傳感與測試技術(shù)-自動測控技術(shù)課件

傳感與測試技術(shù)-自動測控技術(shù)課件第一頁，共49頁。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)時實驗。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、測試信號分析處理等。課程要求：考勤，抽點3次不到?jīng)]有成績；作業(yè)3次不交沒有成績；實驗及實驗報告要全部參加并完成。請假履行請假手續(xù)。第一頁第二頁，共49頁。教材及參考書目教材：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)出版社參考書目：黃民平等主編《測試技術(shù)》高等教育出版社；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:;Tel:89726300第二頁第三頁，共49頁。1、測試的含義2、測試技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的作用3、測試工作的范圍及測試系統(tǒng)的組成4、測試工作的內(nèi)容、作用和任務(wù)5、測試技術(shù)的發(fā)展6、主要傳感器和測試儀器的生產(chǎn)廠商7、測量的基礎(chǔ)知識主要內(nèi)容緒論第三頁第四頁，共49頁。測試的含義測試：測量和試驗，具有試驗性質(zhì)的測量。工程測試技術(shù)是信息技術(shù)的重要組成部分，它所研究的內(nèi)容是信息的提取與處理的理論、方法和技術(shù)。具體講：就是利用現(xiàn)代測試手段對工程中的各種物理信號，特別是隨時間變化的動態(tài)物理信號進(jìn)行檢測、試驗、分析，并從中提取有用信息的一門新興技術(shù)。包括：定量、定性第四頁第五頁，共49頁。測試技術(shù)是實驗科學(xué)的一部分，主要研究各種物理量的測量原理和測量信號分析處理方法。

測試技術(shù)是進(jìn)行各種科學(xué)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。測試的含義第五頁第六頁，共49頁。測試技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的作用1）新產(chǎn)品的設(shè)計、產(chǎn)品質(zhì)量測量

設(shè)計過程：理論設(shè)計－－理論校核－－樣品制造－－性能試驗－－產(chǎn)品。

（動態(tài)設(shè)計）

2）老產(chǎn)品的技術(shù)改造例如：武器系統(tǒng)的減重設(shè)計第六頁第七頁，共49頁。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。

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。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)中的作用第七頁9/27/20238第八頁，共49頁。3）設(shè)備故障診斷根據(jù)機(jī)械設(shè)備外部信息參數(shù)的變化來判別及其內(nèi)部的工作狀況或機(jī)械結(jié)構(gòu)的損傷狀態(tài)，確定故障的性質(zhì)、程度、類別和部位，并研究故障產(chǎn)生的機(jī)理。（定期維修制度→預(yù)知維修制度）

4）工業(yè)自動化：機(jī)器人（機(jī)器人足球賽）、智能車輛、機(jī)械手、倉儲（立體車庫）等。測試技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的作用第八頁第九頁，共49頁。測試技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的作用第九頁第十頁，共49頁。測試技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的作用第十頁第十一頁，共49頁。測試技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的作用第十一頁第十二頁，共49頁。測試技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的作用第十二頁第十三頁，共49頁。6）生產(chǎn)加工過程監(jiān)測測試技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的作用切削力傳感器，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。第十三頁第十四頁，共49頁。7）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)。測試技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的作用石化企業(yè)輸油管道、儲油罐等壓力容器的破損和泄露檢測。第十四頁第十五頁，共49頁。8）樓宇控制與安全防護(hù)9）家庭與辦公自動化10）計算機(jī)中的測試技術(shù)測試技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的作用11）其他應(yīng)用第十五頁第十六頁，共49頁。傳感器在現(xiàn)代汽車中的應(yīng)用第十六頁第十七頁，共49頁。

汽車類型繁多，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，大體可分為發(fā)動機(jī)、底盤和電氣設(shè)備三大部分，可分成燃料系、點火系、傳動系、轎廂系等幾個系統(tǒng)，每一部分均安裝有許多檢測和控制用的傳感器。傳感器在現(xiàn)代汽車中的應(yīng)用第十七頁第十八頁，共49頁。汽車底盤示意圖后輪懸掛傳動軸轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)傳感器在現(xiàn)代汽車中的應(yīng)用第十八頁第十九頁，共49頁。福特林肯Navigator底盤發(fā)動機(jī)傳動軸排氣管前剎車盤后輪懸掛減速箱第十九頁第二十頁，共49頁。

發(fā)動機(jī)是汽車的動力裝置，其作用是使吸入的燃料燃燒而產(chǎn)生動力，通過傳動系統(tǒng)，使汽車行駛。汽油發(fā)動機(jī)主要由汽缸、燃料系、點火系、起動系、冷卻系及潤滑系等組成。汽車的工作過程均是在電控單元ECU控制下進(jìn)行的。ECU用于控制方向盤的助力系統(tǒng)傳感器在現(xiàn)代汽車中的應(yīng)用第二十頁第二十一頁，共49頁。與發(fā)動機(jī)配套使用的各種傳感器進(jìn)氣壓力傳感器曲軸位置傳感器進(jìn)氣壓力、溫度傳感器第二十一頁第二十二頁，共49頁。ECU結(jié)構(gòu)第二十二頁第二十三頁，共49頁。

傳感器將速度、距離等與碰撞有關(guān)的參數(shù)傳送給ECU。傳感器在現(xiàn)代汽車中的應(yīng)用第二十三頁第二十四頁，共49頁。測試技術(shù)中涉及的術(shù)語信息：消息、情報、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。第二十四頁第二十五頁，共49頁。測試技術(shù)中涉及的術(shù)語信息的提取與處理信息的提取（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)實驗中獲取人們需要的信息。

信息的處理（信號處理、特征提取）信息處理是指人們把已經(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、報警、檢測、計量、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)報事故、提高勞動生產(chǎn)率、正確計量、改善產(chǎn)品質(zhì)量、順利進(jìn)行科學(xué)實驗、進(jìn)行文明生產(chǎn)和科學(xué)管理等目的。

第二十五頁第二十六頁，共49頁。測試技術(shù)中涉及的術(shù)語據(jù)信號變化的物理性質(zhì)，分電信號與非電信號。本課程涉及的信號通常指隨時間變化的電信號。

測試過程：就是檢測信號，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）第二十六頁第二十七頁，共49頁。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)備通過合適的實驗方法和必要的數(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。

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。靜態(tài)、動態(tài)第二十七頁第二十八頁，共49頁。廣義：涉及到試驗設(shè)計、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。測試工作的范圍第二十八頁第二十九頁，共49頁。簡單的測試系統(tǒng)組成第二十九頁第三十頁，共49頁。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)字化接口第三十頁第三十一頁，共49頁。各部分的作用傳感器：感受被測量（非電量）變化并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏俊鞲衅魇鞘叭⌒盘柕难b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。中間變換裝置：把傳感器或系統(tǒng)中前一環(huán)節(jié)的輸出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。記錄顯示儀器：對信號進(jìn)行記錄、顯示等。第三十一頁第三十二頁，共49頁。測試系統(tǒng)說明實際測試系統(tǒng)根據(jù)測試的目的，可簡可繁，通常與控制相結(jié)合，形成自動監(jiān)控系統(tǒng)。測試系統(tǒng)必須遵循的原則：各環(huán)節(jié)的輸出量與輸入量之間應(yīng)保持一一對應(yīng)和盡量不失真的關(guān)系，并盡可能地減小或消除各種干擾。第三十二頁第三十三頁，共49頁。測試技術(shù)是測量（Measurement)和試驗技術(shù)(TestTechnique)的統(tǒng)稱。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。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。測試技術(shù)隨著現(xiàn)代物理學(xué)、信息科學(xué)、計算機(jī)科學(xué)、電子與微機(jī)械電子科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展不斷發(fā)展。測試技術(shù)的概況第三十三頁第三十四頁，共49頁。（1）被測量的測量原理——不同性質(zhì)的被測量用不同的原理測量，同一性質(zhì)的被測量亦可用不同原理來測量。（2）測量方法——根據(jù)測量任務(wù)的具體要求和現(xiàn)場情況，確定測量方法。（3）測量系統(tǒng)——確定測量原理和方法之后，設(shè)計和選用裝置組成測量系統(tǒng)。（4）數(shù)據(jù)處理——得到的測量數(shù)據(jù)需要進(jìn)行必要的處理，才能得到所需要的正確結(jié)果。

測試技術(shù)研究的主要內(nèi)容第三十四頁第三十五頁，共49頁。1、產(chǎn)品檢驗和質(zhì)量控制的重要手段被動檢測主動檢測（在線檢測）質(zhì)量控制領(lǐng)域2、在大型設(shè)備安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行監(jiān)測中得到廣泛應(yīng)用故障監(jiān)測系統(tǒng)動態(tài)監(jiān)測保證設(shè)備和人員安全提高經(jīng)濟(jì)效益測試技術(shù)的作用與意義第三十五頁第三十六頁，共49頁。3、自動化系統(tǒng)中不可缺少的組成部分生產(chǎn)過程：“物流”“信息流”控制管理數(shù)量狀態(tài)趨向檢測獲取信息分析判斷自動控制自動化：信息獲取、信息轉(zhuǎn)換、信息處理、信息傳送、信息執(zhí)行4、檢測技術(shù)的完善和發(fā)展推動著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步檢測手段水平?jīng)Q定科學(xué)研究的深度和廣度理論研究成果離不開必要的檢測手段測試技術(shù)的作用與意義第三十六頁第三十七頁，共49頁。測量的基礎(chǔ)知識——量與量綱被測量基準(zhǔn)量國際單位制（SI）長度質(zhì)量時間電流熱力學(xué)溫度物質(zhì)的量光量實物單位----千克標(biāo)準(zhǔn)原器米----光在真空中1s時間內(nèi)傳播距離的1/299792485單位測量：SI基本單位：倍數(shù)（結(jié)果）七個物理量單位---相互獨立（m）（kg）（s）（A）（K）（mol）（cd）比較第三十七頁第三十八頁，共49頁。能量（J）=力

距離大得多/小得多----詞頭：mm、

m、nm（10-9m）；

kHz、MHz（106Hz）、GHz（109Hz）SI組合單位：由基本單位導(dǎo)出=質(zhì)量

加速度

距離J=kg（m/s2）m=m2·kg/s2能量---焦（耳）：長度、質(zhì)量、時間（科學(xué)家）測量的基礎(chǔ)知識——量與量綱第三十八頁第三十九頁，共49頁。測量的基礎(chǔ)知識——測試方法（檢測方法）選擇：依被測量的性質(zhì)、特點和測量任務(wù)要求而定。分類：（1）按測量手續(xù)：直接測量、間接測量（2）按測量值的獲得方式：偏移法測量、零位法測量、

差分式測量（3）按傳感器與被測對象是否直接接觸：接觸式測量、非接觸式測量（4）根據(jù)對象變化的特點：靜態(tài)測量、動態(tài)測量第三十九頁第四十頁，共49頁。測量誤差定義：測量結(jié)果與被測量真值之差。誤差分類：系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差和粗大誤差。誤差表示方法：絕對誤差、相對誤差、引用誤差（最大引用誤差）和分貝誤差。測量精度和不確定度：具體為：測量精密度、測量正確度、測量準(zhǔn)確度和測量不確定度。測量的基礎(chǔ)知識——測量誤差第四十頁第四十一頁，共49頁。測試技術(shù)的發(fā)展趨勢檢測技術(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1、傳感器水平的提高光纖傳感器、液晶傳感器、壓敏傳感器（以高分子有機(jī)材料為敏感元件）1）新原理、新材料、新工藝新功能傳感器科學(xué)研究形成推動實驗研究和發(fā)展第四十一頁第四十二頁，共49頁?；瘜W(xué)傳感器、微生物傳感器、仿生傳感器（代替視覺、嗅覺、味覺和聽覺）以及檢測超高溫、超高壓、超低溫和超高真空等極端參數(shù)的新型傳感器2）新領(lǐng)域、新需求新型傳感器測試技術(shù)的發(fā)展趨勢3）傳感器