機(jī)械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)課件

辦公地點(diǎn)：機(jī)械學(xué)院202辦公電話：3987523移動電話_mail：yyy@閆艷燕(副教授/博士)

自我介紹2023/2/5教材、參考書與課時(shí)安排教材機(jī)械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)(第3版)

熊詩波黃長藝編著機(jī)械工業(yè)出版社測試技術(shù)與信號處理

郭迎福，焦鋒，李曼主編中國礦業(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、參考書與課時(shí)安排2023/2/5

教學(xué)目的和要求測試技術(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、測量電路、測試系統(tǒng)的特性，信號分析與數(shù)據(jù)處理。通過本課程的學(xué)習(xí)：掌握傳感器的原理、特點(diǎn)及應(yīng)用，常用測試系統(tǒng)和測量電路以及信號分析的基本原理和分析方法。為后續(xù)課程打好基礎(chǔ)。2023/2/5課程內(nèi)容第一章

緒論第二章信號及其描述第三章測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的調(diào)理與記錄第六章信號處理初步第七章測試技術(shù)的工程應(yīng)用2023/2/5第一章緒論了解測試的基本概念掌握信號和信息的關(guān)系理解測試的基本內(nèi)容與任務(wù)理解測試系統(tǒng)的組成及各環(huán)節(jié)功能掌握信號的分析方法了解測試信息處理技術(shù)的發(fā)展方向本章要點(diǎn)：2023/2/5一、測試的重要作用和意義隨著科技的發(fā)展，測試技術(shù)已經(jīng)形成了一門專門的技術(shù)科學(xué)。人們通過測試獲得客觀事物的定量概念，以掌握其運(yùn)動規(guī)律。在某種意義上來說，“沒有測試，就沒有科學(xué)?！币?yàn)槿祟惖母鞣N活動領(lǐng)域中都離不開測試。測試包含著測量和試驗(yàn)兩大內(nèi)容。測量就是把被測系統(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)過程；試驗(yàn)就是通過某種人為的方法，把被測系統(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，加以測量。它是對未知事物探索性的認(rèn)識過程。因此，測試工作是人們認(rèn)識客觀事物、掌握其內(nèi)在規(guī)律，從而利用并改造世界的重要手段。2023/2/51、產(chǎn)品檢驗(yàn)和質(zhì)量控制的重要手段被動檢測主動檢測（在線檢測）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)測中得到廣泛應(yīng)用故障監(jiān)測系統(tǒng)動態(tài)監(jiān)測保證設(shè)備和人員安全提高經(jīng)濟(jì)效益3、自動化系統(tǒng)中不可缺少的組成部分生產(chǎn)過程：“物流”“信息流”控制管理數(shù)量狀態(tài)趨向檢測獲取信息分析判斷自動控制自動化：信息獲取、信息轉(zhuǎn)換、信息處理、信息傳送、信息執(zhí)行4、檢測技術(shù)的完善和發(fā)展推動著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步一、測試的重要作用和意義2023/2/5一、測試的重要作用和意義“機(jī)遇”號火星車拍攝火星土壤的顯微照片

“勇氣”號火星車發(fā)回的彩色照片美國勇氣號和機(jī)遇號火星探測移動機(jī)器人檢測手段水平?jīng)Q定科學(xué)研究的深度和廣度2023/2/5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圖像自動檢測：染色體切片、癌細(xì)胞切片、超聲波圖象一、測試的重要作用和意義2023/2/5二、測試的基本概念測試：具有試驗(yàn)性的測量試驗(yàn)：對未知事物探索性的認(rèn)識過程測量：為確定量值而進(jìn)行的試驗(yàn)過程計(jì)量：實(shí)現(xiàn)單位統(tǒng)一和量值準(zhǔn)確可靠為目的。

2023/2/5三、信息和信號1.信息物質(zhì)所固有，客觀存在或運(yùn)動狀態(tài)的特征非物質(zhì)，不具有能量，傳輸依靠物質(zhì)和能量

2.信號信息的載體。信息蘊(yùn)含于信號之中。信號是物質(zhì)具有能量。2023/2/5四、測試技術(shù)的內(nèi)容1.測試技術(shù)的內(nèi)容測量原理：實(shí)現(xiàn)測量所依據(jù)的物理、化學(xué)、生物等現(xiàn)象及有關(guān)定律。測量方法：分為直接或間接測量、接觸或非接觸測量、破壞或非破壞測量測量系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理2023/2/5五、測試系統(tǒng)的組成

測試過程：首先利用酒精（敏感元件）檢測出被測對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)。被測對象信號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2023/2/5五、測試系統(tǒng)的組成2023/2/5五、測試系統(tǒng)的組成1、信號檢出部分傳感器（Sensor）----執(zhí)行檢出功能的器件信號提?。ū粶y量）、傳輸（信號變換部分）選擇：測量精度要求、被測量變化范圍、被測對象所處的環(huán)境條件以及對傳感器體積和整個檢測系統(tǒng)的成本等的限制檢測系統(tǒng)中形式最多樣、與被測對象關(guān)聯(lián)最密切的部分

2023/2/5五、測試系統(tǒng)的組成2、信號變換部分檢出信號適合于分析和處理的信號信號調(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)；信號放大----輸出信號微弱時(shí)；噪聲抑制----信號淹沒在噪聲中；模擬/數(shù)字（A/D）轉(zhuǎn)換----需要輸出數(shù)字信號時(shí)2023/2/5五、測試系統(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)大問題分析能力、復(fù)雜系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制自動化、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2023/2/5五、測試系統(tǒng)的組成2、測試過程和測試系統(tǒng)的組成根據(jù)測試任務(wù)復(fù)雜程度的不同，測試系統(tǒng)中傳感器、中間變換裝置和顯示記錄裝置等每個環(huán)節(jié)又可由多個模塊組成。例如，下圖所示的機(jī)床軸承故障監(jiān)測系統(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。

2023/2/5注意：測試系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的輸出量與輸入量之間應(yīng)保持一一對應(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、測試系統(tǒng)的組成2023/2/5六、測試、信息處理的發(fā)展?fàn)顩r測試信息處理技術(shù)的發(fā)展具體體現(xiàn)在：傳感器：新型、微型、智能化測試：多功能、集成化、智能化；靜態(tài)測試向動態(tài)測試發(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)等等新的檢測理論、方法和技術(shù)手段科學(xué)研究形成推動實(shí)驗(yàn)研究和發(fā)展2023/2/5六、機(jī)械工程測試技術(shù)的發(fā)展趨勢1.測量方式多樣化包括：（1）動態(tài)測量（2）虛擬儀器（3）便攜式測量儀器（4）組合式測量方式（5）多傳感器融合技術(shù)在制造過程中的應(yīng)用2.視覺測試技術(shù)3.測量尺寸繼續(xù)向兩個極端方向發(fā)展2023/2/5七、測試技術(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)零件的識別與定位1、工業(yè)檢測■自動連接引線、對準(zhǔn)芯片和封裝；■自動安裝部件，自動焊接或自動切割加工、自動澆注系統(tǒng)等。(2)零件尺寸的在線測量鋼板厚度的在線測量

(3)零件外觀及內(nèi)部缺陷檢測(4)產(chǎn)品分類、分組蘋果分級、分色、配色2023/2/5七、測試技術(shù)在工程技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用(5)產(chǎn)品標(biāo)識、編碼識別商品條碼、印鑒、標(biāo)簽“手-眼”定位：兩個攝像機(jī)---兩幅平面圖像---三維場景信息用于：目標(biāo)識別、道路識別、障礙物判斷、主動導(dǎo)航、自動視覺導(dǎo)航無人駕駛汽車、無人駕駛飛機(jī)、無人戰(zhàn)車、探測機(jī)器人2、機(jī)器人導(dǎo)航2023/2/5七、測試技術(shù)在工程技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用交通---車輛識別、牌照識別、車型判斷、車輛監(jiān)視、交通流量檢測安全---指紋判別與匹配、面孔與眼底識別、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、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---大地測量、測繪）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）2023/2/5七、測試技術(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)場遙測、夜視儀、聲納成象2023/2/5測量的基礎(chǔ)知識測量結(jié)果可信必須具備的兩個條件：測量過程是被測量的量與標(biāo)準(zhǔn)或相對標(biāo)準(zhǔn)量的比較過程。作為比較用的標(biāo)準(zhǔn)量值必須是已知的，且是合法的，才能確保測量值的可信度及保證測量值的溯源性。進(jìn)行比較的測量系統(tǒng)必須進(jìn)行定期檢查、標(biāo)定，以保證測量的有效性、可靠性，這樣的測量才有意義。2023/2/5測量的基礎(chǔ)知識一、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。不同類的量可定性區(qū)別同類的量可以量值大小區(qū)別1、量值量值是用數(shù)值和計(jì)量單位的乘積來表示的。它被用來定量地表達(dá)被測對象相應(yīng)屬性的大小。2023/2/5測量的基礎(chǔ)知識2、基本量和導(dǎo)出量基本量：長度、質(zhì)量、時(shí)間、溫度、電流、發(fā)光強(qiáng)度、物質(zhì)的量

導(dǎo)出量：由基本量按一定函數(shù)關(guān)系來定義的2023/2/5測量的基礎(chǔ)知識3、基準(zhǔn)與標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)：用來保存、復(fù)現(xiàn)計(jì)量單位的計(jì)量器具，是最高準(zhǔn)確度的計(jì)量器具。

國家基準(zhǔn)、副基準(zhǔn)和工作基準(zhǔn)

計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)：用于檢定工作計(jì)量器具的計(jì)量器具工作計(jì)量器具是指用于現(xiàn)場測量而不用檢定工作的計(jì)量器具。2023/2/5測量的基礎(chǔ)知識4、測量誤差測