機(jī)械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)

1、機(jī)械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)第1頁，共27頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)57分，星期四* 教學(xué)目的和要求 測試技術(shù)是工科院校機(jī)械類各專業(yè)本科生一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課，內(nèi)容包括傳感器、測量電路、測試系統(tǒng)的特性，信號(hào)分析與數(shù)據(jù)處理 。通過本課程的學(xué)習(xí)：掌握傳感器的原理、特點(diǎn)及應(yīng)用，常用測試系統(tǒng)和測量電路以及信號(hào)分析的基本原理和分析方法。為后續(xù)課程打好基礎(chǔ)。第2頁，共27頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)57分，星期四*課程內(nèi)容第一章 緒論第二章 信號(hào)及其描述第三章 測試裝置的基本特性第四章 常用傳感器與敏感元件第五章 信號(hào)的調(diào)理與記錄第六章 信號(hào)處理初步第七章 測試技術(shù)的工程應(yīng)用第3頁，共27頁，2022年

2、，5月20日，2點(diǎn)57分，星期四*第一章 緒論了解測試的基本概念掌握信號(hào)和信息的關(guān)系理解測試的基本內(nèi)容與任務(wù)理解測試系統(tǒng)的組成及各環(huán)節(jié)功能掌握信號(hào)的分析方法了解測試信息處理技術(shù)的發(fā)展方向本章要點(diǎn)：第4頁，共27頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)57分，星期四*一、 測試的重要作用和意義 隨著科技的發(fā)展，測試技術(shù)已經(jīng)形成了一門專門的技術(shù)科學(xué)。人們通過測試獲得客觀事物的定量概念，以掌握其運(yùn)動(dòng)規(guī)律。 在某種意義上來說，“沒有測試，就沒有科學(xué)?！?因?yàn)槿祟惖母鞣N活動(dòng)領(lǐng)域中都離不開測試。測試包含著測量和試驗(yàn)兩大內(nèi)容。測量就是把被測系統(tǒng)中的某種信息提出，并加以度量，為確定量值而進(jìn)行的試驗(yàn)過程；試驗(yàn)就是通過某

3、種人為的方法，把被測系統(tǒng)所在的許多信息中的某種信息，用專門的裝置人為地把它激發(fā)出來，加以測量。它是對(duì)未知事物探索性的認(rèn)識(shí)過程。因此，測試工作是人們認(rèn)識(shí)客觀事物、掌握其內(nèi)在規(guī)律，從而利用并改造世界的重要手段。第5頁，共27頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)57分，星期四*二、測試的基本概念測試：具有試驗(yàn)性的測量 試驗(yàn)：對(duì)未知事物探索性的認(rèn)識(shí)過程 測量：為確定量值而進(jìn)行的試驗(yàn)過程計(jì)量：實(shí)現(xiàn)單位統(tǒng)一和量值準(zhǔn)確可靠為目的。 第6頁，共27頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)57分，星期四*三、信息和信號(hào)1.信息物質(zhì)所固有，客觀存在或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的特征非物質(zhì)，不具有能量，傳輸依靠物質(zhì)和能量 2.信號(hào)信息的載體。信

4、息蘊(yùn)含于信號(hào)之中。信號(hào)是物質(zhì)具有能量。第7頁，共27頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)57分，星期四*四、測試技術(shù)的內(nèi)容1.測試技術(shù)的內(nèi)容測量原理：實(shí)現(xiàn)測量所依據(jù)的物理、化 學(xué)、生物等現(xiàn)象及有關(guān)定律。測量方法：分為直接或間接測量、接觸 或非接觸測量、破壞或非破壞測量測量系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理第8頁，共27頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)57分，星期四*五、測試系統(tǒng)的組成 測試過程：首先利用酒精（敏感元件）檢測出被測對(duì)象溫度變化并將其轉(zhuǎn)換成自身體積的變化（熱脹冷縮），然后經(jīng)過等截面的中空玻璃管（中間變換器）再轉(zhuǎn)換成高度的變化（分析處理），最后由外面的刻度線顯示出測試結(jié)果（顯示、記錄）并提供給觀察者或輸入后續(xù)

5、的控制系統(tǒng)。被測對(duì)象信號(hào)輸入輸出觀察者顯示結(jié)果：刻度線變換：V H玻璃管敏感元件：酒精第9頁，共27頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)57分，星期四*五、測試系統(tǒng)的組成第10頁，共27頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)57分，星期四*五、測試系統(tǒng)的組成1、信號(hào)檢出部分傳感器（Sensor）- 執(zhí)行檢出功能的器件信號(hào)提?。ū粶y量）、傳輸（信號(hào)變換部分）選擇：測量精度要求、被測量變化范圍、被測對(duì)象所處的環(huán)境條件 以及對(duì)傳感器體積和整個(gè)檢測系統(tǒng)的成本等的限制檢測系統(tǒng)中形式最多樣、與被測對(duì)象關(guān)聯(lián)最密切的部分 第11頁，共27頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)57分，星期四*五、測試系統(tǒng)的組成2、信號(hào)變換部分

6、檢出信號(hào)適合于分析和處理的信號(hào)信號(hào)調(diào)理電路阻抗變換 - 輸出阻抗很高時(shí)；電壓/電流（V/A）轉(zhuǎn)換 - 需要電流輸出時(shí)；信號(hào)放大 - 輸出信號(hào)微弱時(shí)；噪聲抑制 - 信號(hào)淹沒在噪聲中；模擬/數(shù)字（A/D）轉(zhuǎn)換 - 需要輸出數(shù)字信號(hào)時(shí)第12頁，共27頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)57分，星期四*五、測試系統(tǒng)的組成3、分析處理部分功能：管理不同系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)、狀態(tài)和控制信息的傳輸和交換不斷注入新內(nèi)容 - 檢測系統(tǒng)的研究中心4、通信接口與總線部分計(jì)算機(jī)系統(tǒng) - 強(qiáng)大問題分析能力、復(fù)雜系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制自動(dòng)化、智能化接口 - 分系統(tǒng)和上位機(jī)之間/分系統(tǒng)之間交換信息第13頁，共27頁，2022年，5月20日，

7、2點(diǎn)57分，星期四*五、測試系統(tǒng)的組成2、測試過程和測試系統(tǒng)的組成 根據(jù)測試任務(wù)復(fù)雜程度的不同，測試系統(tǒng)中傳感器、中間變換裝置和顯示記錄裝置等每個(gè)環(huán)節(jié)又可由多個(gè)模塊組成。例如，下圖所示的機(jī)床軸承故障監(jiān)測系統(tǒng)中的中間變換裝置就由帶通濾波器、A/D變換和計(jì)算機(jī)中的FFT分析軟件三部分組成。 第14頁，共27頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)57分，星期四* 環(huán) 節(jié) 裝 置 作 用激勵(lì)環(huán)節(jié)激勵(lì)裝置使被測對(duì)象處于測試狀態(tài)輸入環(huán)節(jié)傳感器檢測并轉(zhuǎn)換被測信號(hào)處理環(huán)節(jié)中間變換器分析、處理、變換信號(hào)輸出環(huán)節(jié)顯示記錄裝置顯示、記錄并輸出結(jié)果注意：測試系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)的輸出量與輸入量之間應(yīng)保持一一對(duì)應(yīng)和盡量不失真的關(guān)系（

8、線性關(guān)系），并盡可能地減少或消除各種干擾。五、測試系統(tǒng)的組成第15頁，共27頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)57分，星期四*六、測試、信息處理的發(fā)展?fàn)顩r測試信息處理技術(shù)的發(fā)展具體體現(xiàn)在：傳感器：新型、微型、智能化測試：多功能、集成化、智能化；靜態(tài)測試向動(dòng)態(tài)測試發(fā)展信息處理：高在線實(shí)時(shí)能力、高精度、專用功能、小型化、性能標(biāo)準(zhǔn)化和低價(jià)格測試技術(shù)重要手段相關(guān)學(xué)科：物理、化學(xué)、數(shù)學(xué)、生物學(xué)、材料科學(xué)等等新的檢測理論、方法和技術(shù)手段科學(xué)研究形成推動(dòng)實(shí)驗(yàn)研究和發(fā)展第16頁，共27頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)57分，星期四*六、機(jī)械工程測試技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)1.測量方式多樣化 包括： （1）動(dòng)態(tài)測量 （2）

9、虛擬儀器 （3）便攜式測量儀器 （4）組合式測量方式 （5）多傳感器融合技術(shù)在制造過程中的應(yīng)用2.視覺測試技術(shù)3.測量尺寸繼續(xù)向兩個(gè)極端方向發(fā)展第17頁，共27頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)57分，星期四*七、測試技術(shù)在工程技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用領(lǐng)域：工業(yè)、農(nóng)業(yè)、航天、軍事等(1) 零件的識(shí)別與定位1、工業(yè)檢測 自動(dòng)連接引線、對(duì)準(zhǔn)芯片和封裝； 自動(dòng)安裝部件，自動(dòng)焊接或自動(dòng)切割加工、自動(dòng)澆注系統(tǒng)等。 (2) 零件尺寸的在線測量鋼板厚度的在線測量 (3) 零件外觀及內(nèi)部缺陷檢測(4) 產(chǎn)品分類、分組蘋果分級(jí)、分色、配色第18頁，共27頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)57分，星期四*七、測試技術(shù)在工程技

10、術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用(5) 產(chǎn)品標(biāo)識(shí)、編碼識(shí)別商品條碼、印鑒、標(biāo)簽“手-眼”定位： 兩個(gè)攝像機(jī) - 兩幅平面圖像 - 三維場景信息 用于：目標(biāo)識(shí)別、道路識(shí)別、障礙物判斷、主動(dòng)導(dǎo)航、自動(dòng)視覺導(dǎo)航 無人駕駛汽車、無人駕駛飛機(jī)、無人戰(zhàn)車、探測機(jī)器人2、機(jī)器人導(dǎo)航第19頁，共27頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)57分，星期四*七、測試技術(shù)在工程技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用交通 - 車輛識(shí)別、牌照識(shí)別、車型判斷、車輛監(jiān)視、交通流量檢測安全 - 指紋判別與匹配、面孔與眼底識(shí)別、安全檢查（飛機(jī)、海關(guān)）監(jiān)視 - 超市、商店防盜、銀行監(jiān)控，停車場、電梯閉路電視4、監(jiān)控、安防、交通管理：3、遙感圖像分析：航空攝影圖像 - （多目成

11、象 - 大地測量、測繪）衛(wèi)星遙感圖像 - 氣象衛(wèi)星（紅外成象 - 云圖 - 氣象狀況） 資源衛(wèi)星（多光譜成象 - 地質(zhì)、礦藏、森林、災(zāi)害） 海洋衛(wèi)星（合成孔徑雷達(dá)成象 - 海洋、海浪、海灘） 第20頁，共27頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)57分，星期四*七、測試技術(shù)在工程技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用6、辦公與家電：辦公設(shè)備 - 數(shù)碼復(fù)印機(jī)、掃描儀、傳真機(jī)、繪圖儀家用電器 - 數(shù)碼攝像機(jī)、數(shù)碼照相機(jī)、可視電話、可視門鈴5、軍事與國防：超低空雷達(dá)、超視距雷達(dá)、導(dǎo)彈制導(dǎo)、導(dǎo)彈導(dǎo)航、地形匹配、單兵作戰(zhàn)系統(tǒng)、戰(zhàn)場遙測、夜視儀、聲納成象第21頁，共27頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)57分，星期四*測量的基礎(chǔ)知識(shí)測

12、量結(jié)果可信必須具備的兩個(gè)條件：測量過程是被測量的量與標(biāo)準(zhǔn)或相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)量的比較過程。 作為比較用的標(biāo)準(zhǔn)量值必須是已知的，且是合法的，才能確保測量值的可信度及保證測量值的溯源性。進(jìn)行比較的測量系統(tǒng)必須進(jìn)行定期檢查、標(biāo)定，以保證測量的有效性、可靠性，這樣的測量才有意義。第22頁，共27頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)57分，星期四*測量的基礎(chǔ)知識(shí)一、量與量綱 量是指現(xiàn)象、物體或物質(zhì)可定性區(qū)別和定量確定的一種屬性。 不同類的量可定性區(qū)別 同類的量可以量值大小區(qū)別1、量值 量值是用數(shù)值和計(jì)量單位的乘積來表示的。它被用來定量地表達(dá)被測對(duì)象相應(yīng)屬性的大小。第23頁，共27頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)57分，星期四*測量的基礎(chǔ)知識(shí)2、基本量和導(dǎo)出量 基本量： 長度、質(zhì)量、時(shí)間、溫度、電流、發(fā) 光強(qiáng)度、物質(zhì)的量 導(dǎo)出量：由基本量按一定函數(shù)關(guān)系來定義的第24頁，共27頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)57分，星期四*測量的基礎(chǔ)知識(shí)3、基準(zhǔn)與標(biāo)準(zhǔn) 基準(zhǔn)：用來保存、復(fù)現(xiàn)計(jì)量單位的計(jì)量器具，是最高準(zhǔn)確度的計(jì)量器具。 國家基準(zhǔn)、副基準(zhǔn)和工作基準(zhǔn) 計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)：用于檢定工作計(jì)量器具的計(jì)量器具 工作計(jì)量器具是指用于現(xiàn)場測量而不用檢定工作的計(jì)量器具。第25頁，共27頁，2022年，5月20日，2點(diǎn)57分，星期四*測量的基礎(chǔ)知識(shí)4、測量誤差 測量誤差 = 測量結(jié)果 真值 （1）誤差分類：系統(tǒng)誤差