沈航傳感與測試技術(shù)第1章 緒論

2023/1/151傳感與測試技術(shù)自動化學(xué)院測控技術(shù)與儀器教研室倉儲模型緒論信號分析基礎(chǔ)測試裝置的基本特性常用傳感器信號調(diào)理方法測試技術(shù)的應(yīng)用測試信號的處理與分析課程介紹與課程要求課程性質(zhì)：學(xué)科基礎(chǔ)課，必修考查，32學(xué)時，含6學(xué)時實(shí)驗(yàn)。課程基本內(nèi)容：信號分析、測試裝置基本特性、常用傳感器、信號調(diào)理、參數(shù)檢測等。課程要求：考勤，抽點(diǎn)3次不到?jīng)]有成績；作業(yè)3次不交沒有成績；實(shí)驗(yàn)及實(shí)驗(yàn)報(bào)告要全部參加并完成。請假履行請假手續(xù)。教材及參考書目教材：盧艷軍等主編《傳感與測試技術(shù)》清華大學(xué)出版社參考書目：熊詩波黃長藝主編《機(jī)械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)》機(jī)械工業(yè)出版社；吳正毅主編《測試技術(shù)與測試信號處理》清華大學(xué)出版社教師聯(lián)系方式：Email:sylyj2004@126.com;Tel:89726300第1章緒論Chapter1Introduction

2023/1/155主要內(nèi)容

測試技術(shù)概況

測試和測量的系統(tǒng)、測試的任務(wù)、測試技術(shù)的發(fā)展

測量的基礎(chǔ)知識

標(biāo)準(zhǔn)、測量、計(jì)量、測試、測量誤差測試技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的作用在汽車、機(jī)床等設(shè)備，電機(jī)、發(fā)動機(jī)等零部件出廠時，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。（研華工控）汽車扭距測量機(jī)床加工精度測量測試技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的作用測試技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的作用測試技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的作用測試技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的作用測試技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的作用

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。測試技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的作用流程工業(yè)設(shè)備運(yùn)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)線上設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)關(guān)系到整個生產(chǎn)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。1.1測試技術(shù)概況測試作為定量地獲取事物信息的一種手段，已成為現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)研究的一個重要領(lǐng)域。其研究的內(nèi)容是信息的提取與處理的理論、方法和技術(shù)。測試技術(shù)是信息技術(shù)、自動化技術(shù)和通信技術(shù)的基礎(chǔ)。2023/1/15131.1.1測試和測量系統(tǒng)2023/1/15141.1測試技術(shù)概況測試技術(shù)是測量和試驗(yàn)技術(shù)(MeasurementandTestTechnique)的統(tǒng)稱。測試就是依靠一定的科學(xué)技術(shù)手段定量地獲取某種研究對象原始信息的過程，定量地描述事物的狀態(tài)變化和特征的過程。不同的用途和要求，測量系統(tǒng)的組成環(huán)節(jié)及其構(gòu)成方式也不同。測量系統(tǒng)用途2023/1/15151.1.1測試和測量系統(tǒng)1.1測試技術(shù)概況(a)產(chǎn)品開發(fā)與工程試驗(yàn)過程機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)2023/1/1516測量系統(tǒng)用途1.1.1測試和測量系統(tǒng)1.1測試技術(shù)概況(b)過程與系統(tǒng)控制過程控制系統(tǒng)2023/1/1517測量系統(tǒng)用途1.1.1測試和測量系統(tǒng)1.1測試技術(shù)概況過程監(jiān)測測試系統(tǒng)的構(gòu)成2023/1/15181.1測試技術(shù)概況1.1.1測試和測量系統(tǒng)測量裝置：構(gòu)成測量系統(tǒng)的所有設(shè)備，即為了確定被測量值所必需的器具和輔助設(shè)備的總體。測試系統(tǒng)（測試裝置）：專門的設(shè)備。一般由傳感器、中間變換調(diào)理裝置與顯示記錄儀器三部分組成。2023/1/1519簡單測試系統(tǒng)的構(gòu)成1.1測試技術(shù)概況1.1.1測試和測量系統(tǒng)2023/1/1520測試系統(tǒng)的構(gòu)成原理圖傳感器反饋控制、監(jiān)測、診斷產(chǎn)品設(shè)計(jì)分析結(jié)果存儲轉(zhuǎn)換元件敏感元件調(diào)理電路顯示數(shù)字化接口1.1測試技術(shù)概況傳感器：感受被測量（非電量）變化并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏?。傳感器是拾取信號的裝置，在非電量電測系統(tǒng)中占有重要位置，它獲得信號的正確與否直接影響到測量系統(tǒng)最終輸出結(jié)果的精度以及測量結(jié)果的正確與否。傳感器隨物理量及變換原理的不同而不同。把傳感器或系統(tǒng)中前一環(huán)節(jié)的輸出經(jīng)過放大、濾波、調(diào)制等變成后接儀器所需的電壓或電流信號，其組成及功能取決于傳感器及后繼電路儀器。對信號進(jìn)行記錄、顯示等。測試技術(shù)中涉及的術(shù)語信息：消息、情報(bào)、知識。指客觀世界物質(zhì)運(yùn)動的內(nèi)容。如：天氣較冷、某處地震、刀具發(fā)生了磨損。信號：是信息的載體，是信息的表現(xiàn)形式。如：刀具磨損，切削力會加大；李四病了，可能會發(fā)燒；等等。信息是信號的內(nèi)涵，信息包含于信號之中。信息的提取（信號獲取、信號采集、測試）

信息的提取是指從自然界中、社會中、生產(chǎn)過程中或科學(xué)實(shí)驗(yàn)中獲取人們需要的信息。

信息的處理（信號處理、特征提?。┬畔⑻幚硎侵溉藗儼岩呀?jīng)獲得到的信息進(jìn)行加工、運(yùn)算、分析或綜合，以便進(jìn)行預(yù)報(bào)、報(bào)警、檢測、計(jì)量、保護(hù)、控制、調(diào)度和管理等等，以期達(dá)到預(yù)防自然災(zāi)害、預(yù)報(bào)事故、提高勞動生產(chǎn)率、正確計(jì)量、改善產(chǎn)品質(zhì)量、順利進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)等目的。

測試技術(shù)中涉及的術(shù)語電信號與非電信號：據(jù)信號變化的物理性質(zhì)劃分。本課程涉及的信號通常指隨時間變化的電信號。

測試過程：即檢測信號，并從中獲取信息的過程，即：通過測試得到電信號，再經(jīng)過對電信號的分析與處理，最后從這些信號中獲取所需要的信息。其它概念：“有用”信號、“干擾”信號（噪聲）測試技術(shù)中涉及的術(shù)語

系統(tǒng)：指相互依賴、相互作用的若干事物組成的具有特定功能的整體。系統(tǒng)分析、系統(tǒng)綜合。

測試：借助專門的設(shè)備通過合適的實(shí)驗(yàn)方法和必要的數(shù)據(jù)分析處理，從而獲得研究對象有關(guān)信息的過程。即信號的采集和處理的過程。靜態(tài)、動態(tài)測試技術(shù)中涉及的術(shù)語廣義：涉及到試驗(yàn)設(shè)計(jì)、模型理論（建模）、傳感器選擇、信號的加工處理、控制工程、系統(tǒng)辨識、誤差分析與參數(shù)估計(jì)等學(xué)科的內(nèi)容。狹義：是指在選定的激勵方式下，對信號的采集、變換、傳輸、處理直至顯示、記錄或以電量輸出測試結(jié)果的過程。測試工作的范圍測試技術(shù)中涉及的術(shù)語測試工作總是采用最簡捷的方法獲得與研究任務(wù)相聯(lián)系的、最有用的、能表征研究對象特征的有關(guān)信息。2023/1/15261.1測試技術(shù)概況1.1.2測試工作的任務(wù)從廣義的角度來講，測試工作涉及試驗(yàn)設(shè)計(jì)、模型試驗(yàn)、傳感器、信號加工與處理(傳輸、加工和分析、處理)、誤差理論、控制工程、系統(tǒng)辨識和參數(shù)估計(jì)等內(nèi)容。量程范圍更加寬廣傳感器向新型、微型、智能型發(fā)展測量儀器向高精度和多功能方向發(fā)展參數(shù)測量與數(shù)據(jù)處理向自動化發(fā)展計(jì)算機(jī)測試系統(tǒng)與虛擬儀器的應(yīng)用2023/1/15271.1.3測試技術(shù)的發(fā)展1.1測試技術(shù)概況2023/1/15281.2測量的基礎(chǔ)知識1.2.1標(biāo)準(zhǔn)SI的構(gòu)成及基本單位“國際單位制”(InternationalSystemofUnit)，簡稱SI制。SI制規(guī)定了7個基本單位。SI導(dǎo)出單位是用基本單位以代數(shù)形式表示的單位，其中采用基本單位的乘除運(yùn)算符號來表示的單位稱為組合單位，如速度的SI單位為m/s。SI制中，基本量約定為：長度、質(zhì)量、時間、溫度、電流、發(fā)光強(qiáng)度和物質(zhì)的量等七個量。國際單位制規(guī)定的7個基本單位為米、千克、秒、安培、開爾文、坎德拉、摩爾。它們的單位代號分別為：米(m)、千克(kg)、秒(s)、開(K)、安(A)、坎(cd)、摩(mol)。2023/1/15291.2測量的基礎(chǔ)知識1.2.1標(biāo)準(zhǔn)SI的構(gòu)成及基本單位2023/1/15301.2測量的基礎(chǔ)知識1.2.2測量、計(jì)量、測試測量(Measurement)是指以確定被測對象的量值為目的而進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)過程。計(jì)量（Metrology）是涉及實(shí)現(xiàn)單位統(tǒng)一和量值準(zhǔn)確可靠的測量。測試(MeasurementandTest)是指具有試驗(yàn)性質(zhì)的測量，或測量和實(shí)驗(yàn)的綜合。一個完整的測量過程必定涉及被測對象、計(jì)量單位、測量方法和測量誤差。它們被稱為測量四要素。2023/1/15311.2測量的基礎(chǔ)知識1.2.2測量、計(jì)量、測試1.基準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)是用來保存、復(fù)現(xiàn)計(jì)量單位的計(jì)量器具。是具有現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)所能達(dá)到的最高準(zhǔn)確度的計(jì)量器具?；鶞?zhǔn)通常分為國家基準(zhǔn)、副基準(zhǔn)和工作基準(zhǔn)三種等級。計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)是指用于檢定工作計(jì)量器具的計(jì)量器具。2023/1/15321.2測量的基礎(chǔ)知識1.2.2測量、計(jì)量、測試量值的傳遞和計(jì)量器具檢定“量值傳遞”是通過對計(jì)量器具實(shí)施檢定或校準(zhǔn)，將國家基準(zhǔn)所復(fù)現(xiàn)的計(jì)量單位量值經(jīng)過各級計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)傳遞到工作計(jì)量器具，以保證被測對象量值的準(zhǔn)確和一致的過程。計(jì)量器具檢定(VerificationofMeasuringInstrument)，是指為評定計(jì)量器具的計(jì)量特性，確定其是否符合法定要求所進(jìn)行的全部工作。2023/1/15331.2測量的基礎(chǔ)知識1.2.2測量、計(jì)量、測試測量方法直接測量是指無需經(jīng)過函數(shù)關(guān)系的計(jì)算，直接通過測量儀器得到被測量值的測量。又分為直接比較和間接比較兩種。間接測量是在直接測量的基礎(chǔ)上，根據(jù)已知的函數(shù)關(guān)系，計(jì)算出所要測量的物理量的大小。2023/1/15341.2測量的基礎(chǔ)知識1.2.2測量、計(jì)量、測試測量術(shù)語(1)檢測器：用以指示某種特定量的存在而不必提供量值的器件或物質(zhì)。(2)測量器具的示值：由測量器具所指示的被測量值。2023/1/15351.2測量的基礎(chǔ)知識1.2.2測量、計(jì)量、測試測量術(shù)語(3)準(zhǔn)確度等級：用來表示測量器具的等級或級別。(4)標(biāo)稱范圍及量程：也稱為示值范圍。測量器具標(biāo)尺范圍所對應(yīng)的被測量示值的范圍。(5)漂移：測量器具的計(jì)量特性隨時間的緩慢變化。2023/1/15361.2測量的基礎(chǔ)知識1.2.3測量誤差誤差的概念真值即真實(shí)值，指在一定時間和空間條件下，被測物理量客觀存在的實(shí)際值。真值通常是不可測量的未知量，一般來說，真值是指理論真值、規(guī)定真值和相對真值。誤差定義為測量結(jié)果與被測量真值之差。殘余誤差也稱為殘差，是指測量結(jié)果減去被測量的最佳估計(jì)值(即約定真值)。2023/1/15371.2測量的基礎(chǔ)知識1.2.3測量誤差誤差的分類(1)工具誤差：包括試驗(yàn)裝置、測量儀器所產(chǎn)生的誤差。(2)方法誤差：由測量方法不正確所引起的誤差，包括測量時所依據(jù)的原理不正確而產(chǎn)生的誤差。(3)環(huán)境誤差：在測量過程中，因環(huán)境條件的變化而產(chǎn)生的誤差。(4)人員誤差：測量者生理特性和操作熟練程度不同引起的誤差。為便于對測量誤差進(jìn)行分析和處理，按照誤差的特點(diǎn)和性質(zhì)進(jìn)行分類，可分為隨機(jī)誤差、系統(tǒng)誤差、粗大誤差。2023/1/15381.2測量的基礎(chǔ)知識1.2.3測量誤差誤差的表示方法常見的表示方法有絕對誤差、相對誤差和引用誤差。絕對誤差絕對誤差=測量值－真值相對誤差引用誤差2023/1/1539表征測量結(jié)果質(zhì)量的指標(biāo)1.2測量的基礎(chǔ)知識1.2.3測量誤差測量中常用正確度、精密度、準(zhǔn)確度、不確定度等來描述測量的可信度。(1)正確度：正確度表示測量結(jié)果中系統(tǒng)誤差大小的程度，即由于系統(tǒng)誤差而使測量結(jié)果與被測量值偏離的程度。系統(tǒng)誤差越小，測量結(jié)果越正確。(2)精密度：精密度表示測量結(jié)果中隨機(jī)誤差大小的程度，即在相同條件下，多次重復(fù)測量所得測量結(jié)果彼此間符合的程度。隨機(jī)誤差越小，測量結(jié)果精密度越高。2023/1/1540(3)準(zhǔn)確度：準(zhǔn)確度表示測量