測試原理與技術(shù)課件(第0章緒論).ppt

機(jī)械工程測試原理與技術(shù),南京航空航天大學(xué)機(jī)電學(xué)院,教師姓名:余厚云工作單位:南航機(jī)電學(xué)院053系辦公電話:84892560辦公地點(diǎn):15號(hào)樓A408電子信箱:meehyyu,教師信息,本課程主要介紹工業(yè)自動(dòng)化、環(huán)境監(jiān)測、樓宇控制、交通等領(lǐng)域中常見物理量(壓力、應(yīng)變、位移、加速度、溫度等）測量的傳感器原理、測量電路原理和信號(hào)分析方法。,課程內(nèi)容,機(jī)械工程測試原理與技術(shù)是一門與材料科學(xué)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)密切相關(guān)的快速發(fā)展的學(xué)科。為彌補(bǔ)書本教材內(nèi)容滯后于學(xué)科發(fā)展的問題，在教學(xué)內(nèi)容上我們采編了很多多媒體素材和案例。,學(xué)習(xí)方法,書本教材與電子教材并重,學(xué)習(xí)時(shí)應(yīng)充分利用課程所開設(shè)實(shí)驗(yàn)和仿真實(shí)驗(yàn)。,學(xué)習(xí)方法,理論學(xué)習(xí)實(shí)踐學(xué)習(xí)研究學(xué)習(xí)三元并重,學(xué)習(xí)要求,1.掌握測試系統(tǒng)組成和基本功能；掌握系統(tǒng)基本特性的評(píng)價(jià)方法和不失真測試條件，并能正確地運(yùn)用于測試裝置的分析和選擇。2.了解常用傳感器的工作原理和性能，并能合理地選用。3.掌握信號(hào)的時(shí)域和頻域的描述方法；掌握頻譜分析的基本原理和方法。4.對動(dòng)態(tài)測試工作的基本問題有一個(gè)比較完整的概念，并能初步運(yùn)用于機(jī)械工程中某些參量的測試。,測試技術(shù)是實(shí)驗(yàn)科學(xué)的一部分，主要研究各種物理量的測量原理和測量信號(hào)分析處理方法。,測試技術(shù)是進(jìn)行各種科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究和生產(chǎn)過程參數(shù)測量必不可少的手段，起著人的感官的作用。,測試技術(shù)的基本概念,測量：測量是確定量值的過程。確定量值即給定某一量的特定值是某個(gè)單位或某個(gè)基準(zhǔn)量的多少倍。試驗(yàn)：試驗(yàn)是對產(chǎn)品的特性或性能進(jìn)行測量、定量或分類所實(shí)施的實(shí)驗(yàn)。,測試技術(shù),測試技術(shù)的主要任務(wù)，就是利用測量系統(tǒng)或裝置，精確地測量出各種被測物理量或被測參量。,測試技術(shù)的任務(wù),1.提供質(zhì)量的根據(jù),2.提供信息,簡單的測試系統(tǒng)可以只有一個(gè)模塊，如玻璃管溫度計(jì)。它直接將被溫度變化轉(zhuǎn)化液面示值。沒有電量轉(zhuǎn)換和分析電路，很簡單，但精度低，無法實(shí)現(xiàn)測量自動(dòng)化。,為提高測量精度和自動(dòng)化程度，以便于和其它環(huán)節(jié)一起構(gòu)成自動(dòng)化裝置，通常先將被測物理量轉(zhuǎn)換為電量，再對電信號(hào)進(jìn)行處理和輸出。如圖所示的聲級(jí)計(jì)。,測試系統(tǒng)的組成,半導(dǎo)體芯片外形尺寸示意圖,顯微測量系統(tǒng)的儀器組成圖,測試系統(tǒng)的組成,半導(dǎo)體芯片局部顯微圖像,測試系統(tǒng)的組成,圖像處理與測量程序界面,標(biāo)定結(jié)果,芯片線寬,測試系統(tǒng)的組成,測試系統(tǒng)的組成,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。,信息轉(zhuǎn)換,信息提取,測試系統(tǒng)的組成,傳感器是將被測非電量轉(zhuǎn)換成電量的裝置。簡單的傳感器：可能只由一個(gè)敏感元件組成，例如測量溫度的熱電偶傳感器。復(fù)雜的傳感器：可能包括敏感元件、彈性元件，甚至交換電路，有些智能傳感器還包括微處理器。,測試系統(tǒng)的組成,1.傳感器,2.中間變換裝置根據(jù)不同情況有很大的伸縮性。簡單的測試系統(tǒng)：可能完全省略中間變換裝置，將傳感器的輸出直接進(jìn)行顯示或記錄。大多數(shù)測試系統(tǒng)：信號(hào)的變換，包括放大、調(diào)制和解調(diào)、濾波等。功能強(qiáng)大的測試系統(tǒng)：還將計(jì)算機(jī)作為一個(gè)中間變換(裝置)環(huán)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)諸如波形存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)采集、非線性校正和消除系統(tǒng)誤差等功能。遠(yuǎn)距離測量系統(tǒng)：還要有數(shù)據(jù)傳輸裝置。3.輸出裝置各種指示儀表、記錄儀、顯示器等。,測試系統(tǒng)的組成,測試系統(tǒng)的組成,在工程領(lǐng)域，科學(xué)實(shí)驗(yàn)、產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)監(jiān)督、質(zhì)量控制等，都離不開測試技術(shù)。測試技術(shù)應(yīng)用涉及到航天、機(jī)械、電力、石化和海洋運(yùn)輸?shù)让恳粋€(gè)工程領(lǐng)域。,測試技術(shù)的工程應(yīng)用,1.機(jī)械手、機(jī)器人中的傳感器轉(zhuǎn)動(dòng)/移動(dòng)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(dòng)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(xué)的機(jī)械手裝配模型,廣州中鳴數(shù)碼的機(jī)器狗,工業(yè)自動(dòng)化中的應(yīng)用,2.AGV自動(dòng)送貨車超聲波測距傳感器、判斷建筑物內(nèi)人和物所在位置；紅外線色彩傳感器運(yùn)動(dòng)軌跡和AGV小車位置識(shí)別；條形碼傳感器，貨品識(shí)別。,香港理工AGV模型,工業(yè)自動(dòng)化中的應(yīng)用,密歇根大學(xué)數(shù)字化工廠,工業(yè)自動(dòng)化中的應(yīng)用,3.生產(chǎn)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(guān)傳感器等。,在電力、冶金、石化、化工等流程工業(yè)中，生產(chǎn)線上設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)關(guān)系到整個(gè)生產(chǎn)線流程。通常建立24小時(shí)在線監(jiān)測系統(tǒng)。,石化企業(yè)輸油管道、儲(chǔ)油罐等壓力容器的破損和泄露檢測。,流程工業(yè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控,在汽車、機(jī)床等設(shè)備，電機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)等零部件出廠時(shí)，必須對其性能質(zhì)量進(jìn)行測量和出廠檢驗(yàn)。,圖示為汽車出廠檢驗(yàn)原理框圖，測量參數(shù)包括潤滑油溫度、冷卻水溫度、燃油壓力及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等。通過對抽樣汽車的測試，工程師可以了解產(chǎn)品質(zhì)量。,汽車扭距測量,機(jī)床加工精度測量,產(chǎn)品質(zhì)量測量,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(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和管理的智能化。在樓宇中應(yīng)用了許多測試技術(shù)，如闖入監(jiān)測、空氣監(jiān)測、溫度監(jiān)測、電梯運(yùn)行狀況。,圖示為某公司樓宇自動(dòng)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(diào)控制、停車管理、水/廢水管理和電梯監(jiān)控。,樓宇控制與安全防護(hù),在家電產(chǎn)品和辦公自動(dòng)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，人們大量的應(yīng)用了傳感器和測試技術(shù)來提高產(chǎn)品性能和質(zhì)量。,全自動(dòng)洗衣機(jī)中的傳感器：衣物重量傳感器，衣質(zhì)傳感器，水溫傳感器，水質(zhì)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,家庭與辦公自動(dòng)化,航天,農(nóng)業(yè),交通,醫(yī)學(xué),其它方面的應(yīng)用,鼠標(biāo):光電位移傳感器,攝象頭:CCD傳感器,聲位筆:超聲波傳感器,麥克風(fēng):電容傳聲器,聲卡:A/D卡+D/A卡,軟驅(qū):速度,位置伺服,PC機(jī)中的測試技術(shù)應(yīng)用,個(gè)人測試實(shí)驗(yàn)室,PC機(jī)中的測試技術(shù)應(yīng)用,1.傳感器方面,（1）利用新發(fā)現(xiàn)的材料和新發(fā)現(xiàn)的生物、物理、化學(xué)效應(yīng)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,測試技術(shù)的發(fā)展趨勢,（2）傳感器+嵌入式計(jì)算機(jī)智能傳感器,振動(dòng)網(wǎng)絡(luò)傳感器,嵌入式計(jì)算機(jī),智能壓力網(wǎng)絡(luò)傳感器