机械工测试技术基础教学课件

*教材、参考书与课时安排l教材 机械工程机械工程测试技技术基基础(第第3 3版版)熊诗波 黄长艺编著 机械工业出版社 测试技技术与信号与信号处理理 郭迎福，焦锋，李曼主编 中国矿业大学出版社l课时安排授课 ：36学时实验 ：4学时教材、参考书与课时安排*教材、参考书与课时安排教材教材、参考书与课时安排1*l教学目的和要求教学目的和要求 测试技技术是工科院校机械是工科院校机械类各各专业本科生一本科生一门重要的技重要的技术基基础课，内容包括，内容包括传感器、感器、测量量电路、路、测试系系统的特性，信号分析与数据的特性，信号分析与数据处理理 。通通过本本课程的学程的学习：l掌握掌握传感器的原理、特点及感器的原理、特点及应用，常用用，常用测试系系统和和测量量电路以及信号分析的基本原理和路以及信号分析的基本原理和分析方法。分析方法。为后后续课程打好基程打好基础。*教学目的和要求2*课程内容l第一章第一章 绪论l第二章第二章 信号及其描述信号及其描述l第三章第三章 测试装置的基本特性装置的基本特性l第四章第四章 常用常用传感器与敏感元件感器与敏感元件l第五章第五章 信号的信号的调理与理与记录l第六章第六章 信号信号处理初步理初步l第七章第七章 测试技技术的工程的工程应用用*课程内容第一章 绪论3*第一章 绪论l了解测试的基本概念l掌握信号和信息的关系l理解测试的基本内容与任务l理解测试系统的组成及各环节功能l掌握信号的分析方法l了解测试信息处理技术的发展方向本章要点本章要点：*第一章 绪论本章要点：4*一、测试的重要作用和意义l 随着科技的随着科技的发展，展，测试技技术已已经形成了一形成了一门专门的技的技术科学。人科学。人们通通过测试获得客得客观事物的定量概念，以掌握其运事物的定量概念，以掌握其运动规律。律。l 在某种意在某种意义上来上来说，“没有没有测试，就没有科学，就没有科学。”因因为人人类的各种的各种活活动领域中都离不开域中都离不开测试。l测试包含着包含着测量和量和试验两大内容。两大内容。l测量就是把被量就是把被测系系统中的某种信息提出，并加以度量，中的某种信息提出，并加以度量，为确定量确定量值而而进行的行的试验过程；程；l试验就是通就是通过某种人某种人为的方法，把被的方法，把被测系系统所在的所在的许多信息中的某种信多信息中的某种信息，用息，用专门的装置人的装置人为地把它激地把它激发出来，加以出来，加以测量。它是量。它是对未知事物探索未知事物探索性的性的认识过程。程。因此，因此，测试工作是人工作是人们认识客客观事物、掌握其内在事物、掌握其内在规律，从而利用并改律，从而利用并改造世界的重要手段。造世界的重要手段。*一、测试的重要作用和意义 随着科技的发展，测试技术已5*二、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计量：量：实现单位位统一和量一和量值准确可靠准确可靠为目的。目的。*二、测试的基本概念测试：具有试验性的测量 6*三、信息和信号1.信息l物质所固有，客观存在或运动状态的特征l非物质，不具有能量，传输依靠物质和能量 2.信号l信息的载体。信息蕴含于信号之中。l信号是物质具有能量。*三、信息和信号1.信息7*四、测试技术的内容1.测试技术的内容l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。l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l测量系统l数据处理*四、测试技术的内容1.测试技术的内容8*五、测试系统的组成l 测试过程：程：首先首先利用酒精（敏感元件）利用酒精（敏感元件）检测出被出被测对象温度象温度变化并将其化并将其转换成自身体成自身体积的的变化（化（热胀冷冷缩），然后），然后经过等截面的中空玻璃管（中等截面的中空玻璃管（中间变换器）再器）再转换成高度的成高度的变化化（分析（分析处理），最后由外面的刻度理），最后由外面的刻度线显示出示出测试结果（果（显示、示、记录）并提供）并提供给观察者或察者或输入后入后续的控制系的控制系统。被被测对象象信号信号输入入输出出观察者察者显示示结果：果：刻度刻度线变换：V HV H玻璃管玻璃管敏感元件：敏感元件：酒精酒精*五、测试系统的组成 测试过程：首先利用酒精（敏感元件）检测9*五、测试系统的组成*五、测试系统的组成10*五、测试系统的组成1 1、信号、信号检出部分出部分传感器（感器（SensorSensor）-执行行检出功能的器件出功能的器件信号提取（被信号提取（被测量）、量）、传输（信号（信号变换部分）部分）选择：测量精度要求、被量精度要求、被测量量变化范化范围、被、被测对象所象所处的的环境条件境条件 以及以及对传感器体感器体积和整个和整个检测系系统的成本等的限制的成本等的限制检测系系统中形式最多中形式最多样、与被、与被测对象关象关联最密切的部分最密切的部分 *五、测试系统的组成1、信号检出部分传感器（Sensor）-11*五、测试系统的组成2 2、信号、信号变换部分部分检出信号出信号适合于分析和适合于分析和处理的信号理的信号信号信号调理理电路路阻抗阻抗变换 -输出阻抗很高出阻抗很高时；电压/电流（流（V/AV/A）转换 -需要需要电流流输出出时；信号放大信号放大 -输出信号微弱出信号微弱时；噪声抑制噪声抑制 -信号淹没在噪声中；信号淹没在噪声中；模模拟/数字（数字（A/DA/D）转换 -需要需要输出数字信号出数字信号时*五、测试系统的组成2、信号变换部分检出信号适合于分析和处理12*五、测试系统的组成3 3、分析、分析处理部分理部分功能：管理不同系功能：管理不同系统之之间的数据、状的数据、状态和控制信息的和控制信息的传输和交和交换不断注入新内容不断注入新内容 -检测系系统的研究中心的研究中心4 4、通信接口与、通信接口与总线部分部分计算机系算机系统 -强大大问题分析能力、复分析能力、复杂系系统的的实时控制控制自自动化、智能化化、智能化接口接口 -分系分系统和上位机之和上位机之间/分系分系统之之间交交换信息信息*五、测试系统的组成3、分析处理部分功能：管理不同系统之间的13*五、测试系统的组成l2 2、测试过程和程和测试系系统的的组成成l 根据根据测试任任务复复杂程度的不同，程度的不同，测试系系统中中传感器、感器、中中间变换装置和装置和显示示记录装置等每个装置等每个环节又可由多个模又可由多个模块组成。例如，下成。例如，下图所示的机床所示的机床轴承故障承故障监测系系统中的中的中中间变换装置就由装置就由带通通滤波器、波器、A/DA/D变换和和计算机中的算机中的FFTFFT分析分析软件三部分件三部分组成。成。*五、测试系统的组成2、测试过程和测试系统的组成14*环 节 装装 置置 作作 用用激励激励环节激励装置激励装置使被使被测对象象处于于测试状状态输入入环节传感器感器检测并并转换被被测信号信号处理理环节中中间变换器器分析、分析、处理、理、变换信号信号输出出环节显示示记录装置装置显示、示、记录并并输出出结果果注意：注意：测试系系统各个各个环节的的输出量与出量与输入量之入量之间应保持一一保持一一对应和尽量不失真的关系（和尽量不失真的关系（线性关系），并尽可能地减少性关系），并尽可能地减少或消除各种干或消除各种干扰。五、测试系统的组成*环 节 装 置 作 用激励环节激励装15*六、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：l传感器感器：新型、微型、智能化l测试：多功能、集成化、智能化；静态测试向动态测试发展l信息信息处理理：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测试技技术重要手段重要手段相关学科：物理、化学、数学、生物学、材料科学等等相关学科：物理、化学、数学、生物学、材料科学等等新的新的检测理理论、方法和技、方法和技术手段手段科学研究科学研究形成形成推推动实验研究和研究和发展展*六、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16*六、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）组合式测量方式 （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*六、机械工程测试技术的发展趋势1.测量方式多样化17*七、测试技术在工程技术领域中的应用领域：工域：工业、农业、航天、航天、军事等事等(1)(1)零件的零件的识别与定位与定位1 1、工、工业检测 自自动连接引接引线、对准芯片和封装；准芯片和封装；自自动安装部件，自安装部件，自动焊接或自接或自动切割加工、自切割加工、自动浇注系注系统等。等。(2)(2)零件尺寸的在零件尺寸的在线测量量钢板厚度的在板厚度的在线测量量(3)(3)零件外零件外观及内部缺陷及内部缺陷检测(4)(4)产品分品分类、分、分组苹果分苹果分级、分色、配色、分色、配色*七、测试技术在工程技术领域中的应用领域：工业、农业、航天、18*七、测试技术在工程技术领域中的应用(5)(5)产品品标识、编码识别商品条商品条码、印、印鉴、标签“手手-眼眼”定位：定位：两个两个摄像机像机 -两幅平面两幅平面图像像 -三三维场景信息景信息 用于：目用于：目标识别、道路、道路识别、障碍物判断、主、障碍物判断、主动导航、自航、自动视觉导航航 无人无人驾驶汽汽车、无人、无人驾驶飞机、无人机、无人战车、探、探测机器人机器人2 2、机器人、机器人导航航*七、测试技术在工程技术领域中的应用(5)产品标识、编码识19*七、测试技术在工程技术领域中的应用交通交通 -车辆识别、牌照、牌照识别、车型判断、型判断、车辆监视、交通流量、交通流量检测安全安全 -指指纹判判别与匹配、面孔与眼底与匹配、面孔与眼底识别、安全、安全检查（飞机、海关）机、海关）监视 -超市、商店防盗、超市、商店防盗、银行行监控，停控，停车场、电梯梯闭路路电视4 4、监控、安防、交通管理：控、安防、交通管理：3 3、遥感、遥感图像分析：像分析：航空航空摄影影图像像 -（多目成象（多目成象 -大地大地测量、量、测绘）卫星遥感星遥感图像像 -气象气象卫星（星（红外成象外成象 -云云图 -气象状况）气象状况）资源源卫星（多光星（多光谱成象成象 -地地质、矿藏、森林、灾害）藏、森林、灾害）海洋海洋卫星（合成孔径雷达成象星（合成孔径雷达成象 -海洋、海浪、海海洋、海浪、海滩）*七、测试技术在工程技术领域中的应用交通-车辆识别、20*七、测试技术在工程技术领域中的应用6 6、办公与家公与家电：办公公设备 -数数码复印机、复印机、扫描描仪、传真机、真机、绘图仪家用家用电器器 -数数码摄像机、数像机、数码照相机、可照相机、可视电话、可、可视门铃5 5、军事与国防：事与国防：超低空雷达、超超低空雷达、超视距雷达、距雷达、导弹制制导、导弹导航、地形匹配、航、地形匹配、单兵作兵作战系系统、战场遥遥测、夜、夜视仪、声、声纳成象成象*七、测试技术在工程技术领域中的应用6、办公与家电：办公设备21*测量的基础知识测量结果可信必须具备的两个条件：l测量过程是被测量的量与标准或相对标准量的比较过程。作为比较用的标准量值必须是已知的，且是合法的，才能确保测量值的可信度及保证测量值的溯源性。l进行比较的测量系统必须进行定期检查、标定，以保证测量的有效性、可靠性，这样的测量才有意义。*测量的基础知识测量结果可信必须具备的两个条件：22*测量的基础知识一、量与量纲 量是指现象、物体或物质可定性区别和定量确定的一种属性。不同类的量可定性区别 同类的量可以量值大小区别1、量值 量值是用数值和计量单位的乘积来表示的。它被用来定量地表达被测对象相应属性的大小。*测量的基础知识一、量与量纲23*测量的基础知识2、基本量和导出量 基本量：长度、质量、时间、温度、电流、发 光强度、物质的量 导出量：由基本量按一定函数关系来定义的*测量的基础知识2、基本量和导出量24*测量的基础知识3、基准与标准 基准：用来保存、复现计量单位的计量器具，是最高准确度的计量器具。国家基准、副基准和工作基准 计量标准：用于检定工作计量器具的计量器具 工作计量器具是指用于现场测量而不用检定工作的计量器具。*测量的基础知识3、基准与标准25*测量的基础知识4、测量误差 测量误差=测量结果 真值 （1）误差分类：系统误差、随机误差、粗大误差 （2）误差表示方法 绝对误差 相对误差：误差/测量结果 引用误差：只用于表示计量器具特性的情况中。是计量器具的绝对误差与引用值之比。*测量的基础知识4、测量误差26*思考思考题1 1、什么是、什么是测试技技术？2 2、测试系系统由哪些由哪些环节和装置和装置组成？各有成？各有何作用？何作用？3 3、简述述测试系系统的工作的工作过程。程。4 4、举例例说明明测试技技术的的应用。用。*思考题1、什么是测试技术？27