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机械工程测试技术机械工程测试技术Measurement & Test Techniques of Mechanic Engineering 课时计划课时计划上课上课40学时、试验学时、试验16学时学时1019周（每周周（每周4学时）学时）课程安排课程安排课程考核课程考核平时：平时：随堂测验随堂测验、上课、作业、上课、作业20实验：实验：20期末：闭卷考试：期末：闭卷考试：60在线教务辅导网：在线教务辅导网：http:/教材其余课件及动画素材请查阅在线教务辅导网教材其余课件及动画素材请查阅在线教务辅导网QQ:349134187 或者直接输入下面地址：或者直接输入下面地址：http:/1 1、绪论、绪论- -1 12 2、机械测试信号分析、机械测试信号分析- -4 43 3、测量系统的基本特性、测量系统的基本特性- -4+14+14 4、参数式传感器及其应用、参数式传感器及其应用- -4 45 5、发电式传感器及其应用、发电式传感器及其应用- -4 46 6、信号的调理、信号的调理- -4+14+17 7、测试系统设计、测试系统设计- -3 38 8、计算机测试技术、计算机测试技术- -4 49 9、其他测试技术、其他测试技术- -2 21010、典型测试系统设计实例、典型测试系统设计实例- -4 4另：企业技术人员讲座：另：企业技术人员讲座：2 2次，次，4 4学时学时课时安排课时安排主要教材主要教材机械工程测试技术机械工程测试技术第二版（陈花玲等第二版（陈花玲等)教教 材材参考教材参考教材 陈花玲陈花玲等编，等编，机械工程测试技术机械工程测试技术第一版，机械工业出版社，第一版，机械工业出版社，2002.12； 刘君华刘君华主编，主编，现代检测技术与测试系统设计现代检测技术与测试系统设计，西安交通大学，西安交通大学出版社，出版社，1999.4； 王子延王子延主编，主编，热能与动力工程测试技术热能与动力工程测试技术，西安交通大学出版，西安交通大学出版社社1998.10； 黄长艺黄长艺等编，等编，机械工程测量与试验技术机械工程测量与试验技术，机械工业出版社，机械工业出版社，2000.4；绪论（绪论（1）第一章第一章1.1 课程的意义及目的课程的意义及目的1.2 测试方法的分类与测试方法的分类与系统组成系统组成1.3 测试技术的测试技术的发展发展1.4 本课程的主要内容本课程的主要内容重点重点：掌握测试系统的组成与测试技术的发展掌握测试系统的组成与测试技术的发展 第一章第一章 绪论绪论 测试技术测试技术是指测试是指测试过程中所涉及的过程中所涉及的 测试理论测试理论 测试方法测试方法 测试设备等测试设备等。您在发烧您在发烧，请请1.1 1.1 测试技术的基本概念测试技术的基本概念 1.1.1 本课程的意义本课程的意义 定义：定义： 测量测量是以确定被测物是以确定被测物属性属性量值量值为目的的全部操作；为目的的全部操作； 测试测试则是具有则是具有试验性质的测量试验性质的测量，或者可理解为测量和试，或者可理解为测量和试验的结合。验的结合。 测试和测量紧密相关，实际使用中往往不加严格区分。测试和测量紧密相关，实际使用中往往不加严格区分。什么是测什么是测试技术？试技术？例例11.1.3 本课程的目的本课程的目的 任务任务: 传送带传送带速度检测速度检测分析分析: 1.传送带的速度要在现场传送带的速度要在现场显示出来，用于控制显示出来，用于控制 2.精度和灵敏度要求不高，精度和灵敏度要求不高，降低成本很重要降低成本很重要某工厂生产产品某工厂生产产品A,B,CA,B,C，需要质量检验，需要质量检验1.1.3 本课程的目的本课程的目的 传感器的选择传感器的选择显示方式的选择显示方式的选择 需要解决的问题需要解决的问题后续测量系统的设计后续测量系统的设计 系统的效能分析系统的效能分析交流旋转发电机交流旋转发电机光电检测器的光轴编码器光电检测器的光轴编码器磁簧开关传感器磁簧开关传感器霍尔效应传感器霍尔效应传感器动圈式仪表动圈式仪表 示波器示波器 因此，本课程的目的就是：因此，本课程的目的就是： 设计测试方案设计测试方案 选择测试仪器选择测试仪器 进行技术经济分析进行技术经济分析1.2 测试方法的分类与系统组成测试方法的分类与系统组成本门课程的对象本门课程的对象：机械工程中的工作参数测量（非电量）：机械工程中的工作参数测量（非电量） 位移、距离、胀差、位移、距离、胀差、. 振动、速度、加速度振动、速度、加速度 应力、压力、摩擦力、应力、压力、摩擦力、. 油温、瓦温、轴温、气温、油温、瓦温、轴温、气温、. 转速、鉴相转速、鉴相 .n被测量都是被测量都是随时间变化随时间变化的物理量。因而本课程主要研究与讨论的物理量。因而本课程主要研究与讨论动态参量动态参量的测量问题。的测量问题。 -与精密工程课程几何量测量的区别与精密工程课程几何量测量的区别n大多数情况下，把被测物理量通过某种技术装置（传感器）大多数情况下，把被测物理量通过某种技术装置（传感器）转换成转换成和它和它有确切对应关系的电量来测量，因此可以说本课程属于有确切对应关系的电量来测量，因此可以说本课程属于“非电量电测量非电量电测量”学科。学科。 -与电工课程电学参数测量的区别与电工课程电学参数测量的区别机械工程测量的特点机械工程测量的特点:1.2.1 测试方法的分类测试方法的分类 哪个方法好？哪个方法好？典型测试系统的组成：典型测试系统的组成：测测试试对对象象传感器传感器信号调理信号调理显示显示/记录记录电电 源源数据采集数据采集数据处理数据处理信号处理信号处理1.2.2 测试系统的组成测试系统的组成 激励系统激励系统测试系统：测试系统：完成测试任务的传感器、仪器和设备的总称。完成测试任务的传感器、仪器和设备的总称。n传感器传感器 一种能把一种能把特定的信息特定的信息（物理、化学、生物）按（物理、化学、生物）按一定规律一定规律转换成转换成某种某种可用信号可用信号（通常是电信号）输出的（通常是电信号）输出的器件和装置器件和装置。常用的涡流探头前置器常用的涡流探头前置器加速度传感器加速度传感器力传感器力传感器智能式压力变送器智能式压力变送器1.2.2 测试系统的组成测试系统的组成 n信号调理信号调理 对（传感器输出的）信号进行对（传感器输出的）信号进行变换、隔离、滤波、放大变换、隔离、滤波、放大等，以便等，以便进一步传输和处理。进一步传输和处理。高阻输入、低阻输出高阻输入、低阻输出规范输出规范输出B&K 测量放大器测量放大器2525放大、自动量程放大、自动量程低通和高通滤波器（用户自定义）低通和高通滤波器（用户自定义）电荷放大器电荷放大器 通道：通道：1 1 输入电荷量：输入电荷量：10104 4pC pC 增益：增益：1-1000mV/1-1000mV/pCpC 输出：输出：5V5V滤波单元滤波单元1.2.2 测试系统的组成测试系统的组成 变换变换放大放大滤波滤波n信号处理信号处理 对来自信号调理环节后的信号，进行各种对来自信号调理环节后的信号，进行各种运算、分运算、分析析，并输出结果，并输出结果模拟信号处理模拟信号处理 运算：微分、积分、对数运算：微分、积分、对数 数字信号处理数字信号处理 信号量化信号量化 编程处理：信号分析编程处理：信号分析1.2.2 测试系统的组成测试系统的组成 n显示记录显示记录 以观察者易于识别的形式来显示测量的结果，或者将以观察者易于识别的形式来显示测量的结果，或者将测量结果存储测量结果存储1.2.2 测试系统的组成测试系统的组成 问题：测试环节问题：测试环节中中哪个环节哪个环节为所为所有测试系统有测试系统必备必备环节？环节？传感器、信号调理、信号处理、显示记录传感器、信号调理、信号处理、显示记录1.3 测试技术的发展测试技术的发展 测试技术与科学研究、工程实践密切相关。随着测试技术与科学研究、工程实践密切相关。随着科学技术的飞速发展，使得测试技术的发展也非常科学技术的飞速发展，使得测试技术的发展也非常迅速，主要体现两个方面：迅速，主要体现两个方面：传感器技术的自身发展传感器技术的自身发展计算机测试技术的发展计算机测试技术的发展1.3.1 传感器技术的自身发展传感器技术的自身发展p传感器技术是测试系统中传感器技术是测试系统中必不可少必不可少的的基础环节基础环节n20世纪世纪80年代以来，国际上出现年代以来，国际上出现“传感器热传感器热”n日本将传感器技术列为日本将传感器技术列为80年代十大技术之首年代十大技术之首n美国把传感器技术列为美国把传感器技术列为90年代年代22项关键技术之一项关键技术之一p传感器技术在以下传感器技术在以下三方面三方面发展最为引人注目发展最为引人注目n新型新型物性型物性型传感器的大量涌现传感器的大量涌现n集成、智能化传感器的开发集成、智能化传感器的开发n化学传感器的开发化学传感器的开发 物性型传感器的大量涌现物性型传感器的大量涌现定义定义：依靠依靠敏感材料本身敏感材料本身的的物理属性物理属性随被测量的变化来实现信号的变化随被测量的变化来实现信号的变化压电效应压电效应涡流效应涡流效应应变效应：导体材料应变效应：导体材料光电效应光电效应霍尔效应霍尔效应压阻效应：半导体材料的压阻转换压阻效应：半导体材料的压阻转换物性型物性型传感器的开发实质上是新材料的开发传感器的开发实质上是新材料的开发传感器正经历着从以传感器正经历着从以机构型机构型为主转向以为主转向以物性型物性型为主的过程为主的过程1.3.1 传感器技术的发展传感器技术的发展 集成化传感器集成化传感器 微机电系统（微机电系统（MEMSMEMS） 微型化微型化微型微型传感器信号处理传感器信号处理一体化一体化 多敏感元件、多参数测量多敏感元件、多参数测量 运算、补偿、变换运算、补偿、变换 XCE-062XCE-062高温超小型高温超小型ISIS压力传感器压力传感器(-55(-55到到273)273) 1.3.1 传感器技术的发展传感器技术的发展智能化传感器智能化传感器 组成：传统的传感器组成：传统的传感器微处理器微处理器特征：具备通信总线接口、兼有信息特征：具备通信总线接口、兼有信息监测、信息处理和信息传输监测、信息处理和信息传输 智能：通过存放于微处理器中的智能：通过存放于微处理器中的功能功能强大的软件强大的软件，对系统进行智，对系统进行智能化，如非线性自动校正、能化，如非线性自动校正、自校零、自校准、自补偿、自校零、自校准、自补偿、自检验、噪声抑制等。自检验、噪声抑制等。 智能压力传感器智能压力传感器/变送器变送器 集成、智能化传感器的开发集成、智能化传感器的开发1.3.1 传感器技术的发展传感器技术的发展生物酶血样分析传感器生物酶血样分析传感器 化学传感器的开发化学传感器的开发 敏感材料本身的敏感材料本身的化学属性化学属性随被测量的变化、将化学量转换成电量来随被测量的变化、将化学量转换成电量来实现信号的测量实现信号的测量气体传感器气体传感器一氧化碳一氧化碳传感器传感器瓦斯瓦斯报警报警酒精传酒精传感器感器1.3.2 计算机测试技术的发展计算机测试技术的发展一般计算机测试系统一般计算机测试系统 嵌入式测量系统嵌入式测量系统 网络化测试系统网络化测试系统 虚拟仪器虚拟仪器 随随着计算机技术的发展，测试系统中也越来越多地融入了计算机着计算机技术的发展，测试系统中也越来越多地融入了计算机技术。技术。 计算机测试技术计算机测试技术以计算机为中心的自动测试系统以计算机为中心的自动测试系统。 既能实现对信号的检测，又能对所获得信号进行分析处理既能实现对信号的检测，又能对所获得信号进行分析处理。计计算算机机测测试试系系统统 传感器1传感器2传感器3信号调理2信号调理3信号调理1数据采集卡数据采集卡(板板)计算机计算机绘图、显示、打印绘图、显示、打印1.3.2 计算机测试技术的发展计算机测试技术的发展1）一般计算机测试系统）一般计算机测试系统计算机测试系统的基本形式计算机测试系统的基本形式 测试系统一般由测试系统一般由数据采集、数据分析、数据表示数据采集、数据分析、数据表示这三部分组成。这三部分组成。 将这三个位于将这三个位于不同地理位置不同地理位置的部分由网络连起来从而完成测试任务，就形成的部分由网络连起来从而完成测试任务，就形成网络化测试系统。网络化测试系统。网络仪器的特点：网络仪器的特点： 资源共享资源共享 有危险的、环境恶劣的数据采集工作可实行远程采集有危险的、环境恶劣的数据采集工作可实行远程采集 使测试人员不受时间和空间的限制使测试人员不受时间和空间的限制 可以实现高度自动化、智能化可以实现高度自动化、智能化1.3.2 计算机测试技术的发展计算机测试技术的发展2） 网络化测试系统网络化测试系统 嵌入式系统有时称为嵌入式系统有时称为嵌入嵌入式计算机系统式计算机系统，是和现实的物，是和现实的物理世界相结合的，控制着某些理世界相结合的，控制着某些特定的硬件的专用计算机系统。特定的硬件的专用计算机系统。包括硬件和软件两部分：包括硬件和软件两部分： 硬件硬件包括嵌入式处理器、控制器、包括嵌入式处理器、控制器、存储器及外设器件、输入输出端口、存储器及外设器件、输入输出端口、图形控制器等图形控制器等; ; 软件软件部分包括应用软件和嵌入式部分包括应用软件和嵌入式操作系统。应用软件控制着系统的运操作系统。应用软件控制着系统的运作和行为作和行为; ; 操作系统控制着应用程序操作系统控制着应用程序与硬件的交互作用。与硬件的交互作用。1.3.2 计算机测试技术的发展计算机测试技术的发展3） 嵌入式测试系统嵌入式测试系统 嵌入式系统强调嵌入式系统强调“量身定做量身定做”的原则，基于某一种特殊用的原则，基于某一种特殊用途开发出特定的系统，因此当把一个具体测试对象与嵌入式途开发出特定的系统，因此当把一个具体测试对象与嵌入式系统结合起来，就构成了一个嵌入式测量系统。系统结合起来，就构成了一个嵌入式测量系统。 虚拟仪器的发展虚拟仪器的发展虚拟仪器虚拟仪器普通仪器普通仪器智能仪器智能仪器虚拟仪器的实际工作原理图虚拟仪器的实际工作原理图4） 虚拟仪器的开发虚拟仪器的开发1.3.2 计算机测试技术的发展计算机测试技术的发展1.3.2 计算机测试技术的发展计算机测试技术的发展1.4 本课程的主要内容本课程的主要内容 本课程所研究的对象是机械工程领域中常用的物本课程所研究的对象是机械工程领域中常用的物理量测试，这是一门技术基础课。主要内容包括：理量测试，这是一门技术基础课。主要内容包括：1）测试技术基础知识测试技术基础知识（2-3）2）测试信号的获取与调理技术测试信号的获取与调理技术（4-6） 3）测试系统设计测试系统设计（7） 4）计算机测试系统计算机测试系统（8）5）实际测试系统实际测试系统（9-10）1.测试系统由哪些环节组成？测试系统由哪些环节组成？思考题思考题2.测试技术的发展体现在哪些方面？测试技术的发展体现在哪些方面？传感器技术的发展传感器技术的发展 物性传感器、集成化物性传感器、集成化/ /智能化传感器、化学传感器智能化传感器、化学传感器计算机测试技术的发展计算机测试技术的发展 计算机测试、网络化测试、嵌入式测试、虚拟仪器计算机测试、网络化测试、嵌入式测试、虚拟仪器传感器传感器：将被测量（非电量）变成电量：将被测量（非电量）变成电量信号调理信号调理：对传感器的输出进行变换、隔离、滤波、放大：对传感器的输出进行变换、隔离、滤波、放大等预处理，输出标准信号等预处理，输出标准信号信号处理信号处理：包括对信号进行数字量化在内的分析、计算、：包括对信号进行数字量化在内的分析、计算、处理，以获得所需的最终结果处理，以获得所需的最终结果信号显示信号显示：对最终结果进行可视输出：对最终结果进行可视输出教材：教材：1-3，1-7，1-9作业作业
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