機械工程測試技術基礎廣東石油化工學院機電工程學院2015.2主講：黃崇林老師

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課程內容：

本課程主要介紹機械工程、工業(yè)自動化、環(huán)境監(jiān)測、樓宇控制、交通等領域中常見物理量(壓力、應變、位移、加速度、溫度等）的測量，包括傳感器測量原理、測量電路原理和信號分析方法等。緒論信號分析基礎測試系統(tǒng)特性傳感器原理模擬信號處理數字信號處理虛擬儀器技術工程應用內容如下機械工程測試技術基礎是一門與材料科學、微電子技術、信息技術密切相關的快速發(fā)展的學科。為彌補書本教材內容滯后于學科發(fā)展的問題，在教學內容上我們采編了很多多媒體素材和案例。學習方法：

書本教材電子教材并重.本課程是培養(yǎng)學生解決實際工程測量問題能力的專業(yè)基礎課，具有很強實踐性。學習時應密切聯系實際，加強實驗，注意物理概念，才能真正掌握有關理論。

理論學習、實踐學習、研究學習三元并重.主要內容：1、測試技術的概念及研究內容2、測試技術的應用3、測試技術的發(fā)展趨勢4、課程的性質和任務5、測量的基礎知識緒論緒論6、小結緒論1、測試技術的基本概念

測試是具有試驗性質的測量（MeasurementandTest）。試驗是對被研究對象進行實驗性研究的過程。測量是為確定被測對象量值而進行的全部操作。測試的目的是從被測對象中獲取有用的信息。而信息又蘊涵于信號之中?？梢?，測試工作始終都需要與信號打交道，包括信號的獲取、信號的調理和信號的分析等。信息：是指事物運動的狀態(tài)和方式，不是物質，不具有能量。如：天氣較冷、某處地震、刀具發(fā)生了磨損、李四病了。信號：是指信息的表現形式，是物質，具有能量。如：刀具磨損，切削力會加大；李四病了，可能會發(fā)燒等。交通信號燈信息信號信息的載體是光信號紅燈亮黃燈亮綠燈亮停止通行注意信號與信息的關系測試系統(tǒng)的構成：測試系統(tǒng)的組成框圖

被測對象觀察者激勵裝置傳感器物理量信號調理電量信號處理電量顯示記錄電量/數字量反饋控制緒論緒論

一般說來，測試系統(tǒng)由傳感器、中間變換裝置和顯示記錄裝置三部分組成。

傳感器將被測物理量(如噪聲,溫度等)檢出并轉換為電量，中間變換裝置對接收到的電信號用硬件電路進行分析處理或經A/D變換后用軟件進行信號分析，顯示記錄裝置則測量結果顯示出來，提供給觀察者或其它自動控制裝置。

信息轉換信息提取緒論緒論2、測試技術的工程應用在工程領域，科學實驗、產品開發(fā)、生產監(jiān)督、質量控制等，都離不開測試技術。測試技術應用涉及到航天、機械、電力、石化和海洋運輸等每一個工程領域。

緒論（1）工業(yè)自動化中的應用

a)機械手、機器人中的傳感器

轉動/移動位置傳感器、力傳感器、視覺傳感器、聽覺傳感器、接近距離傳感器、觸覺傳感器、熱覺傳感器、嗅覺傳感器。

在各種自動控制系統(tǒng)中，測試環(huán)節(jié)起著系統(tǒng)感官的作用，是其重要組成部分。密歇根大學的機械手裝配模型廣州中鳴數碼的機器狗緒論b)AGV自動送貨車

(AutomaticGuidedVehicle)

超聲波測距傳感器:判斷建筑物內人和物所在位置；紅外線色彩傳感器:運動軌跡和AGV小車位置識別；條形碼傳感器:貨品識別。香港理工AGV模型緒論c)生產加工過程監(jiān)測切削力傳感器、加工噪聲傳感器、超聲波測距傳感器、紅外接近開關傳感器等。密歇根大學數字化工廠緒論d)工業(yè)生產在線檢測：零件尺寸、產品缺陷、裝配定位….

緒論（2）流程工業(yè)設備運行狀態(tài)監(jiān)控在電力、冶金、石化、化工等流程工業(yè)中，生產線上設備運行狀態(tài)關系到整個生產線流程。通常建立24小時在線監(jiān)測系統(tǒng)。石化企業(yè)輸油管道、儲油罐等壓力容器的破損和泄露檢測。揚子石化50MW熱電機組監(jiān)測系統(tǒng)陽邏電廠300MW汽輪機組監(jiān)測系統(tǒng)荊門電廠200MW機組監(jiān)測系統(tǒng)青山熱電廠生產信息實時查詢系統(tǒng)沙角電廠生產信息實時查詢系統(tǒng)寶鋼30KW以上風機監(jiān)測系統(tǒng)寶鋼精軋F2軋機網絡化監(jiān)測系統(tǒng)寶鋼冷軋帶鋼振動紋監(jiān)測系統(tǒng)武鋼風機狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)緒論（3）產品質量測量在汽車、機床等設備，電機、發(fā)動機等零部件出廠時，必須對其性能質量進行測量和出廠檢驗。

圖示為汽車出廠檢驗原理框圖，測量參數包括潤滑油溫度、冷卻水溫度、燃油壓力及發(fā)動機轉速等。通過對抽樣汽車的測試，工程師可以了解產品質量。汽車扭距測量機床加工精度測量緒論（4）樓宇控制與安全防護為使建筑物成為安全、健康、舒適、溫馨的生活、工作環(huán)境，并能保證系統(tǒng)運行的經濟性和管理的智能化。在樓宇中應用了許多測試技術，如闖入監(jiān)測、空氣監(jiān)測、溫度監(jiān)測、電梯運行狀況。

圖示為某公司樓宇自動化系統(tǒng)。該系統(tǒng)分為：電源管理、安全監(jiān)測、照明控制、空調控制、停車管理、水/廢水管理和電梯監(jiān)控。煙霧傳感器亮度傳感器紅外人體探測器（5）家庭與辦公自動化在家電產品和辦公自動化產品設計中，人們大量的應用了傳感器和測試技術來提高產品性能和質量。全自動洗衣機中的傳感器：衣物重量傳感器，衣質傳感器，水溫傳感器，水質傳感器，透光率光傳感器(洗凈度)液位傳感器，電阻傳感器(衣物烘干檢測)。指紋傳感器透光率傳感器溫濕度傳感器溫度傳感器緒論（6）其他應用航天農業(yè)交通醫(yī)學緒論鼠標:光電位移傳感器攝像頭:CCD傳感器聲位筆:超聲波傳感器麥克風:電容傳聲器聲卡:A/D卡+D/A卡軟驅:速度,位置伺服（7）PC機中的測試技術應用緒論3、測試技術的發(fā)展趨勢1）傳感器方面

a)利用新發(fā)現的材料和新發(fā)現的生物、物理、化學效應開發(fā)出的新型傳感器光纖流速傳感器熒光材料制作的電子鼻傳感器生物酶血樣分析傳感器熱/光電量緒論b)傳感器+嵌入式計算機智能傳感器振動網絡傳感器嵌入式計算機智能壓力網絡傳感器智能傾角RS232傳感器IC總線數字溫度傳感器緒論2）測量信號處理方面計算機虛擬儀器技術用PC機＋儀器板卡代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器用計算機軟件代替硬件分析電路優(yōu)點我們的工作緒論4、課程的性質和任務本課程為機械類專業(yè)的一門技術基礎課，學生在學完本課程后應具有下列幾方面的知識：緒論(1)掌握信號的時域和頻域的描述方法，形成明確的信號頻譜結構的概念；掌握譜分析和相關分析的基本原理和方法；掌握數字信號分析中一些最基本的概念和方法。(2)掌握測試系統(tǒng)基本特性的評價方法和不失真測試條件，并能正確地進行測試系統(tǒng)的分析和選擇。掌握一、二階系統(tǒng)的動態(tài)特性及其測定方法。(3)了解常用傳感器、常用信號調理電路和記錄儀器的工作原理和性能，并能進行較合理地選用。(4)對動態(tài)測試工作的基本問題有一個比較完整的概念，能初步進行機械工程中某些參數的測試。5、測量的基礎知識（1）量與量綱量：指現象、物體或物質可定性區(qū)別和定量確定的一種屬性。量綱：代表一個實體（被測量）的確定特征，而量綱單位則是該實體的量化基礎?；玖浚洪L度、質量、時間、溫度、電流、發(fā)光強度、物質的量；導出量是由基本量按一定的函數關系來定義的。基本量的量綱：L、M、T、θ、I、N、J；導出量的量綱：力：LMT-2；電阻：L2MT-3I-2。緒論（2）法定計量單位

基本單位：米(m)

、千克(kg)

、秒(s)

、安培(A)

、開(K)

、坎(cd)

、摩(mol)。

輔助單位：弧度（rad）、球面度（sr）導出單位：由基本單位和輔助單位所構成的單位。

P44/45：表2－1、表2－2法定計量單位是強制性的，各行業(yè)、各組織都必須遵守執(zhí)行，以確保單位的一致。

緒論（3）測量誤差

1）測量誤差的分類：a）系統(tǒng)誤差：在相同的測量條件下對同一被測量進行多次測量的過程中保持定值或按一定規(guī)律變化的誤差。b）隨機誤差：在相同的測量條件下對同一被測量進行多次測量時，誤差的絕對值和符號以不可預知的方式變化的誤差。c）粗大誤差：明顯超出規(guī)定條件下的預期值的誤差。緒論緒論2）測量誤差的表示方法：a）絕對誤差：b）相對誤差：c）引用誤差：d）分貝誤差：緒論（4）測量的精度1）測量的精密度：指重復測量所得各測量值的離散程度，反映的是隨機誤差的大小。