第一章 苏州大学测试技术基础

1、测试、检测技术测试、检测技术 苏州大学城市轨道交通学院苏州大学城市轨道交通学院 测试、检测技术测试、检测技术 黄伟国黄伟国 1364622053013646220530 第二教学楼第二教学楼2A3252A325 测试、检测技术测试、检测技术 苏州大学城市轨道交通学院苏州大学城市轨道交通学院 1.交叉学科。 2.车辆专业的同学欠缺电、信号方面的知识。 3.控制专业的同学经常欠缺必要的研究对象。 4. 给大家集中地补充信号方面的知识。 测试、检测技术测试、检测技术 苏州大学城市轨道交通学院苏州大学城市轨道交通学院 “约法三章” 学习态度端正。 1.上课不能无故缺席，如需请假必须先得向班主任 请假并

2、委托同学告知我(必须上课之前告知)。 2.作业必须按时完成，下一次上课之前交上一次的 作业。 3.基本课程实验必须参加，且在后一次实验之前交 前一次实验报告，最后一次课堂上交。 （鼓励大家开展科研活动） 测试、检测技术测试、检测技术 苏州大学城市轨道交通学院苏州大学城市轨道交通学院 测试检测技术主要是做什么的？ （大家讨论） 测试、检测技术测试、检测技术 苏州大学城市轨道交通学院苏州大学城市轨道交通学院 第一章第一章 绪绪 论论 1.1.检测技术的内容和作用检测技术的内容和作用 2.2.检测工作的任务检测工作的任务 3.3.测试系统的组成及其发展测试系统的组成及其发展 4.4.检测技术应弄懂的

3、几个问题检测技术应弄懂的几个问题 主要内容主要内容 测试、检测技术测试、检测技术 苏州大学城市轨道交通学院苏州大学城市轨道交通学院 1.1 1.1 检测技术的内容和作用检测技术的内容和作用 12 9.46 10 km 第一章第一章 绪论绪论 引例引例,看看哪些事情与看看哪些事情与 检测有关检测有关 1、大到光年级宇宙、大到光年级宇宙(1 光年 ）， 如宇宙大爆炸理论，宇 宙红移观测,证明了宇 宙的膨胀。 测试、检测技术测试、检测技术 苏州大学城市轨道交通学院苏州大学城市轨道交通学院 第一章第一章 绪论绪论 测试、检测技术测试、检测技术 苏州大学城市轨道交通学院苏州大学城市轨道交通学院 月亮上看

4、到的地球月亮上看到的地球 太空看到的地球太空看到的地球 ，应该珍惜，应该珍惜 时光，关爱生命，爱护地球，时光，关爱生命，爱护地球， 我们的家园我们的家园 2. 中到中到km级宇宙级宇宙.如火星探测如火星探测,地球测量等地球测量等 第一章第一章 绪论绪论 测试、检测技术测试、检测技术 苏州大学城市轨道交通学院苏州大学城市轨道交通学院 火星探测器火星探测器 荒漠的火星荒漠的火星 第一章第一章 绪论绪论 测试、检测技术测试、检测技术 苏州大学城市轨道交通学院苏州大学城市轨道交通学院 3.小到小到mm级测量。级测量。如火车、汽车等载运工具构件的响应测量，如火车、汽车等载运工具构件的响应测量， 应力、应

5、变谱测量，以用于疲劳和可靠性分析。再如用于人体应力、应变谱测量，以用于疲劳和可靠性分析。再如用于人体 检测的胃镜、检测的胃镜、x光照片、光照片、CT照相、核磁共振等技术。照相、核磁共振等技术。 第一章第一章 绪论绪论 测试、检测技术测试、检测技术 苏州大学城市轨道交通学院苏州大学城市轨道交通学院 4.微到纳米级测量微到纳米级测量（1nm= ) 纳米测量，纳米制造等。微纳米尺度的几何量、表面粗糙度、纳米测量，纳米制造等。微纳米尺度的几何量、表面粗糙度、 表面微观形貌、表面微观形貌、MEMS材料机械特性、微应力和微应变、微位移、材料机械特性、微应力和微应变、微位移、 速度和加速度、振动、声和超声等

6、典型物理量的测量技术应用。速度和加速度、振动、声和超声等典型物理量的测量技术应用。 纳米测量展望纳米测量展望 , ,它的研究主要向两个方向发展：它的研究主要向两个方向发展： 一是在传统的测量方法基础上，应用先进的测试仪器解决应一是在传统的测量方法基础上，应用先进的测试仪器解决应 用物理和微细加工中的纳米测量问题用物理和微细加工中的纳米测量问题, ,分析各种测试技术分析各种测试技术, ,提出改提出改 进的措施或新的测试方法；进的措施或新的测试方法； 二是发展建立在新概念基础上的测量技术，利用微观物理、二是发展建立在新概念基础上的测量技术，利用微观物理、 量子物理中最新的研究成果量子物理中最新的研

7、究成果, ,将其应用于测量系统中将其应用于测量系统中, ,它将成为未它将成为未 来纳米测量的发展趋向。来纳米测量的发展趋向。 9 10m 第一章第一章 绪论绪论 测试、检测技术测试、检测技术 苏州大学城市轨道交通学院苏州大学城市轨道交通学院 1.1 1.1 检测技术的内容和作用检测技术的内容和作用 由引例可见，由引例可见， 检测工作的任务检测工作的任务就是从被测对象中就是从被测对象中 获取有用信息获取有用信息。检测技术是用于检测和处理各种信息的一门。检测技术是用于检测和处理各种信息的一门 综合性技术，是信息技术的三大支柱（即测试控制技术、计综合性技术，是信息技术的三大支柱（即测试控制技术、计

8、算技术和通信技术）之一。它在科学技术、工业生产、医疗算技术和通信技术）之一。它在科学技术、工业生产、医疗 卫生卫生 、文化教育等各个领域中都起着十分重要的作用。文化教育等各个领域中都起着十分重要的作用。 定义：定义：从检测的含义来讲，它包含着测和检两个内容。测是从检测的含义来讲，它包含着测和检两个内容。测是 把被测系统中的某种信息，如运动物体的位移、速度、加速把被测系统中的某种信息，如运动物体的位移、速度、加速 度检测出来，并加以度量；检则是通过某种人为的方法，把度检测出来，并加以度量；检则是通过某种人为的方法，把 被测系统用专门的装置激发起来，以便对有用信息进行测量。被测系统用专门的装置激发

9、起来，以便对有用信息进行测量。 第一章第一章 绪论绪论 测试、检测技术测试、检测技术 苏州大学城市轨道交通学院苏州大学城市轨道交通学院 重点讨论机械工程中的测试、检测技术，主要包括以下内容重点讨论机械工程中的测试、检测技术，主要包括以下内容 1、工程过程的实验分析与参数测量工程过程的实验分析与参数测量 如材料的强度试验，振动物体的固有频率、阻尼比以及振如材料的强度试验，振动物体的固有频率、阻尼比以及振 型等参数的测试，动载构件的应力、应变谱测试等。型等参数的测试，动载构件的应力、应变谱测试等。 第一章第一章 绪论绪论 测试、检测技术测试、检测技术 苏州大学城市轨道交通学院苏州大学城市轨道交通学

10、院 第一章第一章 绪论绪论 测试、检测技术测试、检测技术 苏州大学城市轨道交通学院苏州大学城市轨道交通学院 2 2、过程监视与故障诊断、过程监视与故障诊断 如数控机床自动加工中刀具磨损和断裂监视、加工精度检如数控机床自动加工中刀具磨损和断裂监视、加工精度检 测；柴油机、发动机运行中的测；柴油机、发动机运行中的 故障诊断；火车脱轨、轴温的在故障诊断；火车脱轨、轴温的在 线检测，卷扬机、电梯跟踪检测等线检测，卷扬机、电梯跟踪检测等。 如玻璃管温度计如玻璃管温度计 如图所示的声级计如图所示的声级计 第一章第一章 绪论绪论 测试、检测技术测试、检测技术 苏州大学城市轨道交通学院苏州大学城市轨道交通学院

11、 切削力传感器，加工切削力传感器，加工 噪声传感器，超声波噪声传感器，超声波 测距传感器、红外接测距传感器、红外接 近开关传感器等。近开关传感器等。 生产加工过程监测生产加工过程监测 密歇根大学数字化工厂密歇根大学数字化工厂 第一章第一章 绪论绪论 测试、检测技术测试、检测技术 苏州大学城市轨道交通学院苏州大学城市轨道交通学院 3 3、作为自动化或控制系统中的一个环节、作为自动化或控制系统中的一个环节 主要用于闭环系统中的反馈控制环节。在各种自动控制系主要用于闭环系统中的反馈控制环节。在各种自动控制系 统中，测试环节起着系统感官的作用，是其重要组成部分。如统中，测试环节起着系统感官的作用，是其

12、重要组成部分。如 真空焊接炉的温度控制，再如机械手的动作控制等真空焊接炉的温度控制，再如机械手的动作控制等 密歇根大学的机械手装配模型密歇根大学的机械手装配模型 第一章第一章 绪论绪论 测试、检测技术测试、检测技术 苏州大学城市轨道交通学院苏州大学城市轨道交通学院 产品质量测量产品质量测量 在汽车、机床等设备，电机、发动机等零部件出厂时，在汽车、机床等设备，电机、发动机等零部件出厂时， 必须对其性能质量进行测量和出厂检验。必须对其性能质量进行测量和出厂检验。 图示为汽车出厂检验原理框图，测量图示为汽车出厂检验原理框图，测量 参数包括润滑油温度、冷却水温度、燃油参数包括润滑油温度、冷却水温度、燃

13、油 压力及发动机转速等。通过对抽样汽车的压力及发动机转速等。通过对抽样汽车的 测试，工程师可以了解产品质量。测试，工程师可以了解产品质量。 汽车扭距测量汽车扭距测量 机床加工精度测量机床加工精度测量 4 4、生成产品的质量评价，如抽样检测、生成产品的质量评价，如抽样检测 第一章第一章 绪论绪论 测试、检测技术测试、检测技术 苏州大学城市轨道交通学院苏州大学城市轨道交通学院 1.2 1.2 测试、检测工作的任务测试、检测工作的任务 测试、检测工作的任务测试、检测工作的任务就是为了获取有关研究对象的状就是为了获取有关研究对象的状 态、运动和特征等方面的信息态、运动和特征等方面的信息 。 就像物质和

14、能量是客观存在一样，信息也是反映事物运就像物质和能量是客观存在一样，信息也是反映事物运 动状态和特征的客观存在。信息可以产生，也可以消失，同动状态和特征的客观存在。信息可以产生，也可以消失，同 时还可以被携带、存贮和处理。信息是可以度量的。对信息时还可以被携带、存贮和处理。信息是可以度量的。对信息 的获取、处理与度量过程就是对事物的认识过程。例如，转的获取、处理与度量过程就是对事物的认识过程。例如，转 子的动不平衡是引起旋转机械振动的主要原因，如何去消除子的动不平衡是引起旋转机械振动的主要原因，如何去消除 这种动不平衡呢？可以用传感器及其测试系统检测出支承处这种动不平衡呢？可以用传感器及其测试

15、系统检测出支承处 的动反力以及转子的振动量，并对它进行分析和处理就可以的动反力以及转子的振动量，并对它进行分析和处理就可以 获得转子动不平衡的大小和方位的信息，进而采取相应的消获得转子动不平衡的大小和方位的信息，进而采取相应的消 除措施。除措施。 第一章第一章 绪论绪论 测试、检测技术测试、检测技术 苏州大学城市轨道交通学院苏州大学城市轨道交通学院 1 1、信息与信号的关系、信息与信号的关系 信息总是通过某些物理量的形式表现出来，这些物理量则信息总是通过某些物理量的形式表现出来，这些物理量则 称之为信号。信号是信息的载体，信息存在于信号之中。如从称之为信号。信号是信息的载体，信息存在于信号之中

16、。如从 载波中提取音频信号。如对于单自由度振动系统，所测得的质载波中提取音频信号。如对于单自由度振动系统，所测得的质 量块位移信号中就包含着我们所感兴趣的固有频率和阻尼比的量块位移信号中就包含着我们所感兴趣的固有频率和阻尼比的 信息。信息。 2 2、有用信号与干扰信号、有用信号与干扰信号 信号中虽然携带着信息，但是其中既含有我们所需要的有信号中虽然携带着信息，但是其中既含有我们所需要的有 用信息，也含有大量不需要的干扰，测试工作的任务之一就是用信息，也含有大量不需要的干扰，测试工作的任务之一就是 从复杂的信号成分中提取有用信息。不过，需要指出，从复杂的信号成分中提取有用信息。不过，需要指出，“

17、干扰干扰” 和和“有用有用”是对立统一的，在一定的条件下可以互相转化。例是对立统一的，在一定的条件下可以互相转化。例 如齿轮噪声是人们不希望的干扰信号，对工作环境造成污染，如齿轮噪声是人们不希望的干扰信号，对工作环境造成污染， 但另一方面又可作为有用信号来判断齿轮副的运转但另一方面又可作为有用信号来判断齿轮副的运转 。 第一章第一章 绪论绪论 测试、检测技术测试、检测技术 苏州大学城市轨道交通学院苏州大学城市轨道交通学院 3 3、信号的调理与传输、信号的调理与传输 为了在外界干扰的情况下，能够提取和辨识出信号中所包为了在外界干扰的情况下，能够提取和辨识出信号中所包 含的有用信息，常常需要把信号

18、作必要的调理处理。这与我们含的有用信息，常常需要把信号作必要的调理处理。这与我们 熟知的声音和图像发射和接收的道理一样，如下图所示。熟知的声音和图像发射和接收的道理一样，如下图所示。 4 4、电信号的运用、电信号的运用 信号有机械信号（力信号、声信号）、电信号、光信号信号有机械信号（力信号、声信号）、电信号、光信号 （光纤通讯）等，但从信号的获取、调理、传输、显示和控制（光纤通讯）等，但从信号的获取、调理、传输、显示和控制 等方面看，以电量形式表示的电信号最为方便，故本书中所说等方面看，以电量形式表示的电信号最为方便，故本书中所说 的信号，一般都是指随时间变化的电信号。的信号，一般都是指随时间

19、变化的电信号。 第一章第一章 绪论绪论 测试、检测技术测试、检测技术 苏州大学城市轨道交通学院苏州大学城市轨道交通学院 任务：列车轴承故障检测 要求：在线检测（在非拆卸的情况下） （大家讨论有哪些检测方法与手段，然后如何去检 测） 测试检测工作的任务（举例说明）测试检测工作的任务（举例说明） 第一章第一章 绪论绪论 测试、检测技术测试、检测技术 苏州大学城市轨道交通学院苏州大学城市轨道交通学院 1.3 1.3 测试系统的组成及其发展测试系统的组成及其发展 1 1、一般测试系统、一般测试系统 从具体应用角度来讲，测试工作包括激励方式，信号的从具体应用角度来讲，测试工作包括激励方式，信号的 检测、

20、调理、处理、分析以及显示、记录或数据输出等。检测、调理、处理、分析以及显示、记录或数据输出等。 与之相对应的测试系统框图如下图所示。与之相对应的测试系统框图如下图所示。 第一章第一章 绪论绪论 测试、检测技术测试、检测技术 苏州大学城市轨道交通学院苏州大学城市轨道交通学院 2 2、计算机测试系统、计算机测试系统 随着计算机技术的飞速发展，计算机已被广泛地应用于各随着计算机技术的飞速发展，计算机已被广泛地应用于各 个领域。由传感器与计算机结合起来组成的新型测试系统如图个领域。由传感器与计算机结合起来组成的新型测试系统如图 1-3所示。这种测试方法是先用传感器及其测量电路将某种物所示。这种测试方法

21、是先用传感器及其测量电路将某种物 理量变换成所需的电信号，再由理量变换成所需的电信号，再由A/D转换器（模转换器（模/数转换器）数转换器） 将模拟信号变换为数字信号，然后通过计算机或数字信号处理将模拟信号变换为数字信号，然后通过计算机或数字信号处理 器将大量数据进行高速处理，从而获得各种需要的输出器将大量数据进行高速处理，从而获得各种需要的输出。 第一章第一章 绪论绪论 测试、检测技术测试、检测技术 苏州大学城市轨道交通学院苏州大学城市轨道交通学院 计算机测试系统计算机测试系统 第一章第一章 绪论绪论 测试、检测技术测试、检测技术 苏州大学城市轨道交通学院苏州大学城市轨道交通学院 3 3、注解

22、、注解 其中其中传感器传感器是一种能把被检测的物理量变换为可测信号是一种能把被检测的物理量变换为可测信号 （通常为电信号）的装置，它是测试系统的首要环节。（通常为电信号）的装置，它是测试系统的首要环节。 信号调理装置信号调理装置是将来自传感器的电信号进行调理和处理，是将来自传感器的电信号进行调理和处理， 如放大、调制、解调、滤波等，使之变为既保留了原始被测信如放大、调制、解调、滤波等，使之变为既保留了原始被测信 号中的有用信息，又便于不失真地传输、显示和记录以及有利号中的有用信息，又便于不失真地传输、显示和记录以及有利 于后续处理的信号。于后续处理的信号。 第一章第一章 绪论绪论 测试、检测技

23、术测试、检测技术 苏州大学城市轨道交通学院苏州大学城市轨道交通学院 信号处理装置信号处理装置是对测试结果（曲线或数据）进行处理、是对测试结果（曲线或数据）进行处理、 运算和分析的装置。数据处理包含回归分析、频谱分析、相运算和分析的装置。数据处理包含回归分析、频谱分析、相 关分析、功率谱分析等，其方法也有模拟量分析法和数字量关分析、功率谱分析等，其方法也有模拟量分析法和数字量 分析法之别。分析法之别。 显示与记录装置显示与记录装置是把经调理后的电信号不失真地记录和是把经调理后的电信号不失真地记录和 显示出来，以便观测、分析和处理。记录和显示的方式一般显示出来，以便观测、分析和处理。记录和显示的方

24、式一般 有模拟和数字两种，前者记录的是模拟信号，而后者则是数有模拟和数字两种，前者记录的是模拟信号，而后者则是数 字信号。字信号。 试验激发装置试验激发装置是人为地模拟某种条件把被测系统中的某是人为地模拟某种条件把被测系统中的某 种信息激发出来，以便检测。如激振器、振动试验台等。种信息激发出来，以便检测。如激振器、振动试验台等。 第一章第一章 绪论绪论 测试、检测技术测试、检测技术 苏州大学城市轨道交通学院苏州大学城市轨道交通学院 4 4 、检测技术的发展、检测技术的发展 （1） 不断提高检测系统的测量精度、量程范围、提高可不断提高检测系统的测量精度、量程范围、提高可 靠性；靠性； （2） 应用新技术和新的物理效应，扩大检测领域；应用新技术和新的物理效应，扩大检测领域； （3） 发展集成化、功能化的传感器发展集成化、功能化的传感器； （4） 采用计算机技术，是检测技术智能化。采用计算机技术，是检测技术智能化。 第一章第一章 绪论绪论 测试、检测技术测试、检测技术 苏