杭电科大测试技术与信号处理课件01绪论

机械工程测试技术绪论测试信号的描述与分析测试系统的基本特性模拟信号处理数字信号处理计算机与虚拟仪器测试技术本课程主要内容常用传感器学好本门课程的要求:先举一个例子,清华大学对毕业生的调研.本门课程是两强结合:强理论+强实验（考试成绩是课堂教学+试验教学）一.要求:1.学习态度:战略上藐视,战术上重视;2.学习方法:提倡课前预习,课后复习,会做笔记;3.作业要求:整齐规范清楚.ABCD,D退回重做;4.相关课程:高等数学、力学、电工学、自控原理等;5.参考书:参看教材参考文献二.教学方法黑板板书+PPT

(以黑板板书为主）测试信号的描述与分析测试系统的基本特性模拟信号处理数字信号处理计算机与虚拟仪器测试技术常用传感器绪论第一章绪论1.测试技术的内容和作用2.测试工作的任务3.测试系统的组成及其发展主要内容1.1测试技术的内容和作用引例,看看哪些事情与测试有关1、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。第一章绪论月亮上看到的地球太空看到的地球，应该珍惜时光，关爱生命，爱护地球，我们的家园2.中到km级宇宙.如火星探测,地球测量等第一章绪论火星探测器荒漠的火星第一章绪论3.小到mm级测量。如火车、汽车等载运工具构件的响应测量，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、x光照片、CT照相、核磁共振等技术。第一章绪论

4.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、表面微观形貌、MEMS材料机械特性、微应力和微应变、微位移、速度和加速度、振动、声和超声等典型物理量的测量技术应用。

纳米测量展望,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用物理和微细加工中的纳米测量问题,分析各种测试技术,提出改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、量子物理中最新的研究成果,将其应用于测量系统中,它将成为未来纳米测量的发展趋向。第一章绪论1.1测试技术的内容和作用

由引例可见，测试工作的任务就是从被测对象中获取有用信息。测试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、计算技术和通信技术）之一。它在科学技术、工业生产、医疗卫生

、文化教育等各个领域中都起着十分重要的作用。定义：从测试的含义来讲，它包含着测量和试验两个内容。测量是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；试验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。第一章绪论本书重点讨论机械工程中的测试技术，主要包括以下内容1、工程过程的实验分析与参数测量

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。第一章绪论第一章绪论

2、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、加工精度检测；柴油机、发动机运行中的故障诊断；火车脱轨、轴温的在线检测，卷扬机、电梯跟踪检测等。如玻璃管温度计如图所示的声级计

第一章绪论切削力传感器，加工噪声传感器，超声波测距传感器、红外接近开关传感器等。

生产加工过程监测密歇根大学数字化工厂第一章绪论

3、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。在各种自动控制系统中，测试环节起着系统感官的作用，是其重要组成部分。如真空焊接炉的温度控制，再如机械手的动作控制等密歇根大学的机械手装配模型第一章绪论产品质量测量例

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。

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。汽车扭距测量机床加工精度测量4、生成产品的质量评价，如抽样检测第一章绪论1.2测试工作的任务

测试工作的任务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。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，进而采取相应的消除措施。

第一章绪论1、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，这些物理量则称之为信号。信号是信息的载体，信息存在于信号之中。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。2、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，“干扰”和“有用”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，但另一方面又可作为有用信号来判断齿轮副的运转

第一章绪论

3、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。4、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（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，故本书中所说的信号，一般都是指随时间变化的电信号。

第一章绪论1.3测试系统的组成及其发展1、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。第一章绪论

2、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理量变换成所需的电信号，再由A/D转换器（模/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。第一章绪论计算机测试系统第一章绪论3、注解

其中传感器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。

信号调理装置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。

第一章绪论

信号处理装置是对测试结果（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。

显示与记录装置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。

试验激发装置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。第一章绪论4、测试技术的发展（1）

传感器向新型、微型、智能型方向发展；

（2）

测试仪器向高精度、多功能、小型化、在线监测、性能标准化和低价格发展；

（3）

参数测量与数据处理以计算机为核心，使测量、分析、处理、打印、绘图、状态显示及故障预报向自动化、集成化、网络化发展。

第一章绪论a)传感器+嵌入式计算机

智能传感器

(smart)振动网络传感器嵌入式计算机智能压力网络传感器智能倾角RS232传感器IC总线数字温度传感器4、测试技术的发展第一章绪论b)测量信号处理方面

计算机虚拟仪器技术

我们的工作

用PC机＋仪器板卡

代替传统仪器用计算机软件

代替硬件分析电路优点第一章绪论1.4课程内容与特点通过本课程的学习，学生应掌握以下几个方面的知识：

1.掌握信号的时域和频域描述方法，建立明确的信号频谱概念；掌握频谱分析和相关分析的基本原理和方法；了解功率谱分析原理及其应用。

2.掌握测试装置静、动态特性的评价方