測(cè)試技術(shù)0.1課件

1、機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)主講教授 白羽10/2/20221目錄緒論第一章 信號(hào)及其描述第二章 測(cè)試裝置的基本特性第三章 常用的傳感器第四章 信號(hào)調(diào)理、處理和記錄第五章 信號(hào)處理初步10/2/20222課程內(nèi)容： 本課程主要介紹工業(yè)自動(dòng)化,環(huán)境監(jiān)測(cè),樓宇控制,交通等領(lǐng)域中常見物理量(壓力、應(yīng)變、位移、加速度、溫度等）的傳感器測(cè)量原理、測(cè)量電路原理和信號(hào)分析方法。緒論信號(hào)分析基礎(chǔ)傳感器原理測(cè)試系統(tǒng)特性模擬信號(hào)處理數(shù)字信號(hào)處理 虛擬儀器技術(shù) 工程應(yīng)用內(nèi)容如下10/2/20223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

2、理技術(shù)的發(fā)展方向本章要點(diǎn)：10/2/20224一、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)過程測(cè)量：為確定量值而進(jìn)行的試驗(yàn)過程 測(cè)試技術(shù)的重要性： 作為現(xiàn)代信息科學(xué)技術(shù)的三大支柱：測(cè)控技術(shù)、計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)、通訊技術(shù)之一。10/2/20225 一般說來，測(cè)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(cè)物理量(如噪聲,溫度) 檢出并轉(zhuǎn)換為電量，中間變換裝置對(duì)接收到的電信號(hào)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(hào)分析，顯示記錄裝置則測(cè)量結(jié)果顯示出來，提供給觀察者或其它自動(dòng)控制裝置。 信息轉(zhuǎn)換信息提取10/2/20227二、信息和信號(hào)1.信息

3、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。10/2/202282.測(cè)試技術(shù)的基本任務(wù)（1）設(shè)計(jì)時(shí)為產(chǎn)品質(zhì)量和性能提供評(píng)價(jià)（2）設(shè)備改造時(shí)為提高質(zhì)量和產(chǎn)量提供依據(jù)（3）振動(dòng)和噪聲測(cè)量（4）故障診斷（5）設(shè)備監(jiān)控、質(zhì)量控制10/2/202210四、測(cè)試系統(tǒng)的組成10/2/202211五、測(cè)試技術(shù)的應(yīng)用（五個(gè)領(lǐng)域） 1、機(jī)械制造 數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)原理框圖,各類裝備的自動(dòng)化； 2、 工業(yè)系統(tǒng)工程 生產(chǎn)系統(tǒng)、生產(chǎn)線自動(dòng)化，產(chǎn)品的質(zhì)量檢驗(yàn)與控制； 3、航空航天（空間衛(wèi)星，遙感技術(shù)）； 4、醫(yī)學(xué)（化驗(yàn)，檢驗(yàn)）； 5

4、、日常生活中。10/2/2022121、工業(yè)自動(dòng)化中的應(yīng)用 a)機(jī)械手、機(jī)器人中的傳感器 轉(zhuǎn)動(dòng)/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、嗅覺傳感器。 在各種自動(dòng)控制系統(tǒng)中，測(cè)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10/2/202214 AGV自動(dòng)送貨車 超聲波測(cè)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(yùn)動(dòng)軌跡和AGV小車位置識(shí)別；條形碼傳感器，貨品識(shí)別。香港理工AGV模型10/2/2022152、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)線上設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)

5、關(guān)系到整個(gè)生產(chǎn)線流程。通常建立24小時(shí)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。 石化企業(yè)輸油管道、儲(chǔ)油罐等壓力容器的破損和泄露檢測(cè)。揚(yáng)子石化50MW熱電機(jī)組監(jiān)測(cè)系統(tǒng)陽邏電廠300MW汽輪機(jī)組監(jiān)測(cè)系統(tǒng)荊門電廠200MW機(jī)組監(jiān)測(cè)系統(tǒng)青山熱電廠生產(chǎn)信息實(shí)時(shí)查詢系統(tǒng)沙角電廠生產(chǎn)信息實(shí)時(shí)查詢系統(tǒng)寶鋼30KW以上風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)寶鋼精軋F(tuán)2軋機(jī)網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)寶鋼冷軋帶鋼振動(dòng)紋監(jiān)測(cè)系統(tǒng)武鋼風(fēng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)10/2/2022173、產(chǎn)品質(zhì)量測(cè)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)，必須對(duì)其性能質(zhì)量進(jìn)行測(cè)量和出廠檢驗(yàn)。 圖示為汽車出廠檢驗(yàn)原理框圖，測(cè)量參數(shù)包括潤(rùn)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(duì)抽樣汽車的測(cè)試，

6、工程師可以了解產(chǎn)品質(zhì)量。汽車扭距測(cè)量機(jī)床加工精度測(cè)量10/2/2022184、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(yùn)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(cè)試技術(shù)，如闖入監(jiān)測(cè)、空氣監(jiān)測(cè)、溫度監(jiān)測(cè)、電梯運(yùn)行狀況。 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、安全監(jiān)測(cè)、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(cè)器10/2/2022195、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)用了傳感器和測(cè)試技術(shù)來提高產(chǎn)品性能和質(zhì)量。全自動(dòng)洗衣機(jī)中的傳感器：衣物重量傳感器，衣質(zhì)傳感器，

7、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(cè))。指紋傳感器透光率傳感器溫濕度傳感器溫度傳感器10/2/2022205、其他應(yīng)用航天農(nóng)業(yè)交通醫(yī)學(xué)10/2/2022216、PC機(jī)中的測(cè)試技術(shù)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6、PC機(jī)中的測(cè)試技術(shù)應(yīng)用10/2/202222六、測(cè)試技術(shù)的專業(yè)特征 1、現(xiàn)代物理學(xué)、機(jī)械電子學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)等多學(xué)科、綜合性技術(shù)的結(jié)合； 2、機(jī)電一體化的紐帶； 3、實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動(dòng)化、工業(yè)自動(dòng)化、自動(dòng)控制的途徑。10/2/20222410/2

8、/202225七、工程信息（信號(hào)）的分類方法1、按“物理量”分類 電信號(hào)，光信號(hào)，壓力信號(hào)，溫度，流量等。2、按“電量”分類 電壓，電流，電阻，電阻率，電容，電感、電磁場(chǎng)強(qiáng)度。 （亦即電信號(hào)） 凡是 “電量”以外的信號(hào)都稱之為非電量信號(hào)。 電量信號(hào)如何獲取獲知？10/2/202227 3、按“機(jī)械量”分類 力，轉(zhuǎn)矩，應(yīng)力（壓力），應(yīng)變； 長(zhǎng)度尺寸（厚度）; 位移（連續(xù)變化的距離，包括轉(zhuǎn)角位移）; 位置（離散變化的距離），速度（轉(zhuǎn)速）; 加速度（角加速度）； 聲壓，聲強(qiáng)；流量，流速；溫度，濕度等。這些是機(jī)械工程中常見的信息（信號(hào)）。10/2/202228八、信號(hào)的變換與傳輸問題：如何獲取獲知上述

9、的這些機(jī)械量信號(hào)？而又如何將其傳輸？ 將測(cè)試的機(jī)械量（非電量）信號(hào)先轉(zhuǎn)換或變換為電量信號(hào)； 再以電量信號(hào)的形式（特別是以電壓、電流信號(hào)的形式）傳輸輸送 通常的解決方法。10/2/202229因?yàn)殡妷?、電流等電量信?hào)容易經(jīng)電纜有線傳輸或以無線發(fā)射方式（電磁波）傳輸；并且容易對(duì)其進(jìn)行量值（幅值）放大、變換等處理，容易儲(chǔ)存通過電工學(xué)、電子學(xué)方法和計(jì)算機(jī)技術(shù)。當(dāng)然，接收到的以及變換、處理過的該電量信號(hào)與變換前的機(jī)械量對(duì)應(yīng)，亦即電信號(hào)的圖形、幅值參數(shù)等，對(duì)應(yīng)測(cè)試的機(jī)械量信息。10/2/202230九、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

10、、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10/2/202231十、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 （5）多傳感器融合技術(shù)在制造過程中的應(yīng)用2.視覺測(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10/2/2022321、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10/2/202233b)傳感器+嵌入式計(jì)算機(jī) 智能傳感器 振動(dòng)網(wǎng)絡(luò)傳感器

11、嵌入式計(jì)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10/2/2022342、測(cè)量信號(hào)處理方面 計(jì)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(jì)算機(jī)軟件 代替硬件分析電路優(yōu)點(diǎn)我們的工作10/2/202235主要傳感器和測(cè)試儀器生產(chǎn)廠商2、振動(dòng)/噪聲傳感器 丹麥B&K（振動(dòng)測(cè)量、聲學(xué)測(cè)量領(lǐng)域最富盛名）/1、工業(yè)自動(dòng)化類傳感器 美國(guó)霍尼威爾公司（有全球最大傳感器技術(shù)研究中心） /china10/2/2022363、測(cè)量分析儀器 美國(guó)國(guó)家儀器公司(全球最大的計(jì)算機(jī)虛擬儀器生產(chǎn)商)/美國(guó)Agilent公司(原惠普公司儀器部，著名的測(cè)試儀器商)/10/2/202237十一、

12、學(xué)習(xí)本課程應(yīng)注意的問題1、掌握測(cè)試有關(guān)的基礎(chǔ)理論；掌握機(jī)械工程中常用物理量、機(jī)械量的測(cè)試方法（關(guān)鍵：如何將機(jī)械量轉(zhuǎn)為電量）。2、掌握信號(hào)的時(shí)域、頻域的基本分析方法；了解信號(hào)的傳輸及其分析處理初步。（包括了機(jī)械量從獲取、傳送到顯示、分析、應(yīng)用的初步知識(shí)）。3、了解傳感器、中間變換及測(cè)試儀器的性質(zhì)與工作原理（建立檢測(cè)技術(shù)的概念）。4、掌握測(cè)試裝置靜、動(dòng)特性的評(píng)價(jià)方法和不失真測(cè)試條件，掌握一、二階系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性和測(cè)定方法。5、了解相關(guān)分析等，對(duì)測(cè)試工作有完整的概念。10/2/202238 工程測(cè)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

13、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。學(xué)習(xí)方法： 10/2/202239 本課程是培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際工程測(cè)量問題能力的專業(yè)基礎(chǔ)課，具有很強(qiáng)實(shí)踐性。學(xué)習(xí)時(shí)應(yīng)充分利用課程所開設(shè)實(shí)驗(yàn)和仿真實(shí)驗(yàn)。 理論學(xué)習(xí)、實(shí)踐學(xué)習(xí)、研究學(xué)習(xí)三元并重.只有通過足夠的實(shí)驗(yàn)和仿真實(shí)驗(yàn)操作，才能得到應(yīng)有的實(shí)際動(dòng)手能力培養(yǎng)和更好的掌握書本知識(shí)。10/2/202240課程網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源：2.工程測(cè)試技術(shù)網(wǎng)絡(luò)課件 3.工程測(cè)試網(wǎng)上虛擬實(shí)驗(yàn)室4.DRVI個(gè)人測(cè)試實(shí)驗(yàn)室1.工程測(cè)試技術(shù)電子教案10/2/202241 軌跡跟蹤 培養(yǎng)學(xué)生在實(shí)踐中對(duì)知識(shí)融會(huì)貫通，獨(dú)立學(xué)習(xí)和解決問題的能力 。打算：開設(shè)一門獨(dú)立于課程之外的測(cè)控實(shí)驗(yàn)課。倉(cāng)儲(chǔ)模型機(jī)械手AGV小車10/2/202242以案例和實(shí)驗(yàn)為主線： 教學(xué)方法： 煤氣包高度測(cè)量 橋梁固頻測(cè)量 機(jī)翼模態(tài)分析 索道檢測(cè)解決側(cè)重課本教學(xué)存在的問題：1.測(cè)試技術(shù)應(yīng)用、發(fā)展部分空洞；2.傳感器部分沒有實(shí)物對(duì)象、枯燥無味；3.信號(hào)分析理論部分深?yuàn)W、難懂。10/2/202243十二、本課程定位 在掌握高等數(shù)學(xué)、物理學(xué)、電工學(xué)、材料力學(xué)、機(jī)械振動(dòng)學(xué)、控制工程基礎(chǔ)等已修課程知識(shí)的基礎(chǔ)