機械工程測試技術基礎教學

機械工程測試技術基礎教學第1頁，共27頁，2023年，2月20日，星期五*

教學目的和要求測試技術是工科院校機械類各專業本科生一門重要的技術基礎課，內容包括傳感器、測量電路、測試系統的特性，信號分析與數據處理。通過本課程的學習：掌握傳感器的原理、特點及應用，常用測試系統和測量電路以及信號分析的基本原理和分析方法。為后續課程打好基礎。第2頁，共27頁，2023年，2月20日，星期五*課程內容第一章

緒論第二章信號及其描述第三章測試裝置的基本特性第四章常用傳感器與敏感元件第五章信號的調理與記錄第六章信號處理初步第七章測試技術的工程應用第3頁，共27頁，2023年，2月20日，星期五*第一章緒論了解測試的基本概念掌握信號和信息的關系理解測試的基本內容與任務理解測試系統的組成及各環節功能掌握信號的分析方法了解測試信息處理技術的發展方向本章要點：第4頁，共27頁，2023年，2月20日，星期五*一、測試的重要作用和意義隨著科技的發展，測試技術已經形成了一門專門的技術科學。人們通過測試獲得客觀事物的定量概念，以掌握其運動規律。在某種意義上來說，“沒有測試，就沒有科學。”因為人類的各種活動領域中都離不開測試。測試包含著測量和試驗兩大內容。測量就是把被測系統中的某種信息提出，并加以度量，為確定量值而進行的試驗過程；試驗就是通過某種人為的方法，把被測系統所在的許多信息中的某種信息，用專門的裝置人為地把它激發出來，加以測量。它是對未知事物探索性的認識過程。因此，測試工作是人們認識客觀事物、掌握其內在規律，從而利用并改造世界的重要手段。第5頁，共27頁，2023年，2月20日，星期五*二、測試的基本概念測試：具有試驗性的測量試驗：對未知事物探索性的認識過程測量：為確定量值而進行的試驗過程計量：實現單位統一和量值準確可靠為目的。

第6頁，共27頁，2023年，2月20日，星期五*三、信息和信號1.信息物質所固有，客觀存在或運動狀態的特征非物質，不具有能量，傳輸依靠物質和能量

2.信號信息的載體。信息蘊含于信號之中。信號是物質具有能量。第7頁，共27頁，2023年，2月20日，星期五*四、測試技術的內容1.測試技術的內容測量原理：實現測量所依據的物理、化學、生物等現象及有關定律。測量方法：分為直接或間接測量、接觸或非接觸測量、破壞或非破壞測量測量系統數據處理第8頁，共27頁，2023年，2月20日，星期五*五、測試系統的組成

測試過程：首先利用酒精（敏感元件）檢測出被測對象溫度變化并將其轉換成自身體積的變化（熱脹冷縮），然后經過等截面的中空玻璃管（中間變換器）再轉換成高度的變化（分析處理），最后由外面的刻度線顯示出測試結果（顯示、記錄）并提供給觀察者或輸入后續的控制系統。被測對象信號輸入輸出觀察者顯示結果：刻度線變換：VH玻璃管敏感元件：酒精第9頁，共27頁，2023年，2月20日，星期五*五、測試系統的組成第10頁，共27頁，2023年，2月20日，星期五*五、測試系統的組成1、信號檢出部分傳感器（Sensor）----執行檢出功能的器件信號提取（被測量）、傳輸（信號變換部分）選擇：測量精度要求、被測量變化范圍、被測對象所處的環境條件以及對傳感器體積和整個檢測系統的成本等的限制檢測系統中形式最多樣、與被測對象關聯最密切的部分

第11頁，共27頁，2023年，2月20日，星期五*五、測試系統的組成2、信號變換部分檢出信號適合于分析和處理的信號信號調理電路阻抗變換----輸出阻抗很高時；電壓/電流（V/A）轉換----需要電流輸出時；信號放大----輸出信號微弱時；噪聲抑制----信號淹沒在噪聲中；模擬/數字（A/D）轉換----需要輸出數字信號時第12頁，共27頁，2023年，2月20日，星期五*五、測試系統的組成3、分析處理部分功能：管理不同系統之間的數據、狀態和控制信息的傳輸和交換不斷注入新內容----檢測系統的研究中心4、通信接口與總線部分計算機系統----強大問題分析能力、復雜系統的實時控制自動化、智能化接口---分系統和上位機之間/分系統之間交換信息第13頁，共27頁，2023年，2月20日，星期五*五、測試系統的組成2、測試過程和測試系統的組成根據測試任務復雜程度的不同，測試系統中傳感器、中間變換裝置和顯示記錄裝置等每個環節又可由多個模塊組成。例如，下圖所示的機床軸承故障監測系統中的中間變換裝置就由帶通濾波器、A/D變換和計算機中的FFT分析軟件三部分組成。

第14頁，共27頁，2023年，2月20日，星期五*環節裝置作用激勵環節激勵裝置使被測對象處于測試狀態輸入環節傳感器檢測并轉換被測信號處理環節中間變換器分析、處理、變換信號輸出環節顯示記錄裝置顯示、記錄并輸出結果注意：測試系統各個環節的輸出量與輸入量之間應保持一一對應和盡量不失真的關系（線性關系），并盡可能地減少或消除各種干擾。五、測試系統的組成第15頁，共27頁，2023年，2月20日，星期五*六、測試、信息處理的發展狀況測試信息處理技術的發展具體體現在：傳感器：新型、微型、智能化測試：多功能、集成化、智能化；靜態測試向動態測試發展信息處理：高在線實時能力、高精度、專用功能、小型化、性能標準化和低價格測試技術重要手段相關學科：物理、化學、數學、生物學、材料科學等等新的檢測理論、方法和技術手段科學研究形成推動實驗研究和發展第16頁，共27頁，2023年，2月20日，星期五*六、機械工程測試技術的發展趨勢1.測量方式多樣化包括：（1）動態測量（2）虛擬儀器（3）便攜式測量儀器（4）組合式測量方式（5）多傳感器融合技術在制造過程中的應用2.視覺測試技術3.測量尺寸繼續向兩個極端方向發展第17頁，共27頁，2023年，2月20日，星期五*七、測試技術在工程技術領域中的應用領域：工業、農業、航天、軍事等(1)零件的識別與定位1、工業檢測■自動連接引線、對準芯片和封裝；■自動安裝部件，自動焊接或自動切割加工、自動澆注系統等。(2)零件尺寸的在線測量鋼板厚度的在線測量

(3)零件外觀及內部缺陷檢測(4)產品分類、分組蘋果分級、分色、配色第18頁，共27頁，2023年，2月20日，星期五*七、測試技術在工程技術領域中的應用(5)產品標識、編碼識別商品條碼、印鑒、標簽“手-眼”定位：兩個攝像機---兩幅平面圖像---三維場景信息用于：目標識別、道路識別、障礙物判斷、主動導航、自動視覺導航無人駕駛汽車、無人駕駛飛機、無人戰車、探測機器人2、機器人導航第19頁，共27頁，2023年，2月20日，星期五*七、測試技術在工程技術領域中的應用交通---車輛識別、牌照識別、車型判斷、車輛監視、交通流量檢測安全---指紋判別與匹配、面孔與眼底識別、安全檢查（飛機、海關）監視---超市、商店防盜、銀行監控，停車場、電梯閉路電視4、監控、安防、交通管理：3、遙感圖像分析：航空攝影圖像---（多目成象---大地測量、測繪）衛星遙感圖像---氣象衛星（紅外成象---云圖---氣象狀況）資源衛星（多光譜成象----地質、礦藏、森林、災害）海洋衛星（合成孔徑雷達成象---海洋、海浪、海灘）第20頁，共27頁，2023年，2月20日，星期五*七、測試技術在工程技術領域中的應用6、辦公與家電：辦公設備---數碼復印機、掃描儀、傳真機、繪圖儀家用電器---數碼攝像機、數碼照相機、可視電話、可視門鈴5、軍事與國防：超低空雷達、超視距雷達、導彈制導、導彈導航、地形匹配、單兵作戰系統、戰場遙測、夜視儀、聲納成象第21頁，共27頁，2023年，2月20日，星期五*測量的基礎知識測量結果可信必須具備的兩個條件：測量過程是被測量的量與標準或相對標準量的比較過程。作為比較用的標準量值必須是已知的，且是合法的，才能確保測量值的可信度及保證測量值的溯源性。進行比較的測量系統必須進行定期檢查、標定，以保證測量的有效性、可靠性，這樣的測量才有意義。第22頁，共27頁，2023年，2月20日，星期五*測量的基礎知識一、量與量綱量是指現象、物體或物質可定性區別和定量確定的一種屬性。不同類的量可定性區別同類的量可以量值大小區別1、量值量值是用數值和計量單位的乘積來表示的。它被用來定量地表達被測對象相應屬性的大小。第23頁，共27頁，2023年，2月20日，星期五*測量的基礎知識2、基本量和導出量基本量：長度、質量、時間、溫度、電流、發光強度、物質的量

導出量：由基本量按一定函數關系來定義的第24頁，共27頁，2023年，2月20日，星期五*測量的基礎知識3、基準與標準基準：用來保存、復現計量單位的計量器具，是最高準確度的計量器具。

國家基準、副基準和工作基準

計量標準：用于檢定工作計量器具的計量器具工作計量器具是指用于現場測量而不用檢定工作的計量器具。第25頁，共27頁，2023年，2月20日，星期五*測量的基礎知識4、測量誤差測量誤差=測量結果—真值

（1）誤差分類：系統誤差、隨機誤差