔ)知識計(jì)量：實(shí)現(xiàn)單位統(tǒng)一和量值準(zhǔn)確可靠的測量。計(jì)量：實(shí)現(xiàn)單位統(tǒng)一和量值準(zhǔn)確可靠的測量。 為使在不同的地方，用不同的手段測量同一量時(shí)，為使在不同的地方，用不同的手段測量同一量時(shí)，所得的結(jié)果一致，就要求所得的結(jié)果一致，就要求統(tǒng)一的單位、基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)和測統(tǒng)一的單位、基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)和測量器具。量器具。 計(jì)量的三個(gè)特征：統(tǒng)一性、準(zhǔn)確性和法制性。計(jì)量的三個(gè)特征：統(tǒng)一性、準(zhǔn)確性和法制性。計(jì)量內(nèi)容包括：單位的統(tǒng)一、基準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)的建立、計(jì)量內(nèi)容包括：單位的統(tǒng)一、基準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)的建立、量值傳遞、計(jì)量監(jiān)督管理、測量方法及

3、其手段的量值傳遞、計(jì)量監(jiān)督管理、測量方法及其手段的研究等。研究等。 傳感器與測試技術(shù)第1章 測試的基礎(chǔ)知識測試：意義更為廣泛的測量測試：意義更為廣泛的測量具有試驗(yàn)性質(zhì)的測具有試驗(yàn)性質(zhì)的測量。量。從信息獲取角度從信息獲取角度：信息提?。y量）信息提?。y量）信號轉(zhuǎn)換、信息識別（極為重要）信號轉(zhuǎn)換、信息識別（極為重要） 煤氣包高度測量煤氣包高度測量 橋梁固頻測量橋梁固頻測量 機(jī)翼模態(tài)分析機(jī)翼模態(tài)分析 索道檢測索道檢測傳感器與測試技術(shù)第1章 測試的基礎(chǔ)知識間接測量間接測量對與未知待測量對與未知待測量y y有確切函數(shù)關(guān)系的其他變量有確切函數(shù)關(guān)系的其他變量x (x ( 或或 n n 個(gè) 變 量個(gè) 變 量

4、 ) ) 進(jìn) 行 直 接 測 量 ， 然 后 再 通 過 函進(jìn) 行 直 接 測 量 ， 然 后 再 通 過 函數(shù)數(shù) ，計(jì)算出待測量，計(jì)算出待測量y y。.2 2、測試方法的分類、測試方法的分類 n直接測量和間接測量直接測量和間接測量直接測量直接測量用已標(biāo)定的儀器，直接地測量出某一待測未用已標(biāo)定的儀器，直接地測量出某一待測未知量的量值。知量的量值。12( )( ,)nyf xyf x xx或n接觸式測量和非接觸式測量接觸式測量和非接觸式測量非接觸式非接觸式測量測量避免了對被測對象的影響。避免了對被測對象的影響。傳感器與測試技術(shù)第1章 測試的基礎(chǔ)知識靜態(tài)測量靜態(tài)測量：對不隨時(shí)間變化的

5、（靜止的）被測量進(jìn)行的測量。：對不隨時(shí)間變化的（靜止的）被測量進(jìn)行的測量。 動(dòng)態(tài)測量動(dòng)態(tài)測量：對隨時(shí)間變化的被測量進(jìn)行的測量，需確定被測量：對隨時(shí)間變化的被測量進(jìn)行的測量，需確定被測量的瞬時(shí)值的瞬時(shí)值 及其隨時(shí)間變化的規(guī)律。及其隨時(shí)間變化的規(guī)律。n靜態(tài)測量和動(dòng)態(tài)測量靜態(tài)測量和動(dòng)態(tài)測量n非電量電測技術(shù)非電量電測技術(shù)非電量電測非電量電測：把被測的非電量，通過傳感器變換成電信號：把被測的非電量，通過傳感器變換成電信號再進(jìn)行傳輸、處理等。再進(jìn)行傳輸、處理等。工程中大多數(shù)被測量工程中大多數(shù)被測量非電量，非電量，為滿足為滿足測試的精度、速度、測試的精度、速度、處理、傳輸?shù)囊螅３⒎请娏哭D(zhuǎn)換為電量。處理

6、、傳輸?shù)囊?，常常將非電量轉(zhuǎn)換為電量。傳感器與測試技術(shù)第1章 測試的基礎(chǔ)知識.3 3測試系統(tǒng)的組成測試系統(tǒng)的組成 一般來說，測試系統(tǒng)是由傳感器、中間變換裝置一般來說，測試系統(tǒng)是由傳感器、中間變換裝置（信號調(diào)理和信號分析與處理）和顯示記錄裝置組成（信號調(diào)理和信號分析與處理）和顯示記錄裝置組成并具有獲取某種信息之功能的整體。并具有獲取某種信息之功能的整體。信息轉(zhuǎn)換、分析信息轉(zhuǎn)換、分析信息提取信息提取 傳感器傳感器將被測物理量將被測物理量(如力如力,溫度溫度) 檢出并轉(zhuǎn)換為電量，中檢出并轉(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)間變換裝置對接收到的電信號用硬件電

7、路進(jìn)行分析處理或經(jīng)a/d變換后用軟件進(jìn)行變換后用軟件進(jìn)行信號分析（提取特征參數(shù)、頻譜分析、信號分析（提取特征參數(shù)、頻譜分析、相關(guān)分析等）相關(guān)分析等），顯示記錄裝置則測量結(jié)果顯示出來，提供給，顯示記錄裝置則測量結(jié)果顯示出來，提供給觀察者或其它自動(dòng)控制裝置。觀察者或其它自動(dòng)控制裝置。 傳感器與測試技術(shù)第1章 測試的基礎(chǔ)知識.4 4 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(xué)實(shí)驗(yàn)、產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)在工程領(lǐng)域，科學(xué)實(shí)驗(yàn)、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(yùn)術(shù)應(yīng)用涉及到航天、機(jī)

8、械、電力、石化和海洋運(yùn)輸?shù)让恳粋€(gè)工程領(lǐng)域。輸?shù)让恳粋€(gè)工程領(lǐng)域。 傳感器與測試技術(shù)第1章 測試的基礎(chǔ)知識（1）自動(dòng)化領(lǐng)域中的應(yīng)用）自動(dòng)化領(lǐng)域中的應(yīng)用 a) 機(jī)器人傳感器機(jī)器人傳感器 轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)/移動(dòng)位置傳感器、力傳感器、視覺傳感器、聽移動(dòng)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、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。嗅覺傳感器。 在各種自動(dòng)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(dòng)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(xué)的機(jī)械手裝配模型密歇根大學(xué)的機(jī)械手裝配模型傳感器與測試技術(shù)

9、第1章 測試的基礎(chǔ)知識b) agv自動(dòng)送貨車自動(dòng)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(yùn)動(dòng)軌跡和紅外線色彩傳感器運(yùn)動(dòng)軌跡和agv小車位置小車位置識別；條形識別；條形碼傳感器，碼傳感器，貨品貨品識別。識別。香港理工香港理工agv模型模型傳感器與測試技術(shù)第1章 測試的基礎(chǔ)知識c) 生產(chǎn)過程監(jiān)測生產(chǎn)過程監(jiān)測 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)傳感紅外接近開關(guān)傳感器等。器等。密歇根大學(xué)數(shù)字化工廠密歇根大學(xué)數(shù)字化工廠傳感器與測試技術(shù)第1章 測試的基礎(chǔ)知識（

10、2）流程工業(yè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控）流程工業(yè)設(shè)備運(yùn)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(yùn)行狀態(tài)關(guān)系到整個(gè)生產(chǎn)線流程。通常建立設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)關(guān)系到整個(gè)生產(chǎn)線流程。通常建立24小時(shí)在小時(shí)在線監(jiān)測系統(tǒng)。線監(jiān)測系統(tǒng)。 石化企業(yè)輸石化企業(yè)輸油管道、儲(chǔ)油管道、儲(chǔ)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。傳感器與測試技術(shù)第1章 測試的基礎(chǔ)知識（3）產(chǎn)品質(zhì)量測量）產(chǎn)品質(zhì)量測量 在汽車、機(jī)床等設(shè)備，電機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)等零部件出廠時(shí)，在汽車、機(jī)床等設(shè)備，電機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)等零部件出廠時(shí)，必須對其性能質(zhì)量進(jìn)行測量和出廠檢驗(yàn)。必須對其性能質(zhì)量進(jìn)

11、行測量和出廠檢驗(yàn)。 圖示為汽車出廠檢驗(yàn)原理框圖，測量參數(shù)圖示為汽車出廠檢驗(yàn)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等。通過對抽樣汽車的測試，及發(fā)動(dòng)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。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(jī)床加工精度測量機(jī)床加工精度測量傳感器與測試技術(shù)第1章 測試的基礎(chǔ)知識（4）樓宇控制與安全防護(hù)）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(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和管理的智能化。在作環(huán)境，并能保證系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)

12、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(yùn)行狀況。度監(jiān)測、電梯運(yùn)行狀況。 圖示為某公司樓宇自動(dòng)化系圖示為某公司樓宇自動(dòng)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傳感器與測試技術(shù)第1章 測試的基礎(chǔ)知識（5）家庭與辦公自動(dòng)化）家庭與辦公自動(dòng)化 在家電產(chǎn)品和辦公自動(dòng)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，人們大量的應(yīng)用在家電產(chǎn)品和辦公自動(dòng)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，人們大量的應(yīng)

13、用了傳感器和測試技術(shù)來提高產(chǎn)品性能和質(zhì)量。了傳感器和測試技術(shù)來提高產(chǎn)品性能和質(zhì)量。 洗衣機(jī)中的傳感器：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)。 電腦中的傳感器：電腦中的傳感器： 鼠標(biāo)鼠標(biāo):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 麥克風(fēng)麥克風(fēng):電容傳聲器電容傳聲器鼠標(biāo)鼠標(biāo):光電位移傳感器光電位移傳感器麥克風(fēng)麥克風(fēng):電容傳聲器電容傳聲器傳感器與測試技術(shù)第1章 測試的基礎(chǔ)知

14、識（6）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(xué)醫(yī)學(xué)傳感器與測試技術(shù)第1章 測試的基礎(chǔ)知識.5 5 測試技術(shù)的發(fā)展趨勢測試技術(shù)的發(fā)展趨勢（1）新型傳感器）新型傳感器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/光光電量電量傳感器與測試技術(shù)第1章 測試的基礎(chǔ)知識b) 小型化和集成化傳感器小型化和集成化傳感器c) 智能傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器智能傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器 振動(dòng)網(wǎng)絡(luò)傳

15、感器振動(dòng)網(wǎng)絡(luò)傳感器嵌入式計(jì)算機(jī)嵌入式計(jì)算機(jī)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傳感器傳感器數(shù)字溫度傳感器數(shù)字溫度傳感器傳感器與測試技術(shù)第1章 測試的基礎(chǔ)知識（2）測量信號處理方面）測量信號處理方面 a) 計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù) b) 基于網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程測試技術(shù)基于網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程測試技術(shù)用用pc機(jī)儀器板卡機(jī)儀器板卡 代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器用計(jì)算機(jī)軟件用計(jì)算機(jī)軟件 代替硬件分析電路代替硬件分析電路優(yōu)優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)傳感器與測試技術(shù)第1章 測試的基礎(chǔ)知識.6 6主要傳感器和測試儀器生產(chǎn)廠商主要傳感器和測試儀器生產(chǎn)廠商（2）振動(dòng)）振動(dòng)/噪聲傳感器噪聲傳感

16、器 丹麥丹麥b&k（振動(dòng)測量、聲學(xué)測量領(lǐng)域最富盛名振動(dòng)測量、聲學(xué)測量領(lǐng)域最富盛名）http:/ 美國美國霍尼威爾霍尼威爾公司（有全球最大公司（有全球最大傳感器傳感器技術(shù)研究中心）技術(shù)研究中心） http:/ 測試的基礎(chǔ)知識（3）測量分析儀器）測量分析儀器 美國國家儀器公司美國國家儀器公司(全球最大的計(jì)算機(jī)虛擬儀器生產(chǎn)商全球最大的計(jì)算機(jī)虛擬儀器生產(chǎn)商)http:/ 測試的基礎(chǔ)知識傳感器與測試技術(shù)第1章 測試的基礎(chǔ)知識.7 7課程內(nèi)容：課程內(nèi)容： 本課程主要介紹一般工業(yè)領(lǐng)域中常見物理量本課程主要介紹一般工業(yè)領(lǐng)域中常見物理量(壓力、應(yīng)變、位移、加速度、溫度、流量等壓力、應(yīng)變、位移、加速度、溫度、流量等）的）的測量原理、測量電路原理和信號分析方法。測量原理、測量電路原理