机械工程测试技术基础课件

1、2021-7-20 办公地点：办公地点：机械学院机械学院202202 办公电话：办公电话：39875233987523 移动电话：移动电话：1553891501215538915012 E_mail ： 闫艳燕闫艳燕(副教授副教授/博士博士) 2021-7-20 教材、参考书与课时安排 l教材 机械工程测试技术基础机械工程测试技术基础( (第第3 3版版) ) 熊诗波 黄长艺编著 机械工业出版社 测试技术与信号处理测试技术与信号处理 郭迎福，焦锋，李曼主编 中国矿业大学出版社 l课时安排 授课 ：36学时 实验 ：4学时 教材、参考书与课时安排 2021-7-20 l教学目的和要求教学目的和要

2、求 测试技术是工科院校机械类各专业本科生测试技术是工科院校机械类各专业本科生 一门重要的技术基础课，内容包括传感器、测一门重要的技术基础课，内容包括传感器、测 量电路、测试系统的特性，信号分析与数据处量电路、测试系统的特性，信号分析与数据处 理理 。 通过本课程的学习：通过本课程的学习： 掌握传感器的原理、特点及应用，常用测试掌握传感器的原理、特点及应用，常用测试 系统和测量电路以及信号分析的基本原理和系统和测量电路以及信号分析的基本原理和 分析方法。为后续课程打好基础。分析方法。为后续课程打好基础。 2021-7-20 课程内容 l第一章第一章 绪论绪论 l第二章第二章 信号及其描述信号及其

3、描述 l第三章第三章 测试装置的基本特性测试装置的基本特性 l第四章第四章 常用传感器与敏感元件常用传感器与敏感元件 l第五章第五章 信号的调理与记录信号的调理与记录 l第六章第六章 信号处理初步信号处理初步 l第七章第七章 测试技术的工程应用测试技术的工程应用 2021-7-20 第一章 绪论 l了解测试的基本概念 l掌握信号和信息的关系 l理解测试的基本内容与任务 l理解测试系统的组成及各环节功能 l掌握信号的分析方法 l了解测试信息处理技术的发展方向 2021-7-20 一、 测试的重要作用和意义 l 随着科技的发展，测试技术已经形成了一门专门的技术科学。人随着科技的发展，测试技术已经形

4、成了一门专门的技术科学。人 们通过测试获得客观事物的定量概念，以掌握其运动规律。们通过测试获得客观事物的定量概念，以掌握其运动规律。 l 在某种意义上来说，在某种意义上来说，“没有测试，就没有科学没有测试，就没有科学。” ” 因为人类的各种因为人类的各种 活动领域中都离不开测试。活动领域中都离不开测试。 l测试包含着测量和试验两大内容。测试包含着测量和试验两大内容。 l测量就是把被测系统中的某种信息提出，并加以度量，为确定量值而进测量就是把被测系统中的某种信息提出，并加以度量，为确定量值而进 行的试验过程；行的试验过程； l试验就是通过某种人为的方法，把被测系统所在的许多信息中的某种信试验就是

5、通过某种人为的方法，把被测系统所在的许多信息中的某种信 息，用专门的装置人为地把它激发出来，加以测量。它是对未知事物探索息，用专门的装置人为地把它激发出来，加以测量。它是对未知事物探索 性的认识过程。性的认识过程。 因此，测试工作是人们认识客观事物、掌握其内在规律，从而利用并改因此，测试工作是人们认识客观事物、掌握其内在规律，从而利用并改 造世界的重要手段。造世界的重要手段。 2021-7-20 1 1、产品检验和质量控制的重要手段、产品检验和质量控制的重要手段 被动检测被动检测主动检测（在线检测）主动检测（在线检测）质量控制领域质量控制领域 2 2、在大型设备安全经济运行监测中得到广泛应用、

6、在大型设备安全经济运行监测中得到广泛应用 故障监测系统故障监测系统动态监测动态监测 保证设备和人员安全保证设备和人员安全 提高经济效益提高经济效益 3 3、自动化系统中不可缺少的组成部分、自动化系统中不可缺少的组成部分 生产过程：生产过程： “物流物流”“信息流信息流” 控制控制 管理管理 数量数量 状态状态 趋向趋向 检测检测获取信息获取信息分析判断分析判断自动控制自动控制 自动化：自动化： 信息获取、信息转换、信息处理、信息传送、信息执行信息获取、信息转换、信息处理、信息传送、信息执行 4 4、检测技术的完善和发展推动着现代科学技术的进步、检测技术的完善和发展推动着现代科学技术的进步 一、

7、 测试的重要作用和意义 2021-7-20 一、 测试的重要作用和意义 “机遇机遇”号火星车拍摄号火星车拍摄 火星土壤的显微照片火星土壤的显微照片 “勇气勇气”号火星号火星 车发回的彩色照车发回的彩色照 片片 美国勇气号和机遇号火星探测移动机器人美国勇气号和机遇号火星探测移动机器人 检测手段水平决定科学研究的深度和广度检测手段水平决定科学研究的深度和广度 2021-7-20 生物医学图像分析生物医学图像分析 医学临床诊断医学临床诊断 ： X X射线、射线、B B超、超、CTCT、核磁共振（、核磁共振（MRIMRI） 医学影像融合分析医学影像融合分析 CTCT图像图像 自动检测：染色体切片、癌细

8、胞切片、超声波图象自动检测：染色体切片、癌细胞切片、超声波图象 一、 测试的重要作用和意义 2021-7-20 二、测试的基本概念 测试：具有试验性的测量 试验：对未知事物探索性的认识过程 测量：为确定量值而进行的试验过程 计量：实现单位统一和量值准确可靠为目的。计量：实现单位统一和量值准确可靠为目的。 2021-7-20 三、信息和信号 1.信息 l物质所固有，客观存在或运动状态的特征 l非物质，不具有能量，传输依靠物质和能 量 2.信号 l信息的载体。信息蕴含于信号之中。 l信号是物质具有能量。 2021-7-20 四、测试技术的内容 1.测试技术的内容 l测量原理：实现测量所依据的物理、

9、化 学、生物等现象及有关定律。 l测量方法：分为直接或间接测量、接触 或非接触测量、破坏或非破坏测量 l测量系统 l数据处理 2021-7-20 五、测试系统的组成 l 测试过程：测试过程：首先首先利用酒精（敏感元件）检测出被测对象温利用酒精（敏感元件）检测出被测对象温 度变化并将其转换成自身体积的变化（热胀冷缩），然后经度变化并将其转换成自身体积的变化（热胀冷缩），然后经 过等截面的中空玻璃管（中间变换器）再转换成高度的变化过等截面的中空玻璃管（中间变换器）再转换成高度的变化 （分析处理），最后由外面的刻度线显示出测试结果（显示、（分析处理），最后由外面的刻度线显示出测试结果（显示、 记录）

10、并提供给观察者或输入后续的控制系统。记录）并提供给观察者或输入后续的控制系统。 被测对象被测对象 信号信号 输入输入输出输出 观察者观察者显示结果：显示结果： 刻度线刻度线 变换：变换：V V H H玻璃管玻璃管 敏感元件：敏感元件： 酒精酒精 2021-7-20 五、测试系统的组成 2021-7-20 五、测试系统的组成 1 1、信号检出部分、信号检出部分 传感器（传感器（SensorSensor）- - 执行检出功能的器件执行检出功能的器件 信号提取（被测量）、传输（信号变换部分）信号提取（被测量）、传输（信号变换部分） 选择：测量精度要求、被测量变化范围、被测对象所处的环境条件选择：测量

11、精度要求、被测量变化范围、被测对象所处的环境条件 以及对传感器体积和整个检测系统的成本等的限制以及对传感器体积和整个检测系统的成本等的限制 检测系统中形式最多样、与被测对象关联最密切的部分检测系统中形式最多样、与被测对象关联最密切的部分 2021-7-20 五、测试系统的组成 2 2、信号变换部分、信号变换部分 检出信号检出信号适合于分析和处理的信号适合于分析和处理的信号 信号调理电路信号调理电路 阻抗变换阻抗变换 - - 输出阻抗很高时；输出阻抗很高时； 电压电压/ /电流（电流（V/AV/A）转换）转换 - - 需要电流输出时；需要电流输出时； 信号放大信号放大 - - 输出信号微弱时；输

12、出信号微弱时； 噪声抑制噪声抑制 - - 信号淹没在噪声中；信号淹没在噪声中； 模拟模拟/ /数字（数字（A/DA/D）转换）转换 - - 需要输出数字信号时需要输出数字信号时 2021-7-20 五、测试系统的组成 3 3、分析处理部分、分析处理部分 功能：管理不同系统之间的数据、状态和控制信息的传输和交换功能：管理不同系统之间的数据、状态和控制信息的传输和交换 不断注入新内容不断注入新内容 - - 检测系统的研究中心检测系统的研究中心 4 4、通信接口与总线部分、通信接口与总线部分 计算机系统计算机系统 - - 强大问题分析能力、复杂系统的实时控制强大问题分析能力、复杂系统的实时控制 自动

13、化、智能化自动化、智能化 接口接口 - - 分系统和上位机之间分系统和上位机之间/ /分系统之间交换信息分系统之间交换信息 2021-7-20 五、测试系统的组成 l2 2、测试过程和测试系统的组成、测试过程和测试系统的组成 l 根据测试任务复杂程度的不同，测试系统中传感器、根据测试任务复杂程度的不同，测试系统中传感器、 中间变换装置和显示记录装置等每个环节又可由多个模中间变换装置和显示记录装置等每个环节又可由多个模 块组成。例如，下图所示的机床轴承故障监测系统中的块组成。例如，下图所示的机床轴承故障监测系统中的 中间变换装置就由带通滤波器、中间变换装置就由带通滤波器、A/DA/D变换和计算机

14、中的变换和计算机中的 FFTFFT分析软件三部分组成。分析软件三部分组成。 2021-7-20 注意：注意：测试系统各个环节的输出量与输入量之间应保持一一测试系统各个环节的输出量与输入量之间应保持一一 对应和尽量不失真的关系（线性关系），并尽可能地减少对应和尽量不失真的关系（线性关系），并尽可能地减少 或消除各种干扰或消除各种干扰。 五、测试系统的组成 2021-7-20 六、测试、信息处理的发展状况 测试信息处理技术的发展具体体现在： l传感器传感器：新型、微型、智能化 l测试测试：多功能、集成化、智能化；静态测试向动态测试 发展 l信息处理信息处理：高在线实时能力、高精度、专用功能、小型

15、化、性能标准化和低价格 测试技术测试技术 重要手段重要手段 相关学科：物理、化学、数学、生物学、材料科学等等相关学科：物理、化学、数学、生物学、材料科学等等 新的检测理论、方法和技术手段新的检测理论、方法和技术手段 科学研究科学研究 形成形成推动实验研究和发展推动实验研究和发展 2021-7-20 六、机械工程测试技术的发展趋势 1.测量方式多样化 包括： （1）动态测量 （2）虚拟仪器 （3）便携式测量仪器 （4）组合式测量方式 （5）多传感器融合技术在制造过程中的应用 2.视觉测试技术 3.测量尺寸继续向两个极端方向发展 2021-7-20 七、测试技术在工程技术领域中的应用 领域：工业、

16、农业、航天、军事等领域：工业、农业、航天、军事等 (1) (1) 零件的识别与定位零件的识别与定位 1 1、工业检测、工业检测 自动连接引线、对准芯片和封装；自动连接引线、对准芯片和封装； 自动安装部件，自动焊接或自动切割加工、自动浇注系统等。自动安装部件，自动焊接或自动切割加工、自动浇注系统等。 (2) (2) 零件尺寸的在线测量零件尺寸的在线测量 钢板厚度的在线测量钢板厚度的在线测量 (3) (3) 零件外观及内部缺陷检测零件外观及内部缺陷检测 (4) (4) 产品分类、分组产品分类、分组 苹果分级、分色、配色苹果分级、分色、配色 2021-7-20 七、测试技术在工程技术领域中的应用 (

17、5) (5) 产品标识、编码识别产品标识、编码识别 商品条码、印鉴、标签商品条码、印鉴、标签 “手手- -眼眼”定位：定位： 两个摄像机两个摄像机 - - 两幅平面图像两幅平面图像 - - 三维场景信息三维场景信息 用于：目标识别、道路识别、障碍物判断、主动导航、自动视觉导航用于：目标识别、道路识别、障碍物判断、主动导航、自动视觉导航 无人驾驶汽车、无人驾驶飞机、无人战车、探测机器人无人驾驶汽车、无人驾驶飞机、无人战车、探测机器人 2 2、机器人导航、机器人导航 2021-7-20 七、测试技术在工程技术领域中的应用 交通交通 - - 车辆识别、牌照识别、车型判断、车辆监视、交通流量检测车辆识

18、别、牌照识别、车型判断、车辆监视、交通流量检测 安全安全 - - 指纹判别与匹配、面孔与眼底识别、安全检查（飞机、海关）指纹判别与匹配、面孔与眼底识别、安全检查（飞机、海关） 监视监视 - - 超市、商店防盗、银行监控，停车场、电梯闭路电视超市、商店防盗、银行监控，停车场、电梯闭路电视 4 4、监控、安防、交通管理：、监控、安防、交通管理： 3 3、遥感图像分析：、遥感图像分析： 航空摄影图像航空摄影图像 - - （多目成象（多目成象 - - 大地测量、测绘）大地测量、测绘） 卫星遥感图像卫星遥感图像 - - 气象卫星（红外成象气象卫星（红外成象 - - 云图云图 - - 气象状况）气象状况）

19、 资源卫星（多光谱成象资源卫星（多光谱成象 - - 地质、矿藏、森林、灾害）地质、矿藏、森林、灾害） 海洋卫星（合成孔径雷达成象海洋卫星（合成孔径雷达成象 - - 海洋、海浪、海滩）海洋、海浪、海滩） 2021-7-20 七、测试技术在工程技术领域中的应用 6 6、办公与家电：、办公与家电： 办公设备办公设备 - - 数码复印机、扫描仪、传真机、绘图仪数码复印机、扫描仪、传真机、绘图仪 家用电器家用电器 - - 数码摄像机、数码照相机、可视电话、可视门铃数码摄像机、数码照相机、可视电话、可视门铃 5 5、军事与国防：、军事与国防： 超低空雷达、超视距雷达、导弹制导、导弹导航、地形匹配、超低空雷达、超视距雷达、导弹制导、导弹导航、地形匹配、 单兵作战系统、战场遥测、夜视仪、声纳成象单兵作战系统、战场遥测、夜视仪、声纳成象 2021-7-20 测量的基础知识 测量结果可信必须具备的两个条件： l测量过程是被测量的量与标准或相对标准量的 比较过程。 作为比较用的标准量值必须是已知的，且是合 法的，才能确保测量值的可信度及保证测量值 的溯源性。 l进行