機械工程測試技術基礎

1、河南工業(yè)大學機電學院河南工業(yè)大學機電學院機械工程測試技術機械工程測試技術主講：劉保國主講：劉保國 教授教授 河南工業(yè)大學機電工程學院河南工業(yè)大學機電工程學院河南工業(yè)大學機電學院河南工業(yè)大學機電學院課程內容：課程內容： 本課程主要介紹機械、工業(yè)自動化、環(huán)境監(jiān)本課程主要介紹機械、工業(yè)自動化、環(huán)境監(jiān)測、樓宇自動化、交通運輸?shù)阮I域中常見物理量測、樓宇自動化、交通運輸?shù)阮I域中常見物理量( (壓力、應變、位移、加速度、溫度等壓力、應變、位移、加速度、溫度等）的傳感）的傳感器測量原理、測量電路原理和信號分析方法。器測量原理、測量電路原理和信號分析方法。內容如下內容如下機械工程測試技術機械工程測試技術河南工業(yè)

2、大學機電學院河南工業(yè)大學機電學院 機械工程測試技術是一門與材料科學、微機械工程測試技術是一門與材料科學、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一些多媒體素材題，在教學內容上我們采編了一些多媒體素材和案例。和案例。機械工程測試技術機械工程測試技術學習方法：學習方法： 河南工業(yè)大學機電學院河南工業(yè)大學機電學院 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)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。學習時應充分利用課程所開設

3、基礎課，具有很強實踐性。學習時應充分利用課程所開設實驗和仿真實驗。實驗和仿真實驗。 理論學習、理論學習、實踐學習、實踐學習、研究學習研究學習三元并重三元并重. .只有通過足只有通過足夠的實驗和夠的實驗和仿真實驗操仿真實驗操作，才能得作，才能得到應有的實到應有的實際動手能力際動手能力培養(yǎng)和更好培養(yǎng)和更好的掌握書本的掌握書本知識。知識。機械工程測試技術機械工程測試技術河南工業(yè)大學機電學院河南工業(yè)大學機電學院教材、參考書教材、參考書機械工程測試技術機械工程測試技術機械工程測試技術基礎機械工程測試技術基礎 熊詩波、黃長藝機械工業(yè)出版社，熊詩波、黃長藝機械工業(yè)出版社，2006工程測試與信息處理工程測試與

4、信息處理 盧文祥、杜閏生盧文祥、杜閏生華中科技大學出版社，華中科技大學出版社，2002工程測試技術工程測試技術 康宜華機械工業(yè)出版社，康宜華機械工業(yè)出版社，2005 河南工業(yè)大學機電學院河南工業(yè)大學機電學院第一章、緒論第一章、緒論本章學習要求：本章學習要求：1.掌握測試技術的概念及研究內容掌握測試技術的概念及研究內容2.了解測試技術的應用情況了解測試技術的應用情況 3.了解測試技術的發(fā)展動態(tài)了解測試技術的發(fā)展動態(tài) 4.了解主要測試儀器生產(chǎn)廠商了解主要測試儀器生產(chǎn)廠商 機械工程測試技術機械工程測試技術河南工業(yè)大學機電學院河南工業(yè)大學機電學院第一章、緒論第一章、緒論1.1 測試技術的基本概念測試技

5、術的基本概念 測試技術是實驗科學的一部分，主要研究各種測試技術是實驗科學的一部分，主要研究各種物理量的測量原理物理量的測量原理和和測量信號分析處理測量信號分析處理方法。方法。 測試技術是進行各種科學實驗研究和生產(chǎn)過程測試技術是進行各種科學實驗研究和生產(chǎn)過程參數(shù)測量必不可少的手段，起著人的感官的作用。參數(shù)測量必不可少的手段，起著人的感官的作用。簡單的測試系統(tǒng)可簡單的測試系統(tǒng)可以只有一個模塊，以只有一個模塊，如玻璃管溫度計。如玻璃管溫度計。它直接將被溫度變它直接將被溫度變化轉化液面示值?；D化液面示值。沒有電量轉換和分沒有電量轉換和分析電路，很簡單，析電路，很簡單，但精度底，無法實但精度底，無法實

6、現(xiàn)測量自動化。現(xiàn)測量自動化。 為提高測量精度和為提高測量精度和自動化程度，以便自動化程度，以便于和其它環(huán)節(jié)一起于和其它環(huán)節(jié)一起構成自動化裝置，構成自動化裝置，通常先將被測物理通常先將被測物理量轉換為電量，再量轉換為電量，再對電信號進行處理對電信號進行處理和輸出。如圖所示和輸出。如圖所示的聲級計。的聲級計。 河南工業(yè)大學機電學院河南工業(yè)大學機電學院 一般說來，測試系統(tǒng)由傳感器、中間變換裝置一般說來，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。和顯示記錄裝置三部分組成。 傳感器傳感器將被測物理量將被測物理量(如噪聲如噪聲,溫度溫度) 檢出并轉換檢出并轉換為電量，中間變換裝置對接收到的電

7、信號用硬件電為電量，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(jīng)路進行分析處理或經(jīng)A/D變換后用軟件進行變換后用軟件進行信號分信號分析析，顯示記錄裝置則把測量結果顯示出來，提供給，顯示記錄裝置則把測量結果顯示出來，提供給觀察者或其它自動控制裝置。觀察者或其它自動控制裝置。 1.1 測試技術的基本概念測試技術的基本概念 信息轉換信息轉換信息提取信息提取河南工業(yè)大學機電學院河南工業(yè)大學機電學院第一章、緒論第一章、緒論 在工程領域，科學實驗、產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)在工程領域，科學實驗、產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)監(jiān)督、質量控制等，都離不開測試技術。測試技監(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

8、、機械、電力、石化和海洋運術應用涉及到航天、機械、電力、石化和海洋運輸?shù)让恳粋€工程領域。輸?shù)让恳粋€工程領域。 1.2 測試技術的工程應用測試技術的工程應用 河南工業(yè)大學機電學院河南工業(yè)大學機電學院1、工業(yè)自動化中的應用、工業(yè)自動化中的應用 a)機械手、機器人中的傳感器機械手、機器人中的傳感器 轉動轉動/移動位置傳感器、力傳感器、視覺傳感器、聽移動位置傳感器、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、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。嗅覺傳感器。 1.2 測試技術的工程應用測試技術的工程應用 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

9、作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。用，是其重要組成部分。密歇根大學的機械手裝配模型密歇根大學的機械手裝配模型廣州中鳴數(shù)碼的機器狗廣州中鳴數(shù)碼的機器狗河南工業(yè)大學機電學院河南工業(yè)大學機電學院b) AGV自動送貨車自動送貨車 超聲波測距傳感器、判斷超聲波測距傳感器、判斷建筑物內人和物所在位建筑物內人和物所在位置置；紅外線色彩傳感器運動軌跡和紅外線色彩傳感器運動軌跡和AGV小車位置小車位置識別；識別；條形碼傳感器，條形碼傳感器，貨品貨品識別。識別。1.2 測試技術的工程應用測試技術的工程應用 香港理工香港理工AGV模型模型河南工業(yè)大學機電學院河南工業(yè)大學機電學院c

10、) 生產(chǎn)加工過程監(jiān)測生產(chǎn)加工過程監(jiān)測 1.2 測試技術的工程應用測試技術的工程應用 切削力傳感器，加切削力傳感器，加工噪聲傳感器，超工噪聲傳感器，超聲波測距傳感器、聲波測距傳感器、紅外接近開關傳感紅外接近開關傳感器等。器等。密歇根大學數(shù)字化工廠密歇根大學數(shù)字化工廠河南工業(yè)大學機電學院河南工業(yè)大學機電學院1.2 測試技術的工程應用測試技術的工程應用 2、流程工業(yè)設備運行狀態(tài)監(jiān)控、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(chǎn)線上在電力、冶金、石化、化工等流程工業(yè)中，生產(chǎn)線上設備運行狀態(tài)關系到整個生產(chǎn)線流程。通常建立設備運行狀態(tài)關系到整個生產(chǎn)線流程。通常建立24小時在小時在線

11、監(jiān)測系統(tǒng)。線監(jiān)測系統(tǒng)。 石化企業(yè)輸石化企業(yè)輸油管道、儲油管道、儲油罐等壓力油罐等壓力容器的破損容器的破損和泄露檢測。和泄露檢測。揚子石化揚子石化50MW熱電機組監(jiān)測系統(tǒng)熱電機組監(jiān)測系統(tǒng)陽邏電廠陽邏電廠300MW汽輪機組監(jiān)測系統(tǒng)汽輪機組監(jiān)測系統(tǒng)荊門電廠荊門電廠200MW機組監(jiān)測系統(tǒng)機組監(jiān)測系統(tǒng)青山熱電廠生產(chǎn)信息實時查詢系統(tǒng)青山熱電廠生產(chǎn)信息實時查詢系統(tǒng)沙角電廠生產(chǎn)信息實時查詢系統(tǒng)沙角電廠生產(chǎn)信息實時查詢系統(tǒng)寶鋼寶鋼30KW以上風機監(jiān)測系統(tǒng)以上風機監(jiān)測系統(tǒng)寶鋼精軋寶鋼精軋F2軋機網(wǎng)絡化監(jiān)測系統(tǒng)軋機網(wǎng)絡化監(jiān)測系統(tǒng)寶鋼冷軋帶鋼振動紋監(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)武鋼風機狀態(tài)監(jiān)測

12、系統(tǒng)河南工業(yè)大學機電學院河南工業(yè)大學機電學院1.2 測試技術的工程應用測試技術的工程應用 3、產(chǎn)品質量測量、產(chǎn)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，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。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(shù)圖示為汽車出廠檢驗原理框圖，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，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(chǎn)品質量。工程師可以了解產(chǎn)品質量。汽車扭距測量汽車扭距測量機床加工精度測量

13、機床加工精度測量河南工業(yè)大學機電學院河南工業(yè)大學機電學院1.2 測試技術的工程應用測試技術的工程應用 4、樓宇控制與安全防護、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(jīng)濟性和管理的智能化。在作環(huán)境，并能保證系統(tǒng)運行的經(jīng)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。度監(jiān)測、電梯運行狀況。 圖示為某公司樓宇自動化系圖示為某公司樓宇自動化系統(tǒng)。該系統(tǒng)分為：電源管理、統(tǒng)。該系統(tǒng)分為：電源管理、安全監(jiān)測、照明控

14、制、空調安全監(jiān)測、照明控制、空調控制、停車管理、水控制、停車管理、水/廢水管廢水管理和電梯監(jiān)控。理和電梯監(jiān)控。煙霧傳感器亮度傳感器紅外人體探測器河南工業(yè)大學機電學院河南工業(yè)大學機電學院1.2 測試技術的工程應用測試技術的工程應用 5、家庭與辦公自動化、家庭與辦公自動化 在家電產(chǎn)品和辦公自動化產(chǎn)品設計中，人們大量的應用在家電產(chǎn)品和辦公自動化產(chǎn)品設計中，人們大量的應用了傳感器和測試技術來提高產(chǎn)品性能和質量。了傳感器和測試技術來提高產(chǎn)品性能和質量。全自動洗衣機中的傳感器：全自動洗衣機中的傳感器：衣物重量傳感器，衣質傳衣物重量傳感器，衣質傳感器，水溫傳感器，水質感器，水溫傳感器，水質傳感器，透光率光傳

15、感器傳感器，透光率光傳感器(洗凈度洗凈度) 液位傳感器，電液位傳感器，電阻傳感器阻傳感器(衣物烘干檢測衣物烘干檢測)。指紋傳感器指紋傳感器透光率傳感器透光率傳感器溫濕度傳感器溫濕度傳感器溫度傳感器溫度傳感器河南工業(yè)大學機電學院河南工業(yè)大學機電學院1.2 測試技術的工程應用測試技術的工程應用 6、其他應用、其他應用航天航天農(nóng)業(yè)農(nóng)業(yè)交通交通醫(yī)學醫(yī)學河南工業(yè)大學機電學院河南工業(yè)大學機電學院1.2 測試技術的工程應用測試技術的工程應用 鼠標鼠標:光電位移傳感器光電位移傳感器攝象頭攝象頭:CCD傳感器傳感器聲位筆聲位筆:超聲波傳感器超聲波傳感器麥克風麥克風:電容傳聲器電容傳聲器聲卡聲卡:A/D卡卡 +

16、D/A卡卡軟驅軟驅:速度速度,位置伺服位置伺服7、PC機中的測試技術應用機中的測試技術應用河南工業(yè)大學機電學院河南工業(yè)大學機電學院1.3 測試技術的發(fā)展趨勢測試技術的發(fā)展趨勢第一章、緒論第一章、緒論1、傳感器方面、傳感器方面 a)利用新發(fā)現(xiàn)的材料和新發(fā)現(xiàn)的生物、物理、化學效利用新發(fā)現(xiàn)的材料和新發(fā)現(xiàn)的生物、物理、化學效應開發(fā)出的新型傳感器應開發(fā)出的新型傳感器光纖流速傳感器光纖流速傳感器熒光材熒光材料制作料制作的電子的電子鼻傳感鼻傳感器器生物酶血樣分析傳感器生物酶血樣分析傳感器熱熱/光光電量電量河南工業(yè)大學機電學院河南工業(yè)大學機電學院1.3 測試技術的發(fā)展趨勢測試技術的發(fā)展趨勢b)傳感器傳感器+嵌入式計算機嵌入式計算機 智能傳感器智能傳感器 振動網(wǎng)絡傳感器振動網(wǎng)絡傳感器嵌入式計算機嵌入式計算機智能壓力網(wǎng)絡智能壓力網(wǎng)絡傳感器傳感器智能智能傾角傾角RS232RS232傳感器傳感器IC總線數(shù)字溫度總線數(shù)字溫度傳感器傳感器河南工業(yè)大學機電學院河南工業(yè)大學機電學院1.3 測試技術的發(fā)展趨勢測試技術的發(fā)展趨勢2、測量信號處理方面、測量信號處理方面 計算機虛擬儀器技術計算機虛擬儀器技術 用用PC機儀器板卡機儀器板卡 代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器用計算機軟件用計算機軟件 代替硬件分析電路代替硬件分析電路優(yōu)優(yōu)點點我們的工作我們的工作河南工業(yè)大學機電學院河