测试原理与技术课件(第0章绪论)

NUAA 506,机械工程测试,原理与技术,南京航空航天大学机电学院,教师姓名,:,余 厚 云,工作单位,:,南航机电学院,053,系,办公电话,:,84892560,办公地点,:,15,号楼,A408,电子信箱,:,教师信息,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,）测量的传感器原理、测量电路原理和信号分析方法。,课程内容,绪,论,信,号,分,析,基,础,测,试,系,统,特,性,模,拟,信,号,处,理,传,感,器,原,理,虚,拟,仪,器,技,术,工,程,应,用,机械工程测试原理与技术是一门与材料科学、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,书本教材与,电子教材并重,学习时应充分利用课程所开设实验和仿真实验。,学习方法,理论学习,实践学习,研究学习,三元并重,学习要求,1.掌握测试系统组成和基本功能；掌握系统基本特性的评价方法和不失真测试条件，并能正确地运用于测试装置的分析和选择。,2.了解常用传感器的工作原理和性能，并能合理地选用。,3.掌握信号的时域和频域的描述方法；掌握频谱分析的基本原理和方法。,4.对动态测试工作的基本问题有一个比较完整的概念，并能初步运用于机械工程中某些参量的测试。,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。,测试技术的基本概念,测量：,测量是确定量值的过程。确定量值即给定某一量的特定值是某个单位或某个基准量的多少倍。,试验：,试验是对产品的特性或性能进行测量、定量或分类所实施的实验。,测试技术,测试技术的主要任务，就是利用测量,系统或装置，精确地测量出各种被测物理,量或被测参量。,测试技术的任务,1.提供质量的根据,2.提供信息,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，但精度低，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。,测试系统的组成,半导体芯片外形尺寸示意图,显微测量系统的仪器组成图,测试系统的组成,半导体芯片局部显微图像,测试系统的组成,图像处理与测量程序界面,相同测量条件下的测微尺显微图像,标定结果,芯片线宽,测试系统的组成,CCD 相机,显 微 系 统,被 测 对 象,计 算 机,图像采集卡,显微测量系统组成框图,测试系统的组成,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。,信息转换,信息提取,测试系统的组成,传感器是将被测非电量转换成电量的装置。,简单的传感器：可能只由一个敏感元件组成，例如测量温度的热电偶传感器。,复杂的传感器：可能包括敏感元件、弹性元件，甚至交换电路，有些智能传感器还包括微处理器。,测试系统的组成,1.传感器,2.中间变换装置,根据不同情况有很大的伸缩性。,简单的测试系统：可能完全省略中间变换装置，将传感器的输出直接进行显示或记录。,大多数测试系统：信号的变换，包括放大、调制和解调、滤波等。,功能强大的测试系统：还将计算机作为一个中间变换(装置)环节，以实现诸如波形存储、数据采集、非线性校正和消除系统误差等功能。,远距离测量系统：还要有数据传输装置。,3.输出装置,各种指示仪表、记录仪、显示器等。,测试系统的组成,被测对象,（信息源）,传感器,中间变,换装置,计算,处理,显示,记录,观察者,激励,装置,反馈,控制,输出,执行,测试系统的组成,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。,测试技术的工程应用,1.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,工业自动化中的应用,2.AGV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,工业自动化中的应用,密歇根大学数字化工厂,工业自动化中的应用,3.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。,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。,流程工业设备运行状态监控,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,产品质量测量,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,楼宇控制与安全防护,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,家庭与办公自动化,航天,农业,交通,医学,其它方面的应用,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,PC机中的测试技术应用,测控实验DIY,1.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,PC机中的测试技术应用,1.传感器方面,（1）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,测试技术的发展趋势,（2）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,I,2,C总线数字温度传感器,测试技术的发展趋势,2、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,测试技术的发展趋势,1.列出你身边的测试技术应用的例子。,思考题：,