機(jī)械測(cè)試技術(shù)

機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)培黎工程技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系Tel:0931~7601138一、測(cè)試和測(cè)量測(cè)試：是人們認(rèn)識(shí)客觀事物的方法。測(cè)試技術(shù)：測(cè)量技術(shù)和試驗(yàn)技術(shù)的統(tǒng)稱。試驗(yàn)是機(jī)械基礎(chǔ)研究和產(chǎn)品設(shè)計(jì)研發(fā)的重要環(huán)節(jié)。測(cè)量：以確定被測(cè)對(duì)象的量值為目的而進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)過程；不僅工程試驗(yàn)需要測(cè)量，在機(jī)器和生產(chǎn)過程的運(yùn)行監(jiān)測(cè)、控制和故障診斷也需要在線測(cè)量。測(cè)量系統(tǒng)已經(jīng)成為機(jī)器和生產(chǎn)線的重要組成部分。本教材的主要內(nèi)容是測(cè)量技術(shù)和儀器，試驗(yàn)技術(shù)不作討論。第一節(jié)測(cè)試與測(cè)試技術(shù)測(cè)試過程包括：

⑴信息的提取

⑵信息轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)與傳輸

⑶信息的顯示和記錄⑷信號(hào)的處理與分析測(cè)量系統(tǒng)的一般構(gòu)成：敏感元件顯示或存儲(chǔ)轉(zhuǎn)換元件適調(diào)電路接口（數(shù)字化）計(jì)算機(jī)或控制系統(tǒng)分析結(jié)果反饋、控制或監(jiān)測(cè)診斷放大、濾波、調(diào)制解調(diào)等輸出一般為電信號(hào)A/D轉(zhuǎn)換第二節(jié)測(cè)試技術(shù)的重要性測(cè)試是人類認(rèn)識(shí)客觀世界的手段，是科學(xué)研究的基本方法。測(cè)試技術(shù)在科學(xué)探索，用定量關(guān)系和數(shù)學(xué)語言來表達(dá)科學(xué)規(guī)律和理論，檢驗(yàn)科學(xué)理論和規(guī)律的正確性等方面具有重要作用。測(cè)試技術(shù)在工程技術(shù)領(lǐng)域中，工程研究、產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)監(jiān)督、質(zhì)量控制和性能試驗(yàn)等具有重要作用。

測(cè)試技術(shù)的先進(jìn)性是一個(gè)地區(qū)、一個(gè)國(guó)家科技發(fā)達(dá)程度的重要標(biāo)志之一。第三節(jié)測(cè)試技術(shù)的工程應(yīng)用1、產(chǎn)品開發(fā)與性能實(shí)驗(yàn)

●新產(chǎn)品開發(fā)必須經(jīng)過設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、市場(chǎng)檢驗(yàn)、批量生產(chǎn)等過程。●產(chǎn)品零部件、整機(jī)的性能試驗(yàn)，是檢驗(yàn)設(shè)計(jì)正確與否的唯一依據(jù)?！裨S多產(chǎn)品都要經(jīng)過“設(shè)計(jì)--建立--測(cè)試”循環(huán)，即使已定型的產(chǎn)品，在生產(chǎn)過程中也需要對(duì)每一產(chǎn)品或其部份抽樣作性能試驗(yàn)，以便控制產(chǎn)品質(zhì)量?！癞a(chǎn)品的性能試驗(yàn)結(jié)果是用戶驗(yàn)收產(chǎn)品的主要依據(jù)。滾動(dòng)軸承壽命及可靠性試驗(yàn)系統(tǒng)2、機(jī)械故障診斷

一、機(jī)械設(shè)備監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)被廣泛應(yīng)用于電力、石油化工、冶金等行業(yè)的大型、高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械。

二、機(jī)械系統(tǒng)故障診斷系統(tǒng)劃分為：

機(jī)械測(cè)量監(jiān)視與保護(hù)數(shù)據(jù)采集振動(dòng)狀態(tài)分析數(shù)據(jù)傳輸

三、機(jī)械故障診斷意義●機(jī)械發(fā)生故障，將導(dǎo)致整個(gè)生產(chǎn)停頓，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。●在設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)下，要了解、掌握其內(nèi)部狀況（如溫升、振動(dòng)、噪聲、應(yīng)力應(yīng)變、潤(rùn)滑油狀況、異味等）。●保證設(shè)備的安全運(yùn)行，預(yù)防和減少惡性事故的發(fā)生，消除故障隱患，保障人身和設(shè)備安全，提高生產(chǎn)率?！駲C(jī)械故障診斷能夠滿足機(jī)器設(shè)備及其零件的高可靠性和高利用率要求。3、產(chǎn)品質(zhì)量控制與生產(chǎn)檢測(cè)

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(duì)其性能質(zhì)量進(jìn)行測(cè)量和出廠檢驗(yàn)。

圖示為汽車制造廠發(fā)動(dòng)機(jī)檢驗(yàn)原理框圖，測(cè)量參數(shù)包括潤(rùn)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(duì)抽樣汽車的測(cè)試，工程師可以了解產(chǎn)品質(zhì)量。第四節(jié)測(cè)試技術(shù)的發(fā)展概況1、傳感器方面的發(fā)展a)““物性型”傳感器大量涌現(xiàn)結(jié)構(gòu)型傳感器——依靠傳感器結(jié)構(gòu)參量的變化實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)變。物性型傳感器——依靠敏感元件材料本身的物理化學(xué)性質(zhì)的變化實(shí)現(xiàn)信號(hào)的轉(zhuǎn)變?？勺兇抛栉灰苽鞲衅魑镄孕蛡鞲衅鞯拈_發(fā)實(shí)質(zhì)是新材料的開發(fā)。例如：半導(dǎo)體、陶瓷、光導(dǎo)纖維、磁性材料、“智能材料”等等。F+b)集成、智能傳感器的開發(fā)集成化傳感器——同功能的敏感元件排成線型、面型；不同功能的敏感元件集成，測(cè)不同參量；傳感器與放大、運(yùn)算、溫度補(bǔ)償?shù)入娐返募?。智能化傳感器＝傳感?嵌入式計(jì)算機(jī)智能化傳感器不但能夠?qū)π畔⑦M(jìn)行處理、分析和調(diào)節(jié)，能夠?qū)λ鶞y(cè)的數(shù)值及其誤差進(jìn)行補(bǔ)償，而且還能夠進(jìn)行邏輯思考和結(jié)論判斷，能夠借助于一覽表對(duì)非線性信號(hào)進(jìn)行線性化處理，借助于軟件濾波器濾波數(shù)字信號(hào)。嵌入式計(jì)算機(jī)智能壓力網(wǎng)絡(luò)傳感器智能傾角RS232傳感器IC總線數(shù)字溫度傳感器c)生物、化學(xué)傳感器的開發(fā)利用新發(fā)現(xiàn)的生物、化學(xué)效應(yīng)開發(fā)出的新型傳感器生物酶血樣分析傳感器熱/光電量微生物/酶等敏感元件

氣體傳感器通常在大氣工況中使用，被測(cè)氣體分子附著于傳感器的功能材料表面且與之起化學(xué)反應(yīng)。氣體濃度的高低轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的大小。2、計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)與虛擬儀器的應(yīng)用主要內(nèi)容：傳感器網(wǎng)絡(luò)及儀器總線技術(shù)、Internet網(wǎng)與遠(yuǎn)程測(cè)試、測(cè)試過程與儀器控制技術(shù)，虛擬儀器及其編程等。

計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)(1)傳統(tǒng)測(cè)量?jī)x器：如示波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器、頻譜分析儀等，其功能主要由硬件實(shí)現(xiàn)，出廠時(shí)已由制造商定義，用戶無權(quán)修改。(2)虛擬儀器：虛擬儀器（VirtualInstrument，縮寫為VI）是基于計(jì)算機(jī)的儀器，是將儀器裝入計(jì)算機(jī)，以通用的計(jì)算機(jī)硬件及操作系統(tǒng)為依托，實(shí)現(xiàn)各種儀器功能。虛擬儀器和傳統(tǒng)儀器的基本結(jié)構(gòu)的比較：用PC機(jī)＋儀器板卡代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器用計(jì)算機(jī)軟件代替硬件分析電路虛擬儀器就是在通用計(jì)算機(jī)上加上軟件和（或）硬件，使得使用者在操作這臺(tái)計(jì)算機(jī)時(shí)，就象是在操作一臺(tái)他自己設(shè)計(jì)的專用的傳統(tǒng)電子儀器。在虛擬儀器系統(tǒng)中，硬件僅僅是為了解決信號(hào)的輸入輸出，軟件才是整個(gè)儀器系統(tǒng)的關(guān)鍵，任何一個(gè)使用者都可以通過修改軟件的方法，很方便地改變、增減儀器系統(tǒng)的功能與規(guī)模。

“軟件即儀器”傳統(tǒng)儀器虛擬儀器關(guān)鍵是硬件關(guān)鍵是軟件開發(fā)與維護(hù)的費(fèi)用高開發(fā)與維護(hù)的費(fèi)用低技術(shù)更新周期長(zhǎng)(5-10年)技術(shù)更新周期短（0.5-1年）價(jià)格高價(jià)格低，并且可重復(fù)性與可配置性強(qiáng)生產(chǎn)商定義儀器功能用戶定義儀器功能系統(tǒng)封閉、固定系統(tǒng)開放、靈活、與計(jì)算機(jī)的進(jìn)步同步不易與其他設(shè)備連接極易與其他設(shè)備連接

與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器在智能化程序、處理能力、性能價(jià)格比、可操作性等方面都具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，具體表現(xiàn)為：

（１）智能化程度高，處理能力強(qiáng)。虛擬儀器的處理能力和智能化程度主要取決于儀器軟件水平。用戶完全可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求，將先進(jìn)的信號(hào)處理算法、人工智能技術(shù)和專家系統(tǒng)應(yīng)用于儀器設(shè)計(jì)與集成，從而將智能儀器水平提高到一個(gè)新的層次。

（３）可操作性強(qiáng)。虛擬儀器面板可由用戶定義，針對(duì)不同應(yīng)用可以設(shè)計(jì)不同的操作顯示界面。使用計(jì)算機(jī)的多媒體處理能力可以使儀器操作變得更加直觀、簡(jiǎn)便、易于理解，測(cè)量結(jié)果可以直接進(jìn)入數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)或通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送。測(cè)量完后還可打印，顯示所需的報(bào)表或曲線，這些都使得儀器的可操作性大大提高。（２復(fù)用性強(qiáng)，系統(tǒng)費(fèi)用低。應(yīng)用虛擬儀器思想，用相同的基本硬件可構(gòu)造多種不同功能的測(cè)試分析儀器，如同一個(gè)高速數(shù)字采樣器，可設(shè)計(jì)出數(shù)字示波器、邏輯分析儀、計(jì)數(shù)器等多種儀器。這樣形成的測(cè)試儀器系統(tǒng)功能更靈活、系統(tǒng)費(fèi)用更低。通過與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接，還可實(shí)現(xiàn)虛擬儀器的分布式共享，更好地發(fā)揮儀器的使用價(jià)值。

應(yīng)用舉例一、工業(yè)測(cè)控二、時(shí)序分析三、系統(tǒng)仿真四、遠(yuǎn)程測(cè)量化工生產(chǎn)流量測(cè)控

濾波器頻響分析汽車引擎震動(dòng)分析馬路路燈照度模擬

虛擬儀器的主要特點(diǎn)有盡可能采用了通用的硬件，各種儀器的差異主要是軟件；可充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的能力，有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，可以創(chuàng)造出功能更強(qiáng)的儀器；用戶可以根據(jù)自己的需要定義和制造各種儀器。虛擬儀器實(shí)際上是一個(gè)按照儀器需求組織的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。虛擬儀器的研究中涉及的基礎(chǔ)理論主要有計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集和數(shù)字信號(hào)處理。目前在這一領(lǐng)域內(nèi)，使用較為廣泛的計(jì)算機(jī)語言是美國(guó)NI公司的LabVIEW。

二LabVIEW簡(jiǎn)單介紹LabVIEW（LaboratoryVirtualinstrumentEngineering）是美國(guó)國(guó)家儀器公司（NationalInstruments，NI）開發(fā)的一種圖形化的編程語言。圖形化的程序語言，又稱為“Ｇ”語言。使用這種語言編程時(shí)，基本上不寫程序代碼，取而代之的是流程圖。它盡可能利用了技術(shù)人員、科學(xué)家、工程師所熟悉的術(shù)語、圖標(biāo)和概念，使編程簡(jiǎn)單直觀。用LabVIEW做的示波器，與真實(shí)的示波器有著相同的功能第五節(jié)測(cè)試技術(shù)研究的主要內(nèi)容緒論第一章信號(hào)描述第二章測(cè)試系統(tǒng)的基本特性第三章常用傳感器技術(shù)第四章信號(hào)的調(diào)理與記錄第五章信號(hào)分析與處理課程性質(zhì)：“機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)”是一門技術(shù)基礎(chǔ)課。學(xué)完本課程后應(yīng)具有以下幾方面的知識(shí)：掌握信號(hào)的時(shí)域及頻域的描述方法，建立明確的信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)的概念；掌握頻譜分析和相關(guān)分析的基本原理和方法；掌握數(shù)字信號(hào)分析中的一些基本概念。掌握測(cè)試裝置基本特性的評(píng)定方法。包括