(57)-第一章 機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)緒論

眾志成城抗擊疫情測(cè)試技術(shù)云上教學(xué)，共赴安理之約抗擊疫情眾志成城1身體第一位2云上教學(xué)3課前完成推送任務(wù)準(zhǔn)時(shí)上課，做好筆記45課后任務(wù)后延堅(jiān)持向?qū)W共克時(shí)艱埋首積蓄能量靜待春暖花開功崇惟志業(yè)廣惟勤分秒蓄力迎柳暗花明待你成才之時(shí)，若國(guó)難當(dāng)頭，也期望你不畏艱難，不怕險(xiǎn)阻，不懼風(fēng)雨，不怯質(zhì)疑，迎難而上，頂天立地。教材《測(cè)試技術(shù)》第三版賈民平；高等教育出版社《測(cè)試技術(shù)與信號(hào)處理》第二版范云霄；中國(guó)計(jì)量出版社參考教材

科學(xué)始于測(cè)量,沒有測(cè)量，便沒有精密的科學(xué)。門捷列夫名人之言

當(dāng)你能夠測(cè)量你所關(guān)注的事物，而且能夠用數(shù)量來描述他的時(shí)候，你就對(duì)其有所認(rèn)識(shí)；當(dāng)你不能測(cè)量他，也不能將其量化的時(shí)候，你對(duì)他的了解就是貧乏和不深入的。開爾文名人之言錢學(xué)森信息技術(shù)包括測(cè)試技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)，測(cè)試技術(shù)是信息技術(shù)的關(guān)鍵和基礎(chǔ)。名人之言課程引入你錯(cuò)了！課程引入伽利略的探究過程觀察現(xiàn)象提出問題試驗(yàn)驗(yàn)證課程引入困難：物體下落很快，很難測(cè)定不同位移的時(shí)間課程引入知識(shí)觀察思考試驗(yàn)課程引入課程引入課程引入課程引入?

汽車乘坐舒適性的臺(tái)架試驗(yàn)

本課程主要介紹工業(yè)自動(dòng)化,環(huán)境監(jiān)測(cè),樓宇控制,交通等領(lǐng)域中常見物理量(位移、振動(dòng)、力、流量等）的傳感器測(cè)量原理、測(cè)量電路原理和信號(hào)分析方法。緒論信號(hào)及其描述常用傳感器測(cè)試裝置特性信號(hào)調(diào)理記錄信號(hào)的處理虛擬儀器技術(shù)工程應(yīng)用課程內(nèi)容4測(cè)量的基礎(chǔ)知識(shí)3測(cè)試技術(shù)的發(fā)展動(dòng)態(tài)1測(cè)試技術(shù)的概念及研究?jī)?nèi)容內(nèi)容2測(cè)試技術(shù)的應(yīng)用情況緒論?

1、測(cè)量、計(jì)量與測(cè)試測(cè)量：以確定被測(cè)對(duì)象屬性和量值為目的的全部操作。第一節(jié)測(cè)試技術(shù)概況測(cè)量、計(jì)量與測(cè)試?

1、測(cè)量、計(jì)量與測(cè)試測(cè)量、計(jì)量與測(cè)試測(cè)量、計(jì)量與測(cè)試信號(hào)——把消息轉(zhuǎn)換成更便于傳輸和處理的信息。信號(hào)是消息的載體，是消息的一種表現(xiàn)形式。信號(hào)分類——電信號(hào)、光信號(hào)、力信號(hào)、磁信號(hào)等。傳感器——直接作用于被測(cè)量，按一定規(guī)律被測(cè)量轉(zhuǎn)換成同樣或別種量輸出，通常是電信號(hào)。

傳感器將被測(cè)物理量(如噪聲,溫度)檢出并轉(zhuǎn)換為電量；中間變換裝置對(duì)接收到的電信號(hào)用硬件電路進(jìn)行分析處理或經(jīng)A/D變換后用軟件進(jìn)行信號(hào)分析；顯示記錄裝置則測(cè)量結(jié)果顯示出來，提供給觀察者或其它自動(dòng)控制裝置。被測(cè)對(duì)象傳感器傳

輸信號(hào)處理顯示記錄信號(hào)調(diào)理觀察者反饋控制激勵(lì)裝置測(cè)試系統(tǒng)的一般構(gòu)成信號(hào)調(diào)理——把來自傳感器的信號(hào)進(jìn)一步轉(zhuǎn)換成更合適傳輸和處理的形式。如幅值放大、阻抗轉(zhuǎn)換成電壓、頻率等。信號(hào)處理——進(jìn)行各種運(yùn)算、濾波分析、結(jié)果輸出、記錄和控制系統(tǒng)。激勵(lì)裝置——有些信息來自可檢測(cè)信號(hào)，用激勵(lì)裝置使其處于充分顯示這些參量特性的狀態(tài)中，以有效檢測(cè)載有這些消息的信號(hào)。被測(cè)對(duì)象傳感器傳

輸信號(hào)處理顯示記錄信號(hào)調(diào)理觀察者反饋控制激勵(lì)裝置測(cè)試系統(tǒng)的一般構(gòu)成在工程領(lǐng)域，科學(xué)實(shí)驗(yàn)、產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)監(jiān)督、質(zhì)量控制等，都離不開測(cè)試技術(shù)。測(cè)試技術(shù)應(yīng)用涉及到航天、機(jī)械、電力、石化和海洋運(yùn)輸?shù)让恳粋€(gè)工程領(lǐng)域。

測(cè)試技術(shù)的工程應(yīng)用1）自動(dòng)化領(lǐng)域中的應(yīng)用?a)機(jī)械手、機(jī)器人

在各種自動(dòng)控制系統(tǒng)中，測(cè)試環(huán)節(jié)起著系統(tǒng)感官的作用，是其重要組成部分。密歇根大學(xué)的機(jī)械手裝配模型轉(zhuǎn)動(dòng)/移動(dòng)位置傳感器、力傳感器、視覺傳感器、聽覺傳感器、接近距離傳感器、觸覺傳感器、熱覺傳感器、嗅覺傳感器。測(cè)試技術(shù)的工程應(yīng)用?b)AGV自動(dòng)送貨車超聲波測(cè)距傳感器、紅外線色彩傳感器、條形碼傳感器。香港理工AGV模型測(cè)試技術(shù)的工程應(yīng)用切削力傳感器，加工噪聲傳感器，超聲波測(cè)距傳感器、紅外接近開關(guān)傳感器等。密歇根大學(xué)數(shù)字化工廠?c)生產(chǎn)加工過程監(jiān)測(cè)測(cè)試技術(shù)的工程應(yīng)用2）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(gè)生產(chǎn)線流程。通常建立24小時(shí)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。石化企業(yè)輸油管道、儲(chǔ)油罐等壓力容器的破損和泄露檢測(cè)。測(cè)試技術(shù)的工程應(yīng)用3）產(chǎn)品質(zhì)量測(cè)試在汽車、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)。圖示為汽車出廠檢驗(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。汽車扭距測(cè)量機(jī)床加工精度測(cè)量測(cè)試技術(shù)的工程應(yīng)用4）樓宇控制與安全防護(hù)為使建筑物成為安全、健康、舒適、溫馨的生活、工作環(huán)境，并能保證系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和管理的智能化。在樓宇中應(yīng)用了許多測(cè)試技術(shù)，如闖入檢測(cè)、空氣監(jiān)測(cè)、溫度監(jiān)測(cè)、電梯運(yùn)行狀況。圖示為某公司樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)。該系統(tǒng)分為：電源管理、安全監(jiān)測(cè)、照明控制、空調(diào)控制、停車管理、水/廢水管理和電梯監(jiān)控。測(cè)試技術(shù)的工程應(yīng)用在家電產(chǎn)品和辦公自動(dòng)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，人們大量的應(yīng)用了傳感器和測(cè)試技術(shù)來提高產(chǎn)品性能和質(zhì)量。全自動(dòng)洗衣機(jī)中的傳感器：衣物重量傳感器，衣質(zhì)傳感器，水溫傳感器，水質(zhì)傳感器，透光率光傳感器(洗凈度)液位傳感器，電阻傳感器(衣物烘干檢測(cè))。指紋傳感器透光率傳感器溫濕度傳感器溫度傳感器5）家庭與辦公自動(dòng)化測(cè)試技術(shù)的工程應(yīng)用鼠標(biāo):光電位移傳感器攝象頭:CCD傳感器聲位筆:超聲波傳感器麥克風(fēng):電容傳感器聲卡:A/D卡+D/A卡軟驅(qū):速度,位置伺服電腦中的傳感器測(cè)試技術(shù)的工程應(yīng)用航天農(nóng)業(yè)交通醫(yī)學(xué)6）其他應(yīng)用測(cè)試技術(shù)的工程應(yīng)用普通汽車裝配有幾十到近百個(gè)傳感器，而高檔豪華汽車更有大概幾百個(gè)傳感器。感知天下，傳感先行汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)ABS汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)ABS汽車防抱死制動(dòng)系統(tǒng)ABS

加速度傳感器安裝在轎車上，可以作為碰撞傳感器。當(dāng)測(cè)得的負(fù)加速度值超過設(shè)定值時(shí)，微處理器據(jù)此判斷發(fā)生了碰撞，于是就啟動(dòng)轎車前部的折疊式安全氣囊迅速充氣而膨脹，托住駕駛員及前排乘員的胸部和頭部。裝有傳感器的假人氣囊加速度傳感器在汽車中的應(yīng)用加速度傳感器在汽車中的應(yīng)用

使用加速度傳感器可以在汽車發(fā)生碰撞時(shí)，經(jīng)控制系統(tǒng)使氣囊迅速充氣?？梢暤管囅到y(tǒng)1）新原理新技術(shù)在測(cè)試技術(shù)中的應(yīng)用光纖（1）物性型傳感器的開發(fā)（2）集成、智能化傳感器的開發(fā)（a）變參量測(cè)量化傳感器（b）傳感器與放大、運(yùn)算、補(bǔ)償電路一體化（3）化學(xué)傳感器開發(fā)生物酶血樣分析傳感器

2）新型傳感器的出現(xiàn)3）計(jì)算機(jī)測(cè)試技術(shù)與虛擬儀器的應(yīng)用測(cè)試技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)振動(dòng)網(wǎng)絡(luò)傳感器嵌入式計(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)字溫度傳感器計(jì)算機(jī)測(cè)試技術(shù)與虛擬儀器的應(yīng)用測(cè)試技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)測(cè)量信號(hào)處理方面用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優(yōu)點(diǎn)測(cè)試技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)一二三四信號(hào)時(shí)域和頻域描述方法，建立信號(hào)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。掌握測(cè)量裝置基本特性的評(píng)價(jià)方法和不失真測(cè)試條件，掌握一階、二階現(xiàn)行系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性及其測(cè)定方法。了解常用傳感器，常用信號(hào)調(diào)理工作原理和性能，較合理運(yùn)用。對(duì)動(dòng)態(tài)測(cè)試工作的基本問題有一個(gè)較完整的概念，并運(yùn)用于機(jī)械工程中某些參數(shù)的測(cè)試。課程研究?jī)?nèi)容和性質(zhì)1.量值——用數(shù)值和計(jì)量單位的乘積來表示的

（3.4m；15kg；40°）2.基本量和導(dǎo)出量3.量綱和量的單位

量綱——代表一個(gè)實(shí)體（被測(cè)量）的確定特征，

而量綱單位則是該實(shí)體的量化基礎(chǔ)。

如長(zhǎng)度是一個(gè)量綱，而厘米則是長(zhǎng)度的一個(gè)單位。

時(shí)間是一個(gè)量綱，而秒則是時(shí)間的一個(gè)單位。?一.量與量綱第二節(jié)測(cè)量的基礎(chǔ)知識(shí)1.基本單位國(guó)際單位制（SI）長(zhǎng)度—米(Metre)質(zhì)量—千克(Kilogram)時(shí)間—秒(Second)溫度—開爾文(Kelvn)電流—安培(Ampere)發(fā)光強(qiáng)度—坎德拉(Candela)物質(zhì)的量—摩爾(Mol)基本單位單位代碼米(m)千克(Kg)秒(s)開(K)安(A)坎德拉(Cd)摩(mol)?二.法定計(jì)量單位第二節(jié)測(cè)量的基礎(chǔ)知識(shí)2.輔助單位弧度(rad)——是一個(gè)圓內(nèi)兩條半徑在圓周上所截取的弧長(zhǎng)與半徑相等時(shí)，它們所夾的平面角的大小。球面度(sr)——是一個(gè)立體角，其頂點(diǎn)位于球心，而它在球面上所截取的面積等于以球半徑為邊長(zhǎng)的正方形面積。3.導(dǎo)出單位在基本單位和輔助單位選定后，按物理量之間的關(guān)系，由基本單位和輔助單位以相乘或相除所構(gòu)成的單位稱為導(dǎo)出單位。第二節(jié)測(cè)量的基礎(chǔ)知識(shí)基準(zhǔn)——用來保存、復(fù)現(xiàn)計(jì)量單位的計(jì)量工具。國(guó)家基準(zhǔn)——在特定計(jì)量領(lǐng)域內(nèi)，用來保存和復(fù)現(xiàn)該領(lǐng)域計(jì)量單位并具有最高的計(jì)量特性，經(jīng)國(guó)家鑒定、批準(zhǔn)作為同意全國(guó)量值最高依據(jù)的計(jì)量器具。副基準(zhǔn)——通過國(guó)家對(duì)比或校準(zhǔn)來確定其量值，并經(jīng)國(guó)家鑒定、批準(zhǔn)的計(jì)量器具，副基準(zhǔn)的位置僅低于國(guó)家基準(zhǔn)。工作基準(zhǔn)——通過國(guó)家基準(zhǔn)或副基準(zhǔn)對(duì)比或校準(zhǔn)，用來檢定計(jì)量校準(zhǔn)的計(jì)量器具。?三.基準(zhǔn)與標(biāo)準(zhǔn)第二節(jié)測(cè)量的基礎(chǔ)知識(shí)1.直接測(cè)量——無需經(jīng)過函數(shù)關(guān)系計(jì)算，直接通過測(cè)量?jī)x器得到被測(cè)值的測(cè)量。如測(cè)溫度、尺寸分類等精度(等權(quán))直接測(cè)量(測(cè)量?jī)x器、方法、人員一致或不變)不等精度(不等權(quán))直接測(cè)量(測(cè)量條件不盡相同)2.間接測(cè)量——指在直接測(cè)量的基礎(chǔ)上，根據(jù)已知函數(shù)關(guān)系，計(jì)算出被測(cè)量的量值的測(cè)量。3.組合測(cè)量——將直接測(cè)量或間接測(cè)量於被測(cè)量值之間按已知關(guān)系組成一組方程(函數(shù)關(guān)系)，通過解方程組得到被測(cè)值的方法。?四.測(cè)量方法第二節(jié)測(cè)量的基礎(chǔ)知識(shí)測(cè)試方法的分類第二節(jié)測(cè)量的基礎(chǔ)知識(shí)靜態(tài)測(cè)量和動(dòng)態(tài)測(cè)量靜態(tài)測(cè)量：對(duì)不隨時(shí)間變化的（靜止的）被測(cè)量進(jìn)行的測(cè)量。動(dòng)態(tài)測(cè)量：對(duì)隨時(shí)間變化的被測(cè)量進(jìn)行的測(cè)量，需確定被測(cè)量的瞬時(shí)值及其隨時(shí)間變化的規(guī)律。第二節(jié)測(cè)量的基礎(chǔ)知識(shí)一）誤差定義：所測(cè)得的數(shù)值與其真值之間的差。客觀存在性不確定性未知性誤差特性真值?五.測(cè)量誤差第二節(jié)測(cè)量的基礎(chǔ)知識(shí)精度表達(dá)約定真值理論真值相對(duì)真值CODATA推薦的阿伏加德羅常數(shù)值為

真值：是被測(cè)量在被觀測(cè)時(shí)所具有的量值。從測(cè)量的角度來看，朕只是不能確切獲知的，是一個(gè)理想的概念。第二節(jié)測(cè)量的基礎(chǔ)知識(shí)約定真值的獲得方法：1.多次測(cè)量取平均值；2.由國(guó)家基準(zhǔn)或當(dāng)?shù)刈罡哂?jì)量標(biāo)準(zhǔn)復(fù)現(xiàn)而賦予該特定量的值；3.采用權(quán)威組織推

薦的該量的值；4.對(duì)于硬度等量，用約定參考尺上的值；5.高一等級(jí)的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器所復(fù)現(xiàn)的量值。CODATA推薦的阿伏加德羅常數(shù)值為

定義：是指對(duì)給定的目的而言，它被認(rèn)為充分接近于真值，因此可以代替真值來使用的量值。約定真值第二節(jié)測(cè)量的基礎(chǔ)知識(shí)誤差絕對(duì)誤差相對(duì)誤差粗大誤差系統(tǒng)誤差隨機(jī)誤差表示方法分類二）誤差的分類第二節(jié)測(cè)量的基礎(chǔ)知識(shí)系統(tǒng)誤差：在對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行多次測(cè)量的過程中，出現(xiàn)某種保持恒定或按確定的方式變化著的誤差。

系統(tǒng)誤差：恒定不變。怎么發(fā)現(xiàn)？怎么消除？隨機(jī)誤差：當(dāng)對(duì)同一量進(jìn)行多次測(cè)量中，誤差的正負(fù)號(hào)和絕對(duì)值以不可預(yù)知的方式變化著，則此類誤差稱為隨機(jī)誤差。粗大誤差：這是一種明顯超出規(guī)定條件下預(yù)期誤差范圍的誤差，是由于某種不正常的原因造成的。隨機(jī)誤差：沒有規(guī)律，正態(tài)分布粗大誤差：錯(cuò)誤的，必須剔除第二節(jié)測(cè)量的基礎(chǔ)知識(shí)1.絕對(duì)誤差：被測(cè)量測(cè)得值與其真值(或相對(duì)真值)之差

三）誤差的表示方法絕對(duì)誤差測(cè)得值被測(cè)量的真值，常用約定真值代替特點(diǎn)：1)絕對(duì)誤差是一個(gè)具有確定的大小、符號(hào)及單位的量。2)給出了被測(cè)量的量綱，其單位與測(cè)得值相同。測(cè)量長(zhǎng)度：10m，1m。絕對(duì)誤差，1mm？？第二節(jié)測(cè)量的基礎(chǔ)知識(shí)【例】用某電壓表測(cè)量電壓，電壓表的示值為226V，查該表的檢定證書，得知該電壓表在220V附近的誤差為5V，被測(cè)電壓的修正值為－5V，則修正后的測(cè)量結(jié)果為226+(－5V)=221V。測(cè)得值真值絕對(duì)誤差絕對(duì)誤差第二節(jié)測(cè)量的基礎(chǔ)知識(shí)2.相對(duì)誤差：絕對(duì)誤差與被測(cè)量真值的比值被測(cè)量的真值，常用約定真值代替，也可以近似用測(cè)量值L

來代替

L0相對(duì)誤差絕對(duì)誤差特點(diǎn)：1）相對(duì)誤差有大小和符號(hào)。2）無量綱，一般用百分?jǐn)?shù)來表示。三）誤差的表示方法第二節(jié)測(cè)量的基礎(chǔ)知識(shí)絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差的比較用1μm測(cè)長(zhǎng)儀測(cè)量長(zhǎng)度：測(cè)量0.01m長(zhǎng)的工件，其絕對(duì)誤差為0.6μm；用來測(cè)量1m長(zhǎng)的工件，其絕對(duì)誤差為10.5μm。前者的相對(duì)誤差為