测试技术课件

MeasurementTechnologyofMechanicalEngineering1认识大家2教材：熊诗波，黄长艺主编。机械工程测试技术（第3版），机械工业出版社教材与参考书推荐参考书目：1、黄长艺。机械工程测量与试验技术。机械工业出版社，第1版，2000年01月2、卢文祥，杜润生。机械工程测试·信息·信号分析(第2版).武汉：华中科技大学出版社，2004,93、贾民平，张洪亭。测试技术。北京-高等教育出版社。2009.054、杨叔子，杨克冲。机械工程控制基础.武汉：华中科技大学出版社，2005.5、吴正毅，测试技术与测试信号处理，清华大学出版社3课程简介内容如下本课程研究机械工程领域与设计有关的试验、控制和运行监测中涉及到物理量及其他工程量的测量和测量装置与系统的性能。包括物理量和其他工程量的测量方法、测试中常用的传感器、信号调理电路及记录、显示仪器的工作原理，测量装置基本特性的评价方法、测试信号分析和处理。信号及描述常用传感器信号调理及记录信号处理初步….…常见物理量的测量测试装置基本特性绪论4课程特点测试技术是一门综合性技术集机电于一体，软硬件相结合的，具有智能化、自动化的系统。涉及传感技术、微电子技术、控制技术、计算机技术、信号处理技术、精密机械设计技术等众多技术。要求有深厚的多学科知识，如力学、电学、信号处理、自动控制、机械振动、计算机、数学等。5通过本课程的学习，要求大家能做到：掌握测试技术的基本理论，包括信号时域和频域的描述方法、频谱分析的原理和方法、信号调理和信号处理基本概念和方法;熟练掌握各类典型传感器、记录仪器的基本原理和适用范围；具有测试系统的机、电、计算机方面的总体设计能力；具有试验数据处理和误差分析能力。6主要学习内容第三章常用传感器与敏感元件第五章信号处理初步第六章位移测量第七章振动测量第八章声与声发射测量第十一章其他量测量(温度、液位、气体组分)第十章流体参量测量第九章应变、力和扭矩测量第一章信号及其描述第四章信号的调理与记录第二章测试装置基本特性7绪论0、绪论第一节测试技术概况第二节测量的基础知识第三节测量误差分析及处理8第一节测试技术概况一．测试和测量技术发展历史二．测量的意义三．测量技术的应用四．测量技术发展趋势五．主要传感器和测试仪器生产厂商9一、测试和测量技术发展历史秦始皇统一六国后便立即建立了统一的度量衡制度，并对破坏这一制度的人科以严厉的惩罚。说明测量和标准对促进当时生产发展和社会进步的重要性。曹冲称象•方法：比较法•装置：船、石头、小秤•检查、测量，得到：•定性、定量的结果10指南车当车轮轴距与车轮直径形成一定比例后，车轮滚动角度和车身水平转角就会形成固定的对应关系。无论指南车在直线前进还是转弯时，内部传动机构都能够自动判定车身的旋转方向与角度，而将输出杆反方向回馈相同角度，以达到定向的目的。记里鼓车记里鼓车原理记里鼓车的基本原理和指南车相同，也是利用齿轮机构的差动关系。当年，张衡制造的记里鼓车可惜没有较详细的记载，东汉以后，有关记里鼓车的记载虽然有些零星的字句，但都太简略。到北宋时的记里鼓车制造方法更有改进，《宋史·舆服志》记载比较详细，大体说记里鼓车外形是独辕双轮，车箱内有立轮、大小平轮、铜旋风轮等，轮周各出齿若干，“凡用大小轮八，合二百八十五齿，递相钩锁，犬牙相制，周而复始。”记里车行一里路，车上木人击鼓，行十里路，车上木人击镯。总之，指南车和记里鼓车的形状虽然在历代制造时都有些改进，但它的差动齿轮原理可以肯定在1800多年前已经被张衡所应用了。记里鼓车的记程功能是由齿轮系完成的。车中有一套减速齿轮系，始终与车轮同时转动，其最末一只齿轮轴在车行一里时正好回转一周，车子上层的木人受凸轮牵动，由绳索拉起木人右臂击鼓一次，以示里程。世界上的第一架测报地震的仪器——地动仪。(东汉：张衡）计时器沙漏蜡烛商代，一尺合今16.95cm，按这一尺度，人高约一丈左右，故有“丈夫”之称；周代，一尺合今23.1cm；秦时，一尺约23.1cm；汉时，一尺大约21.35——23.75cm；“身高八尺”三国，一尺合今24.2cm；南朝，一尺约25.8cm；北魏，一尺合今30.9cm；隋代，一尺合今29.6cm；唐代，一尺合今30.7cm；宋元时，一尺合今31.68cm；明清时，木工一尺合今31.1cm。※最初的尺指男人伸展的拇指和中指之间的距离，大约是20厘米！•我国长度计量单位演变：161.基本单位七个基本量的单位：长度——米（Metre）、质量——千克（Kilogram）、时间——秒（Second）、温度——开尔温（Kelvn）、电流——安培（Ampere）、发光强度——坎德拉（Candela）、物质的量——摩尔（Mol）。2.辅助单位3.导出单位平面角的单位——弧度;立体角的单位——球面度未归入基本单位或导出单位。在选定了基本单位和辅助单位之后，按物理量之间的关系，由基本单位和辅助单位以相乘或者相除所构成的单位称为导出单位。法定计量单位177个基本单位定义如下：1.长度单位——米(m)光在真空中于1／299792458s时间所经过的距离(1983年第17届国际计量大会通过)。2.质量单位——千克(kg)质量单位，等于国际千克原器的质量(1901年第3届国际计量大会规定)。国际单位制基本单位中唯一保留的实物基准。3．时间单位——秒(s)铯-133原子基态的两个超精细能级之间跃迁所对应的辐射的9192631770个周期的持续时间(1967年第13届国际计量大会决定)。184.电流强度单位——安[培](A)一恒定电流，若保持在处于真空中相距1m的两无限长而截面可以忽略的平行直导线内，则此两导线之间产生的力在每米长度上等于2×l0-7N(1948年第9届国际计量大会确定)。5.热力学温度单位——开[尔文](K)水的三相点热力学温度的1／273.16(1967年第13届国际计量大会通过)。196．物质的量的单位——摩[尔](mol]一系统的物质的量，该系统中所包含的基本单元数与0.012kg碳-12的原子数目相等(1971年第14届国际计量大会决定增加的基本单位)。在使用摩时，应指明基本单元是原于、分子、离子、电子及其它粒子，或是这些粒子的特定组合。7．发光强度单位——坎[德拉]（cd）发出频率为540×l012Hz单色辐射的光源在给定方向上的发光强度。而且在此方向上的幅射强度为(1／683)w／sr（1979年第16届国际计量大会规定)。20二、测量的意义测量是人类对自然界的客观事物取得数量观念的一种认识过程（日常生活中的“三表”、天气预报、卫星导航定位、地质勘探、空气质量指数、B超、CT、核磁共振……）科学技术发展与测量技术的不断完善是紧密相关的(实验物理学、高能加速器、激光测速仪、运动会电子计时仪等都以实验为基础)。测试技术是人类认识客观世界的手段，是科学研究的基本方法。21测试技术的任务(5方面)：设备设计中，通过对新旧产品进行模型试验或现场实测，为产品质量和性能提供客观的评价，为技术参数的优化和效率的提高提供基础数据。设备改造中，为了挖掘设备的潜力，以便提高产量和质量，经常需要实测设备或零件的载荷、应力、工艺参数和电机参数，为设备强度校验和承载能力的提高提供依据。22在工作和生活环境的净化及监测中，测量振动和噪声的强度及频谱，分析找出振源，并采取相应的减振、防噪措施。科学规律的发现和新的定律、公式的诞生都离不开测试技术。从实验中可以发现规律，验证理论研究结果，实验与理论可以相互促进，共同发展。在工业自动化生产中，通过对工艺参数的测试和数据采集，实现对设备的状态监测、质量控制和故障诊断。23三、测量技术的应用241、工业自动化中的应用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。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、嗅觉传感器等。机械手装配模型机器狗25有轨和无轨自动小车日本神钢自动导向小车德国mlr自动导向小车采用激光导航技术，保证了AGV快速运行，精确定位，实现了工作区域内全方位自由行走，自动安全避让等功能，已大规模应用于汽车装配柔性生产系统。水下扫雷机器人爬壁机器人特种机器人军用昆虫机器人爬缆索机器人切削力传感器，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。数字化工厂b)生产加工过程监测292、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。303、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。汽车出厂检验：测量润滑油温度、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32在线检测：零件尺寸、产品缺陷、装配定位…检查轴承滚珠是否脱漏检查容器内的液位334、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。公司楼宇自动化系统：电源管理、安全监测、照明控制、空调控制、停车管理、消防报警、水、废水管理和电梯监控等。烟雾传感器亮度传感器红外人体探测器345、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35鼠标:光电位移传感器摄像头: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367、测试技术在汽车中的应用•发动机：向发动机的电子控制单元（ECU）提供发动机的工作状况信息，对发动机工作状况进行精确控制。温度、压力、位置、转速、流量、气体浓度和爆震传感器等。•汽车传感器：汽车电子控制系统的信息源，关键部件，核心技术内容。普通轿车：约安装几十到近百只传感器，豪华轿车：传感器数量可多达二百余只。•底盘：控制变速器系统、悬架系统、动力转向系统、制动防抱死系统等。车速、踏板、加速度、节气门、发动机转速、水温。•车身：提高汽车的安全性、可靠性和舒适性等；温度、湿度、风量、日照、加速度、车速、图象等。37388、测试技术在军事及国防上的应用•夜视瞄准机系统：非冷却红外传感器技术•激光测距仪：可精确地定位目标。在发射20mm高爆弹时，激光测距仪可将目标的距离信息自动传输至高爆弹的爆炸引信，以精确地设定引爆时间。39美国国家导弹防御计划---NMD1.地基拦截器2.早期预警系统3.前沿部署(如雷达）4.管理与控制系统5.卫星红外线监测系统•监测系统:探测和发现敌人导弹的发射并追踪导弹的飞行轨道；•拦截器：能识别真假弹头，敌友方409、测试技术在航天领域的应用飞行器测控---检测飞行器姿态、发电机工况，控制与操纵火箭测控---检测火箭状况、姿态、轨迹41人造卫星红外扫描检测承受剧烈振动可靠性检测月球车422005年,神六飞船2007年10月24日嫦娥一号探月卫星发射成功43•“阿波罗10”：火箭部分---2077个传感器飞船部分---1218个传感器检测参数---加速度、温度、压力、振动、流量、应变、声学等。•神州飞船：185台(套)测试仪器装置4410、测试技术在日常生活中的应用家用电器：•数码相机、数码摄像机：自动对焦---红外测距传感器•数字体温计：接触式---热敏电阻，非接触式---红外传感器•自动感应灯：亮度检测---光敏电阻•空调、冰箱、电饭煲：温度检测---热敏电阻、热电偶•电话、麦克风