测试技术01.

2019/12/221机械工程测试技术基础主讲教授白羽2019/12/222目录绪论第一章信号及其描述第二章测试装置的基本特性第三章常用的传感器第四章信号调理、处理和记录第五章信号处理初步2019/12/223课程内容：本课程主要介绍工业自动化,环境监测,楼宇控制,交通等领域中常见物理量(压力、应变、位移、加速度、温度等）的传感器测量原理、测量电路原理和信号分析方法。绪论信号分析基础传感器原理测试系统特性模拟信号处理数字信号处理虚拟仪器技术工程应用内容如下2019/12/224绪论了解测试的基本概念掌握信号和信息的关系理解测试的基本内容与任务理解测试系统的组成及各环节功能掌握信号的分析方法了解测试信息处理技术的发展方向本章要点：2019/12/225一、测试的基本概念测试：具有试验性的测量试验：对未知事物探索性的认识过程测量：为确定量值而进行的试验过程●测试技术的重要性：作为现代信息科学技术的三大支柱：测控技术、计算机科学技术、通讯技术之一。2019/12/226测试技术的基本概念:测试技术是实验科学的一部分，主要研究各种物理量的测量原理和测量信号分析处理方法。测试技术是进行各种科学实验研究和生产过程参数测量必不可少的手段，起着人的感官的作用。简单的测试系统可以只有一个模块，如玻璃管温度计。它直接将被温度变化转化液面示值。没有电量转换和分析电路，很简单，但精度底，无法实现测量自动化。为提高测量精度和自动化程度，以便于和其它环节一起构成自动化装置，通常先将被测物理量转换为电量，再对电信号进行处理和输出。如图所示的声级计。2019/12/227一般说来，测试系统由传感器、中间变换装置和显示记录装置三部分组成。传感器将被测物理量(如噪声,温度)检出并转换为电量，中间变换装置对接收到的电信号用硬件电路进行分析处理或经A/D变换后用软件进行信号分析，显示记录装置则测量结果显示出来，提供给观察者或其它自动控制装置。信息转换信息提取2019/12/228二、信息和信号1.信息物质所固有，客观存在或运动状态的特征非物质，不具有能量，传输依靠物质和能量2.信号信息的载体。信息蕴含于信号之中。信号是物质具有能量。2019/12/229三、测试技术的内容与任务1.测试技术的内容测量原理：实现测量所依据的物理、化学、生物等现象及有关定律。测量方法：分为直接或间接测量、接触或非接触测量、破坏或非破坏测量测量系统数据处理2019/12/22102.测试技术的基本任务（1）设计时为产品质量和性能提供评价（2）设备改造时为提高质量和产量提供依据（3）振动和噪声测量（4）故障诊断（5）设备监控、质量控制2019/12/2211四、测试系统的组成2019/12/2212五、测试技术的应用（五个领域）1、机械制造数控机床控制系统原理框图,各类装备的自动化；2、工业系统工程生产系统、生产线自动化，产品的质量检验与控制；3、航空航天（空间卫星，遥感技术）；4、医学（化验，检验）；5、日常生活中。2019/12/2213•测试技术的工程应用在工程领域，科学实验、产品开发、生产监督、质量控制等，都离不开测试技术。测试技术应用涉及到航天、机械、电力、石化和海洋运输等每一个工程领域。2019/12/22141、工业自动化中的应用a)机械手、机器人中的传感器转动/移动位置传感器、力传感器、视觉传感器、听觉传感器、接近距离传感器、触觉传感器、热觉传感器、嗅觉传感器。在各种自动控制系统中，测试环节起着系统感官的作用，是其重要组成部分。密歇根大学的机械手装配模型广州中鸣数码的机器狗2019/12/2215AGV自动送货车超声波测距传感器、判断建筑物内人和物所在位置；红外线色彩传感器运动轨迹和AGV小车位置识别；条形码传感器，货品识别。香港理工AGV模型2019/12/2216生产加工过程监测切削力传感器，加工噪声传感器，超声波测距传感器、红外接近开关传感器等。密歇根大学数字化工厂2019/12/22172、流程工业设备运行状态监控在电力、冶金、石化、化工等流程工业中，生产线上设备运行状态关系到整个生产线流程。通常建立24小时在线监测系统。石化企业输油管道、储油罐等压力容器的破损和泄露检测。扬子石化50MW热电机组监测系统阳逻电厂300MW汽轮机组监测系统荆门电厂200MW机组监测系统青山热电厂生产信息实时查询系统沙角电厂生产信息实时查询系统宝钢30KW以上风机监测系统宝钢精轧F2轧机网络化监测系统宝钢冷轧带钢振动纹监测系统武钢风机状态监测系统2019/12/22183、产品质量测量在汽车、机床等设备，电机、发动机等零部件出厂时，必须对其性能质量进行测量和出厂检验。图示为汽车出厂检验原理框图，测量参数包括润滑油温度、冷却水温度、燃油压力及发动机转速等。通过对抽样汽车的测试，工程师可以了解产品质量。汽车扭距测量机床加工精度测量2019/12/22194、楼宇控制与安全防护为使建筑物成为安全、健康、舒适、温馨的生活、工作环境，并能保证系统运行的经济性和管理的智能化。在楼宇中应用了许多测试技术，如闯入监测、空气监测、温度监测、电梯运行状况。图示为某公司楼宇自动化系统。该系统分为：电源管理、安全监测、照明控制、空调控制、停车管理、水/废水管理和电梯监控。烟雾传感器亮度传感器红外人体探测器2019/12/22205、家庭与办公自动化在家电产品和办公自动化产品设计中，人们大量的应用了传感器和测试技术来提高产品性能和质量。全自动洗衣机中的传感器：衣物重量传感器，衣质传感器，水温传感器，水质传感器，透光率光传感器(洗净度)液位传感器，电阻传感器(衣物烘干检测)。指纹传感器透光率传感器温湿度传感器温度传感器2019/12/22215、其他应用航天农业交通医学2019/12/22226、PC机中的测试技术应用鼠标:光电位移传感器摄象头:CCD传感器声位笔:超声波传感器麦克风:电容传声器声卡:A/D卡+D/A卡软驱:速度,位置伺服6、PC机中的测试技术应用2019/12/2223PC机中的测试技术应用测控实验DIY1.鼠标测位移实验2.麦克风测声音2.声卡采样频率信号分析频率合成与分解3.简易声级计制作4.CCD图象分析……..个人测试实验室2019/12/2224六、测试技术的专业特征1、现代物理学、机械电子学、计算机科学等多学科、综合性技术的结合；2、机电一体化的纽带；3、实现机械自动化、工业自动化、自动控制的途径。2019/12/22252019/12/22262019/12/2227七、工程信息（信号）的分类方法1、按“物理量”分类电信号，光信号，压力信号，温度，流量等。2、按“电量”分类电压，电流，电阻，电阻率，电容，电感、电磁场强度。（亦即电信号）凡是“电量”以外的信号都称之为非电量信号。电量信号如何获取获知？2019/12/22283、按“机械量”分类力，转矩，应力（压力），应变；长度尺寸（厚度）;位移（连续变化的距离，包括转角位移）;位置（离散变化的距离），速度（转速）;加速度（角加速度）；声压，声强；流量，流速；温度，湿度等。这些是机械工程中常见的信息（信号）。2019/12/2229八、信号的变换与传输问题：如何获取获知上述的这些机械量信号？而又如何将其传输？★将测试的机械量（非电量）信号先转换或变换为电量信号；★再以电量信号的形式（特别是以电压、电流信号的形式）传输输送——通常的解决方法。2019/12/2230★因为电压、电流等电量信号容易经电缆有线传输或以无线发射方式（电磁波）传输；并且容易对其进行量值（幅值）放大、变换等处理，容易储存——通过电工学、电子学方法和计算机技术。★当然，接收到的以及变换、处理过的该电量信号与变换前的机械量对应，亦即电信号的图形、幅值参数等，对应测试的机械量信息。2019/12/2231九、测试、信息处理的发展状况测试信息处理技术的发展具体体现在：传感器：新型、微型、智能化测试：多功能、集成化、智能化；静态测试向动态测试发展信息处理：高在线实时能力、高精度、专用功能、小型化、性能标准化和低价格2019/12/2232十、机械工程测试技术的发展趋势1.测量方式多样化包括：（1）动态测量（2）虚拟仪器（3）便携式测量仪器（4）组合式测量方（5）多传感器融合技术在制造过程中的应用2.视觉测试技术3.测量尺寸继续向两个极端方向发展2019/12/22331、传感器方面a)利用新发现的材料和新发现的生物、物理、化学效应开发出的新型传感器光纤流速传感器荧光材料制作的电子鼻传感器生物酶血样分析传感器热/光电量2019/12/2234b)传感器+嵌入式计算机智能传感器振动网络传感器嵌入式计算机智能压力网络传感器智能倾角RS232传感器IC总线数字温度传感器2019/12/22352、测量信号处理方面计算机虚拟仪器技术用PC机＋仪器板卡代替传统仪器用计算机软件代替硬件分析电路优点我们的工作2019/12/2236主要传感器和测试仪器生产厂商2、振动/噪声传感器丹麦B&K（振动测量、声学测量领域最富盛名）、工业自动化类传感器美国霍尼威尔公司（有全球最大传感器技术研究中心）、测量分析仪器美国国家仪器公司(全球最大的计算机虚拟仪器生产商)美国Agilent公司(原惠普公司仪器部，著名的测试仪器商)十一、学习本课程应注意的问题1、掌握测试有关的基础理论；掌握机械工程中常用物理量、机械量的测试方法（关键：如何将机械量转为电量）。2、掌握信号的时域、频域的基本分析方法；了解信号的传输及其分析处理初步。（包括了机械量从获取、传送到显示、分析、应用的初步知识）。3、了解传感器、中间变换及测试仪器的性质与工作原理（建立检测技术的概念）。4、掌握测试装置静、动特性的评价方法和不失真测试条件，掌握一、二阶系统动态特性和测定方法。5、了解相关分析等，对测试工作有完整的概念。2019/12/2239工程测试技术基础是一门与材料科学、微电子技术、信息技术密切相关的快速发展的学科。为弥补书本教材内容滞后于学科发展的问题，在教学内容上我们采编了很多多媒体素材和案例。学习方法：2019/12/2240本课程是培养学生解决实际工程测量问题能力的专业基础课，具有很强实践性。学习时应充分利用课程所开设实验和仿真实验。理论学习、实践学习、研究学习三元并重.只有通过足够的实验和仿真实验操作，才能得到应有的实际动手能力培养和更好的掌握书本知识。2019/12/2241课程网络学习资源：2.工程测试技术网络课件3.工程测试网上虚拟实验室4.DRVI个人测试实验室1.工程测试技术电子教案2019/12/2242轨迹跟踪培养学生在实践中对知识融会贯通，独立学习和解决问题的能力。打算：开设一门独立于课程之外的测控实验课。仓储模型机械手AGV小车2019/12/2243以案例和实验为主线：教学方法：煤气包高度测量桥梁固频测量机翼模态分析索道检测解决侧重课本教学存在的问题：1.测试技术应用、发展部分空洞；2.传感器部分没有实物对象、枯燥无味；3.信号分析理论部分深奥、难懂。2019/12/2244十二、本课程定位在掌握《高等数学》、《物理学》、《电工学》、《材料力学》、《机械振动学》、《控制工程基础》等已修课程知识的基础上，开设的与其它专业课程知识都有关联的机电类、综合性的专业基础课。2019/12/2245随着科学技术的日益发展，人类的探索对测试技术的要求进一步提高，而在测试技术学科领域内，其相应的新技术又不断出现；因此，了解、掌握现代测试技术和方法，对于在工程技术界从事各项专业工作的技术人员越显重要。2019/12/2246思考题：1、何为机械量？2、为什么要将机械量转换为电量？2019/12/2247休息一下