《工程測(cè)試與信息處理》課件第1章

第1章緒論主講：王妍瑋工程測(cè)試與信息處理這是一門什么性質(zhì)的課程？如何學(xué)好這門課程？這門課程涉及哪些內(nèi)容?LearnMoreLearnMoreLearnMore課程性質(zhì)課程性質(zhì)：機(jī)械專業(yè)基礎(chǔ)課開課學(xué)期：大三下學(xué)期考試性質(zhì)：必修課學(xué)分：2學(xué)分授課學(xué)時(shí)：44學(xué)時(shí)（理論40+4學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)）前期基礎(chǔ)課：高等數(shù)學(xué)，大學(xué)物理，力學(xué)，電工學(xué)，機(jī)械工程材料，計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)。后續(xù)課程：為專業(yè)課打下基礎(chǔ)，如大四開設(shè)機(jī)器人，機(jī)械精度設(shè)計(jì)，數(shù)控技術(shù)等。涉及的內(nèi)容本課程主要介紹工業(yè)自動(dòng)化、環(huán)境監(jiān)測(cè)、交通系統(tǒng)、信息領(lǐng)域的常見物理量（如溫度、濕度、壓力、聲音、光、位移、速度，加速度）等常見物理量的測(cè)量過程，電路分析及信號(hào)處理的方法。概述信號(hào)描述分析測(cè)試裝置特性傳感器信號(hào)的調(diào)理信號(hào)的分析顯示記錄習(xí)題學(xué)習(xí)方法工程測(cè)試技術(shù)是一門快速發(fā)展的學(xué)科，為了彌補(bǔ)書本知識(shí)點(diǎn)相對(duì)滯后的問題，教學(xué)內(nèi)容上增加了多媒體科件和實(shí)驗(yàn)，采用書本教材和多媒體教材并重的教學(xué)方法。學(xué)習(xí)方法本課程是培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題能力的專業(yè)基礎(chǔ)課，具有一定實(shí)踐性，學(xué)習(xí)是充分利用開設(shè)的實(shí)驗(yàn)和仿真分析理解所學(xué)知識(shí)。被測(cè)對(duì)象傳感器信號(hào)分析舉例說明18B20煙霧傳感器紅外傳感器應(yīng)變片光敏傳感器光敏開關(guān)購買傳感器制作實(shí)物實(shí)例制作溫度傳感器實(shí)例——簡(jiǎn)單電路制作感應(yīng)門實(shí)例——簡(jiǎn)單電路+繼電器控制溫度精確控制——簡(jiǎn)單電路+單片機(jī)控制考核方式課后思考題綜合性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告仿真軟件設(shè)計(jì)報(bào)告和設(shè)計(jì)結(jié)果

多種形式考核學(xué)生，培養(yǎng)學(xué)生在實(shí)踐中獨(dú)立分析問題，解決問題的能力，從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。1234測(cè)試技術(shù)的基本概念非電量測(cè)試系統(tǒng)的組成測(cè)試技術(shù)的應(yīng)用測(cè)試技術(shù)的發(fā)展動(dòng)態(tài)第一章緒論1.1測(cè)試技術(shù)的基本概念

測(cè)量一般是指以確定被測(cè)物理量值為目的而進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)過程。測(cè)試是具有試驗(yàn)性質(zhì)的測(cè)量，它包含測(cè)量和試驗(yàn)兩方面的內(nèi)容。在測(cè)試過程中，借助專門的儀器設(shè)備、通過試驗(yàn)和運(yùn)算，求得與所研究對(duì)象有關(guān)的信息。測(cè)試是進(jìn)行各種科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究和生產(chǎn)過程參數(shù)測(cè)量必不可少的手段，起著人的感官的作用。簡(jiǎn)單的測(cè)試系統(tǒng)可以只有一個(gè)模塊，如玻璃管溫度計(jì)。它直接將被測(cè)溫度變化轉(zhuǎn)化液面示值。沒有電量轉(zhuǎn)換和分析電路，很簡(jiǎn)單，但精度低，無法實(shí)現(xiàn)測(cè)量自動(dòng)化。

為提高測(cè)量精度和自動(dòng)化程度，以便于和其它環(huán)節(jié)一起構(gòu)成自動(dòng)化裝置，通常先將被測(cè)物理量轉(zhuǎn)換為電量，再對(duì)電信號(hào)進(jìn)行處理和輸出。如圖所示的聲級(jí)計(jì)。

一般說來，測(cè)試系統(tǒng)由激勵(lì)裝置、傳感器、中間變換裝置和顯示記錄裝置四部分組成。數(shù)據(jù)分析與處理1.3測(cè)試系統(tǒng)的組成信息獲取信號(hào)轉(zhuǎn)換激勵(lì)裝置激勵(lì)裝置測(cè)試裝置數(shù)據(jù)處理裝置顯示記錄裝置傳感器將被測(cè)物理量(如噪聲,溫度)檢出并轉(zhuǎn)換為電量，數(shù)據(jù)處理裝置對(duì)接收到的電信號(hào)用硬件電路進(jìn)行分析處理或軟件處理的方法，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。閉環(huán)測(cè)試系統(tǒng)何為開環(huán)？何為閉環(huán)?反饋控制想一想開環(huán)與閉環(huán)的區(qū)別是什么？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、石化等工程領(lǐng)域。

1.4測(cè)試技術(shù)的工程應(yīng)用1、工業(yè)自動(dòng)化中的應(yīng)用

a)機(jī)械手、機(jī)器人中的傳感器

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。

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)械手裝配模型廣州中鳴數(shù)碼機(jī)器狗電阻式傳感器a)械器人中的傳感器

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。

b)AGV自動(dòng)送貨車

超聲波測(cè)距傳感器、判斷建筑物內(nèi)人和物所在位置；紅外線色彩傳感器進(jìn)行運(yùn)動(dòng)軌跡和AGV小車位置識(shí)別；條形碼傳感器，貨品識(shí)別。香港理工AGV模型c)生產(chǎn)加工過程監(jiān)測(cè)

采用切削力傳感器、加工噪聲傳感器、超聲波測(cè)距傳感器、紅外接近開關(guān)傳感器等進(jìn)行刀具磨損及斷裂監(jiān)測(cè)、毛坯或零件質(zhì)量的監(jiān)控等。密歇根大學(xué)數(shù)字化工廠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)。3、產(chǎn)品質(zhì)量測(cè)量

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、照明燈檢測(cè)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)，如闖入監(jiān)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。煙霧傳感器亮度傳感器紅外人體探測(cè)器5、家庭與辦公自動(dòng)化在家電產(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鼠標(biāo):光電位移傳感器攝像頭:CCD傳感器麥克風(fēng):電容傳聲器聲卡:A/D卡+D/A卡軟驅(qū):速度,位置伺服6、PC機(jī)中的測(cè)試技術(shù)應(yīng)用1.6測(cè)試技術(shù)的發(fā)展動(dòng)態(tài)1、傳感器方面

a)利用新發(fā)現(xiàn)的材料和新發(fā)現(xiàn)的生物、物理、化學(xué)效應(yīng)開發(fā)出的新型傳感器光纖流速傳感器熒光材料制作的電子鼻傳感器生物酶血樣分析傳感器熱/光電量b)傳感器+嵌入式計(jì)算機(jī)

智能傳感器振動(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2、測(cè)量信號(hào)處理方面

濾波器失真度計(jì)動(dòng)平衡儀瞬態(tài)記錄儀模態(tài)分析儀磁帶機(jī)阻尼計(jì)示波器

虛擬儀器是在計(jì)算機(jī)上顯示傳統(tǒng)儀器面板，它將硬件電路完成的信號(hào)調(diào)理和處理功能由計(jì)算機(jī)程序完成，這種硬件功能軟件化是虛擬儀器的一大特征。

2、測(cè)量信號(hào)處理方面

計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)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)我們的工作3、主要傳感器和測(cè)試儀器生產(chǎn)廠商振動(dòng)/噪聲傳感器丹麥B&K（振動(dòng)測(cè)量、聲學(xué)測(cè)量領(lǐng)域最富盛名）:8080/gccs/lesson/corp/bk/main.htm工業(yè)自動(dòng)化類傳感器美國霍尼威爾公司（有全球最大傳感器技術(shù)研究中心）/china1）主要傳感器生產(chǎn)廠商2）測(cè)量分析儀器生產(chǎn)廠商美國國家儀器公司(全球最大的計(jì)算機(jī)虛擬儀器生產(chǎn)商):8080/gccs/lesson/corp/labview/main.htm美國Agilent公司(原