工程測試技術(shù)-0

機械工程測試技術(shù)林富生

Lfsfs@163.coQ:64428786（仁者）武漢紡織大學(xué)機械工程與自動化學(xué)院教材及參考書目1

《工程測試與信號處理》第二版，蔡共宣等主編，華中科技大學(xué)出版社，2009

2

《工程測試技術(shù)基礎(chǔ)》，曾光奇等主編，華中科技大學(xué)出版社，20023《機械工程測試技術(shù)》,陳花玲主編,機械工業(yè)出版社，2002

4

《測試技術(shù)——理論與應(yīng)用》，黃惟一、黃鈞芳等編著,國防工業(yè)出版社，1988

5

《機械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)》，李迅波編著，電子科技大學(xué)出版社，

1998

考勤5%＋回答問題10%＋平時作業(yè)10%＋實驗5%教學(xué)規(guī)則與課程成績成績

平時成績考勤不定期點名。期末對2次未到的同學(xué)扣全部考勤分，事先請假并獲批準(zhǔn)的除外。課堂紀(jì)律除提出問題、回答問題、討論問題之外，不準(zhǔn)說話。嚴禁使用手機等，違者沒收。期末考試＋閉卷考試70%教學(xué)方式試圖結(jié)合當(dāng)前的工程應(yīng)用實際，講授較新的知識努力培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力

提供一些課堂演示及實驗演示鼓勵大家多思考，多提問

課堂提問多，并記錄，作為平時考核依據(jù)課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)第一部分:緒論學(xué)習(xí)本課程的意義

測試的基本概念

測試技術(shù)的內(nèi)容測試技術(shù)的任務(wù)

測試方法的分類及測試系統(tǒng)的組成

測試技術(shù)的發(fā)展

本課程的主要內(nèi)容

第二部分：信號分析基礎(chǔ)信息及信號的基礎(chǔ)和分類周期信號、非周期信號、隨機信號特征第三部分:測試裝置的靜、動態(tài)響應(yīng)特性

測試裝置的靜態(tài)、動態(tài)響應(yīng)特性不失真測試的條件典型輸入信號的響應(yīng)

第四部分:工程中常用傳感器的轉(zhuǎn)換原理及應(yīng)用

常用傳感器分類電阻式、電容式、電感式傳感器磁電式、壓電式、磁敏式、熱敏式及氣敏式傳感器超聲波、光電式、光纖式、CCD、生物傳感器第五部分:信號調(diào)理方法電橋轉(zhuǎn)換信號調(diào)制濾波器原理模-數(shù)轉(zhuǎn)換原理

第六部分:信號分析儀及微機測試系統(tǒng)簡介

信號分析儀微機測試系統(tǒng)舉例第七部分:記錄及存儲儀器

磁帶記錄器磁盤存儲器

光盤記錄器第八部分:虛擬儀器及工程應(yīng)用

概述硬件

開發(fā)平臺應(yīng)用舉例

第九部分:典型非電量參量的測量方法

振動測量位移測量速度測量噪聲測量溫度測量壓力測量應(yīng)力應(yīng)變測量1學(xué)習(xí)本課程的意義2測試的基本概念3測試技術(shù)的內(nèi)容4測試技術(shù)的任務(wù)5測試方法的分類及測試系統(tǒng)的組成主要內(nèi)容：緒論例一：多信號源時域波形例二：仿真汽車振動信號和信息

據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計：大型發(fā)電機組需要3000只傳感器及其配套監(jiān)測儀表；大型石油化工廠將要6000只傳感器及其配套監(jiān)測儀表；鋼鐵廠需要20000只傳感器及其配套監(jiān)測儀器；電站需要5000只傳感器及其配套監(jiān)測儀器；一架飛機需要3600只傳感器及其配套隨測儀器；一輛汽車需要30～100只傳感器及其配套監(jiān)測儀器。1學(xué)習(xí)本課程的意義MATLAB演示

測試技術(shù)是信息技術(shù)三大支柱(測試控制技術(shù)、計算機技術(shù)和通信技術(shù))之一。跟日常生活、科學(xué)研究、工程技術(shù)、現(xiàn)代裝備關(guān)系密切。緒論

以電廠為例以精密機械加工為例

使用先進的測試技術(shù)已經(jīng)成為經(jīng)濟高度發(fā)展和科技現(xiàn)代化的重要標(biāo)志之一。

測量是指確定被測對象屬性量值為目的的全部操作；

測試是具有試驗性質(zhì)的測量，或者可以理解為測量和試驗的綜合。

2測試的基本概念3測試技術(shù)的內(nèi)容

測試技術(shù)研究的主要內(nèi)容包括四個方面，即：測量方法測量系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理測量原理4測試技術(shù)的任務(wù)測試技術(shù)的任務(wù)主要有以下五個方面：在設(shè)備設(shè)計中，通過對新舊產(chǎn)品的模型試驗或現(xiàn)場實測的評價，為技術(shù)參數(shù)的優(yōu)化和效率的提高提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；

在設(shè)備改造中，為了挖掘設(shè)備的潛力，以便提高產(chǎn)量和質(zhì)量，經(jīng)常需要實測設(shè)備或零件的載荷、應(yīng)力、工藝參數(shù)和電機參數(shù)，為設(shè)備強度校驗和承載能力的提高提供依據(jù)；在工作和生活環(huán)境的凈化及監(jiān)測中，經(jīng)常需要測量振動和噪聲的強度及頻譜，經(jīng)過分析找出振源，并采取相應(yīng)的減振、防噪措施，改善勞動條件與工作環(huán)境，保證人的身心健康；

在工業(yè)自動化生產(chǎn)中，通過對工藝參數(shù)的測試和數(shù)據(jù)采集，實現(xiàn)對設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測、質(zhì)量控制和故障診斷。

科學(xué)規(guī)律的發(fā)現(xiàn)和新的定律、公式的誕生都離不開測試技術(shù)。從實驗中可以發(fā)現(xiàn)規(guī)律，驗證理論研究結(jié)果，實驗與理論可以相互促進，共同發(fā)展。例題1：

雷萊用不同方法制取氮，測得氮氣相對密度平均值及其標(biāo)準(zhǔn)差為

兩者差值

而標(biāo)準(zhǔn)差

雷塞姆

為了研究電阻y與溫度x之間的關(guān)系，我們可以采用最小二乘法和回歸分析方法。把數(shù)據(jù)點在坐標(biāo)紙上，這種圖叫散點圖，從散點圖可以看出，電阻y與溫度x大致成線性關(guān)系。因此，我們假設(shè)x與y之間的內(nèi)在關(guān)系是一條直線，這些點與直線的偏離是試驗過程中其他一些隨機因素的影響而引起的。這樣就可以假設(shè)這組測量數(shù)據(jù)有如下結(jié)構(gòu)形式：

回歸分析方法例題2：

測量某導(dǎo)線在一定溫度x下的電阻值y得如下結(jié)果：

試找出它們之間的內(nèi)在關(guān)系。

5．1測試方法的分類

5測試方法的分類及測試系統(tǒng)的組成

1)按是否直接測定被測量的原則分類

按照獲得測量參數(shù)結(jié)果的方法不同，通?？砂褱y量方法分為直接測量法和間接測量法。

直接測量法是指被測量直接與測量單位進行比較，或者用預(yù)先標(biāo)定好的測量儀器或測試設(shè)備進行測量，而不需要對所獲取數(shù)據(jù)進行運算的測量方法。比如：用直尺測量長度、用水銀溫度計測溫、用萬用表測量電壓、電流、電阻值等。

間接測量法是指被測量的數(shù)值不能直接由測試設(shè)備上獲得。而是通過所測量到的數(shù)值同被測量間的某種函數(shù)關(guān)系經(jīng)運算而獲得的被測值的測量方法。

例如：對一臺汽車發(fā)動機的輸出功率進行測量時，總是先測出發(fā)動機轉(zhuǎn)速及輸出扭矩，再由關(guān)系式算出其功率值。

2)按傳感器是否與被測物接觸分類

按照傳感器是否與被測物體有機械接觸的原則可以將測量方法分為接觸測量法與非接觸測量法。

接觸測量法往往比較簡單，比如測量振動時常用帶磁鐵座的加速度計直接放在所測位置進行測量。

非接觸測量法可以避免傳感器對被測對象的機械作用及對其特性的影響，也可避免傳感器受到磨損。

3)按被測量是否隨時間變化分類

在討論測量問題時，有時會遇到“靜態(tài)測量”和“動態(tài)測量”兩個術(shù)語。其“靜態(tài)”和“動態(tài)”是指被測量值是否隨時間而變化，而不是指被測物體是否處于機械靜止或運動。

當(dāng)被測量值可以認為是恒定，這種測量被稱作為靜態(tài)測量。而當(dāng)被測量值是隨時間變化的，這種測量被認為是動態(tài)測量。5.2測試系統(tǒng)的組成

機械工程測量系統(tǒng)的基本任務(wù)是從測量對象中獲取反映其變化規(guī)律的動態(tài)信息，因而在下列實際問題中得到廣泛應(yīng)用：

1)生產(chǎn)過程或設(shè)備運行狀態(tài)的監(jiān)測；2)生產(chǎn)過程或設(shè)備運行狀態(tài)的自動控制；3)工程實驗分析。

在機械工程實際中，有兩類測試系統(tǒng)，即狀態(tài)檢測問題中的測試系統(tǒng)以及自動控制問題中的測試系統(tǒng)。

緒論

圖2測試系統(tǒng)框圖

圖3測量系統(tǒng)在自動控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的位置

5．3測試技術(shù)的發(fā)展

其發(fā)展主要表現(xiàn)在兩個方面：一是傳感器技術(shù)自身的發(fā)展，二是計算機測試技術(shù)的發(fā)展。

5．3．1傳感器技術(shù)的發(fā)展

1)物性型傳感器大量涌現(xiàn)

傳感器正經(jīng)歷著從以機構(gòu)型為主轉(zhuǎn)向以物性型為主的過程。2)集成、智能化傳感器的開發(fā)

3)化學(xué)傳感器的開發(fā)電子蜘蛛演示

5．3．2計算機測試技術(shù)的發(fā)展

計算機測試技術(shù)的發(fā)展主要體現(xiàn)在測試系統(tǒng)硬件的發(fā)展以及專門用于開發(fā)實驗儀器系統(tǒng)或所謂“虛擬儀器”的軟件環(huán)境的發(fā)展：

1)計算機測試系統(tǒng)硬件的發(fā)展

計算機測試系統(tǒng)硬件經(jīng)歷了基本型、閉環(huán)控制型與標(biāo)準(zhǔn)接口型三個發(fā)展階段。

圖4計算機測試系統(tǒng)的基本形式

(1)基本型(2)閉環(huán)控制型

圖5生產(chǎn)工藝過程閉環(huán)控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)演示

生產(chǎn)工藝過程的自動控制系統(tǒng)如圖5所示。它大體上可以分為三個環(huán)節(jié)：

1)實時數(shù)據(jù)采集：對過程中的有關(guān)物理量的瞬時值進行采集；

2)實時判斷決策：對采集的表征過程狀態(tài)的物理量進行運算分析、判斷決策，并按已定的原則決定下一步過程控制的措施；3)實時控制：根據(jù)決策，按照自動控制理論實時地對各個執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出控制信號。

(3)標(biāo)準(zhǔn)通用接口型

測試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式可分為專用接口型和標(biāo)準(zhǔn)通用接口型。

專用接口型是將一些具有一定功能的模塊相互連接而成。

近年來隨著計算機技術(shù)和儀器控制技術(shù)的發(fā)展，特別是儀器和計算機及其他控制設(shè)備之間連接的規(guī)范化，形成了標(biāo)準(zhǔn)通用接口，標(biāo)準(zhǔn)通用接口型測試系統(tǒng)也是由模塊(如臺式儀器或插件板)組合而成。

2)虛擬儀器的開發(fā)

一般說來，將數(shù)據(jù)采集卡插入計算機空槽中，利用軟件在屏幕上生成某種儀器的虛擬面板。在軟件導(dǎo)引下進行采集、運算、分析和處理，實現(xiàn)儀器功能并完成測試的全過程，這就是虛擬儀器，即由數(shù)據(jù)采集卡與計算機組成儀器通用平臺，在此平臺基礎(chǔ)上，調(diào)用測試軟件完成各種功能的測試任務(wù)，便構(gòu)成該種功能的測量儀器，成為只有虛擬面板的虛擬儀器。在同一平臺上，調(diào)用不同的測試軟件就可構(gòu)成不同功能的虛擬儀器，故可方便地將多種測試功能集于一體，實現(xiàn)多功能儀器?？偠灾?/p>

傳感器正向新型、微型、智能型方向發(fā)展；

測試儀器向高精度、多功能、小型化、在線監(jiān)測、性能標(biāo)準(zhǔn)化和低價格發(fā)展；

參數(shù)測量和數(shù)據(jù)處理以計算機為核心，使測量、分析、故障預(yù)報向自動化、集成化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展。

5.4本課程的研究內(nèi)容

本課程所研究的對象是機械工程領(lǐng)域中常用物理量的測試，這是一門技術(shù)基礎(chǔ)課。

測量、計量、測試是三個密切關(guān)連的技術(shù)術(shù)語。

測量是以確定被測物屬性量值為目的的全部操作；計量的內(nèi)容包括了計量理論、計量技術(shù)與計量管理，并主要體現(xiàn)在：計量單位與單位制、計量器具，包括復(fù)現(xiàn)計量單位的計量量基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)器具以及普通(工作)計量器具、量值傳遞、溯源與檢定測試、計量管理等等；測試則是具有試驗性質(zhì)的測量，或者可理解為測量和試驗的綜合。測試技術(shù)是指測試過程中所涉及的測試理論、測試方法、測試